سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک

سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک از امواج اولتراسونیک در ترکیب با خوانش نور و فرکانس استفاده می کنند. به طور خاص، سنسورها و سوئیچ‌های موقعیت خطی اولتراسونیک از امواج صوتی سطحی (SAW) و امواج بره استفاده می‌کنند که از هدف منعکس می‌شوند. صدای اولتراسونیک ارتعاشی در فرکانس بالاتر از محدوده شنوایی انسان است که معمولاً بیشتر از 20 کیلوهرتز است.

نمایش تمام سازندگان سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک

بر خلاف انواع دیگر سنسورهای موقعیت ، سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک تحت تأثیر رنگ یا نوع ماده قرار نمی گیرند. در عوض، سنسورها و سوئیچ‌های موقعیت خطی اولتراسونیک فقط به یک جسم برای عبور از منطقه عملیاتی خود نیاز دارند تا سیگنال را بازتاب دهند.

سنسورهای موقعیت خطی اولتراسونیک یک انفجار کوتاه از صدای اولتراسونیک را به سمت هدف منتقل می کنند. هنگامی که صدا منعکس می شود، به عنوان یک اکو به سنسور باز می گردد. فاصله بین سنسور موقعیت خطی اولتراسونیک و هدف از زمان بازگشت سیگنال و سرعت انتشار محیط اندازه گیری محاسبه می شود. این حسگرها به حداقل فاصله نیاز دارند تا تأخیر زمانی را فراهم کنند تا بتوان «پژواک» را تفسیر کرد.

یک چرخه نوسانی ممکن است تشکیل شود که شامل یک حلقه بازخورد است که شامل سوگند صوتی، عناصر الکتریکی و عناصر نوری است. حلقه بازخورد سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک فرکانس خروجی تولید می کند که با اندازه گیری فرکانس فواصل یا زوایای مورد نظر تعیین می شود.

هنگامی که برای عملکردهای سنجش استفاده می شود، روش اولتراسونیک نسبت به سنسورهای معمولی مزایایی دارد:

• فواصل گسسته تا اجسام متحرک را می توان شناسایی و اندازه گیری کرد.

کمتر تحت تأثیر مواد و سطوح هدف قرار می گیرد و تحت تأثیر رنگ قرار نمی گیرد. واحدهای حالت جامد تقریباً عمر نامحدود و بدون تعمیر و نگهداری دارند. می تواند اجسام کوچک را در فواصل عملیاتی طولانی تشخیص دهد.

• مقاومت در برابر اختلالات خارجی مانند لرزش، تابش مادون قرمز، نویز محیط و تشعشع EMI.

انواع سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک

المان‌های حسگر سرامیکی و الکترواستاتیکی فناوری‌های رایج برای سنسورها و سوئیچ‌های موقعیت خطی اولتراسونیک هستند.

• سنسورهای سرامیکی  به یک محفظه فلزی یا مخروط متصل می شوند و از اثر Piezo برای ایجاد و اندازه گیری پالس های اولتراسونیک استفاده می کنند. سنسورهای پیزوالکتریک نیز نامیده می شود.

• حسگرهای الکترواستاتیک  از یک صفحه آلومینیومی ثابت و یک صفحه متحرک که با یک لایه نازک طلایی پوشیده شده است، تشکیل شده است. هنگامی که یک سیگنال به دو صفحه اعمال می شود، ورق طلا به صفحه پشتی جذب می شود که هوا را جابجا می کند و یک انفجار اولتراسونیک ایجاد می کند.

مشخصات

سنسورها در فرکانس های مختلف کار می کنند و الگوهای تابش متفاوتی دارند. مشخصات مهم سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک عبارتند از: فاصله اندازه گیری شده، سیگنال خروجی مورد نظر، وضوح برد و نرخ نمونه و همچنین پیکربندی نصب، آب بندی محیطی و ویژگی های الکترونیکی. 

مشخصات اندازه گیری

• محدوده اندازه گیری  - محدوده ای که خروجی خطی در آن مورد نیاز است

• نرخ نمونه  - تعداد دفعاتی که دستگاه حس می کند. با هرتز (هرتز) اندازه گیری می شود.

• وضوح برد  - کوچکترین واحد اندازه گیری فاصله.

• دقت  - اندازه گیری دستگاه چقدر دقیق است. دقت سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک به صورت درصدی از مقیاس کامل اندازه گیری می شود.

• محدوده دما و جبران  - محدوده ای که دستگاه می تواند به درستی کار کند. برخی از سنسورها دارای یک سنسور جبران دما هستند که به این معنی است که سنسور دمای داخل سر سنسور دما را حس می کند و تغییر سرعت صوت را جبران می کند.

خروجی برق

• جریان یا فرکانس آنالوگ  - خروجی سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک هنگام انتقال سیگنال در فواصل طولانی مفید است. بازخورد از جریان آنالوگ برای ارائه جریان مناسب بدون توجه به نویز، امپدانس و غیره استفاده می شود. فرکانس آنالوگ یا فرکانس مدوله شده، تغییری از خروجی جریان آنالوگ است. در خروجی‌های فرکانس آنالوگ، سیگنال از طریق مدولاسیون دامنه (AM)، مدولاسیون فرکانس (FM) یا مدولاسیون‌های اضافی کدگذاری می‌شود.

• خروجی دیجیتال سریال یا موازی

• خروجی سوئیچ یا زنگ هشدار - زمانی که تغییر حالت تشخیص داده می شود.

برنامه های کاربردی

سنسورها و سوئیچ‌های موقعیت خطی اولتراسونیک در محیط‌هایی که باعث از کار افتادن سایر فناوری‌های سنجش می‌شوند، مانند گرد و غبار، هوای مملو از ذرات، رطوبت یا رطوبت، یا شرایط به‌ویژه خشک، مفید هستند. هنگام انتخاب سنسور اولتراسونیک باید محیط حرکت صدا را در نظر گرفت، جدول زیر سرعت صوت از طریق گازهای مختلف را نشان می دهد.

هنگامی که با فاصله قابل توجهی از اهداف خود جدا می شوند، سنسورها و سوئیچ های موقعیت خطی اولتراسونیک دقیق تر از انواع دیگر سنسورها هستند.

منبع

globalspec