سنسور اولتراسونیک (Ultrasonic Sensor)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور اولتراسونیک (Ultrasonic Sensor) :
سنسور اولتراسونیک (فراصوت) یک سنسور فاصله سنج و مجاورتی است که از امواج صوتی با فرکانس بالای قابل شنیدن انسان (معمولا ۲۰ کیلوهرتز تا چند مگاهرتز) برای اندازه گیری فاصله تا یک هدف یا تشخیص حضور آن استفاده می کند. این سنسورها بر اساس اصل پژواک (اکو) و زمان سنجی (Time-of-Flight) کار می کنند. یک فرستنده (ترانسدیوسر) یک پالس کوتاه اولتراسونیک منتشر می کند. این امواج در هوا منتشر شده و پس از برخورد به یک جسم، بازتابیده می شوند. یک گیرنده (معمولا همان ترانسدیوسر یا یک المان جداگانه) پژواک را دریافت می کند. با اندازه گیری زمان بین ارسال پالس و دریافت پژواک (
\[ \Delta t \])، و با دانستن سرعت صوت در هوا (
\[ v \approx 343 \, m/s \]در دمای اتاق)، می توان فاصله (
\[ d \]) را محاسبه کرد:
\[ d = \frac{v \times \Delta t}{2} \](تقسیم بر ۲ به دلیل رفت و برگشت).
\[ d = \frac{v \times t}{2} \]سرعت صوت در هوا به دما (و تا حدودی رطوبت و فشار) وابسته است. برای اندازه گیری دقیق تر، بسیاری از سنسورهای اولتراسونیک دارای سنسور دمای داخلی برای جبران سازی هستند. رابطه تقریبی سرعت صوت بر حسب دما:
\[ v \approx 331.3 + 0.606 \times T \](T بر حسب سلسیوس).
انواع سنسور اولتراسونیک:
سنسور مجاورتی (Proximity): برای تشخیص حضور یا عدم حضور جسم در یک فاصله معین (خروجی دیجیتال).
سنسور فاصله سنج آنالوگ: خروجی ولتاژ یا جریان متناسب با فاصله.
سنسور با خروجی دیجیتال (مثل پهنای پالس): فاصله به صورت عرض پالس یا داده سریال (I²C, RS232) ارائه می شود.
مزایا:
تشخیص انواع مواد (فلز، غیرفلز، شفاف، مایع، پودر) بدون توجه به رنگ یا شفافیت.
کار در محیط های با گرد و غبار، بخار و نور زیاد (برخلاف سنسورهای نوری).
محدوده اندازه گیری نسبتا وسیع (از چند سانتی متر تا چند ده متر).
غیرتماسی.
معایب:
حساسیت به دما، رطوبت و فشار (نیاز به جبران سازی).
نقص در تشخیص اجسام با سطح جاذب صوت (مانند فوم های نرم) یا سطوح با زاویه تند (انعکاس ضعیف).
منطقه کور (dead zone) نزدیک سنسور (چند سانتی متر) به دلیل میرایی پالس ارسالی.
سرعت پاسخ محدود به سرعت صوت (مثلا برای فاصله ۱۰ متر، زمان رفت و برگشت حدود ۶۰ میلی ثانیه).
کاربردها: پارک سنسور خودروها، اندازه گیری سطح مایعات و جامدات در مخازن، رباتیک (اجتناب از مانع)، شمارش اشیا، سیستم های اتوماسیون صنعتی، و پزشکی (سونوگرافی).
