مزایا و معایب سنسورهای اولتراسونیک

سنسورهای اولتراسونیک دارای ویژگی های دقت اندازه گیری بالا، عملکرد پایدار و جبران دما هستند. آنها به طور گسترده ای در تولید، نیرو، مواد ساختمانی اندازه گیری شده متالورژی، مواد شیمیایی، مواد غذایی، خودرو، انبارداری، کشتی ها، کشتی ها، منسوجات، حمل و نقل، اکتشاف، سطح مایع، نظارت بر سطح، تشخیص جریان خندق باز، فناوری ربات، پردازش مواد غذایی و سایر صنایع استفاده می شوند که می توانند مواد مایع و مواد جامد را اندازه گیری کنند.

اگرچه سونوگرافی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، اما به قول معروف، طلای خوب کافی نیست، هیچ کس کامل نیست. با توجه به درک و تجربه قبلی شما از سنسورهای اولتراسونیک، آیا سنسورهای اولتراسونیک دارای مزایا و معایبی هستند، آیا این مزایا و معایب تاثیر خاصی بر زندگی ما خواهند داشت؟ این زمانی است که حسگرهای اولتراسونیک را عمیقاً درک می کنیم، باید توجه کنیم. 

اول از همه، بیایید در مورد اصل کار سنسور اولتراسونیک صحبت کنیم: سنسور اولتراسونیک سنسوری است که با استفاده از ویژگی های امواج اولتراسونیک توسعه یافته است. کاوشگر اولتراسونیک عمدتاً از تراشه های پیزوالکتریک تشکیل شده است که می تواند امواج اولتراسونیک را هم ارسال و هم دریافت کند. ژنراتور اولتراسونیک پیزوالکتریک در واقع از رزونانس کریستال پیزوالکتریک برای کار استفاده می کند. دارای دو تراشه پیزوالکتریک و یک صفحه رزونانس است. هنگامی که فرکانس سیگنال پالس اعمال شده به قطب های آن برابر با فرکانس نوسان طبیعی ویفر پیزوالکتریک باشد، ویفر پیزوالکتریک تشدید می کند و صفحه تشدید را به سمت ارتعاش سوق می دهد که امواج اولتراسونیک تولید می کند. برعکس، اگر وقتی صفحه تشدید امواج اولتراسونیک را دریافت می کند، ولتاژی بین دو الکترود اعمال نشود، ویفر پیزوالکتریک را فشار می دهد تا ارتعاش کند و انرژی مکانیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کند. در این زمان به گیرنده اولتراسونیک تبدیل می شود. پروب های اولتراسونیک کم توان بیشتر برای تشخیص استفاده می شود. آنها ساختارهای مختلفی دارند و می توان آنها را به کاوشگرهای مستقیم (امواج طولی)، کاوشگرهای مورب (امواج عرضی)، کاوشگرهای سطحی (امواج سطحی)، کاوشگرهای موج بره (موج بره) و کاوشگرهای دوگانه تقسیم کرد.

ثانیا، استفاده از ویژگی های اولتراسونیک برای اندازه گیری اشیاء دارای مزایای بسیاری است. به این دلیل که امواج اولتراسونیک دارای ویژگی های فرکانس بالا، طول موج کوتاه و پدیده های پراش کوچک به ویژه جهت دهی خوب هستند و می توانند پرتو و جهت انتشار باشند. امواج مافوق صوت توانایی زیادی در نفوذ به مایعات و جامدات به ویژه در جامدات خورشیدی مات دارند که می توانند تا عمق ده ها متری نفوذ کنند. امواج اولتراسونیک که با ناخالصی ها یا رابط ها مواجه می شوند، بازتاب های قابل توجهی ایجاد می کنند و بازتاب هایی را به پژواک تبدیل می کنند، و لمس اجسام متحرک می تواند اثر داپلر را ایجاد کند. حسگرهایی که بر اساس ویژگی‌های اولتراسونیک تولید می‌شوند «سنسورهای اولتراسونیک» نامیده می‌شوند و به طور گسترده در صنعت، دفاع ملی، زیست‌پزشکی و غیره استفاده می‌شوند.

با این حال، از آنجایی که نقطه کوری مواد پیزوالکتریک به طور کلی نسبتاً بالا است، به ویژه سنسور اولتراسونیک که برای تشخیص استفاده می شود از یک سنسور اولتراسونیک کوچک استفاده می کند، دمای کار نسبتاً پایین است و می تواند برای مدت طولانی بدون خرابی کار کند. پروب های سونوگرافی پزشکی دمای نسبتا بالایی دارند و به تجهیزات تبرید جداگانه نیاز دارند. حساسیت عمدتا به خود ویفر بستگی دارد. ضریب جفت الکترومکانیکی بزرگ و حساسیت بالا است. در غیر این صورت، حساسیت پایین است. سه دلیل وجود دارد:

1. فرکانس سنسورهای اولتراسونیک فعلی نسبتاً ثابت است. به عنوان مثال، یک سنسور 40 کیلوهرتز فقط در فرکانس 38 تا 42 کیلوهرتز قابل استفاده است. سایر فرکانس ها مشابه هستند. در حال حاضر، سنسورهایی با محدوده فرکانس وسیع به سختی دیده می شوند، مانند 40KHz ~ 500KHz.

2. ولتاژ محرک نسبتاً بالا است، معمولاً بین 100Vp-p و 1500Vp-p. در بسیاری از دستگاه های ولتاژ پایین، ترانسفورماتور پالس برای تقویت نیاز است، اما برخی از مشکلات پیچیده را نیز به همراه خواهد داشت. اگر سنسوری با درایو ولتاژ پایین 3 ~ 5 ولت (قدرت بزرگتر) وجود داشته باشد، بهتر خواهد بود.

3. حساسیت باید بیشتر باشد.

می توان دید که حسگر اولتراسونیک می تواند صدایی را که گوش انسان قادر به تشخیص آن نیست، منتشر، دریافت و تجزیه و تحلیل کند. از نظر تشخیص، استفاده از حسگرهای اولتراسونیک می‌تواند به عملکردهایی مانند برد اولتراسونیک و تشخیص نقص اولتراسونیک دست یابد که می‌تواند برای شناسایی غرق‌های کشتی زیردریایی، زیردریایی‌های دشمن و نمایش جراحات داخلی فلزی مورد استفاده قرار گیرد. اینها را می توان در زمینه های فنی مختلف مانند صنعت، کشاورزی، صنعت سبک و درمان پزشکی که ارتباط تنگاتنگی با زندگی ما دارند، اعمال کرد.