باسلام دراین مقاله دروبسایت دیاکو قصدداریم به مبانی سنسور اولتراسونیک بپردازیم.

برای آشنایی بیشتر با ماهمراه باشید:

 در این مقاله:

• سنسور اولتراسونیک چیست؟

• سنسوراولتراسونیک چگونه کار می کند؟

• نقاط قوت و ضعف سنسورهای اولتراسونیک

• سنسورهای اولتراسونیک معمولا در کجا استفاده می شوند؟

مقدمه:

سنسور اولتراسونیک ده‌ها سال است که در دسترس بوده‌اند . با این حال به دلیل قابلیت‌ها انعطاف‌پذیری و هزینه کم همچنان بخش بزرگی از بازار حسگر را در اختیار دارند. همانطور که محصولات بیشتری مستقل شده اند تقاضا با گنجاندن آنها در ربات ها وسایل نقلیه خودران و هواپیماهای بدون سرنشین افزایش یافته است.

درک نحوه عملکرد یک حسگر اولتراسونیک نحوه استفاده از آن مزایا و معایب استفاده از آن و کاربردهای رایج آن‌ها نشان می‌دهد .که چگونه آنها در حال حاضر به همان اندازه زمانی که برای اولین بار معرفی شدند مناسب هستند.

 

سنسور اولتراسونیک چیست؟

سنسور اولتراسونیک صدای جیر جیر معمولاً بین 23 کیلوهرتز و 40 کیلوهرتز منتشر می کنند که بسیار بیشتر از محدوده شنیداری معمولی شنوایی انسان در فرکانس 20 کیلوهرتز است. از این رو اصطلاح اولتراسونیک نامیده می شود.

آنها با استفاده از این صدای جیر جیر مدت زمانی را که طول می کشد تا صدا از یک جسم خارج شود اندازه می گیرند. این بر اساس همان اصول اولیه اکولوکاسیون است که توسط خفاش ها برای یافتن طعمه خود استفاده می شود.

 

سنسور اولتراسونیک چگونه کار می کند؟

با حرکت از تئوری به واقعیت یک حسگر اولتراسونیک به دو بخش نیاز دارد هر دو فرستنده و گیرنده. در استانداردترین پیکربندی اینها تا حد امکان در کنار هم قرار می گیرند. با نزدیک شدن گیرنده به فرستنده صدا در خط مستقیم تری از فرستنده به جسم شناسایی شده و به گیرنده برمی گردد.  خطاهای کوچکتری در اندازه گیری ها ایجاد می کند.

امواج صوتی که فرستنده را ترک می‌کنند بیشتر شبیه نوری هستند که از چراغ قوه بیرون می‌آیند تا لیزر بنابراین پخش و زاویه پرتو باید در نظر گرفته شود .همانطور که امواج صوتی از فرستنده دورتر می شوند ناحیه تشخیص به صورت جانبی و عمودی رشد می کند.

این منطقه در حال تغییر به همین دلیل است که سنسور اولتراسونیک مشخصات پوشش خود را در عرض یا زاویه پرتو به جای ناحیه تشخیص استاندارد ارائه می دهند.از آنجایی که سرعت صوت در هوا در دمای اتاق 343 متر بر ثانیه است. این زمان را می توان به راحتی به فاصله تبدیل کرد. به یاد داشته باشید که صدای مافوق صوت هم به سمت و هم از جسم مورد سنجش حرکت می کند.

دیگر نکات

یک اثر ثانویه زاویه پرتو برد دستگاه است .به طور کلی یک پرتو باریک دامنه تشخیص بیشتری را ایجاد می کند زیرا انرژی پالس اولتراسونیک متمرکزتر است و می تواند قبل از پراکنده شدن به سطوح غیرقابل استفاده دورتر شود. برعکس  یک پرتو وسیع‌تر آن انرژی را در یک قوس گسترده‌تر پخش می‌کند و محدوده تشخیص مورد انتظار را کاهش می‌دهد.

انتخاب پهنای پرتو ایده‌آل به شدت به کاربرد بستگی دارد.با پرتوهای عریض در پوشش مناطق بزرگ‌تر و تشخیص عمومی بهتر در حالی که پرتوهای باریک‌تر با محدود کردن ناحیه تشخیص از مثبت کاذب جلوگیری می‌کنند.

ماژول‌های سنسور اولتراسونیک دیجیتالی وجود دارند که فاصله را محاسبه می‌کنند و سپس فاصله را از طریق گذرگاه ارتباطی به میزبان منتقل می‌کنند. اگرچه فرستنده‌ها گیرنده‌ها یا فرستنده‌های اولتراسونیک اغلب به‌صورت جداگانه خریداری می‌شوند و با مدارهای سفارشی و سیستم‌افزار مونتاژ می‌شوند .

اما گاهی اوقات به‌عنوان یک واحد از قبل روی PCB در پیکربندی محدوده‌یابی استاندارد و یک برد منطقی ساده در دسترس هستند. اگرچه استفاده از آن ساده تر است اما طراحان با استفاده از این ماژول ها انعطاف پذیری و سفارشی سازی زیادی را کنار می گذارند. 

 

نقاط قوت و ضعف سنسورهای اولتراسونیک

سنسورهای اولتراسونیک تحت تأثیر رنگ اشیاء شناسایی شده از جمله اشیاء شفاف یا شفاف مانند آب یا شیشه قرار نمی گیرند. محدوده حداقل و حداکثر آنها کاملاً منعطف است و اکثر سنسورهای اولتراسونیک قادر به تشخیص نزدیک به چند سانتی متر تا تقریباً پنج متر هستند. ماژول هایی که به طور خاص پیکربندی شده اند حتی می توانند تا نزدیک به 20 متر اندازه گیری کنند.

سنسور اولتراسونیک اندازه گیری های نسبتاً دقیقی را معمولاً در حدود 1% و در صورت تمایل حتی دقت بیشتری را ارائه می دهند. آنها می توانند اندازه گیری های زیادی را در ثانیه انجام دهند و نرخ تازه سازی سریع را به همراه داشته باشند. از آنجایی که مواد کمیاب مورد نیاز نیست معمولاً بسیار ارزان هستند. سنسور اولتراسونیک در برابر محیط های پر سر و صدا و همچنین اکثر نویزهای صوتی مقاوم هستند.به ویژه در هنگام استفاده از ماژول های مجهز به صدای چیپ رمزگذاری شده.

اگرچه سنسور اولتراسونیک یک فناوری همه کاره است، اما باید قبل از انتخاب نهایی سنسور چندین محدودیت را در نظر گرفت.از آنجایی که سرعت صوت به دما و رطوبت بستگی دارد، شرایط محیطی ممکن است دقت اندازه گیری ها را تغییر دهد.

 

سنسور اولتراسونیک معمولا در کجا استفاده می شوند؟

• اولین مورد از دو کاربرد رایج سنسور اولتراسونیک

سنجش سطح مایع است زیرا آنها می توانند مایعات با هر رنگ یا تیرگی را تشخیص دهند .در عین حال غیر تماسی نیز هستند.

• دومین مورد

تشخیص عمومی شی به دلیل هزینه کم و سادگی آنهاست. کاربردهای خاص تشخیص اشیاء شامل تشخیص ضد برخورد برای وسایل نقلیه تشخیص افراد تشخیص حضور مرتب‌سازی جعبه تشخیص پالت با لیفتراک شمارش بطری در ماشین‌های پر کردن نوشیدنی و بسیاری موارد دیگر است.

نمونه ای از استفاده خلاقانه تر برای حسگرهای اولتراسونیک، استفاده از عملکرد یک طرفه فرستنده ها و گیرنده های اولتراسونیک به طور جداگانه است. در حالی که پالس های اولتراسونیک خارج از محدوده شنوایی انسان هستند در محدوده شنوایی حیوانات مختلف قرار دارند. یک فرستنده اولتراسونیک می‌تواند از فرستنده‌های خود برای ترساندن حیواناتی مانند پرندگان استفاده کند، در حالی که یک گیرنده اولتراسونیک می‌تواند برای تشخیص نویز استفاده شود.

خلاصه

سنسورهای اولتراسونیک یک فناوری شناخته شده هستند که همچنان در بسیاری از کاربردهای صنعتی و مصرف کننده بسیار مرتبط هستند. سادگی هزینه کم و ساخت مستحکم آنها را به گزینه ای عالی برای بسیاری از محصولات جدید که نیاز به تشخیص حضور یا اندازه گیری فاصله دارند تبدیل می کند. با این حال  توانایی تغییر تنظیمات سخت افزاری و نرم افزاری آنها را برای شرایط سخت تر بسیار متنوع می کند.

دیگر مقاله های ما: phمتر/ سنسور پیزوالکتریک

راسا الکترونیک دیاکو