เซ็นเซอร์ช่วงอัลตราโซนิก

        เซ็นเซอร์อัลตราโซนิค เป็นเซ็นเซอร์ที่พัฒนาขึ้นโดยใช้คุณลักษณะของอัลตราซาวนด์ เซ็นเซอร์วัดช่วงอัลตราโซนิก เป็นเซ็นเซอร์ที่แปลงสัญญาณอัลตราโซนิกเป็นสัญญาณพลังงานอื่นๆ (โดยปกติจะเป็นสัญญาณไฟฟ้า) อัลตราซาวนด์เป็นคลื่นกลที่มีความถี่การสั่นสะเทือนสูงกว่า 20kHz มีลักษณะของความถี่สูง ความยาวคลื่นสั้น ปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนขนาดเล็ก โดยเฉพาะทิศทางที่ดี และสามารถแพร่กระจายรังสีและทิศทางได้ อัลตราซาวนด์มีความสามารถที่ดีในการเจาะของเหลวและของแข็ง โดยเฉพาะในของแข็งที่ทึบแสงต่อแสงแดด คลื่นอัลตราโซนิกที่พบกับสิ่งเจือปนหรือส่วนต่อประสานจะทำให้เกิดการสะท้อนอย่างมีนัยสำคัญเพื่อสร้างเสียงสะท้อนที่สะท้อน และการสัมผัสวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่สามารถสร้างเอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ได้ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิคใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม การป้องกันประเทศ ชีวการแพทย์ ฯลฯ

อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่นี้ได้สำเร็จคือเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก ซึ่งเดิมเรียกว่าทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกหรือโพรบอัลตราโซนิก

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก

แกนกลางของโพรบอัลตราซาวนด์คือชิปเพียโซอิเล็กทริกในปลอกพลาสติกหรือโลหะ อาจมีวัสดุหลายประเภทที่ประกอบเป็นแผ่นเวเฟอร์ ขนาดของเวเฟอร์ เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาก็แตกต่างกัน ดังนั้นประสิทธิภาพของโพรบแต่ละตัวจึงแตกต่างกัน เราต้องเข้าใจประสิทธิภาพของมันก่อนใช้งาน ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิค ได้แก่ :

    (1) ความถี่ในการทำงาน ความถี่ในการทำงานคือความถี่เรโซแนนซ์ของเวเฟอร์เพียโซอิเล็กทริก เมื่อความถี่ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้กับความถี่นั้นเท่ากับความถี่เรโซแนนซ์ของชิป พลังงานเอาท์พุตจะใหญ่ที่สุดและความไวก็จะสูงที่สุดเช่นกัน

    (2) อุณหภูมิในการทำงาน เนื่องจากจุดคูรีของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกโดยทั่วไปค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อหัววัดอัลตราโซนิกสำหรับการวินิจฉัยใช้พลังงานน้อยกว่า อุณหภูมิในการทำงานจึงค่อนข้างต่ำ และสามารถทำงานได้เป็นเวลานานโดยไม่เกิดข้อผิดพลาด หัวอัลตราซาวนด์ทางการแพทย์มีอุณหภูมิค่อนข้างสูงและต้องใช้อุปกรณ์ทำความเย็นแยกต่างหาก

    (3) ความไว ขึ้นอยู่กับการผลิตเวเฟอร์เป็นหลัก ค่าสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ทางกลไฟฟ้ามีขนาดใหญ่และมีความไวสูง มิฉะนั้นความไวจะต่ำ

โครงสร้างและหลักการทำงาน

    เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก การเปลี่ยนรูปทางกลจะเกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าและความถี่ ในทางกลับกัน เมื่อเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกถูกสั่นสะเทือน จะเกิดประจุขึ้น โดยใช้หลักการนี้ เมื่อสัญญาณไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับเครื่องสั่นที่ประกอบด้วยเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกสองชิ้นหรือเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกและแผ่นโลหะที่เรียกว่าองค์ประกอบไบมอร์ฟ คลื่นอัลตราโซนิกจะถูกปล่อยออกมาเนื่องจากการสั่นแบบโค้งงอ ในทางกลับกัน เมื่อใช้การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกกับองค์ประกอบไบมอร์ฟ สัญญาณไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้น จากผลกระทบข้างต้น เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกสามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกได้

    เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก เครื่องสั่นแบบผสมจะถูกยึดไว้บนฐานอย่างยืดหยุ่น เครื่องสั่นแบบคอมโพสิตเป็นการผสมผสานระหว่างเครื่องสะท้อนเสียงและเครื่องสั่นองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกแบบ bimorph ซึ่งประกอบด้วยแผ่นโลหะและแผ่นเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก เครื่องสะท้อนเสียงอยู่ในรูปทรงของทรัมเป็ต จุดประสงค์คือเพื่อแผ่คลื่นอัลตราโซนิกที่เกิดจากการสั่นสะเทือนอย่างมีประสิทธิภาพ และเพื่อให้คลื่นอัลตราโซนิกรวมศูนย์อย่างมีประสิทธิภาพในส่วนกลางของเครื่องสั่น

    ข้อดีของเซ็นเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก: ความละเอียดตามยาวสูงและสามารถระบุวัตถุสะท้อนที่โปร่งใส โปร่งแสง และกระจายได้ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดแบบไม่สัมผัสในที่มืด ชื้น และสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยอื่นๆ ขึ้นอยู่กับระบบตรวจจับเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก มันง่ายที่จะตระหนักถึงการย่อขนาดและบูรณาการ