Ինչպե՞ս են աշխատում ուլտրաձայնային սենսորները:

Ինչպե՞ս են աշխատում ուլտրաձայնային տվիչները:

Ուլտրաձայնային տվիչները սարքեր են, որոնք օգտագործում են բարձր հաճախականության ձայնային ալիքներ՝ օբյեկտները հայտնաբերելու, հեռավորությունը չափելու կամ շարժումը վերահսկելու համար: Նրանք էլեկտրական ազդանշանները վերածում են ուլտրաձայնային ալիքների, այնուհետև արտացոլված արձագանքները վերածում են էլեկտրական ազդանշանների՝ չափման և վերահսկման համար:

Ուլտրաձայնային ալիքը 20 կՀց-ից բարձր հաճախականությամբ մեխանիկական ձայնային ալիք է: Քանի որ ուլտրաձայնային ալիքներն ունեն կարճ ալիքի երկարություն, լավ ուղղություն և օդում համեմատաբար կայուն տարածում, դրանք լայնորեն օգտագործվում են հեռավորության չափման, օբյեկտների հայտնաբերման, հեղուկի մակարդակի հայտնաբերման, կայանման տվիչների, ռոբոտաշինության և արդյունաբերական ավտոմատացման մեջ:

Տիպիկ ուլտրաձայնային հեռավորության տվիչն օգտագործում է հաղորդիչ՝ ձայնային ալիքներ արձակելու համար, իսկ ընդունիչ՝ արտացոլված ալիքը գրավելու համար: Չափելով փոխանցման և արձագանքների ընդունման միջև ընկած ժամանակը, սենսորը կարող է հաշվարկել սենսորից մինչև թիրախային օբյեկտի հեռավորությունը:

Ի՞նչ է ուլտրաձայնային սենսորը:

Ուլտրաձայնային սենսորը ոչ կոնտակտային սենսոր է, որն օգտագործում է ուլտրաձայնը՝ օբյեկտի առկայությունը, հեռավորությունը, դիրքը կամ շարժումը հայտնաբերելու համար: Այն կարող է աշխատել որպես ուլտրաձայնային հեռավորության ցուցիչ, օբյեկտների հայտնաբերման սենսոր, հեղուկի մակարդակի սենսոր կամ հարևանության սենսոր՝ կախված շղթայի դիզայնից և կիրառությունից:

Շատ 40 կՀց ուլտրաձայնային սենսորներում կերամիկական փոխարկիչն օգտագործվում է ուլտրաձայնային ալիքներ ստեղծելու և ստանալու համար: Հաղորդիչը ուղարկում է ուլտրաձայնային իմպուլս, և ստացողը հայտնաբերում է թիրախի կողմից արտացոլված արձագանքը: Այնուհետև սենսորային սխեման մշակում է արձագանքի ազդանշանը և թողարկում հեռավորության կամ հայտնաբերման տվյալներ:

Մի զույգ ուլտրաձայնային սենսորները կարող են պատրաստվել առանձին հաղորդիչից և ստացողից, կամ երկու գործառույթներն էլ կարող են ներառվել մեկ հաղորդիչի միավորում: Ստորև նկարը ցույց է տալիս Manorshi 40kHz ուլտրաձայնային հաղորդիչի և ընդունիչի բաղադրիչները: Ուլտրաձայնային սենսորների ավելի շատ արտադրանքներ հասանելի են այստեղ Manorshi ուլտրաձայնային սենսոր.

Ուլտրաձայնային տվիչների աշխատանքային սկզբունքը

Ուլտրաձայնային սենսորի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է ձայնային ալիքների փոխանցման, արտացոլման և արձագանքների հայտնաբերման վրա: Սենսորն արձակում է ուլտրաձայնային իմպուլս դեպի թիրախ: Երբ ձայնային ալիքը հասնում է օբյեկտի մակերեսին, ալիքի մի մասն արտացոլվում է դեպի ստացողը:

Սենսորը չափում է արձագանքների ճամփորդության ժամանակը, որը նաև կոչվում է թռիչքի ժամանակ: Քանի որ օդում ձայնի արագությունը հայտնի է, հեռավորությունը կարելի է հաշվարկել ուլտրաձայնային ալիքի շրջադարձի ժամանակից:

Հեռավորություն = Ձայնի արագություն × Էխոյի ժամանակ / 2

Արդյունքը բաժանվում է 2-ի, քանի որ ձայնային ալիքը շարժվում է սենսորից դեպի օբյեկտ, այնուհետև վերադառնում է օբյեկտից դեպի սենսոր: Էխոյի չափված ժամանակը երկկողմանի է, այլ ոչ թե միակողմանի:

Քայլ	Ինչ է տեղի ունենում
1. Էլեկտրական ազդանշանի մուտքագրում	Շղթան էլեկտրական ազդանշան է կիրառում ուլտրաձայնային հաղորդիչին:
2. Ուլտրաձայնային ալիքի արտանետում	Պիեզոէլեկտրական փոխարկիչը թրթռում և արձակում է ուլտրաձայնային ալիքներ:
3. Արձագանքների արտացոլում	Ալիքն արտացոլվում է, երբ հանդիպում է առարկայի, հեղուկ մակերեսի կամ միջերեսի:
4. Էխոյի ընդունում	Ստացողը հայտնաբերում է արտացոլված ուլտրաձայնային ալիքը:
5. Ազդանշանի հաշվարկ	Կառավարման սխեման հաշվարկում է հեռավորությունը թռիչքի ժամանակից:

Ինչպես է աշխատում ուլտրաձայնային հաղորդիչը

Ան Ուլտրաձայնային հաղորդիչը սովորաբար օգտագործում է պիեզոէլեկտրական կերամիկական բյուրեղ, որը կցված է մետաղական թրթռման ափսեին կամ ռեզոնատորին: Երբ փոփոխական էլեկտրական լարումը կիրառվում է պիեզոկերամիկական տարրի վրա, այն արագորեն ընդլայնվում և կծկվում է:

Այս մեխանիկական թրթռումը առաջացնում է ուլտրաձայնային ալիքներ: Ռեզոնատորը և պատյանը օգնում են ակուստիկ էներգիան առաջ ուղղել, ուստի արտանետվող ձայնային ալիքը շարժվում է որպես ուղղորդող ճառագայթ, այլ ոչ թե հավասարապես տարածվում բոլոր ուղղություններով:

Ինչպես է աշխատում ուլտրաձայնային ընդունիչը

Ուլտրաձայնային ընդունիչն աշխատում է հակառակ ուղղությամբ: Երբ արտացոլված ուլտրաձայնային ալիքը հասնում է ընդունիչին, թրթռման թիթեղը շարժվում է: Այս թրթռումը փոխանցվում է պիեզոէլեկտրական կերամիկական սկավառակի վրա:

Պիեզոէլեկտրական էֆեկտի պատճառով կերամիկական տարրը առաջացնում է էլեկտրական ազդանշան, երբ այն մեխանիկորեն լարվում է: Սենսորային սխեման ուժեղացնում և մշակում է այս թույլ ազդանշանը՝ որոշելու, թե արդյոք արձագանքը վերադարձել է, և որքան ժամանակ է պահանջվել արձագանքի հասնելու համար:

Մի խոսքով, ուլտրաձայնային տվիչները կարող են ինչպես փոխանցել, այնպես էլ ստանալ ուլտրաձայնային ալիքներ: Փոխանցելիս նրանք էլեկտրական էներգիան վերածում են ուլտրաձայնային թրթիռի։ Էխոներ ստանալիս նրանք ուլտրաձայնային թրթռումը վերածում են էլեկտրական ազդանշանների։ Ահա թե ինչու դրանք կոչվում են նաև ուլտրաձայնային փոխարկիչներ:

Ուլտրաձայնային տվիչների կատարողական բնութագրերը

Քանի որ պիեզոէլեկտրական տարրը սովորաբար շրջանաձև է, արտանետվող ուլտրաձայնային ալիքն ունի ուղղորդված ճառագայթի ձև: Ճառագայթի խաչմերուկը հաճախ նման է էլիպսի, ուստի հայտնաբերման տիրույթը սահմանափակվում է անկյունով, հաճախականությամբ, փոխարկիչի չափով, ձայնային հզորությամբ և թիրախի արտացոլմամբ:

Ուլտրաձայնային սենսորների որոշ նմուշների համար հորիզոնական հայտնաբերման անկյունը կարող է ավելի լայն լինել, քան ուղղահայաց հայտնաբերման անկյունը: Օրինակ, սենսորը կարող է ունենալ ճառագայթի հորիզոնական անկյուն՝ մոտ 120 աստիճան և ուղղահայաց ճառագայթի անկյուն՝ մոտ 60 աստիճան՝ կախված կառուցվածքից և կիրառությունից:

Կատարման գործոնի	ազդեցությունը սենսորի աշխատանքի վրա
Հաճախականություն	Ավելի ցածր հաճախականություններն ավելի հեռու են գնում, մինչդեռ ավելի բարձր հաճախականությունները կարող են ավելի լավ լուծում ապահովել ավելի կարճ տիրույթներում:
Ճառագայթի անկյուն	Նեղ ճառագայթը բարելավում է ուղղության հայտնաբերումը. լայն ճառագայթն ավելի շատ տարածք է զբաղեցնում:
Թիրախային մակերեսը	Հարթ, կոշտ մակերեսները ավելի լավ են արտացոլում ուլտրաձայնը, քան փափուկ, անկյունային կամ ծակոտկեն մակերեսները:
Ջերմաստիճանը	Ջերմաստիճանը փոխում է ձայնի արագությունը և կարող է ազդել հեռավորության ճշգրտության վրա:
Շրջակա միջավայր	Փոշին, խոնավությունը, քամին, փրփուրը, թրթռումը և այլ ուլտրաձայնային աղբյուրները կարող են ազդել ազդանշանի որակի վրա:

Ուլտրաձայնային տվիչների առանձնահատկությունները

• Պարզ կառուցվածք և հարմար արտադրություն:

• Հեռավորության ոչ կոնտակտային չափում առանց թիրախային օբյեկտին դիպչելու:

• Ավելի քիչ է ազդում թիրախային գույնի, թափանցիկության կամ շրջակա միջավայրի լույսի վրա, քան օպտիկական սենսորները:

• Հարմար է թափանցիկ առարկաներ, փայլուն մակերեսներ, հեղուկի մակարդակներ և շատ պինդ նյութեր հայտնաբերելու համար:

• Հեշտ չէ միջամտել սովորական շրջակա միջավայրի էլեկտրամագնիսական դաշտերին:

• Կարող է նախագծվել որպես բաց տիպի, անջրանցիկ տիպի, բարձր հաճախականության տիպի, հաղորդիչ, ընդունիչ կամ ինտեգրված հաղորդիչ:

Ուլտրաձայնային սենսորների տեսակները

Տեսակը	Նկարագրություն	Տիպիկ կիրառություն
Ուլտրաձայնային հաղորդիչ	Էլեկտրական ազդանշանները վերածում է ուլտրաձայնային ալիքների:	Հեռավորության մոդուլներ, վանող սարքեր, զգայական համակարգեր:
Ուլտրաձայնային ընդունիչ	Փոխակերպում է ուլտրաձայնային արձագանքները էլեկտրական ազդանշանների:	Էխոյի հայտնաբերման և ազդանշանի ընդունման սխեմաներ:
Ուլտրաձայնային հաղորդիչ	Համատեղում է փոխանցման և ընդունման գործառույթները մեկ միավորում:	Կոմպակտ հեռավորության սենսորներ և օբյեկտների հայտնաբերման մոդուլներ:
Անջրանցիկ ուլտրաձայնային սենսոր	Օգտագործում է կնքված պատյան խոնավ, բացօթյա կամ հեղուկի հետ կապված միջավայրերի համար:	Ավտոկայանատեղի սենսորներ, բացօթյա հեռահարություն, տանկի մակարդակի ցուցիչ:
Բարձր հաճախականության ուլտրաձայնային սենսոր	Օգտագործում է ավելի բարձր հաճախականություն՝ ավելի կարճ տիրույթներում ավելի լավ լուծաչափի համար:	Ճշգրիտ հայտնաբերում, բժշկական, արդյունաբերական ստուգում:

Ուլտրաձայնային տվիչների կիրառում

Ուլտրաձայնային տվիչներն օգտագործվում են ամենուր, որտեղ անհրաժեշտ է ոչ կոնտակտային չափումներ: Դրանք հատկապես օգտակար են, երբ օպտիկական սենսորների վրա կարող են ազդել գույնը, լույսը, թափանցիկությունը, փոշին կամ փայլը:

• Ավտոմեքենաների կայանման սենսորներ և հետընթաց ռադար:

• Ռոբոտի խոչընդոտներից խուսափելը և նավարկությունը:

• Հեղուկի մակարդակի չափում տանկերում և տարաներում:

• Արդյունաբերական ավտոմատացում և օբյեկտների հայտնաբերում:

• Խելացի աղբամաններ, ավտոմատ դռներ և ներկայության հայտնաբերում:

• Հոսքի չափում, արտահոսքի հայտնաբերում և ոչ կործանարար փորձարկում մասնագիտացված համակարգերում:

Ուլտրաձայնային տվիչների սահմանափակումները

Չնայած ուլտրաձայնային տվիչները հուսալի են բազմաթիվ ծրագրերում, դրանք հարմար չեն յուրաքանչյուր թիրախի կամ միջավայրի համար: Փափուկ, ծակոտկեն, անկյունային, շատ փոքր կամ ձայնը կլանող առարկաները կարող են թույլ արձագանքներ տալ: Փրփուրը, տուրբուլենտությունը, օդի ուժեղ շարժումը և ջերմաստիճանի փոփոխությունները նույնպես կարող են ազդել չափման ճշգրտության վրա:

Ուլտրաձայնային հեռավորության ճշգրիտ չափման համար ինժեներները պետք է ընտրեն ճիշտ հաճախականությունը, ճառագայթի անկյունը, սենսորի տեսակը, տեղադրման դիրքը և փոխհատուցման մեթոդը: Խիստ միջավայրում սովորաբար նախընտրելի են անջրանցիկ կամ կնքված ուլտրաձայնային սենսորները:

Ամփոփում

Ուլտրաձայնային տվիչները աշխատում են բարձր հաճախականության ձայնային ալիքներ փոխանցելով և արտացոլված արձագանքները ստանալու միջոցով: Հեռավորությունը հաշվարկվում է արձագանքի ժամանակից և ձայնի արագությունից՝ օգտագործելով թռիչքի ժամանակի սկզբունքը:

Քանի որ ուլտրաձայնային տվիչները ոչ կոնտակտային են, գույնի և լույսի նկատմամբ զգայուն չեն և հարմար են բազմաթիվ պինդ և հեղուկ թիրախների համար, դրանք լայնորեն օգտագործվում են հեռավորության չափման, օբյեկտների հայտնաբերման, հեղուկի մակարդակի հայտնաբերման, ավտոմոբիլային համակարգերի և արդյունաբերական ավտոմատացման մեջ:

Հաճախակի տրվող հարցեր ուլտրաձայնային տվիչների մասին

Ինչպե՞ս են ուլտրաձայնային սենսորները չափում հեռավորությունը:

Ուլտրաձայնային սենսորները չափում են հեռավորությունը՝ արձակելով ձայնային զարկերակ, ստանալով արտացոլված արձագանքը և հաշվարկելով արձագանքի ժամանակի հեռավորությունը: Հիմնական բանաձևը հեռավորություն = ձայնի արագություն × ժամանակ / 2:

Ո՞րն է տարբերությունը ուլտրաձայնային հաղորդիչի և ստացողի միջև:

Ուլտրաձայնային հաղորդիչը էլեկտրական էներգիան վերածում է ուլտրաձայնային ձայնային ալիքների: Ուլտրաձայնային ընդունիչը արտացոլված ուլտրաձայնային ալիքները վերածում է էլեկտրական ազդանշանների: Որոշ ուլտրաձայնային փոխարկիչներ կարող են կատարել երկու գործառույթները մեկ բաղադրիչում:

Ինչու են սովորաբար օգտագործվում 40 կՀց ուլտրաձայնային սենսորները:

40 կՀց ուլտրաձայնային սենսորները տարածված են, քանի որ դրանք առաջարկում են գործնական հավասարակշռություն միջակայքի, զգայունության, բաղադրիչի չափի, էներգիայի սպառման և արժեքի միջև: Դրանք լայնորեն կիրառվում են միջակայքի մոդուլների, օբյեկտների հայտնաբերման և կայանման սենսորային համակարգերում:

Կարո՞ղ են ուլտրաձայնային տվիչները հայտնաբերել թափանցիկ առարկաներ:

Այո՛։ Քանի որ ուլտրաձայնային տվիչները լույսի փոխարեն օգտագործում են ձայնային ալիքներ, նրանք կարող են հայտնաբերել բազմաթիվ թափանցիկ առարկաներ, որոնք դժվար են օպտիկական սենսորների համար: Իրական արդյունքը կախված է օբյեկտի ձևից, անկյունից, չափից և ձայնային արտացոլումից:

Ի՞նչն է ազդում ուլտրաձայնային սենսորի ճշգրտության վրա:

Ճշգրտության վրա կարող են ազդել ջերմաստիճանը, խոնավությունը, քամին, թիրախի անկյունը, թիրախային նյութը, մակերևույթի կոշտությունը, սենսորների հավասարեցումը, ճառագայթի անկյունը, շրջակա միջավայրի աղմուկը և մոտակա օբյեկտների արձագանքների միջամտությունը:

Ուլտրաձայնային սենսորների վրա ազդում են լույսը կամ գույնը:

Ուլտրաձայնային սենսորները հիմնականում չեն ազդում տեսանելի լույսի կամ առարկաների գույնի վրա, քանի որ դրանք օգտագործում են ձայնային ալիքներ: Սա դրանք օգտակար է դարձնում մութ միջավայրերի, թափանցիկ թիրախների, փայլուն մակերեսների և ծրագրերի համար, որտեղ օպտիկական սենսորները կարող են անվստահելի լինել:

Որտեղ են օգտագործվում ուլտրաձայնային հեռավորության տվիչները:

Ուլտրաձայնային հեռավորության տվիչները օգտագործվում են մեքենայի հետընթաց ռադարներում, ռոբոտի խոչընդոտներից խուսափելու, հեղուկի մակարդակի չափման, արդյունաբերական ավտոմատացման, խելացի աղբամանների, ավտոմատ դռների, կայանման համակարգերում և ոչ կոնտակտային հայտնաբերման սարքավորումներում: