سنسور التراسونیک چیست و چه کاربردی دارد ؟
سنسور التراسونیک یا سنسور اولتراسونیک یکی از انواع سنسورهای غیر تماسی است. این سنسور به امواج صوتی حساس است و ساختار آن از یک منبع انتقال صدا و یک گیرنده تشکیل شده است. این سنسور در انواع مختلفی تولید می شود. سنسورهای التراسونیک به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند: Diffuse، Reflex و Thru-Beam. مدل پراکنده حالت عملکرد استاندارد سنسور است. در مدل رفلکس، قرار دادن بازتابنده در محدوده کاری سنسور باعث ایجاد موج برگشتی یا اکو می شود. به این ترتیب، اگر جسمی در مقابل سیگنال برگشت قرار گیرد، سیگنال به سنسور نمی رسد. در این حالت سنسور وجود یک جسم را تشخیص می دهد. نوع سوم این سنسور یا Thru-Beam شامل یک فرستنده و یک گیرنده است. با این نوع سنسور، قرار دادن یک جسم بین فرستنده و گیرنده باعث تغییر حالت گیرنده می شود.
اولتراسونیک به معنای مافوق صوت است. در واقع امواج اولتراسونیک امواج مکانیکی هستند که فرکانس آنها از شنوایی انسان بیشتر است. اصطلاح اولتراسوند برای امواج الاستیک با فرکانس بالای 20 کیلوهرتز استفاده می شود. سنسور اولتراسونیک اغلب دارای فرستنده و گیرنده امواج اولتراسونیک است که پس از برخورد با مانع منعکس شده و به سنسور باز می گردد.سپس با توجه به زمان برگشت و کیفیت امواج منعکس شده عواملی مانند فاصله تا مانع، نوع مانع و سرعت مانع بدست می آید. بنابراین اساس عملکرد حسگرهای صوتی بر ایجاد، ارسال و سپس دریافت انعکاس امواج صوتی است. توجه داشته باشید که انعکاس در اثر برخورد این امواج به سطح جسم ایجاد می شود. شایان ذکر است که هر ماده ای با کیفیت خاصی از امواج التراسونیک عبور کرده و برخی از آنها را منعکس می کند.
سنسورهای اولتراسونیک در حالت پالس کار می کنند. مثلاً هر چند ثانیه یک پالس می فرستند و فاصله را اندازه می گیرند.
عناصر مهم هنگام انتخاب سنسور التراسونیک
انواع مختلفی از سنسورهای التراسونیک از نظر نصب، پیکربندی، IP و فرکانس در بازار موجود است. بنابراین هنگام انتخاب سنسور التراسونیک مناسب برای کاربرد مورد نظر، باید به نکات زیر توجه کرد:
دقت و وضوح سنسور
فاصله تشخیص یا اندازه گیری آن
محدوده دمای عملیاتی
فرکانس کاری یا طول موج
وجود نویز یا تلاطم در محیط هدف یا اندازه گیری سنسور
نحوه نصب و مسدود کردن سنسور
به طور کلی سنسورهای التراسونیک به روش های زیر طبقه بندی می شوند:
بر اساس فرکانس کاری: سنسورها را می توان بر اساس فرکانس کاری به دو دسته فرکانس پایین و فرکانس بالا طبقه بندی کرد.در این دوره ویدیویی با انواع استیک، جوی استیک، برج سیگنال، چراغ راهنمایی، میکرو سوئیچ، کاربرد و ویژگی های سنسور، سنسور مغناطیسی، سنسور القایی، حسگر خازنی، سنسور نوری، انواع تایمر، ساعت مکانیکی، دیجیتال آشنا خواهید شد. ساعت، شمارنده، شناور و نحوه اتصال آنها را یاد بگیرید.
مزایا و معایب سنسور التراسونیک
از مزایای این سنسور می توان به موارد زیر اشاره کرد:
زمان پاسخگویی سریع
عمر عملی طولانی
برد بیشتر از سنسورهای خازنی و القایی
می توان از آن در شرایط نسبتاً خفیف و شدید استفاده کرد
این سنسور مانند هر ابزار دیگری دارای مزایا و محدودیت هایی است. برخی از این محدودیت ها عبارتند از:
یک منطقه مرده در نزدیکی سطح سنسور وجود دارد. این باعث می شود که سنسور اشیاء را در فاصله بسیار کوتاه تشخیص ندهد.
این سنسور نمی تواند اجسام بسیار کوچک را تشخیص دهد. مقدار قابل تشخیص برای این سنسور به طول موج بستگی دارد.
انواع سنسور التراسونیک
انواع مختلف این سنسورها به سه دسته زیر تقسیم می شوند:
سنسور مجاورت التراسونیک با مرحله خروجی آنالوگ: خروجی این سنسور التراسونیک جریان و ولتاژ می باشد. در تصویر زیر عملکرد سنسور التراسونیک با ولتاژ خروجی را مشاهده می کنید.سنسور مجاورت اولتراسونیک با مرحله خروجی آنالوگ
سنسور بازتابی اولتراسونیک: در این سنسورها از یک قطعه صاف و ثابت به عنوان بازتابنده استفاده می شود. خروجی این سنسور التراسونیک زمانی فعال می شود که سیگنال توسط یک جسم قطع شود. در تصویر زیر نمونه ای از این سنسورها را مشاهده می کنید.
سنسور بازتابی اولتراسونیک
سنسور فراصوت از طریق پرتو: استفاده از این سنسورها در فرکانس های بالا توصیه می شود. در تصویر زیر نمونه ای از استفاده از این سنسورها را مشاهده می کنید.
سنسور اولتراسونیک از طریق هوا
با سنسورهای سطح اولتراسونیک از چه چیزی اجتناب کنیم؟
متغیرهای کاربردی که باید هنگام استفاده از سنسور سطح اولتراسونیک از آن اجتناب کنید فوم سنگین، بخار یا آشفتگی است.
فوم، بخار و تلاطم می توانند بخش قابل توجهی از سیگنال برگشت را جذب یا منحرف کنند.
سیگنال های خروجی از 4 تا 20 میلی آمپر چه می دهند؟
4-20 میلی آمپر محدوده اندازه گیری سنسور را نشان می دهد.
نقطه تنظیم 4 میلی آمپر معمولاً در نزدیکی انتهای مخزن خالی یا در بیشترین فاصله اندازه گیری از سنسور قرار دارد. مقدار پیش فرض 20 میلی آمپر معمولاً در نزدیکی بالای مخزن پر یا کمترین فاصله اندازه گیری از سنسور قرار دارد.این سنسور یک سیگنال متناسب 4 میلی آمپر زمانی که مخزن خالی است و یک سیگنال 20 میلی آمپر زمانی که مخزن پر است تولید می کند.
مزایای سیگنال 4-20 میلی آمپر چیست؟
سیگنال های آنالوگ از 4 تا 20 میلی آمپر دارای مزایایی مانند:
دو سیم هم جریان و هم سیم سیگنال را حمل می کنند.
یک سیگنال 4-20 میلی آمپر به راحتی به یک سیگنال 1-5 ولت با مقاومت 250 اهم و یک سیگنال 1-10 ولت DC با مقاومت 500 اهم تبدیل می شود.
4-20 میلی آمپر جریان کمی است و بنابراین گرمای کمی از طریق سیم سیگنال از دست می رود.
با یک کابل محافظ، خروجی 4-20 میلی آمپر در برابر نویز و تشعشع و تداخل القایی مصون است.
حداکثر فاصله سیگنال 4-20 میلی آمپر چقدر است؟
این سنسور را می توان تا فاصله 1000 فوتی با استفاده از کابل محافظ مخصوص و منبع تغذیه 24 ولت سیم کشی کرد.
مقاومت کل حلقه نباید از 900 اهم تجاوز کند. (از سازنده ای به سازنده دیگر متفاوت است).
چگونه بهترین محدوده سنسورهای سطح اولتراسونیک را برای عملکرد مطلوب انتخاب کنیم؟
محدوده ای را برای سنسور خود انتخاب کنید که ارتفاع مخزن را با حداقل 25 درصد حاشیه پوشش دهد.در کاربردهای سخت با کف سبک، بخار و/یا تلاطم، محدوده سنسوری را دو برابر ارتفاع مخزن انتخاب کنید. این می تواند عملکرد را بهبود بخشد.
شرایط نصب سنسور التراسونیک
این سنسورها عموما در هر شرایطی استفاده می شوند. اما از استفاده از این سنسور در شرایطی که باعث رسوب جامد در سطح سنسور می شود خودداری کنید. زیرا وجود قطرات آب و رسوبات سخت در سطح گیرنده می تواند باعث خرابی سنسور شود. لازم به ذکر است که گرد و غبار و ترشحات رنگ تاثیر منفی بر عملکرد سنسور نخواهد داشت. به طور کلی در اجسامی که بازتاب سطحی آنها کم است یا ارتفاع آنها بیشتر از طول موج امواج صوتی التراسونیک است، دقت اندازه گیری تا حدودی کاهش می یابد.سنسورهای التراسونیک و همچنین سنسورهای نوری در مدل های مختلفی مانند فرستنده و گیرنده مجزا، فرستنده و گیرنده تکی با قابلیت دریافت سیگنال صوتی برگشتی از بازتابنده ها و یا ناشی از برخورد اجسام ساخته می شوند. هر سنسور صوتی دارای ویژگی های منحصر به فردی است و باید با توجه به شرایط دستگاه، نوع استفاده، محل نصب و غیره انتخاب شود. برای انتخاب سنسور صوتی مناسب، علاوه بر پاسخ به سوالات مطرح شده در قسمت های قبل، باید به موارد زیر نیز مراجعه کنید. کاتالوگ سازنده اطلاعات مهم در مورد محل نصب، زاویه نصب، رطوبت، وجود قطرات آب، رسوبات سخت، تنظیمات و سیم کشی در کاتالوگ ها موجود است. عدم رعایت این شرایط ممکن است باعث خرابی سنسور شود. با توجه به تصویر زیر می بینید که سنسور اولتراسونیک باید عمود بر جسم کنترل شده باشد. تفاوت زاویه باعث اختلال در عملکرد می شود.
