المشاهدات: 87 المؤلف: محرر الموقع وقت النشر: 2020-04-14 الأصل: موقع
مستشعر المدى بالموجات فوق الصوتية هو جهاز استشعار غير متصل يقيس المسافة بين المستشعر والهدف عن طريق إرسال نبضات صوتية بالموجات فوق الصوتية وقياس المدة التي يستغرقها الصدى المنعكس للعودة.
الموجات فوق الصوتية لها ترددات أعلى من نطاق السمع البشري الطبيعي الذي يبلغ حوالي 20 كيلو هرتز. تعمل أجهزة استشعار المسافة المقترنة بالهواء عادةً بحوالي 40 كيلو هرتز، على الرغم من استخدام ترددات أخرى وفقًا لنطاق القياس المطلوب والدقة وحجم محول الطاقة ونمط الشعاع والظروف البيئية.
على عكس أجهزة استشعار المسافة البصرية، لا يعتمد جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في المقام الأول على لون الهدف أو انعكاس الضوء المرئي. وبالتالي يمكنه اكتشاف العديد من الأجسام الشفافة أو شبه الشفافة أو الداكنة أو اللامعة، بشرط أن يرسل الهدف صدى صوتيًا قويًا بدرجة كافية نحو جهاز الاستقبال.
إجابة سريعة: يرسل مستشعر النطاق بالموجات فوق الصوتية نبضة صوتية عالية التردد نحو الهدف، ويستقبل الصدى المنعكس ويحسب المسافة من وقت السفر ذهابًا وإيابًا. الصيغة الأساسية هي المسافة = سرعة الصوت × زمن الصدى ÷ 2.
تُستخدم تقنية النطاق بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في الكشف عن عوائق الروبوتات، والمساعدة في مواقف السيارات، وقياس مستوى السائل، والأبواب الأوتوماتيكية، والأتمتة الصناعية، وأنظمة الأمان، والتعامل مع المواد، والكشف عن وجود الأشياء.
لوازم مانورشي أجهزة الاستشعار ومحولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية لقياس المسافة، واكتشاف الأشياء، وأنظمة وقوف السيارات، واستشعار المستوى والتطبيقات الإلكترونية المخصصة.
تستخدم معظم مستشعرات المسافة بالموجات فوق الصوتية مبدأ وقت الرحلة ، والذي يُسمى أيضًا طريقة وقت عبور الصدى. يقيس النظام الوقت بين إرسال نبضة الموجات فوق الصوتية واستقبال صدىها المنعكس.
تولد دائرة التحكم انفجارًا كهربائيًا قصيرًا عند التردد المقدر لمحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية أو بالقرب منه.
يقوم محول الإرسال بتحويل الإشارة الكهربائية إلى اهتزاز ميكانيكي بالموجات فوق الصوتية.
ينتقل النبض بالموجات فوق الصوتية عبر الهواء نحو الهدف.
ينعكس جزء من الطاقة الصوتية من السطح المستهدف.
يقوم جهاز الاستقبال بتحويل الصدى الصوتي المرتجع إلى إشارة كهربائية صغيرة.
تعمل دائرة تكييف الإشارة على تضخيم الصدى وتصفيته واكتشافه.
يقوم المتحكم الدقيق أو دائرة التوقيت بقياس وقت السفر ذهابًا وإيابًا وتحويله إلى مسافة.
المسافة = (زمن الصدى × سرعة الصوت) ÷ 2
د = (ر × ج) ÷ 2
d هي المسافة ذات الاتجاه الواحد بين المستشعر والهدف.
t هو الزمن المقاس ذهاباً وإياباً من الإرسال إلى استقبال الصدى.
ج هي سرعة الصوت في وسط القياس.
يتم تقسيم النتيجة على اثنين لأن الصوت ينتقل من المستشعر إلى الهدف ثم يعود إلى المستشعر.
عند درجة حرارة 20 درجة مئوية تقريبًا، تبلغ سرعة الصوت في الهواء الجاف حوالي 343 م/ث. إذا كان زمن الصدى المقاس 5.83 مللي ثانية، فإن المسافة المحسوبة هي:
المسافة = 0.00583 ثانية × 343 م/ث ÷ 2
المسافة ≈ 1 متر
يفترض هذا المثال درجة حرارة هواء ثابتة وصدى يمكن اكتشافه بوضوح. قد تطبق الأنظمة الحقيقية أيضًا تعويض درجة الحرارة، وتصفية الإشارة، واكتشاف العتبة، والمعايرة، ومتوسط العينات المتعددة.
جوهر العديد من محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية هو عنصر سيراميك كهرضغطية متصل بغشاء معدني أو لوحة رنين. قد يشتمل التجميع أيضًا على مرنان، ومبيت صوتي، وأطراف طرفية، ومواد تخميد، وشبكة واقية، ومكونات مانعة للتسرب بيئيًا.
عند تطبيق جهد كهربائي متناوب على السيراميك الكهرضغطي، تتمدد المادة وتنكمش. يؤدي هذا التشوه الميكانيكي إلى اهتزاز الحجاب الحاجز وإشعاع الموجات فوق الصوتية في الهواء.
تحدث العملية الكهرضغطية العكسية أثناء الاستقبال. تعمل موجات الضغط فوق الصوتية العائدة على اهتزاز الحجاب الحاجز والعنصر الكهرضغطي، مما يولد إشارة كهربائية صغيرة يمكن تضخيمها ومعالجتها بواسطة دائرة الاستقبال.
يمكن للرنان على شكل قمع أو على شكل قرن تحسين نقل الطاقة الصوتية بين العنصر الكهرضغطي والهواء المحيط. تؤثر هندستها أيضًا على الحساسية وتردد الرنين ونمط الشعاع.
تمييز مهم: يقيس المدى بالموجات فوق الصوتية المقترن بالهواء عادةً الأصداء المنعكسة من السطح المستهدف. لا ينبغي الخلط بينه وبين التصوير الطبي أو أنظمة الاختبار غير المدمرة بالموجات فوق الصوتية المصممة لنقل الصوت عبر السوائل أو المواد الصلبة.
قد يستخدم نظام تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية جهاز إرسال واستقبال منفصلين أو جهاز إرسال واستقبال واحد يتناوب بين الإرسال والاستقبال.
| التكوين | طريقة عمل | المزايا النموذجية | اعتبارات التصميم |
|---|---|---|---|
| جهاز إرسال واستقبال منفصل | يقوم أحد محولات الطاقة بالإرسال بشكل مستمر أو متقطع بينما يستقبل محول الطاقة الثاني الصدى. | مسارات إرسال واستقبال منفصلة، تصميم دوائر مرن ولا حاجة لتبديل عنصر واحد بين الأوضاع. | يجب التحكم في تباعد المستشعرات والمحاذاة والاقتران الصوتي والتداخل المباشر من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال. |
| جهاز إرسال واستقبال بالموجات فوق الصوتية واحد | يقوم أحد العناصر بإرسال النبضة ثم يتحول إلى وضع الاستقبال. | تصميم ميكانيكي مدمج ومحاذاة أسهل بين محاور الإرسال والاستقبال. | يجب أن ينتظر النظام حتى يتلاشى الرنين الميكانيكي قبل اكتشاف أصداء قريبة المدى. |
| زوج من خلال شعاع | يواجه جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال بعضهما البعض، ويكتشف النظام عندما يقوم جسم ما بمقاطعة مسار الصوت. | استجابة سريعة واكتشاف موثوق للأفلام الشفافة والزجاجات والأشياء سريعة الحركة. | يكتشف هذا التكوين في المقام الأول التواجد بدلاً من حساب مسافة الهدف العاكسة. |
يحتفظ الجدول التالي بمثال معلمات جهاز الإرسال والاستقبال بالموجات فوق الصوتية بتردد 40 كيلو هرتز من الصفحة الأصلية. لا ينبغي التعامل مع هذه القيم على أنها مواصفات عالمية لكل مستشعر بالموجات فوق الصوتية. تأكد دائمًا من رقم الجزء النهائي وشروط الاختبار وورقة بيانات المنتج قبل تصميم دائرة المحرك أو الموافقة على مكون الإنتاج.
| مواصفات | مثال القيمة |
|---|---|
| التردد المركزي | 40 ± 1.0 كيلو هرتز |
| نقل مستوى ضغط الصوت | 100 ديسيبل كحد أدنى |
| تلقي الحساسية | -72 ديسيبل كحد أدنى |
| حساسية الصدى | ≥230 مللي فولت |
| وقت الرنين | 1.2 مللي ثانية كحد أقصى |
| السعة عند 1 كيلو هرتز | 2400 بيكو فاراد ±20% |
| أقصى جهد القيادة المستمر | 20 في آر إم إس |
| إجمالي زاوية الشعاع | 47 درجة نموذجية عند -6 ديسيبل |
| وقت الاضمحلال | .21.2 مللي ثانية |
| درجة حرارة التشغيل | -30 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية |
| درجة حرارة التخزين | -30 درجة مئوية إلى +80 درجة مئوية |
هيكل وأبعاد محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية
زوج جهاز إرسال واستقبال بالموجات فوق الصوتية 40 كيلو هرتز
يعتمد أداء النطاق بالموجات فوق الصوتية على محول الطاقة ودائرة القيادة ودائرة الاستقبال وخوارزمية معالجة الإشارات وبيئة الهدف والتثبيت. ينبغي تقييم المعلمات التالية معًا وليس بشكل مستقل.
التردد المركزي هو التردد الذي تم تصميم محول الطاقة به للعمل بكفاءة. بالنسبة لمحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية الاسمي بتردد 40 كيلو هرتز، تولد دائرة الإرسال عادةً رشقة قريبة من 40 كيلو هرتز، بينما يتم ترشيح جهاز الاستقبال حول نطاق تردد مماثل.
القيادة بعيدًا جدًا عن منطقة الرنين يمكن أن تقلل من الطاقة الصوتية المنقولة وحساسية الاستقبال. قد يؤدي أيضًا تسامح المكونات ودرجة الحرارة والتركيب وتصميم الإسكان إلى تغيير الاستجابة الفعالة.
يشير مستوى ضغط الصوت المرسل إلى قوة خرج الموجات فوق الصوتية في ظل ظروف اختبار محددة. يمكن أن تدعم القيمة الأعلى أصداء أقوى أو مسافات استشعار أطول، ولكن النتيجة تعتمد على جهد المحرك والتردد وشكل الموجة ومسافة القياس وتركيبات الاختبار.
يجب مقارنة قيم ضغط الصوت فقط عندما تستخدم أوراق البيانات ظروف قياس مكافئة.
تصف حساسية الاستقبال مدى فعالية جهاز الاستقبال في تحويل الضغط بالموجات فوق الصوتية الواردة إلى إشارة كهربائية. يمكن أن تؤدي الحساسية العالية إلى تحسين اكتشاف الصدى الضعيف، لكن النظام الكامل يعتمد أيضًا على ضوضاء مكبر الصوت وعرض النطاق الترددي للمرشح والكسب وإعدادات العتبة والتداخل الكهرومغناطيسي.
تمثل حساسية الصدى الإشارة المستقبلة المنتجة ضمن هدف محدد وترتيب اختبار. يجب أن يميز نظام المدى المفيد الصدى الحقيقي عن الضوضاء الكهربائية والاهتزاز الميكانيكي والاقتران الصوتي المباشر والانعكاسات الثانوية.
يمكن استخدام التحكم التلقائي في الكسب وتصفية تمرير النطاق والكشف عن المغلف ومعالجة الارتباط والعتبات التكيفية لتحسين التعرف على الصدى.
بعد انتهاء انفجار الإرسال، يستمر محول الطاقة والهيكل الميكانيكي في الاهتزاز لفترة وجيزة. يسمى هذا الاهتزاز المتبقي بالرنين أو الرنين.
خلال فترة التعافي هذه، قد يتم إخفاء صدى الهدف القريب بواسطة إشارة الإرسال المتبقية الأقوى بكثير. ويطلق على الحد الأدنى المقابل للمسافة القابلة للقياس للمنطقة العمياء , المنطقة الميتة أو الحد الأدنى لمسافة الاستشعار.
يدعم وقت الرنين الأقصر بشكل عام الحد الأدنى من مسافات الكشف الأقصر، على الرغم من أن المنطقة العمياء النهائية تعتمد أيضًا على استعادة الدائرة، وجهد المرسل، والتخميد، وإعدادات العتبة، وطرق معالجة الإشارات.
لا ينتج محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية شعاعًا مستقيمًا ضيقًا بلا حدود. يشع الطاقة الصوتية من خلال مخروط صوتي ثلاثي الأبعاد يحتوي على فص رئيسي وفصوص جانبية أصغر.
يمكن للشعاع الأوسع اكتشاف الأشياء عبر مساحة أكبر ولكنه قد يتلقى أيضًا انعكاسات غير مرغوب فيها من الجدران أو الأقواس أو الأنابيب أو الأسطح القريبة. يوفر الشعاع الأضيق انتقائية اتجاهية أفضل ولكنه يتطلب محاذاة أكثر دقة للمستشعر.
يتصرف محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية إلى حد كبير كحمل كهربائي سعوي. تؤثر سعتها على تيار السائق، ومطابقة المعاوقة، وفقد التبديل، وتصميم دائرة الرنين.
يجب أن يظل الجهد المطبق ضمن الحدود المستمرة وحدود محرك النبض لمحول الطاقة. يمكن أن يتسبب الجهد الزائد للمحرك في ارتفاع درجة الحرارة أو إزالة الاستقطاب أو تلف ميكانيكي أو تقصير عمر الخدمة.
تؤثر درجة الحرارة على سرعة الصوت، والخصائص الكهرضغطية، والرنين، والحساسية، والمواد اللاصقة والمكونات الإلكترونية. تأكد من نطاق درجة حرارة التشغيل ونطاق درجة حرارة التخزين لنموذج المستشعر الفعلي.
تعتبر درجة الحرارة من أهم المتغيرات البيئية لأنها تغير من سرعة الصوت. التقريب الشائع الاستخدام للهواء الجاف بالقرب من الظروف الجوية العادية هو:
سرعة الصوت ≈ 331.3 + (0.606 × درجة الحرارة بالدرجة المئوية) م/ث
يمكن للنظام الذي يفترض دائمًا 343 م/ث أن يطور خطأ مسافة قابل للقياس عندما تتغير درجة الحرارة الفعلية. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة مطلقة مستقرة، ضع مستشعر درجة الحرارة بالقرب من المسار الصوتي وقم بتحديث حساب سرعة الصوت.
عادةً ما تُرجع الأهداف الكبيرة طاقة صوتية أكبر من الأهداف الصغيرة. قد ينتج عن الهدف الأضيق من مخروط الصوت النشط صدى ضعيف أو يسمح للمستشعر باكتشاف جسم أكبر خلفه.
عادةً ما يتم قياس قيم النطاق القصوى باستخدام هدف مرجعي ثابت محدد. قد يكون النطاق العملي للأسلاك الصغيرة أو الأنابيب الضيقة أو الأجسام المنحنية أو الأجزاء غير المنتظمة أقصر.
يوفر الهدف المسطح والسلس أقوى عائد عندما يكون سطحه متعامدًا تقريبًا مع محور المستشعر. إذا كان السطح مائلًا، فقد ينعكس جزء كبير من الطاقة الصوتية بعيدًا عن جهاز الاستقبال.
تعمل الأسطح الخشنة على تشتيت الصوت في اتجاهات متعددة وقد تتحمل تباينًا زاويًا أكبر، لكن الطاقة المرتجعة يمكن أن تكون أقل قابلية للتنبؤ بها.
غالبًا ما تنتج الأسطح الصلبة مثل المعدن والزجاج والبلاستيك الصلب والخشب والأسطح السائلة الهادئة انعكاسات مفيدة. يمكن للمواد الناعمة أو المسامية أو الليفية مثل الرغوة والنسيج السميك والقطن والعزل السائب أن تمتص طاقة الموجات فوق الصوتية وتقلل من نطاق الكشف.
غالبًا ما تكون الأجسام الشفافة قابلة للاكتشاف لأن الموجات فوق الصوتية لا تعتمد على الشفافية المرئية. ومع ذلك، لا يزال السطح الزجاجي أو البلاستيكي الأملس يحتاج إلى زاوية مناسبة لعكس الصوت مرة أخرى نحو المستشعر.
لا يمكن قياس الكائنات الموجودة داخل المنطقة العمياء المحددة بشكل موثوق. قد لا يبلغ المستشعر عن أي هدف أو قيمة غير مستقرة أو مسافة خاطئة ناتجة عن الرنين والانعكاسات الداخلية.
يجب أن يحافظ التثبيت على أقرب هدف متوقع يتجاوز الحد الأدنى لمسافة الاستشعار المذكورة في المستشعر النهائي أو ورقة بيانات الوحدة.
يمكن لتدفق الهواء القوي أن يغير مسار الصوت الفعال، في حين أن تدرجات درجة الحرارة المتغيرة بسرعة يمكن أن تؤدي إلى ثني الموجة الصوتية أو تغيير سرعة انتشارها على طول مسار القياس.
تجنب تركيب جهاز استشعار دقيق النطاق مباشرة بجوار منافذ الهواء الساخن أو مراوح التبريد أو فتحات البخار أو المصادر الحرارية المتقلبة بسرعة.
الرطوبة المعتدلة عمومًا لها تأثير أقل من درجة الحرارة، ولكن الرطوبة لا تزال تؤثر على التوهين الصوتي وتشغيل المستشعر. قد تؤدي قطرات الماء أو التكثيف أو الجليد أو التلوث الموجود على وجه محول الطاقة إلى حجب مسار الصوت أو تشويهه.
يجب أن تستخدم التطبيقات الخارجية أو ذات الرطوبة العالية محول طاقة بالموجات فوق الصوتية محكم الغلق أو مقاوم للماء بدلاً من افتراض أن المستشعر من النوع المفتوح محمي بيئيًا.
يمكن أن تؤدي الجدران وأقواس التثبيت والأغطية الواقية وحواف الخزانات وإطارات الماكينات إلى إرجاع أصداء غير مرغوب فيها. قد تصل هذه الانعكاسات قبل أو بعد صدى الهدف المقصود وتتسبب في قياسات خاطئة.
أبقِ مخروط الصوت الرئيسي واضحًا واختبر مجموعة المستشعر الكاملة في العلبة النهائية بدلاً من تقييم محول الطاقة العاري فقط.
عندما تعمل عدة أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية بالقرب من بعضها البعض، قد يكتشف جهاز استقبال واحد نبضة مرسلة بواسطة جهاز استشعار آخر. وهذا ما يسمى الحديث المتبادل الصوتي ويمكن أن يؤدي إلى قراءات مسافة غير صحيحة.
استخدم التشغيل المتزامن أو القياس المتسلسل أو التباعد المناسب أو العزل الصوتي المادي أو طرق الإرسال المشفرة لتقليل التداخل.
استخدام تعويض درجة الحرارة. قم بقياس درجة حرارة الهواء بالقرب من المسار الصوتي وقم بتحديث حساب سرعة الصوت.
إبقاء الهدف خارج المنطقة العمياء. تحقق من الحد الأدنى لمسافة القياس في ظل جهد المحرك الفعلي وظروف الدائرة.
محاذاة الهدف بشكل صحيح. ضع الأهداف المسطحة والسلسة في أقرب مكان ممكن بشكل عمودي على محور المستشعر.
حافظ على مخروط الصوت واضحًا. منع الأقواس والأغطية وجدران التطويق من الدخول إلى مجال الكشف.
استخدم تصفية تمرير النطاق. قم بالتصفية حول تردد تشغيل محول الطاقة لتقليل الضوضاء الكهربائية والصوتية ذات النطاق العريض.
تطبيق المتوسط الرقمي أو التصفية المتوسطة. يمكن للقياسات المتعددة تقليل الضوضاء العشوائية ورفض القيم المتطرفة المعزولة.
التحكم في توقيت الارسال. اترك وقتًا كافيًا حتى يختفي الصدى السابق قبل إرسال نبضة أخرى.
مزامنة أجهزة الاستشعار المتعددة. قم بتشغيل أجهزة الاستشعار بشكل تسلسلي أو استخدم طريقة مزامنة يتم التحكم فيها لتقليل التداخل.
معايرة التجميع الكامل. اختبر المستشعر والعلبة وهيكل التثبيت والإلكترونيات معًا على مسافات معروفة.
اختبار الأهداف التمثيلية. التحقق من صحة الأداء باستخدام الحجم الفعلي للكائن والمواد والزاوية والسرعة والظروف البيئية.
تستخدم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية من النوع المفتوح عادةً غلافًا معدنيًا بفتحة صوتية مكشوفة. يتم اختيارها عادةً للإلكترونيات الداخلية ولوحات التطوير والروبوتات واكتشاف الأشياء وأنظمة قياس المسافة الحساسة للتكلفة.
يمكنها توفير نقل صوتي فعال ولكنها بشكل عام غير مصممة للتعرض المباشر للمطر أو رذاذ الماء أو التكثيف أو التلوث الشديد ما لم ينص على خلاف ذلك.
تستخدم محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية المقاومة للماء أو المقاومة للطقس سطحًا أماميًا محكم الغلق ومبيتًا واقيًا. إنها مناسبة لأنظمة مواقف السيارات، والمعدات الخارجية، وقياس مستوى السائل، ومنتجات الأمان والتطبيقات الصناعية المعرضة للغبار أو الرطوبة.
يغير الهيكل الواقي الاستجابة الصوتية، لذلك يجب أن يتوافق الطراز المقاوم للماء مع تردد المحرك والجهد ودائرة الاستقبال المناسبة.
تجمع وحدة النطاق بالموجات فوق الصوتية المتكاملة بين واحد أو أكثر من محولات الطاقة مع إرسال الإلكترونيات وتضخيم الاستقبال ومعالجة الإشارات وواجهة إخراج رقمية أو تناظرية.
تعمل الوحدات على تبسيط تطوير النظام ولكنها توفر تحكمًا أقل في الشكل الموجي الداخلي وخوارزمية الكسب والكشف مقارنة بالدائرة المخصصة القائمة على محول الطاقة.
تتمتع محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية ذات التردد العالي بأطوال موجية أقصر وقد تدعم اكتشاف ميزات أصغر أو قياسات أكثر تخصصًا. ومع ذلك، يتم توهين الصوت عالي التردد بشكل أقوى في الهواء، مما قد يقلل من نطاق الاستشعار العملي.
يجب اختيار التردد وفقًا للنطاق وحجم الهدف والدقة وقطر محول الطاقة والتوهين البيئي وعرض نطاق النظام بدلاً من افتراض أن التردد الأعلى هو الأفضل دائمًا.
| المزايا | قيود |
|---|---|
| مسافة عدم الاتصال وقياس الحضور | لديه الحد الأدنى من مسافة الاستشعار أو المنطقة العمياء |
| يمكنه اكتشاف العديد من الأشياء الشفافة والداكنة والعاكسة | قد تمتص المواد الناعمة أو المسامية الصوت |
| يعمل بدون إضاءة مرئية | الأهداف ذات الزوايا الملساء قد تعكس الصدى بعيدًا |
| يمكن قياس مستوى السائل دون الاتصال بالسائل | قد تؤدي الرغوة أو الأمواج أو الاضطراب أو البخار إلى تقليل الموثوقية |
| فعالة من حيث التكلفة للتطبيقات قصيرة ومتوسطة المدى | قد تكون هناك حاجة إلى تعويض درجة الحرارة لقياس دقيق |
| متوفر كنماذج مفتوحة ومقاومة للماء وعالية التردد ومتكاملة | قد تتداخل أجهزة الاستشعار المتعددة مع بعضها البعض |
| مناسبة للأنظمة الإلكترونية المدمجة والمتكاملة | يمكن للهياكل القريبة إنشاء انعكاسات ثانوية |
لا توجد تقنية استشعار واحدة مثالية لكل تطبيق. ويعتمد الاختيار المناسب على الهدف والمدى المطلوب وسرعة الاستجابة والدقة وظروف الإضاءة والتعرض البيئي وتكلفة النظام.
| مقارنة | مستشعر الموجات فوق الصوتية | مستشعر الأشعة تحت الحمراء أو الكهروضوئي | LiDAR أو مستشعر المسافة بالليزر |
|---|---|---|---|
| مبدأ القياس | الوقت السليم للطيران | الضوء المنعكس أو المتقطع | وقت الطيران بالليزر أو البصري |
| حساسية اللون المستهدفة | منخفضة بشكل عام | يمكن أن تكون كبيرة | يعتمد على الانعكاسية الضوئية |
| كشف الهدف الشفاف | غالبًا ما تكون فعالة مع زاوية الهدف المناسبة | قد يتطلب جهاز استشعار بصري متخصص | قد يكون من الصعب بالنسبة للمواد واضحة |
| حجم الشعاع | مخروط الصوت واسع نسبيا | عادة أضيق | بقعة ضيقة جدًا أو شعاع المسح |
| سرعة الاستجابة | محدودة بوقت السفر السليم | سريع عموما | سريع عموما |
| الاهتمام البيئي الرئيسي | درجة الحرارة وتدفق الهواء والامتصاص والانعكاسات الصوتية | الضوء المحيط والغبار واللون والتلوث البصري | التلوث البصري والانعكاس والضباب والتكلفة |
| القوة النموذجية | كشف موثوق لعدم الاتصال للمواد المتنوعة | كشف سريع للأشياء وبقع ضوئية دقيقة | مدى طويل، شعاع ضيق ودقة مكانية عالية |
تستخدم الروبوتات المتنقلة والمركبات الموجهة الآلية وروبوتات الخدمة والمنصات التعليمية أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية لاكتشاف الجدران والمعدات والأشخاص والعوائق الأخرى دون اتصال جسدي.
تقوم محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية المقاومة للماء والمثبتة في مصدات السيارة بقياس المسافة إلى العوائق القريبة ودعم أنظمة التحذير من ركن السيارة والمناورة منخفضة السرعة وتنبيهات القرب.
يقوم مستشعر مستوى الموجات فوق الصوتية المتجه للأسفل بقياس المسافة من المستشعر إلى سطح السائل. يمكن لوحدة التحكم حساب ارتفاع السائل المتبقي عند معرفة أبعاد الخزان وموضع المستشعر.
يجب تقييم الرغوة والبخار والتحريك والأسطح السائلة الزاوية وهياكل الخزانات الداخلية أثناء اختبار التطبيق.
يمكن لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية اكتشاف المنتجات الموجودة على الناقلات ومراقبة ارتفاع المكدس والتأكد من وجود المكونات وإحصاء الحاويات واكتشاف الزجاجات أو الأفلام الشفافة التي قد تكون صعبة بالنسبة لأجهزة الاستشعار الضوئية القياسية.
يمكن للكشف بالموجات فوق الصوتية تحديد الحركة أو التواجد بالقرب من الأبواب والمداخل والمناطق المحظورة وأنظمة الإنذار دون الحاجة إلى إضاءة مرئية.
يمكن لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية قصيرة المدى قياس المسافة بين الطائرة بدون طيار والأرض أثناء التحليق أو الهبوط على ارتفاعات منخفضة. يجب مراعاة تدفق هواء الدوار وزاوية السطح والعشب والتداخل الصوتي.
يمكن دمج اكتشاف القرب بالموجات فوق الصوتية في الموزعات والأجهزة المنزلية ولوحات التحكم وصناديق النفايات وغيرها من المنتجات التي تتطلب تنشيطًا بدون لمس أو مراقبة المستوى.
يتطلب اختيار مستشعر الموجات فوق الصوتية المناسب أكثر من مجرد اختيار التردد. تزويد المورد بشروط التطبيق الكاملة بحيث يمكن تقييم التصميم الصوتي والكهربائي والميكانيكي معًا.
| أسئلة عنصر التحديد | للتأكيد |
|---|---|
| نطاق القياس | ما هو الحد الأدنى والحد الأقصى للمسافات المستهدفة؟ |
| هدف | ما هي مادة الهدف وحجمه وشكله وزاويته وسرعة حركته؟ |
| تكرار | هل 40 كيلو هرتز مناسب للنطاق المطلوب وحجم الهدف؟ |
| زاوية الشعاع | هل يلزم وجود منطقة كشف واسعة أم شعاع اتجاهي ضيق؟ |
| بيئة | هل سيواجه المستشعر المطر أو التكثيف أو الغبار أو المواد الكيميائية أو الرياح أو درجات الحرارة القصوى؟ |
| الدقة والقرار | ما هو خطأ القياس والتكرار الذي يمكن أن يقبله التطبيق؟ |
| وقت الاستجابة | ما مدى السرعة التي يجب أن يكتشف بها النظام الهدف أو يتتبعه؟ |
| واجهة كهربائية | هل يلزم وجود محول طاقة مكشوف، أو زوج من جهاز الإرسال والاستقبال، أو مخرج تناظري، أو وحدة رقمية؟ |
| دائرة القيادة | ما هو الجهد، وشكل موجة الاندفاع، ومكبر الصوت، وبنية جهاز الاستقبال التي سيتم استخدامها؟ |
| التصميم الميكانيكي | ما القطر والارتفاع والطرف والكابل والموصل وطريقة التثبيت المطلوبة؟ |
| الكمية والتخصيص | ما هي كمية النموذج الأولي والحجم السنوي ومتطلبات الأداء المخصص؟ |
احتفظ بمخروط الصوت بالكامل بعيدًا عن جدران العلبة وأقواس التثبيت.
لا تقم بتغطية الفتحة الصوتية بالبلاستيك العادي أو القماش السميك أو الشبكة غير المناسبة.
إبقاء أقرب هدف خارج المنطقة الميتة المحددة.
قم بمحاذاة الأهداف السلسة في أقرب وقت ممكن إلى عمودي على محور الاستشعار.
استخدم عزل الاهتزاز عند تركيب المستشعر بالقرب من المحركات أو المضخات أو المحركات الميكانيكية.
احتفظ بآثار التحويل عالية التيار ودوائر الطاقة المزعجة بعيدًا عن مدخل جهاز الاستقبال.
استخدم التأريض والحماية والتصفية المناسبة لإشارات الصدى الضعيفة.
امنع الماء أو الثلج أو الزيت أو التلوث الشديد من التجمع على وجه محول الطاقة.
قم بتشغيل أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية المجاورة بالتتابع لتقليل التداخل الصوتي.
قم بمعايرة المستشعر والتحقق من صحته بعد تثبيته في غلاف المنتج النهائي.
توفر Manorshi منتجات بالموجات فوق الصوتية من النوع المفتوح ومقاومة للماء وعالية التردد والمساعدة في ركن السيارة واستشعار المستوى للمصنعين ومطوري الإلكترونيات وموردي المعدات الصناعية.
يمكن أن تشمل معلمات التقييم المتاحة التردد المركزي، ومستوى ضغط الصوت، وحساسية الاستقبال، وزاوية الشعاع، والسعة، ووقت الرنين، ودرجة حرارة التشغيل، وأبعاد الغلاف، والمحطات الطرفية، وأسلاك الرصاص، وحماية البيئة.
عرض جهاز إرسال واستقبال بالموجات فوق الصوتية مقاوم للماء بتردد 40 كيلو هرتز أو تصفح كاملاً مجموعة أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية Manorshi.
بالنسبة لتطبيق جديد، قم بتوفير نطاق القياس المطلوب والمواد المستهدفة وبيئة التشغيل وجهد الإمداد وزاوية الشعاع والأبعاد والكمية السنوية والإنتاج المتوقع. اتصل بـ Manorshi لمناقشة اختيار المستشعر أو العينات أو متطلبات محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية المخصصة.
مستشعر المدى بالموجات فوق الصوتية هو جهاز غير متصل يصدر نبضًا بالموجات فوق الصوتية، ويكتشف الصدى المنعكس ويحسب المسافة إلى الهدف من وقت انتقال الصوت ذهابًا وإيابًا.
الصيغة الأساسية هي المسافة = وقت الصدى × سرعة الصوت ÷ 2 . يتم تقسيم الحساب على اثنين لأن الوقت المقاس يشمل رحلة الذهاب إلى الهدف ورحلة العودة إلى جهاز الاستقبال.
يوفر أربعون كيلو هرتز توازنًا عمليًا بين حجم محول الطاقة والإخراج الصوتي وتوهين الهواء وتوافر المكونات والكشف قصير إلى متوسط المدى. إنه أمر شائع ولكنه غير مناسب لكل تطبيق.
محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية هو المكون الكهروميكانيكي الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى موجات فوق صوتية أو الموجات فوق الصوتية إلى إشارة كهربائية. قد يشير مستشعر الموجات فوق الصوتية إلى محول الطاقة وحده أو إلى وحدة كاملة تحتوي على محول الطاقة والسائق والمستقبل وإلكترونيات معالجة الإشارات.
المنطقة العمياء هي الحد الأدنى من المساحة أمام المستشعر حيث لا يمكن قياس المسافة بشكل موثوق. يحدث هذا بشكل أساسي بسبب رنين محول الطاقة ووقت استعادة الدائرة والإشارة المرسلة القوية التي تخفي صدى قريب.
تغير درجة الحرارة سرعة الصوت في الهواء. إذا كانت العملية الحسابية تستخدم سرعة صوت ثابتة أثناء تغير درجة الحرارة الفعلية، فستحتوي المسافة المبلغ عنها على خطأ نسبي. يعمل تعويض درجة الحرارة على تحسين الدقة المطلقة.
نعم. لا يعتمد الاستشعار بالموجات فوق الصوتية على انعكاس الضوء المرئي، لذلك يمكنه اكتشاف العديد من المواد الشفافة. ومع ذلك، يجب وضع سطح أملس وشفاف بزاوية مناسبة حتى يعود الصدى الصوتي إلى جهاز الاستقبال.
قد يكون الكشف ممكنًا، لكن المواد اللينة والمسامية والليفية يمكن أن تمتص طاقة الموجات فوق الصوتية وتنتج أصداء ضعيفة. يجب اختبار النطاق الفعال باستخدام المادة الفعلية والسمك وحالة السطح.
نعم. يمكن لجهاز الاستشعار المثبت فوق الخزان قياس المسافة إلى سطح السائل دون لمس السائل. توفر الأسطح الهادئة بشكل عام نتائج أفضل من الأسطح الرغوية أو المضطربة أو الزاوية أو المغطاة بالبخار بشكل كبير.
عادةً ما يكون للون المستهدف تأثير مباشر ضئيل لأن أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية تستخدم الصوت بدلاً من الضوء المرئي. عادة ما تكون زاوية السطح والصلابة والحجم والملمس والامتصاص الصوتي أكثر أهمية.
الظلام لا يؤثر على الاستشعار بالموجات فوق الصوتية. قد يكون للغبار أو الضباب المعتدل تأثير أقل من تأثيره على المستشعرات الضوئية، لكن الغبار الثقيل أو قطرات الماء أو التكثيف أو المواد التي تغطي وجه محول الطاقة يمكن أن تقلل من الأداء.
لا. الصوت بالموجات فوق الصوتية عبارة عن موجة ميكانيكية وتتطلب وسطًا مثل الهواء أو الغاز أو السائل أو المادة الصلبة للانتشار من خلاله. لا يمكن لجهاز استشعار المدى بالموجات فوق الصوتية التقليدي المقترن بالهواء أن يعمل في الفراغ.
تشمل الأسباب الشائعة وجود هدف داخل المنطقة العمياء، وضعف الانعكاس الصوتي، ووجود هدف مائل أو متحرك، والأصداء الهيكلية القريبة، والضوضاء الكهربائية، وتغير درجات الحرارة، وتدفق الهواء، وتلوث محول الطاقة، والتداخل من أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الأخرى.
قم بتشغيل المستشعرات بشكل تسلسلي وإتاحة الوقت الكافي لكل نبضة مرسلة وأصداءها لتضمحل قبل تنشيط المستشعر التالي. يمكن أيضًا أن يؤدي التزامن والتباعد والعزل الصوتي والإشارات المشفرة إلى تقليل التداخل.
اختر شعاعًا أوسع عندما يختلف موضع الهدف أو عندما تكون هناك حاجة إلى منطقة كشف أكبر. اختر شعاعًا أضيق عند ضرورة استبعاد الكائنات القريبة أو عند الحاجة إلى قياس اتجاهي أكثر. قم بتقييم الاستجابة الكاملة لمخروط الصوت بدلاً من زاوية اسمية واحدة فقط.
تعد أجهزة الاستشعار من النوع المفتوح مناسبة للتطبيقات الداخلية المحمية ويمكن أن توفر أداءً صوتيًا فعالاً. تعد أجهزة الاستشعار المقاومة للماء أفضل لبيئات السيارات أو الهواء الطلق أو مستوى السائل أو الرطوبة العالية. يعتمد الاختيار الصحيح على التعرض البيئي والمدى والمتطلبات الميكانيكية.
قم بتوفير التردد المركزي، ونطاق القياس، وتفاصيل الهدف، وزاوية الشعاع المطلوبة، وSPL، وحساسية الاستقبال، وجهد المحرك، ونوع الدائرة، ودرجة حرارة التشغيل، ومتطلبات مقاومة الماء، والأبعاد، وطريقة التركيب، والمحطات الطرفية، وطول الكابل، والموصل، ومتطلبات الشهادة وكمية الطلب السنوية.
