حسگر فراصوت

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

اساس کار حسگرهای فراصوت مشابه رادار یا ردیاب صوتی، تشخیص ویژگی‌های هدف از طریق تحلیل بازتاب امواج رادیویی یا صوتی می‌باشد. حسگرهای فراصوت امواج صوتی با فرکانس بالا ایجاد می‌کنند و موج بازتاب شده را دریافت و تحلیل می‌کنند. این حسگرها با محاسبهٔ زمان بین فرستادن سیگنال و گرفتن بازتاب، فاصلهٔ جسم را محاسبه می‌کنند. از این فناوری می‌توان در اندازه‌گیری سرعت و جهت باد یا میزان پر بودن یک مخزن استفاده کرد. برای اندازه‌گیری سرعت و جهت، یک دستگاه از چندین گیرنده استفاده می‌کند و از روی فاصلهٔ نسبی آنها سرعت را اندازه می‌گیرد. برای اندازه‌گیری میزان مایع داخل یک مخزن نیز کافیست فاصله از سطح مایع اندازه گرفته شود. کاربردهای دیگر شامل ردیابهای صوتی(sonar)، بخورها (Humidifier)، فراوانگاری (سونوگرافی فراصوت)، دزدگیرها و آزمایشات غیر مخرب(Nondestructive testing) می‌شود. به طور معمول از فرستنده و گیرنده‌هایی استفاده می‌شود که با تبدیل انرژی الکتریکی به صوتی امواج صوتی بالاتر از ۲۰ کیلوهرتز ایجاد می‌کنند و با دریافت بازتاب امواج صوت را بار دیگر به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند تا قابل اندازه‌گیری و نمایش باشند. مشکلات عمدهٔ این فناوری شکلهای گوناگون سطوح اجسام و چگالی یا غلظت مواد است. به عنوان مثال وجود کف در سطح یک مایع این عمل را مختل می‌کند.

مبدل‌ها[ویرایش]

شکل۱: میدان صوت یک مبدل فراصوت غیر متمرکز شونده 4Mhz با یک میدان نزدیک به طول N=67mm در آب. این شکل فشار صوت در مقیاس لگاریتمی (db) را نشان میدهد.
شکل۲: میدان فشار صوت همان مبدل فراصوت (4MHz, N=67mm) در حالتی که سطح مبدل دارای خمیدگی کروی با شعاع R=30mm است.

مبدل فراصوت به وسیله‌ای گفته می‌شود که انرژی را به امواج فراصوت(امواج صوتی بالاتر از حد شنوایی انسان) تبدیل کند. هرچند در تعریف بالا نوع انرژی اولیه مشخص نشده اما عموماً منظور از مبدل فراصوت، مبدلهای پیزوالکتریک است که انرژی الکتریکی را به صوت تبدیل می‌کنند. وقتی به کریستالهای پیزوالکتریک ولتاژ اعمال می‌شود اندازه‌شان تغییر می‌کند درنتیجه با اعمال جریان متناوب به آنها، با فرکانس بسیار بالایی به ارتعاش درمیایند و امواج فراصوت ایجاد می‌کنند. نقطه کانونی صوت را می‌توان از روی شکل و سطح فعال مبدل، فرکانس صوت و سرعت انتشار صوت در محیط مشخص کرد. شکل بالا میدن‌های صوتی دو مبدل متمرکز شونده و غیر متمرکز شونده در آب را نشان می‌دهد.

آشکار ساز[ویرایش]

از آنجایی که کریستالهای پیزوالکتریک هنگام اعمال نیرو به آنها، ولتاژ تولید میکنند، میتوانند در آشکار ساز فراصوت مورد استفاده قرار گیرند. برخی سیستمها از اجزا فرستنده و گیرنده جدا استفاده میکنند در حالیکه سیستم‌های دیگر تنها از یک فرستنده- گیرنده پیزوالکتریک تشکیل می شوند. راه‌های دیگر برای ایجاد کردن و ردیابی کردن تغییر شکل بر اثر مغناطیس(magnetostriction)و تحریک خازنی (capacitive actuation) می‌باشد.

کاربرد در پزشکی[ویرایش]

مبدل‌های فراصوت پزشکی، در شکلها و اندازه‌های مختلفی موجود هستند که در عکس برداری از قسمتهای مختلف بدن کاربرد دارند. مبدل ممکن است بر روی سطح بدن قرار گیرد یا در مخرجهای بدن مثل مقعد و مهبل قرار گیرد. پزشکانی که از روشهای فراصوتی استفاده میکنند، اغلب از یک سیستم مکانیاب(Probe positioning system) برای نگه داشتن مبدل فراصوت استفاده میکنند.

کاربرد در صنعت[ویرایش]

سنسورهای فراصوت برای ردیابی و آشکار سازی هدفها و اندازه گیری فاصله آنها در بسیاری از کارخانه‌های خودکار به کار می‌روند. سنسورها با یک خروجی دیجیتال (روشن یا خاموش) برای یافتن وجود هدف و سنسورهایی با یک خروجی دیجیتال که به طور تناسبی بر حسب فاصله سنسور تا هدف تغییر می‌کند، موجود هستند. به علت اینکه سنسورهای فراصوت به جای نور از صدا برای آشکار سازی استفاده میکنند، در کاربردهایی که سنسورهای فوتوالکتریک(سنسورهای فوتوالکتریک) قابل استفاده نیستند، به کار می روند. این سنسورها راه حل خوبی برای آشکارسازی اجسام شفاف و اندازه گیری سطح مایع هستند؛ کاربردهایی که سنسورهای فوتوالکتریک به علت عدم بازتاب نور از سطح هدف دچار اخلال می شوند. رنگ هدف و/یا بازتاب بر سنسورهای فراصوت تاثیر نمی‌گذارد که در نتیجه میتوانند در نور زیاد عمل کنند. انواع دیگر مبدلها در دستگاههای تمیز کننده دارای سنسور فراصوت به کار میروند. یک مبدل فراصوت به یک فولاد ضد زنگ که با یک حلال(معمولاً آب یا ایزو پروپانول) پر شده است، اضافه می‌شود و بعد موج مربعی به آن اعمال می‌شود که انرژی لرزشی به مایع می دهد.

منابع[ویرایش]

Ultrasonics Basics

پیوند به بیرون[ویرایش]