معرفی سنسور های التراسونیک

امروزه بسیاری از فعالیت های انسان وابسته به دستگاه های الکترونیکی است. این دستگاه ها موجب شده اند که زندگی انسان ها راحت تر و آسان تر باشد. همچنین در سال های اخیر استفاده از سنسورهای گوناگون در دستگاه های الکترونیکی مختلف باعث گردیده تا اندازه گیری پارامترهای مختلف به صورت کاملا دقیق انجام شود و نیازی به اندازه گیری دستی نباشد. یکی از سنسورهای پرکاربرد که از امواج صوتی برای اندازه گیری فاصله استفاده می کند، سنسور التراسونیک است. ایده ساخت سنسورهای التراسونیک از خفاش ها گرفته شده است. یعنی حسگری که بتواند بدون نور، فاصله اجسام را با یکدیگر تشخیص بدهد.

معرفی سنسور های اولتراسونیک

سنسورهای التراسونیک برای اندازه گیری فاصله اجسام با یکدیگر از ارسال امواج مافوق صوت استفاده می کنند. کارکرد این سنسورها با فرکانس های بین ۲۰ کیلو تا چند گیگاهرتز است، فرکانس هایی که در محدوده شنوایی انسان قرار ندارند. سنسورهای التراسونیک را می توان در موقعیت های مختلف بکار برد. البته برای اینکه سنسور دقیق عمل کند، باید سطح آن عاری از هر گونه آب و رسوب باشد. زیرا اگر روی سطح گیرنده یا فرستنده آن، رسوبات و قطرات آب وجود داشته باشد، ممکن است در کارکرد سنسور التراسونیک ایجاد اختلال کرده و گاهی اوقات باعث خرابی آن شود. البته وجود گرد و غبار روی سنسور مانعی برای عملکرد صحیح آن نیست و اثر منفی بر روی کارایی آن نمی گذارد.

کاربرد سنسورهای التراسونیک در صنعت

امروزه صنایع مختلف از این سنسور برای فعالیت های گوناگون استفاده می کنند. سنسور التراسونیک به خاطر اینکه با امواج مافوق صوت کار می کند و برای تشخیص اجسام به شکل و رنگ آن ها حساس نیست، یکی از سنسورهای پرکاربرد در صنعت است. از کاربردهای مهم سنسورهای التراسونیک می توان به موارد زیر اشاره کرد:

آزمایش های کیفی برای تشخیص سوراخ یا شکاف های ریز بر روی سطوح محصولات مختلف
همگن نمودن و یک دست کردن مواد مذاب
فرمان ضربه در انواع دریل ها
استفاده در دستگاه های تعیین فشار خون
تشخیص عمق و میزان فاصله اجسام از یکدیگر
کنترل تعداد دور موتورهای صنعتی
تشخیص میزان سوخت باقیمانده در باک هواپیما
استفاده در سیستم های هشدار دهنده مانند دزدگیر اتومبیل
استفاده در مسابقات ورزشی مانند دو میدانی برای ثبت دقیق زمان
کاربرد در زمینه هواشناسی

نحوه کار سنسورهای التراسونیک

این سنسور جزء سنسورهای مجاورتی است که به وسیله امواج صوتی فرکانس بالا، یک پالس کوتاه ارسال می کند. این پالس با برخورد با جسم مورد نظر به سمت سنسور باز می گردد و سنسور با استفاده از زمان رفت و برگشت موج می تواند فاصله جسم مورد نظر را به صورت کاملا دقیق محاسبه کند. سنسورهای التراسونیک به بو، نور و رنگ حساس نیستند و این پارامترها نمی توانند خللی در کارکرد آن ایجاد نمایند.

برای درک بهتر عملکرد سنسور التراسونیک بهتر است با امواج التراسونیک آشنا شوید. این امواج نوعی از امواج مکانیکی هستند که دارای فرکانس بیش از ۲۰ کیلوهرتز می باشند یعنی فرکانسی بالاتر از محدوده شنوایی انسان. نحوه کارکرد سنسورهای التراسونیک مانند ردیاب های صوتی است به این صورت که بازتاب امواج صوتی یا رادیویی را تحلیل می کنند و از این طریق ویژگی های هدف را تشخیص می دهند. این سنسورها دارای دو قسمت اصلی فرستند و گیرنده می باشند. بخش فرستنده، امواج رادیویی را به سمت جسم هدف ارسال می کند و پس از برخورد موج با جسم و بازتاب آن به سمت سنسور، توسط گیرنده دریافت و آنالیز می گردد. بنابراین نوع گیرنده و فرستنده ای که در سنسورهای التراسونیک استفاده می شود بسیار مهم است.

کیفیت موج بازتاب شده و همچنین زمان رفت و برگشت آن می تواند موجب تشخیص پارامترهای زیر شود:

سرعت اجسام
نوع اجسام
فاصله تا اجسام

شاید بپرسید، سنسورهای التراسونیک چگونه نوع اجسام را تشخیص می دهند؟ با توجه به این که میزان عبور امواج صوتی از اجسام مختلف، متفاوت است می کند، بنابراین کیفیت امواج ارسالی و دریافتی می تواند نوع اجسام را مشخص نماید.

ویژگی های مهم این سنسور ها

عدم حساسیت به نور خورشید
عدم حساسیت به تاریکی
دارای دقت و سرعت بسیار بالا
بهترین راه حل اندازه گیری فواصل مختلف
قیمت مناسب
هزینه تعمیر و نگهداری پایین
عدم تماس با جسم و به صفر رسیدن احتمال سایش و خوردگی

انواع سنسورهای التراسونیک

سنسور التراسونیک لبه

طراحی این نوع سنسور به صورت چنگالی است و متناسب با مسیر لبه، سیگنال آنالوگ با مشخصات ۴ تا ۲۰ میلی آمپر و صفر تا ۱۰ ولت تولید می کنند.

سنسور التراسونیک دبل شیت

این نوع سنسور مافوق صوت می تواند ورق های نازک به هم چسبیده از جنس فلز، فیلم یا کاغذ را تشخیص دهد و از چسبندگی آن ها به هم جلوگیری نماید.

سنسور التراسونیک برچسب گذاری

کارکرد این نوع سنسور مانند سنسور دبل شیت است و از آن ها در برچسب گذاری برای اطمینان از وجود برچسب روی لایه محافظ استفاده می شود.

سنسور التراسونیک با اتصال IO

ساختار این سنسور به گونه ای است که می توان آن را به سیستم های کنترلی مانند فیلدباس متصل نمود، زیرا می تواند فاصله اندازه گیری شده را به صورت دیجیتال و سریال برای کنترل کننده ارسال کند.

سنسور التراسونیک با خروجی آنالوگ

دقت اندازه گیری این سنسور بین ۲۵ هزارم تا ۳۶ صدم میلی متر است و ولتاژ و جریان خروجی آن متناسب با فاصله اندازه گیری شده می باشد. محدوده جریان این نوع حسگر فراصوت بین ۴ تا ۲۰ میلی آمپر و محدوده ولتاژ آن بین صفر تا ۱۰ ولت است.

نکات مهم هنگام خرید سنسور التراسونیک

برای خرید سنسور التراسونیک باید حالت، اندازه و شکل ظاهری، محدوده اندازه گیری و نو خروجی در نظر گرفته شود.
حالت این سنسورها به صورت انتشار، دو طرفه (thru-Beam) و بازتابش است که هر کدام کاربرد مخصوص خود را دارند.
سنسورهای التراسونیک در اشکال و اندازه های گوناگون طراحی و تولید می شوند. شکل آن ها می تواند استوانه ای، تخت یا مکعبی باشد. انتخاب شکل و سایز مناسب بستگی به سیستمی دارد که سنسور روی آن بسته می شود.
محدوده اندازه گیری سنسور التراسونیک معمولا بین ۱۰ تا ۱۰ هزار میلی متر می باشد. هرچه مبدل کوچکتر باشد، دامنه اندازه گیری آن نیز محدودتر است.
برای سنسور التراسونیک دو نوع خروجی آنالوگ و نقطه سوئیچ وجود دارد. در خروجی آنالوگ، میزان ولتاژ و جریان خروجی، فاصله را مشخص می کند و خروجی نقطه سوئیچ به سو نوع PNP، NPN و تماس رله تقسیم بندی می شود.

منبع : https://sensorplusiran.com/introduction-of-ultrasonic-sensors/