سنسور التراسونیک یک وسیله الکترونیکی است که برای اندازه‌گیری فاصله تا یک شیء هدف به کار می‌رود. این سنسور با فرستادن امواج صوتی با فرکانس بالا (فراتر از حد شنوایی انسان) و سپس دریافت انعکاس این امواج، فاصله را محاسبه می‌کند.
امواج صوتی با فرکانس بالا به امواج التراسونیک معروف هستند و فرکانس آنها از ۲۰ کیلوهرتز بیشتر است که خارج از محدوده شنوایی انسان قرار می‌گیرد.
نحوه کار سنسور به این صورت است که ابتدا یک موج صوتی ارسال می‌کند، این موج به جسم برخورد کرده و سپس به سمت سنسور برمی‌گردد. با اندازه‌گیری زمان رفت و برگشت این موج (پژواک)، فاصله تا شیء هدف محاسبه می‌شود.
اصول کارکرد سنسور التراسونیک شبیه به سونار یا رادار است. در سونار و رادار با تحلیل امواج برگشتی (به ترتیب امواج صوتی و امواج رادیویی)، ویژگی‌های هدف مشخص می‌شود. سنسورهای التراسونیک کاربردهای متنوعی دارند، از جمله اندازه‌گیری سطح مایعات در مخازن، تشخیص اشیاء در رباتیک و کمک به سیستم‌های پارک خودرو.
کاربردهای سنسور التراسونیک چیست؟
به دلیل توانایی سنجش و تشخیص بدون تماس، سنسورهای التراسونیک طیف وسیعی از کاربردها را در صنایع مختلف دارند. در اینجا برخی از مهمترین کاربردها آورده شده است:
- صنعت خودرو: در سیستم‌های کمکی پارک برای تشخیص اشیاء و اندازه‌گیری فاصله از خودرو به کار می‌روند.
- اتوماسیون صنعتی: این سنسورها با کنترل و نظارت بر فرآیندها، نقش حیاتی در صنایع اتوماسیون ایفا می‌کنند.
- حوزه پزشکی: در سونوگرافی برای کمک به تشخیص و تصویربرداری پزشکی کاربرد دارند.
- اندازه‌گیری سطح مایعات: برای اندازه‌گیری و کنترل سطح مایعات در مخازن استفاده می‌شوند.
- شمارش پر سرعت: در سیستم‌های شمارش و تشخیص عبوری به کار می‌روند.
- رباتیک: به عنوان سنسور تشخیص موانع در رباتیک عمل می‌کنند و به ربات‌ها در جهت‌یابی و تعامل با محیطشان کمک می‌کنند.
این موارد تنها چند نمونه هستند و تطبیق‌پذیری بالای سنسورهای التراسونیک به این معنی است که می‌توان آنها را برای بسیاری از کاربردهای دیگر نیز استفاده کرد.
اصول کار سنسور التراسونیک چگونه است؟
اصول کارکرد سنسورهای التراسونیک بر پایه اندازه‌گیری “زمان پرواز” (ToF) استوار است. در اینجا نحوه عملکرد این سنسورها به صورت گام به گام توضیح داده شده است:
۱. انتشار: سنسور یک پالس صوتی در محدوده فراصوت منتشر می‌کند. این فرکانس بالاتر از محدوده شنوایی انسان (بالای ۲۰ کیلوهرتز) است.
۲. پیشروی: این پالس صوتی تا زمانی که به جسمی برخورد نکند در هوا حرکت می‌کند.
۳. بازتاب: با برخورد به جسم، پالس صوتی به سمت سنسور برمی‌گردد و یک “پژواک” ایجاد می‌کند.
۴. دریافت: سنسور که به عنوان گیرنده نیز عمل می‌کند، پژواک برگشتی را دریافت می‌کند.
۵. محاسبه: سنسور با اندازه‌گیری فاصله زمانی بین ارسال پالس صوتی و دریافت پژواک، فاصله تا جسم را محاسبه می‌کند.
فاصله با استفاده از فرمول زیر محاسبه می‌شود:
فاصله = (سرعت صوت × زمان پرواز) / ۲
تقسیم بر ۲ به این دلیل ضروری است که موج صوتی باید به شیء برود و برگردد، بنابراین زمان اندازه‌گیری شده در واقع برای کل مسیر رفت و برگشت است.
سنسورهای التراسونیک polyvalent (پلی‌والان به معنی چند منظوره) هستند و می‌توانند انواع مختلفی از اشیاء را تشخیص دهند، از جمله جامدات، مایعات، گرانول‌ها و پودرها. همچنین قادر به تشخیص اشیاء شفاف یا براق و اشیاء با رنگ‌های متغیر هستند.
انواع مختلف سنسورهای التراسونیک کدامند؟
سنسورهای التراسونیک در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر کدام برای کاربردها و محیط‌های خاصی مناسب هستند. در اینجا برخی از انواع رایج آورده شده است:
- سنسورهای التراسونیک تشخیص نزدیکی (Proximity): این سنسورها وجود اشیاء و همچنین فاصله آنها را تشخیص می‌دهند. آنها به طور معمول برای اندازه‌گیری فاصله استفاده می‌شوند.
- کلیدهای دو نقطه‌ای التراسونیک تشخیص نزدیکی: این سنسورها مشابه سنسورهای معمولی تشخیص نزدیکی هستند، اما با دو نقطه برای کلیدزنی، که امکان کنترل دقیق را در محدوده حسگر فراهم می‌کند.
- سنسورهای التراسونیک بازتابنده: این سنسورها از یک بازتابنده برای برگرداندن امواج التراسونیک به سمت خود استفاده می‌کنند. این سنسورها برای تشخیص مواد جذب کننده صدا یا اشیاء با اشکال نامنظم مفید هستند.
- سنسورهای التراسونیک عبوری: این سنسورها که از یک فرستنده و گیرنده جداگانه تشکیل شده‌اند، برای شمارش با سرعت بالا و اندازه‌گیری دقیق فاصله ایده‌آل هستند.
به دلیل قابلیت کارکرد بدون تماس و تطبیق‌پذیری در تشخیص مواد و سطوح مختلف، از این نوع سنسورها در بخش‌های متنوعی از جمله اتوماسیون صنعتی، مونتاژ خودرو و موارد دیگر استفاده می‌شود.مطلب مرتبط : سنسور حرارتی تشخیص انسان چیست؟
مزایا و معایب سنسورهای التراسونیک چیست؟
مزایا:
- قابلیت تشخیص انواع مواد: این سنسورها می‌توانند انواع مواد از جمله مایعات، جامدات و گرانول‌ها را تشخیص دهند.
- عدم تاثیر عوامل محیطی: عملکرد آنها تحت تاثیر گرد و غبار، باران یا برف قرار نمی‌گیرد.
- عملکرد در شرایط سخت: می‌توانند در شرایط محیطی مختلف به طور موثر کار کنند.
- برد تشخیص بالا: سنسورهای التراسونیک نسبت به سنسورهای القایی یا خازنیِ تشخیص نزدیکی، معمولا برد تشخیص بیشتری دارند.
- کارایی با اشیاء بزرگ: در تشخیص اشیاء بزرگ با سطوح سخت، عملکرد خوبی ارائه می‌دهند.
معایب:
- حساسیت به دما: سنسورهای التراسونیک به تغییرات دما حساس هستند که می‌تواند بر دقت آنها تاثیر بگذارد.
- مشکل با سطوح خاص: ممکن است در دریافت بازتابش از اشیاء نرم، منحنی، نازک یا کوچک دچار مشکل شوند.
- محدودیت پالس مخروطی شکل: شکل مخروطی پالس ارسالی می‌تواند تمایز بین اشیاء کوچک و بزرگ را دشوار کند.
هنگام انتخاب سنسور التراسونیک برای یک کاربرد خاص، باید این ویژگی‌ها را در نظر گرفت تا اطمینان حاصل شود که نیازهای لازم را برآورده می‌کند.
جمع بندی
سنسور التراسونیک:
سنسور التراسونیک یک وسیله الکترونیکی است که با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا، فاصله تا یک شیء را اندازه‌گیری می‌کند. این سنسورها کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف دارند، از جمله:
- صنعت خودرو: برای سیستم‌های کمکی پارک
- اتوماسیون صنعتی: کنترل و نظارت بر فرآیندها
- حوزه پزشکی: سونوگرافی
- اندازه‌گیری سطح مایعات: در مخازن
- شمارش پر سرعت: محصولات
- رباتیک: تشخیص موانع
مزایای سنسورهای التراسونیک:
- قابلیت تشخیص انواع مواد: مایعات، جامدات و گرانول‌ها
- عدم تاثیر عوامل محیطی: گرد و غبار، باران یا برف
- عملکرد در شرایط سخت: طیف وسیعی از دما و رطوبت
- برد تشخیص بالا: بیشتر از سنسورهای القایی یا خازنی
- قیمت مناسب: نسبت به سایر سنسورهای با برد مشابه
معایب سنسورهای التراسونیک:
- حساسیت به دما: تغییرات دما می‌تواند بر دقت آنها تاثیر بگذارد
- مشکل با سطوح خاص: سطوح نرم، منحنی، نازک یا کوچک
- محدودیت پالس مخروطی شکل: تمایز بین اشیاء کوچک و بزرگ را دشوار می‌کند
انواع سنسورهای التراسونیک:
- سنسورهای تشخیص نزدیکی: اندازه‌گیری فاصله
- کلیدهای دو نقطه‌ای: کنترل دقیق در محدوده حسگر
- سنسورهای بازتابنده: تشخیص مواد جذب کننده صدا یا اشیاء با اشکال نامنظم
- سنسورهای عبوری: شمارش با سرعت بالا و اندازه‌گیری دقیق فاصله
انتخاب سنسور التراسونیک مناسب:
- کاربرد: نیازهای خاص
- مزایا و معایب: مقایسه
- قیمت: بودجه
جمع‌بندی:
سنسورهای التراسونیک ابزارهای قدرتمند و polyvalent (پلی‌والان به معنی چند منظوره) هستند که در طیف وسیعی از کاربردها می‌توانند از آنها استفاده کرد.
و اما در پایان ، این منابع برای بهتر نوشتن این مطلب به ما کمک کردند :
انتهای مطلب
