سنسور محدوده التراسونیک

        سنسورهای اولتراسونیک حسگرهایی هستند که با استفاده از ویژگی های اولتراسوند توسعه یافته اند. سنسورهای محدوده التراسونیک حسگرهایی هستند که سیگنال های اولتراسونیک را به سیگنال های انرژی دیگر (معمولا سیگنال های الکتریکی) تبدیل می کنند. اولتراسوند یک موج مکانیکی با فرکانس ارتعاش بالاتر از 20 کیلوهرتز است. دارای ویژگی های فرکانس بالا، طول موج کوتاه، پدیده پراش کوچک، به ویژه جهت گیری خوب است و می تواند پرتو و جهت انتشار باشد. اولتراسوند توانایی زیادی در نفوذ به مایعات و جامدات دارد، به خصوص در جامداتی که در برابر نور خورشید کدر هستند. امواج اولتراسونیک که با ناخالصی ها یا رابط ها مواجه می شوند، بازتاب های قابل توجهی ایجاد می کنند تا پژواک های منعکس شده را ایجاد کنند، و لمس اجسام متحرک می تواند اثر داپلر ایجاد کند. سنسورهای اولتراسونیک به طور گسترده در صنعت، دفاع ملی، زیست پزشکی و غیره استفاده می شود.

دستگاهی که این عملکرد را انجام می دهد یک حسگر اولتراسونیک است که به طور سنتی مبدل اولتراسونیک یا پروب اولتراسونیک نامیده می شود.

شاخص های اصلی عملکرد سنسورهای اولتراسونیک

هسته یک کاوشگر اولتراسوند یک تراشه پیزوالکتریک در کت پلاستیکی یا فلزی آن است. ممکن است انواع مختلفی از مواد تشکیل دهنده ویفر باشد. اندازه ویفر مانند قطر و ضخامت نیز متفاوت است، بنابراین عملکرد هر پروب متفاوت است، قبل از استفاده باید عملکرد آن را درک کنیم. شاخص های اصلی عملکرد سنسورهای اولتراسونیک عبارتند از:

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

    (2) دمای کار. از آنجایی که نقطه کوری مواد پیزوالکتریک عموماً نسبتاً بالا است، به ویژه هنگامی که پروب اولتراسونیک برای تشخیص از توان کمتری استفاده می کند، دمای کار نسبتاً پایین است و می تواند برای مدت طولانی بدون شکست کار کند. پروب های سونوگرافی پزشکی دمای نسبتا بالایی دارند و به تجهیزات تبرید جداگانه نیاز دارند.

    (3) حساسیت این عمدتا به خود ویفر تولید کننده بستگی دارد. ضریب جفت الکترومکانیکی بزرگ و حساسیت بالا است. در غیر این صورت، حساسیت کم است.

ساختار و اصل کار

    هنگامی که ولتاژ به سرامیک های پیزوالکتریک اعمال می شود، تغییر شکل مکانیکی با تغییر در ولتاژ و فرکانس رخ می دهد. از طرف دیگر، هنگامی که سرامیک پیزوالکتریک ارتعاش می یابد، شارژ ایجاد می شود. با استفاده از این اصل، هنگامی که یک سیگنال الکتریکی به یک ویبراتور متشکل از دو سرامیک پیزوالکتریک یا یک سرامیک پیزوالکتریک و یک ورقه فلزی، به اصطلاح عنصر بی‌مورف، اعمال می‌شود، امواج اولتراسونیک به دلیل ارتعاش خمشی ساطع می‌شوند. برعکس، هنگامی که ارتعاش اولتراسونیک به یک عنصر دو شکل اعمال می شود، یک سیگنال الکتریکی تولید می شود. بر اساس اثرات فوق، سرامیک های پیزوالکتریک را می توان به عنوان حسگر اولتراسونیک استفاده کرد.

    مانند یک سنسور اولتراسونیک، یک ویبراتور مرکب به طور انعطاف پذیر روی پایه ثابت می شود. ویبراتور کامپوزیت ترکیبی از یک تشدید کننده و یک ویبراتور عنصر پیزوالکتریک دو شکل است که از یک ورق فلزی و یک ورق سرامیکی پیزوالکتریک تشکیل شده است. تشدید کننده به شکل ترومپت است، هدف این است که امواج مافوق صوت تولید شده در اثر ارتعاش را به طور مؤثر تابش کند و امواج اولتراسونیک را به طور مؤثر در قسمت مرکزی ویبراتور متمرکز کند.

    مزایای سنسور محدوده اولتراسونیک: وضوح طولی بالا است و می تواند اشیاء بازتاب شفاف، شفاف و پراکنده را شناسایی کند. به ویژه برای اندازه گیری بدون تماس در شرایط تاریک، مرطوب و سایر شرایط سخت مناسب است. بر اساس سیستم حسگر سنسور اولتراسونیک می توان به کوچک سازی و ادغام آن پی برد.