سنسور اولتراسونیک (Ultrasonic Transducer)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور اولتراسونیک (Ultrasonic Transducer) :
سنسور اولتراسونیک (ترانسدیوسر فراصوت) دستگاهی است که امواج صوتی با فرکانس بالاتر از محدوده شنوایی انسان (معمولا بالای ۲۰ کیلوهرتز) را تولید و/یا دریافت می کند. این سنسورها در کاربردهای متنوعی از جمله فاصله سنجی (شماره ۴۹)، تصویربرداری پزشکی (سونوگرافی)، تست های غیرمخرب (NDT)، و تمیزکاری صنعتی استفاده می شوند. دو نوع اصلی ترانسدیوسر اولتراسونیک وجود دارد: پیزوالکتریک و خازنی (CMUT).
ترانسدیوسر پیزوالکتریک (Piezoelectric Ultrasonic Transducer): رایج ترین نوع. از یک کریستال یا سرامیک پیزوالکتریک (مانند PZT) ساخته شده است که با اعمال ولتاژ متناوب، تغییر شکل داده و امواج فراصوت تولید می کند. برعکس، با دریافت امواج فراصوت، تغییر شکل داده و ولتاژ تولید می کند. این ترانسدیوسرها می توانند هم به عنوان فرستنده و هم به عنوان گیرنده عمل کنند. فرکانس کاری آنها به ضخامت و جنس ماده بستگی دارد. برای کاربردهای پزشکی، فرکانس ها معمولا در محدوده ۲-۲۰ مگاهرتز و برای کاربردهای صنعتی (فاصله سنجی) در محدوده ۲۰-۲۰۰ کیلوهرتز هستند.
ترانسدیوسر اولتراسونیک خازنی (Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer - CMUT): نوع جدیدتر که با فناوری MEMS ساخته می شود. شامل یک غشای نازک است که روی یک حفره قرار دارد. با اعمال ولتاژ، غشا به لرزه درآمده و امواج فراصوت تولید می کند. مزایای CMUT شامل پهنای باند وسیع تر، قابلیت ساخت آرایه های بزرگ، و تطبیق بهتر با محیط (مانند آب) است. در تصویربرداری پزشکی پیشرفته و سونار کاربرد دارند.
پارامترهای مهم: فرکانس مرکزی، پهنای باند، توان خروجی، و الگوی پرتو.
کاربردها:
پزشکی: سونوگرافی برای تصویربرداری از جنین، قلب، و اندام های داخلی.
صنعت: فاصله سنجی و تشخیص سطح (مورد ۴۹ و ۸۰)، تست غیرمخرب (تشخیص ترک در فلزات).
تمیزکاری: تمیزکننده های اولتراسونیک برای جواهرات، قطعات الکترونیکی و ابزار جراحی.
اتوماسیون: سنسورهای مجاورتی و تشخیص اجسام.
\[ f_r = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{k}{m}} \quad \text{(فرکانس تشدید مکانیکی)} \]