سنسور التراسونیک
در این مطلب، با سنسور التراسونیک و ویژگیهای آن آشنا خواهید شد. عملکرد سنسور اولترا سونیک بر اساس ارسال و دریافت سیگنال های صوتی می باشد. پس اولین موضوعی که به بررسی آن می پردازیم، صدای اولتراسونیک می باشد. مطالب به ترتیب فهرست زیر خدمت شما ارائه می گردد.
صدای التراسونیک چیست؟
یک سنسور التراسونیک از صدا برای انجام اندازهگیری استفاده میکند. قبل از درک اینکه یک سنسور التراسونیک چیست و چگونه با استفاده از صدا اندازهگیری میکند، باید بدانیم صدا چیست.
اگر یک جسم (در مثال ما یک سنسور التراسونیک) صدا تولید کند، مولکولهای هوا روی یکدیگر فشرده میشوند و باعث میشود فشار هوا تغییر کند و انرژی از طریق ذرات هوا جابهجا شود. این موضوع باعث ایجاد ارتعاشی میشود که بهصورت موج در هوا حرکت میکند. طول یا مدت این حرکات موجی فرکانس نامیده میشود و بر حسب هرتز (Hz) بیان میشود که نشاندهنده تعداد امواج صوتی در ثانیه است.
گوش انسان قادر به درک فرکانسهای صوتی از ۲۰ هرتز و ۲۰۰۰۰ هرتز (۲۰ کیلوهرتز) است. همه فرکانسها از ۲۰ کیلوهرتز تا ۸۰۰ مگاهرتز (۸۰۰ میلیون هرتز) را صدای التراسونیک مینامند که توسط گوش انسان قابلدرک نیست.
سرعت صوت چقدر است؟
سرعت بازتولید صدا بستگی به محیطی دارد که از آن منتقل میشود. سرعت صوت در هوا که سنسورهای اولتراسونیک برای اندازهگیری از آن استفاده میکنند، از سرعت صوت در مایعات یا جامدات کمتر است. سرعت صوت در هوا در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد ۳۴۴ متر در ثانیه است.
سنسور التراسونیک چگونه کار میکند؟
اکنون میدانیم صدا چیست و چگونه و با چه سرعتی در هوا حرکت میکند، میتوانیم ببینیم که چگونه میتوان از صدا در یک سنسور التراسونیک استفاده کرد؟
سنسور التراسونیک یک پالس صوتی در محدوده التراسونیک منتشر میکند. این پالس صوتی با سرعت صوت در هوا (حدود ۳۴۴ متر در ثانیه) منتشر میشود تا زمانی که به جسمی برخورد کند. پالس صدا از جسم بازتاب میشود و به سنسور که این “پژواک” یا “اکو” را دریافت میکند، باز میگردد. با اندازهگیری مدت زمانی که طول میکشد تا پالس صدا از سنسور به جسم برسد و به سنسور برگردد، میتوان فاصله تا جسم را بسیار دقیق محاسبه کرد. به این اصل اندازهگیری “زمان پرواز” (Time of Flight) یا “اندازهگیری زمان عبور” نیز میگویند.
دما در مقابل سرعت صوت
اگر از سنسور التراسونیک برای تشخیص یک شی یا اندازهگیری سطح یا فاصله استفاده کنی، در حالت ایدهآل، این کار بسیار دقیق انجام میشود. برای انجام این کار، باید متغیرهایی را در نظر گرفت که میتوانند بر عملکرد سنسور التراسونیک تأثیر بگذارند؛ مانند دما، سرعت صوت در هوا، رطوبت، فشار هوا و میرایی صدا.
دما بیشترین تأثیر را روی سرعت صوت دارد. رابطه بین دما و سرعت صوت تقریباً خطی است. صدا با سرعت ۳۴۴ متر در ثانیه در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد در هوا حرکت میکند. وقتی هوا گرمتر میشود، سرعت صوت افزایش مییابد. برای جبران این مورد، اکثر سنسورهای التراسونیک دارای یک جبرانساز دمای داخلی هستند. این بدین معنی است که آن سنسورهای التراسونیک دمای فعلی را اندازهگیری و مقدار اندازهگیری شده را جبرانسازی میکنند. این امر دقت اندازهگیری را بهبود میبخشد.
فرکانس در مقابل حداکثر فاصله قابلاندازهگیری
فرکانس صدا تا حدودی تعیینکننده مسافتی است که صدا میتواند طی کند. هرچه فرکانس کمتر باشد، فاصله بیشتر میشود. برای درک این موضوع، کافی است فقط یک کارناوال موسیقی را در نظر بگیرید. آهنگهای بم از فاصله دور شنیده میشوند، درحالیکه آهنگهای زیر بسیار سریعتر محو میشوند.
زمانی که از پالسهای صوتی در فرکانس ۴۰ کیلوهرتز استفاده میشود، سنسور التراسونیک فاصله تقریباً ۱۰ متری را پوشش میدهد. هنگامی که سنسور التراسونیک از پالسهایی با فرکانس ۴۰۰ کیلوهرتز استفاده میکند، حداکثر فاصلهای که پوشش میدهد حدوداً ۶۵ سانتیمتر است.
با سنسور التراسونیک میتوان به دقتی تا ۱ درصد محدوده اندازهگیری دستیافت. این یعنی یک شی را میتوان با دقت ۱ میلیمتر در فاصله ۱۰ سانتیمتری تشخیص داد. برای اینکه کار سنسور التراسونیک قابلاعتماد باشد، صدا با فرکانس ثابت منتشر میشود. همچنین، هرچه فرکانس سنسور کمتر باشد، برد سنسور بیشتر است.
بازتاب اشیا
ویژگیهای جسمی که باید شناسایی شود، میزان بازتاب صدای منتشرشده به سمت سنسور را تعیین میکند. برای تشخیص خوب، درجه بالایی از بازتاب صدا ضروری است.
مواد با انعکاس زیاد صدا: در تصویر زیر، صدایی که در هوا در حال حرکت است روی چوب (شیء) منعکس شده است. میزان ۹۹.۹ درصد از صدای ساطعشده به سنسور برمیگردد. نمونههایی از مواد بسیار بازتابنده عبارتاند از: چوب، سنگ، شیشه، پلاستیک، مایعات، فولاد، فولاد ضدزنگ، چسب، بتن، لاستیک و رنگ.
مواد با انعکاس کمصدا: همچنین موادی وجود دارند که صدا را جذب میکنند یا صدا از آنها عبور میکند. این مواد اجسامی با خواص بازتابی ضعیف برای سنسور التراسونیک هستند. در مثال تصویر، یکتکه فرش روی چوب کشیده شده که باعث میشود کمتر از ۱۰ درصد از پالس صوتی منتشرشده به سنسور منعکس شود؛ بنابراین، ۹۰ درصد صدا توسط فرش جذب میشود. نمونههایی از مواد با انعکاس صدای ضعیف عبارتاند از: فرش، مواد بافتهشده با ساختار باز، فوم، پنبه، پودرهای پر از هوا و غیره.
برابری زاویه تابش با زاویه بازتاب
جسمی که باید شناسایی شود، باید بازتابنده باشد. این امر باعث میشود صدای منتشرشده منعکس شود. این قانون زیر در این مورد اعمال میشود: زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است. سنسور باید عمود بر جسم قرار گیرد تا یک پالس صوتی منعکسشده را دریافت کند و بنابراین تشخیص خوبی را انجام دهد. یک قانون کلی برای نصب سنسور این است: حداکثر زاویه ۳ درجه نسبت به جسم.
وقتی سطح یک جسم ناهموار باشد، زاویه برخورد ممکن است بیشتر شود. این امر به این دلیل است که صدا واگرا و به جهات مختلف منحرف میشود. نمونههایی از این مواد، مواد درشتی مانند ماسه، کاغذ سنباده، سیبزمینی و غیره هستند.
برای اینکه سنسور التراسونیک برای یک سطح خاص مؤثر باشد، همیشه یک توصیه وجود دارد: آزمایش.
ناحیه کور
ناحیه کور برای عملکرد سنسور التراسونیک مهم است. این ناحیه اولین ناحیه است، درست در مقابل مبدل (ترنسدیوسر) سنسور. در این ناحیه، اندازهگیری غیرممکن است. اندازه ناحیه کور سنسور به عوامل مختلفی بستگی دارد:
- مدتزمان پالس صدا؛
- فرکانس حرکت صدا در هوا (محیطی دیگر).
ترکیب این دو عامل یک اندازهگیری قابلاعتماد را در ناحیه اول روبروی سنسور غیرممکن میکند. این امر به این دلیل است که یک سنسور التراسونیک صدا منتشر میکند و برای دریافت آن باید سوئیچ کند. انتقال و دریافت را نمیتوان به طور همزمان انجام داد، بنابراین یک ناحیه کور در اندازهگیری تشکیل میشود. هنگامی که یک جسم در ناحیه کور قرار دارد، شناسایی نمیشود. بهعنوان یک قاعده کلی، میتوان گفت که منطقه کوربین ۵ درصد تا ۱۰ درصد از حداکثر محدوده اندازهگیری سنسور قرار دارد: هرچه محدوده تشخیص کوتاهتر باشد، منطقه کور کوچکتر است.
کاربردهای سنسور التراسونیک
سنسورهای التراسونیک (فراصوت) به دلیل عملکرد مستقل از رنگ، نور و شفافیت مواد، جایگاهی منحصربهفرد در اتوماسیون صنعتی دارند. این سنسورها با ارسال یک پالس صوتی و اندازهگیری زمان بازگشت آن (Time of Flight)، فاصله تا هدف را با دقت بالا محاسبه میکنند. در ادامه، نمونههایی از مهمترین کاربردهای این فناوری بیان شده است:
1. اندازهگیری سطح مایعات (Liquid Level Management)
سنسور التراسونیک قابلیت تشخیص تقریباً هر نوع مایعی را دارد، از آب شفاف و نوشیدنیهای گازدار گرفته تا سیالات کدر و غلیظ مانند قهوه تیره یا روغنهای صنعتی.
- صنایع غذایی و آشامیدنی: پرکاربردترین استفاده، اندازهگیری سطح سیال در فرایند پر کردن است. این سنسورها برای پایش سطح نوشیدنیها در بطریها، تشخیص پر یا خالی بودن قوطیهای سوپ یا ظروف محصولات نیمهجامد مانند کره بادامزمینی و سس سویا، ابزاری مطمئن هستند.
2. تشخیص مستقل از رنگ و کنتراست نوری
برخلاف سنسورهای نوری که برای عملکرد صحیح به بازتاب نوری یا تفاوت رنگ (کنتراست) وابستهاند، سنسورهای التراسونیک تنها به وجود یک مانع فیزیکی برای بازتاب موج صوتی نیاز دارند.
- بیتفاوتی نسبت به رنگ: سنسورهای التراسونیک به طور کامل به رنگ حساس نیستند. ازاینرو در کاربردهایی مانند اندازهگیری سطح رنگهای مختلف درون قوطیها، خواه رنگ موردنظر زرد لیمویی، قرمز یاقوتی، آبی آسمانی یا سیاه باشد، اندازهگیری سطح با دقت یکسانی انجام میپذیرد.
- کنتراست پایین یا صفر: این سنسورها در شرایطی که کنتراست بصری بین جسم و پسزمینه کم یا نزدیک به صفر است، برتری دارند. تشخیص سفید روی سفید یا سیاه روی سیاه که برای سنسورهای نوری ناممکن است، توسط التراسونیک بهسادگی انجام میشود. نمونههای صنعتی شامل تشخیص گرانولهای لاستیکی مشکی درون سطل ذخیرهسازی مشکی یا شناسایی قطعات فولادی ضدزنگ در سینی مخزن فولاد ضدزنگ است.
3. پایش مواد شفاف و بازتابنده ضعیف
سنسورهای التراسونیک در برابر مواد شفاف و نیمهشفاف عملکرد بسیار قابلاعتمادی دارند. اشیایی مانند شیشه، پلاستیکهای شفاف یا فویلهای بستهبندی نازک که نور را منعکس نمیکنند یا میشکنند، برای امواج صوتی بهراحتی قابلتشخیص هستند.
- کاربردها: تشخیص بستهبندیهای پلاستیکی حاوی محصولات گوشتی یا نان، شناسایی لایههای کوچک فویل پیچیده شده دور پنیر، یا تأیید وجود فویل مهروموم روی اسپریهای تازه. در هر فرایندی که اشیای شفاف درگیر هستند، التراسونیک گزینهای پایدار برای تشخیص فاصله و حضور است.
4. اندازهگیری کالاهای فله و محیطهای آلوده
به دلیل عدم حساسیت سنسور التراسونیک به شکل نامنظم سطوح و ذرات معلق در هوا، این ابزار برای مدیریت مواد فله و محیطهای صنعتی سخت مناسب است.
- مواد دانهدار و متراکم: سنسورهای التراسونیک برای اندازهگیری و شناسایی مواردی که شامل کالاهای فله هستند، مانند اندازهگیری سطح شن درشت، ماسه دانهدار یا مواد متراکم در سیلوها، ایدهآل هستند.
- محیطهای گردوغبار آلود: سنسورهای التراسونیک نسبت به گردوغبار، خاکاره یا برادههای چوب معلق در محیط حساس نیستند؛ این امر امکان اندازهگیری دقیق سطح مواد در مخازن آلوده یا سینیهای تخلیه دستگاههای CNC را فراهم میسازد.
5. تشخیص مواد جاذب صدا (Sound Absorbing Materials)
اگرچه مواد نرمی مانند پارچهها، چرم و فومها خاصیت جذب بالایی برای امواج صوتی دارند، اما سنسورهای التراسونیک با توان و تنظیمات مناسب میتوانند از پس این چالش برآمده و اندازهگیریهای صحیحی را حتی بر روی این مواد ارائه دهند. این کاربرد در صنایع نساجی و تولید مواد فومی اهمیت دارد.
مشخصات سنسور التراسونیک
دانستن مشخصات سنسور اولتراسونیک به درک تقریبهای قابلاعتماد اندازهگیری فاصله کمک میکند. این مشخصات در ادامه آورده شدهاند (این مشخصات برای اکثر این نوع سنسورهاست و ممکن است سنسوری در بازار باشد که از یک یا چند ویژگی زیر پیروی نکند):
- محدوده سنجش بین ۴۰ تا ۳۰۰ سانتیمتر است.
- زمان پاسخگویی بین ۵۰ میلیثانیه تا ۲۰۰ میلیثانیه است.
- زاویه پرتو حدوداً ۵۰ درجه است.
- در محدوده ولتاژ ۲۰ ولت تا ۳۰ ولت DC کار میکند.
- دقت آن ۵± درصد است.
- فرکانس امواج اولتراسوند ۱۲۰ کیلوهرتز است.
- وضوح ۱ میلیمتر است.
- ولتاژ خروجی سنسور بین ۰ تا ۱۰ ولت DC است.
- وزن سنسور التراسونیک نزدیک به ۱۵۰ گرم است.
- دمای محیط ۲۵۰- تا ۷۰۰+ درجه سانتیگراد است.
- ابعاد هدف برای اندازهگیری حداکثر فاصله ۵ سانتیمتر در ۵ سانتیمتر است.
سنسور التراسونیک و آردوینو
در این بخش، رابط سنسور التراسونیک با آردوینو را با درنظرگرفتن سنسور مدل HC-SR-04 توضیح میدهیم و پایههای سنسور التراسونیک، مشخصات آن، نمودار سیمکشی و نحوه اتصال سنسور با آردوینو را شرح خواهیم داد.
پینهای سنسور اولتراسونیک در تصویر زیر نشاندادهشده است.
در این تصویر، مشخصات پینها بهصورت زیر است:
- Vcc: این پین باید به منبع تغذیه ۵+ ولت وصل شود.
- TRIG: این پین برای دریافت سیگنالهای کنترلی از برد آردوینو استفاده میشود و ورودی سنسور است.
- ECHO: این پین برای ارسال سیگنال به برد آردوینو استفاده میشود که در آن آردوینو مدتزمان پالس را برای اندازهگیری فاصله محاسبه میکند. این پین خروجی سنسور است.
- GND: این پین باید به زمین متصل شود.
تصویر زیر بلوک دیاگرام سنسور اولتراسونیک برای اندازهگیری فاصله را نشان میدهد.
فاصله هدف با استفاده از سنسور فاصله التراسونیک محاسبه میشود و خروجی از سنسور به بخش تنظیم سیگنال ارائه و با استفاده از میکروکنترلر آردوینو پردازش میشود. نتایج حاصل از میکروکنترلر به صفحهنمایش LCD داده شده، سپس به کامپیوتر منتقل میشود.
سنسور التراسونیک را میتوان به سروو موتور متصل کرد تا فاصله قطبی سنسور را تا تقریباً ۱۸۰۰ دور محاسبه کند.
اصول عملکرد سنسور اولتراسونیک با آردوینو
بهطورکلی، سنسور اولتراسونیک دارای دو بخش فرستنده و گیرنده است. این بخشها طوری قرار میگیرند که صدا در یک خط مستقیم از فرستنده به هدف حرکت کرده و به سمت گیرنده برگردد. اطمینان از داشتن حداقل فاصله ممکن بین بخش فرستنده و گیرنده منجر به حداقل خطا در حین محاسبات خواهد شد.
این دستگاهها فرستنده و گیرنده التراسونیک نیز نامیده میشوند، زیرا هر دو بخش فرستنده و گیرنده در یک واحد ترکیب شدهاند که به طور قابلتوجهی مسیرهای PCB را به حداقل میرساند.
در اینجا، سنسور بهعنوان یک سیگنال انفجار عمل میکند و برای مدتی مخابره میشود. بعد از انتقال، یک دوره خاموشی وجود دارد و این دوره زمان پاسخ نامیده میشود که پیشتر به آن اشاره کردیم.
شکل امواج صوتی که بخش فرستنده را ترک میکنند شبیه همان شکل نور ساطع شده از لیزر است، بنابراین زاویه پرتو و گسترش آن باید اندازهگیری شود. هنگامی که امواج صوتی از فرستنده دور میشوند، ناحیه تشخیص بهصورت عمودی و مایل نیز افزایش مییابد. به دلیل ناحیه تشخیص متفاوت، مشخصات پوشش بهعنوان زاویه/عرض پرتو غیر از ناحیه استاندارد تشخیص در نظر گرفته میشود.
بیشتر توصیه میشود که الگوی زاویه پرتو را برای سنسور مشاهده کنید، چه زاویه کامل پرتو باشد چه زاویه تغییرات مربوط به خط مستقیمی که یک ترنسدیوسر را تشکیل میدهد. اغلب، یک زاویه پرتو نازک منجر به محدوده تشخیص بالاتر میشود و یک زاویه پرتو وسیعتر مربوط به محدوده تشخیص کمتر است.
سیگنالهای ارسالی/ صوتی ممکن است مانعی پیدا کنند یا نه. هنگامی که مانعی وجود دارد، موج صوتی از مانع باز میگردد. این سیگنال برگشتی همان گونه که گفتیم اکو نام دارد. این اکو به سمت گیرنده میرود.
سپس سیگنال دریافتی یا فیلتر یا تقویت و سپس به سیگنال دیجیتال تبدیل میشود. با فاصله زمانی بین ارسال و دریافت امواج صوتی، فاصله بین سیستم التراسونیک و مانع را میتوان محاسبه کرد.
از یک مثال برای درک بهتر نمودار زمان سنسور التراسونیک استفاده میکنیم. سنسور التراسونیک HC-SR-04 را در نظر بگیرید که در آن باید پالس تولید کنیم. موج صوتی با فرکانس ۴۰ کیلوهرتز (مطابق با ۸ پالس) تولید میشود. این امر باعث میشود که پین ECHO به حالت HIGH برسد. پین ECHO تا زمانی که صدای اکو را دریافت نکند، در حالت HIGH میماند. بنابراین، عرض پین ECHO بهعنوان زمان حرکت صدا از یک جسم و بازگشت آن محاسبه میشود. با استفاده از زمان، فاصله اندازهگیری میشود.
محدوده اندازهگیری با برد HC-SR-04 از ۲ تا ۴۰۰ سانتیمتر است. تصویر زیر نمودار زمانبندی HC-SR-04 را نشان میدهد.
تجزیهوتحلیل نمودار زمانبندی:
- به پین Trig، پالس برای حداقل ۱۰ میکروثانیه وارد میشود.
- سپس، دستگاه به طور خودکار هشت پالس ۴۰ کیلوهرتز را ارسال میکند و منتظر میماند تا لبه بالارونده روی پین خروجی ظاهر شود.
- هنگامی که پین ECHO لبه بالارونده را مشاهده کرد، تایمر روشن شده و زمان لازم برای ظاهرشدن لبه پایینرونده در پین ECHO مشاهده میشود.
- هنگامی که پین ECHO یک لبه پایینرونده را نشان دهد، شمارش تایمر را مشاهده میشود. شمارش تایمر نشاندهنده زمان صرفشده توسط سنسور برای تشخیص شیء و بازگشت از آن است.
رابطه زیر برقرار است:
D = S * T
که در آن، D فاصله، S سرعت و T زمان است. کل فاصله بهصورت زیر محاسبه میشود:
(343* Time at HIGH ECHO)/2
دقت کنید که ۳۴۳ در فرمول بالا نشاندهنده سرعت صدا در محیط هوا در دمای اتاق است. فاصله کل بر ۲ تقسیم شده است، زیرا موج صوتی از منبع به جسم حرکت میکند و سپس به منبعباز میگردد.
کد سنسور التراسونیک با آردوینو در ادامه آورده شده است.
کد برای اندازهگیری فاصله:
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 |
#include <Arduino.h> //defining pin numbers int trig = 9; // trigger pin connected to 9th pin in Arduino board int echo = 8; // echo pin connected to 10th pin in Arduino board // defining variables long timetaken; int distance; void setup() { pinMode (trig, OUTPUT); // sets the trigger pin as output mode pinMode(echo, INPUT); // sets the echo pin as input mode // initiating the serial communication Serial.begin(9600); } void loop () { digitalWrite (trig, LOW); // clearing the trigger pin _delay_ms (2); digitalWrite (trig, HIGH); // sets the trigger pin to HIGH state for 10 µsec _delay_ms (10); digitalWrite (trig, LOW); timetaken = pulseIn(echo, HIGH); // calculates the time taken by pulse from echo pin distance = timetaken * 0.034/2; // measures the distance Serial.print ("timetaken:…."); // prints the value on LCD display Serial.println(timetaken); } |
کد برای فیلتر نویز در سنسور اولتراسونیک:
نتیجه اندازهگیری شده از سنسور التراسونیک همراه با نویز است. در اکثر مواقع، خروجی نویز باعث عملکرد غیرضروری در دستگاه میشود و خطاها را نیز نشان میدهد. نویز را میتوان با روش زیر از خروجی فیلتر کرد.
- محاسبات متعدد را امتحان کنید (۲ مسیر را در نظر بگیرید) و نتیجه را در یک آرایه مرتب کنید.
- آرایه ذخیرهشده را بهصورت صعودی مرتب کنید.
- سطوح نویز را فیلتر کنید (کوچکترین و بزرگترین ۵ نمونه نویز نامیده میشوند و میتوانیم آنها را نادیده بگیریم).
- مقدار متوسط نمونه میانی را از پنجمین تا چهاردهمین دنباله را مشاهده کنید.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 |
int trig = 9; int echo = 8; float filter_Array[20]; // defining array to store multiple data sample received from the sensor float distance; // stores the distance from ultrasonic sensor long timetaken; int distance; void setup() { pinMode (trig, OUTPUT); pinMode(echo, INPUT); // initiating the serial communication Serial.begin(9600); } void loop () { digitalWrite (trig, LOW); // clearing the trigger pin delayMS (2); digitalWrite (trig, HIGH); // sets the trigger pin to HIGH state for 10 µsec delayMS (10); digitalWrite (trig, LOW); timetaken = pulseIN(echo, HIGH); // calculates the time taken by pulse from echo pin distance = timetaken * 0.034/2; // measures the distance serial.print (“Timetaken:….”) // prints the value on LCD display serial.println(timetaken); } |
عوامل مؤثر بر سنسور التراسونیک
سطح مقطع راداری کمک میکند تا بدانیم یک هدف چقدر توانایی بازتاب امواج التراسونیک و ارسال آنها را دارد. اجسام کج/خمیده بیشتر سیگنالهای التراسونیک را که به سمت هدف منتقل میشوند پراکنده میکنند و منجر به حداقل پاسخ اکو میشوند. درحالیکه سطوح صاف، مسطح، متراکم و بزرگ پاسخهای اکوی مناسبی میدهند. تصویر زیر الگوی بازتاب امواج التراسونیک را بسته به شکل هدف نشان میدهد.
مزایا و معایب سنسور التراسونیک
در بیشتر حوزهها، سنسورهای التراسونیک به دلیل مزایایی که دارند به طور گسترده مورداستفاده قرار میگیرند.
مزایای این سنسورها عبارتاند از:
- تحتتأثیر رنگ هدف قرار نمیگیرند.
- محدوده اندازهگیری فاصله مناسبی دارند (قابلیت اندازهگیری در محدوده چند سانتیمتر تا پنجمتر).
- نتایج ثابتی را ارائه میدهند و قابلیت اطمینان بالایی دارند.
- دقت بالایی دارند.
- اندازهگیریها را میتوان در هر ثانیه انجام داد، بنابراین نرخ تازهسازی سریعی دارند.
اگرچه سنسورهای التراسونیک مزایای فراوانی دارند، اما محدودیتهایی نیز وجود دارد که باید آنها را در نظر گرفت. این محدودیتها عبارتاند از:
- ازآنجاکه سرعت صدا متأثر از رطوبت و دما است، شرایط محیطی ممکن است بر دقت تأثیر بگذارد.
- برای پروژههای کوچک، سنسورهای التراسونیک گزینه مناسبی به نظر نمیرسد، زیرا این برای ادغام با پروژههای کوچک بزرگ هستند.
- این سنسورها در خلأ کار نمیکنند.
- اگر این سنسورها کثیف، خیس و منجمد شوند، در اندازهگیری دچار خطا خواهند شد یا عملکردشان تحتتأثیر قرار میگیرد.
سؤالات متداول سنسور التراسونیک
- سنسور التراسونیک چیست؟
سنسور التراسونیک نوعی حسگر فاصلهسنج است که با ارسال امواج صوتی فراصوت (بیش از 20 کیلوهرتز) و اندازهگیری زمان بازگشت پژواک آنها، فاصله تا اجسام را محاسبه میکند. این حسگر مستقل از رنگ، شفافیت و نور محیط عمل میکند.
- آیا سنسور التراسونیک برای اجسام شفاف مناسب است؟
بله. برخلاف سنسورهای نوری، سنسورهای التراسونیک میتوانند اجسام شفاف مانند شیشه، پلاستیک شفاف و فویلهای نازک را بهخوبی تشخیص دهند، زیرا عملکرد آنها مبتنی بر بازتاب صوت است نه نور.
- حداکثر و حداقل برد سنسور التراسونیک چقدر است؟
این مقدار به مدل سنسور بستگی دارد. برای مثال:
- HC-SR04 معمولاً بازهای بین 2 تا 400 سانتیمتر را اندازهگیری میکند.
- سنسورهای صنعتی میتوانند بردهای بیشتر یا کوتاهتر داشته باشند.
- منظور از ناحیه کور (Blind Zone) در سنسور التراسونیک چیست؟
ناحیه کور، بخشی از فضای نزدیک به سنسور است که در آن امکان اندازهگیری فاصله وجود ندارد. این مشکل به دلیل عدم توانایی سنسور در ارسال و دریافت همزمان موج صوتی ایجاد میشود. معمولاً ناحیه کور بین 5 تا 10 درصد برد کل سنسور است.
- آیا دما روی دقت سنسور التراسونیک تأثیر دارد؟
بله. دما تأثیر مستقیمی روی سرعت صوت در هوا دارد. با افزایش دما، سرعت صوت بیشتر میشود و در نتیجه محاسبه فاصله دچار خطا خواهد شد. به همین دلیل، بسیاری از سنسورهای حرفهای دارای جبرانساز دمای داخلی هستند.
- چرا سنسور التراسونیک بعضی اجسام مانند فرش یا فوم را بهخوبی تشخیص نمیدهد؟
زیرا این مواد جاذب صدا هستند و بخش زیادی از امواج صوتی را جذب میکنند. در نتیجه، پژواک ضعیفی به سنسور بازمیگردد و دقت تشخیص کاهش مییابد.
- بهترین زاویه نصب سنسور التراسونیک چگونه است؟
برای بهترین عملکرد، سنسور باید عمود بر سطح جسم هدف قرار گیرد. بهطورکلی توصیه میشود زاویه انحراف سنسور نسبت به سطح هدف کمتر از ۳ درجه باشد تا بازتاب صوت مستقیماً به گیرنده بازگردد.
- تفاوت سنسور التراسونیک با سنسور مادونقرمز (IR) چیست؟
مهمترین تفاوتها عبارتاند از:
- سنسور التراسونیک به نور و رنگ وابسته نیست.
- سنسور IR در اجسام شفاف و پسزمینههای با کنتراست کم دچار خطا میشود.
- التراسونیک برای محیطهای آلوده و پر گردوغبار مناسبتر است.
منابع:
پالت | بازار خرید و فروش قطعات الکترونیک
قطعات اضافه و بدون استفاده همیشه یکی از سربارههای شرکتها و طراحان حوزه برق و الکترونیک بوده و هست. پالت سامانهای است که بصورت تخصصی اجازه خرید و فروش قطعات مازاد الکترونیک را فراهم میکند. فروش در پالت
آیسی | موتور جستجوی قطعات الکترونیک
سامانه آی سی سیسوگ (Isee) قابلیتی جدید و کاربردی از سیسوگ است. در این سامانه سعی شده است که جستجو، انتخاب و خرید مناسب تر قطعات برای کاربران تسهیل شود. جستجو در آیسی
سیسوگشاپ | فروشگاه محصولات Quectel
فروشگاه سیسوگ مجموعه ای متمرکز بر تکنولوژی های مبتنی بر IOT و ماژول های M2M نظیر GSM، GPS، LTE، NB-IOT، WiFi، BT و ... جایی که با تعامل فنی و سازنده، بهترین راهکارها انتخاب می شوند. برو به فروشگاه سیسوگ
سیسوگ فروم | محلی برای پاسخ پرسشهای شما
دغدغه همیشگی فعالان تخصصی هر حوزه وجود بستری برای گفتگو و پرسش و پاسخ است. سیسوگ فروم یک انجمن آنلاین است که بصورت تخصصی امکان بحث، گفتگو و پرسش و پاسخ در حوزه الکترونیک را فراهم میکند. پرسش در سیسوگ فرم
سیکار | اولین مرجع متن باز ECU در ایران
بررسی و ارائه اطلاعات مربوط به ECU (واحد کنترل الکترونیکی) و نرمافزارهای متن باز مرتبط با آن برو به سیکار
سیسوگ با افتخار فضایی برای اشتراک گذاری دانش شماست. برای ما مقاله بنویسید.