سنسورهای صوتی

 اساس کار سنسور صوتی بر پایه ایجاد فرستادن وسپس دریافت انعکاس امواج صوتی میباشد

 انعکاس بر اثر برخورد این امواج به سطح اجسام ایجاد می گردد . هوا عامل انتقال امواج صوتی می باشد این سنسور از سه بخش تشکیل شده است

  1. تبدیل کننده امواج صوتی
  2. تحلیل کننده سیگنالها
  3. ۳-    قسمت خروجی

قسمت تولید امواج صوتی از یک کریستال کوارتز تشکیل شده که بر اثر عبور جریان برق مرتعش گردیده و پالسهای کوتاه مدت صوتی ایجاد می نماید فرکانس امواج تولید شده در محدوده فرکانس ۳۰-۳۰۰KHZ که برای گوش انسان غیر قابل شنیدن بوده می باشد در اکثر این سنسورها بعد از ارسال امواج صوتی فرستنده تبدیل به گیرنده امواج (‌میکروفن ) گردیده و منتظر دریافت امواج انعکاسی می ماند همچنین فیلترهای خاصی در سیستم وجود دارند که امواج مزاحم را نادیده گرفته . فقط امواج انعکاسی را از جسم مورد نظر به داخل سنسور راه می یابند . شکل ۲-۷ امواج تولید شده و انعکاس یافته را نشان می دهد.

سنسور صوتی به خاطر سرعت انتشار امواج در محیط با فرکانسی در حدود یک الی صد هرتز بسته به نوع سنسور ، امواج ارسالی را تکرار می کنند

کارکرد سنسور صوتی

 توسط این سنسور ها می توان مواد مختلف را حس نموده و عوامل جنبی مانند گرد و غبار ، بخار آب و دود وذرات دیگر معلق در هوا در کار این سنسور تأثیر نمی گذارند  همچنین فرم ، شکل ظاهر و رنگ اجسام نیز تأثیری برروی کار این سنسور نداشته و مواد در سه حالت جامد  ؛ مایع ، گاز قابل حس می باشند فقط می بایستی اجسام جذاب امواج صوتی مانند سطوح متخلخل ، لباس و پشم شیشه ، امثالهم در مسیر امواج نباشد .

در سنسورهای صوتی غالباً فرستنده و گیرنده در یک واحد متمرکز بوده ولی سنسورهای صوتی با گیرنده و فرستنده‌جدا از هم نیز وجود دارد از این سنسور ها غالباً در صنایع غذایی ، سیستمهای انتقال اشیاء، کارخانه های تولید شیشه ، مواد مصنوعی و فلز ، انبار کالا و امثالهم استفاده می گردد .

 مزیت این سنسورها به شرح زیر می باشند :

  1. برد آنها زیاد می باشد ( چندین متر )
  2. اشیاء بی رنگ نیز قابل حس می باشند
  3. ۳-    اجسام شفاف را برعکس سنسورهای نوری می توان تشخیص داد
  4. ۴-    در مقابل آلودگی هوا و کثیف شدن حساس نیستند
  5. در محیط های باز قابل استفاده می باشند .
  6. امکان تشخیص اجسام بدون تماس در یک فاصله کاملاً دقیق امکان پذیر باشد

معایت سنسور صوتی

  1. در صورت قرار گرفتن یک جسم بصورتی که امواج انعکاسی به جهتی دیگر بغیر از جهت سنسور فرستاده شود امکان دریافت امواج وجود نداشته و به همین جهت سطوح منعکس کننده می بایستی عمود بر محور انتشار امواج قرار گیرد .
  2. سرعت عکس العمل این سنسور نسبتاً کم می باشد و محدوده فرکانس قطع ووصل ۱ الی ۱۲۵ هرتز می باشد
  3. سنسور های صوتی گرانتر از سنسورهای نوری می باشند

درجدول ۱-۷ برخی از مشخصات فنی این سنسورها جهت اطلاع ذکر گردیده است .

typ.24 V DC  Operating voltage
Up  to 10 m  Nominal switching distance (usually adjustable)
any, With the exception of sound- absorbing materialsObject material
۱۰۰…۴۰۰ mA DCSwitching current (transistor output)
۰°C…۷۰°C, partly as low as – ۱۰°CAmbient operating temperature
moderateSensitivity to dirt
LongService life
۳۰ kHz… ۳۰۰kHzUltrasonic frequency
۱…۱۲۵ HzSwitching frequency
Cylindrical ,block-shapedDesign
 typ. IP 65 max. up to IP 67Protection to IEC 529,DIN 40 050

Table 7.1: Technical data of ultrasonic sensors                                        

در سنسور صوتی علاوه بر یک دیود نوری ، پتانسیومتر قابل تنظیمی که محدوده کاری سنسور را مشخص می نماید تعبیه شده است همچنین نوع دیگری از این سنسور که قابل برنامه ریزی می باشد . و دارای یک مدار الکترونیکی می باشد. وجود داشته که می توان محدوده کاری را از قبل در آن برنامه ریزی نمود و سپس انتخاب کرد. همچنین در بعضی از این سنسورها ورودی سینکرون وجود داشته که در صورت استفاده از چند سنسور صوتی که در کنار هم، اختلالی در کار یکدیگر ایجاد ننمایند. در صورتی که این  واحد ورودی وجود نداشته باشد. می بایستی حداقل فاصله بین سنسورها رعایت گردد که جدول زیر محدوده کاری و فاصله سنسورها از همدیگر را نشان می دهد. ( جدل ۲-۷)

Typical minimum distance (cm)Detection range (cm)
>15۶… ۳۰
>60۲۰… ۱۰۰
>250۸۰…۶۰۰

Table7.2 : Lateral minimum distance between two parallel ultrasonic proximity sensors

مقادیر ذکر شده در جدول برای اجسامی می باشند که بصورت عمود بر محور انتشار امواج قرار گرفته و اعداد ذکر شده می توانند تغییر نمایند. اگر دو سنسور صوتی در مقابل همدیگر قرار گرفته باشند می بایستی حداقل فاصله آنها را از جدول ۳-۷ بدست آورد.

Typical minimum distance (cm)Detection range (cm)
>120۶… ۳۰
>400۲۰… ۱۰۰
>2500۸۰…۶۰۰

Table7.3 : Minimum distance between opposing ultrasonic proximity sensors

همچنین اگر در کنار یک سنسور صوتی مانعی وجود داشته باشد که بتواند امواج صوتی را منعکس نماید. می بایستی حداقل فاصله ای بین سنسور و این دیواره در نظر گرفت. که در جدول ۴-۷ این فواصل ذکر گردیده است.

In cases where a wall or other reflecting objects are adjacent to an ultrasonic sensor, the following values apply:

Typical minimum distance (cm)Detection range (cm)
>3۶… ۳۰
>15۲۰… ۱۰۰
>40۸۰…۶۰۰

Table7.4 : Minimum distance between ultrasonic proximity sensors and a lateral, reflecting wall.

اندازه اشیاء در حس نمودن آنها توسط سنسور صوتی مهم می باشد اگر مخروط انتشار امواج صوتی را در نظر بگیریم ( شکل ۳-۷) در این صورت اگر ابعاد جسم در ارتباط با زاویه انتشار کوچک باشند، امواج صوتی از اطراف جسم مورد نظر عبور کرده و از دیواره های کناری و یا از مانع پشت جسم منعکس گردیده که باعث اختلال در کار سنسور خواهد گردید. در اینگونه موارد به خاطر عدم وجود اطلاعات در این زمینه کار می بایستی از طرف کارخانه سازنده ذکر گردد. می بایستی حداقل فواصل مورد نیاز توسط آزمایش بدست آورد.

توسط سنسور صوتی می توان ورقه های خیلی نازک تا ضخامت ۰۱/۰ میلیمتر را بصورت افقی ( ضخامت) تشخیص داد.

در سنسور صوتی که گیرنده و فرستنده در یک واحد متمرکز می باشند می بایستی حداقل فاصله اجسام از سنسور در نظر گرفته شود. زیرا این سنسورها مدت زمانی را جهت دریافت و تحلیل سیگنالهای دریافتی احتیاج دارند و در صورتی که فاصله اجسام خیلی کمتر از مقدار مجاز باشد، میتواند باعث ایجاد سیگنالهای اشتباه گردد.

درباره ی محمد معتمدی