اصل محدوده اولتراسونیک

محدوده التراسونیک فناوری است که از امواج صوتی برای تعیین فاصله بین دو جسم استفاده می کند. این به یک ابزار ضروری در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، مراقبت های بهداشتی و روباتیک تبدیل شده است. هدف از این مقاله ارائه توضیحی جامع در مورد اصل محدوده اولتراسونیک و کاربردهای آن است.

محدوده التراسونیک چیست؟

محدوده التراسونیک تکنیکی است که از امواج صوتی با فرکانس بالا برای تعیین فاصله بین دو جسم استفاده می کند. این دستگاه با ارسال یک موج اولتراسونیک از یک مبدل و اندازه گیری زمان لازم برای برگشت موج پس از برخورد با یک جسم، کار می کند. مدت زمانی که طول می کشد تا موج برگردد برای محاسبه فاصله بین مبدل و جسم استفاده می شود. انواع مختلفی از سنسورهای اولتراسونیک از جمله سنسورهای تک مبدل و سنسورهای مبدل دوگانه وجود دارد.

اصل کاری محدوده التراسونیک

اصل محدوده اولتراسونیک بر اساس فیزیک امواج صوتی است. هنگامی که یک موج اولتراسونیک از یک مبدل منتقل می شود، در هوا حرکت می کند و به یک جسم می رسد. سپس موج به سمت مبدل باز می گردد و مدت زمان بازگشت موج اندازه گیری می شود. این زمان برای محاسبه فاصله بین مبدل و جسم استفاده می شود.

مبدل نقش مهمی در محدوده اولتراسونیک ایفا می کند. هم وظیفه انتقال و هم دریافت امواج اولتراسونیک را بر عهده دارد. مبدل سیگنال های الکتریکی را به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می کند که سپس به صورت امواج اولتراسونیک منتقل می شود. هنگامی که موج به یک جسم برخورد می کند و به عقب باز می گردد، مبدل موج را دریافت می کند و دوباره آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

مزایا و محدودیت های محدوده التراسونیک

محدوده التراسونیک دارای چندین مزیت نسبت به سایر فناوری های محدوده است. بدون تماس است، به این معنی که می توان از آن برای اندازه گیری فاصله بین اجسام بدون لمس فیزیکی آنها استفاده کرد. همچنین دقیق است و اندازه گیری های دقیق را حتی در فواصل طولانی ارائه می دهد.

با این حال، محدوده اولتراسونیک نیز محدودیت هایی دارد. تحت تأثیر عوامل محیطی مانند دما، فشار هوا و رطوبت است. همچنین نمی تواند به اجسام جامد نفوذ کند، به این معنی که نمی تواند فاصله تا جسمی را که پشت جسم دیگر قرار دارد اندازه گیری کند. این می تواند مفید بودن آن را در برنامه های خاص محدود کند.

در مقایسه با سایر فناوری‌های محدوده، مانند محدوده لیزری و محدوده مادون قرمز، محدوده اولتراسونیک نسبتاً ارزان و آسان است. این باعث می شود که آن را به یک انتخاب محبوب برای طیف گسترده ای از برنامه ها تبدیل کند.

کاربردهای محدوده التراسونیک

محدوده فراصوت در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، مراقبت های بهداشتی و رباتیک استفاده می شود. در صنعت خودرو، محدوده اولتراسونیک برای اندازه‌گیری فاصله و تشخیص موانع در وسایل نقلیه استفاده می‌شود. این به وسایل نقلیه اجازه می دهد تا از برخورد جلوگیری کنند و ایمن پارک کنند.

در صنعت مراقبت های بهداشتی، محدوده اولتراسونیک برای تصویربرداری غیر تهاجمی و اندازه گیری فاصله بین اندام های داخلی استفاده می شود. این به متخصصان پزشکی اجازه می دهد تا بدون نیاز به روش های تهاجمی بیماران را تشخیص داده و درمان کنند.

در زمینه رباتیک، محدوده اولتراسونیک برای ناوبری و اجتناب از موانع استفاده می شود. ربات‌های مجهز به حسگرهای اولتراسونیک می‌توانند در محیط‌های پیچیده حرکت کنند و از موانع اجتناب کنند و آنها را مؤثرتر و کارآمدتر کنند.

آینده محدوده التراسونیک

زمینه محدوده فراصوت به سرعت در حال پیشرفت است و همیشه پیشرفت های جدیدی انجام می شود. در آینده، این احتمال وجود دارد که محدوده فراصوت در صنایع و کاربردهای بیشتری ادغام شود.

یکی از کاربردهای بالقوه در آینده محدوده اولتراسونیک در زمینه وسایل نقلیه خودران است. وسایل نقلیه خودران برای پیمایش ایمن به سیستم های اندازه گیری فاصله بسیار دقیق و قابل اعتماد نیاز دارند. محدوده التراسونیک می‌تواند نقش مهمی در این امر ایفا کند و اندازه‌گیری‌های فاصله لازم را فراهم کند تا وسایل نقلیه خودران بتوانند ایمن کار کنند.

یکی دیگر از کاربردهای بالقوه محدوده اولتراسونیک در زمینه اتوماسیون صنعتی است. با افزایش تقاضا برای سیستم های اتوماسیون کارآمد و مقرون به صرفه، محدوده اولتراسونیک می تواند نقش کلیدی در ارائه اندازه گیری های دقیق و قابل اعتماد برای ربات های صنعتی ایفا کند.

نتیجه گیری

در نتیجه، محدوده اولتراسونیک فناوری است که از امواج صوتی با فرکانس بالا برای تعیین فاصله بین دو جسم استفاده می کند. این به یک ابزار ضروری در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، مراقبت های بهداشتی و روباتیک تبدیل شده است. اصل محدوده اولتراسونیک مبتنی بر فیزیک امواج صوتی است و با استفاده از مبدل های اولتراسونیک امکان پذیر می شود. در حالی که محدوده اولتراسونیک دارای محدودیت‌هایی است، مزایای متعددی نیز دارد که آن را به انتخابی محبوب برای طیف گسترده‌ای از کاربردها تبدیل می‌کند. آینده محدوده فراصوت با پیشرفت های جدید و کاربردهای بالقوه در افق روشن به نظر می رسد.

فرکانس موج صوتی که گوش انسان می تواند بشنود 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز است. وقتی فرکانس بالاتر از 20 کیلوهرتز باشد، گوش انسان نمی تواند آن را بشنود. بنابراین، موج صوتی با فرکانس بالاتر از 20 کیلوهرتز را 'موج اولتراسونیک' می نامیم.

اولتراسوند جهت گیری قوی دارد و مسافت زیادی را در هوا طی می کند. در هنگام برخورد با موانع منعکس خواهد شد. بنابراین، مردم اغلب از امواج اولتراسونیک برای اندازه گیری فاصله استفاده می کنند.

متداول ترین روش اندازه گیری فاصله اولتراسونیک، روش تشخیص اکو است. فرستنده اولتراسونیک امواج اولتراسونیک را در جهت خاصی ساطع می کند. همزمان با انتشار، تایمر شروع به زمان بندی می کند. گیرنده اولتراسونیک زمانی که امواج اولتراسونیک منعکس شده را دریافت می کند بلافاصله زمان بندی را متوقف می کند. سرعت انتشار امواج اولتراسونیک در هوا 340 متر بر ثانیه است. با توجه به زمان ثبت شده توسط تایمر می توان فاصله نقطه انتشار تا سطح مانع را محاسبه کرد.

شاخص های اصلی عملکرد سنسورهای اولتراسونیک عبارتند از:

(1) فرکانس کاری. فرکانس کاری فرکانس تشدید تراشه پیزوالکتریک است. هنگامی که فرکانس ولتاژ AC اعمال شده به دو سر آن برابر با فرکانس تشدید تراشه باشد، انرژی خروجی بیشترین و حساسیت نیز بالاترین است.

(2) دمای کار. از آنجایی که نقطه فاصله مواد پیزوالکتریک به طور کلی نسبتاً زیاد است، به خصوص پروب اولتراسونیک برای تشخیص از قدرت کمی استفاده می کند، بنابراین دمای کار نسبتاً پایین است و می تواند برای مدت طولانی بدون شکست کار کند. دمای پروب اولتراسونیک مورد استفاده در درمان پزشکی نسبتاً بالا است و یک دستگاه خنک کننده جداگانه مورد نیاز است.

(3) حساسیت این عمدتا به خود تراشه تولید بستگی دارد، ضریب جفت الکترومکانیکی بزرگ است و حساسیت بالا است.

با پیشرفت سریع علم و فناوری، یافتن کاربرد سنسورهای اولتراسونیک برای ما دشوار نیست. برای مثال، رادار معکوس از امواج اولتراسونیک برای اندازه‌گیری فاصله استفاده می‌کند تا عملکرد پارک کردن و اجتناب از مانع را درک کند. مهندس منورشی سه حسگر اولتراسونیک MSW-A1458H09TR، MSW-A1440H09TR و MSW-A1840H12TR را توصیه می کند. آنها دارای ثبات خوب، حساسیت بالا و دقت بالا هستند و مورد استقبال بازار قرار گرفته است.