پروژه کامل سنسور التراسونیک

چکیده
امواج التراسونیک به دسته ای از امواج مکانیکی گفته می شود که فرکانس نوسانشان بیش از محدوده شنوایی انسان 20 kHz باشد. یک سنسور التراسونیک غالباً دارای یک فرستنده و یک گیرنده امواج التراسونیک می باشد که این امواج بعد از برخورد با یک مانع منعکس شده و به طرف سنسور بر می گردند و با توجه به زمان بازگشت و همچنین کیفیت امواج بازتابش شده، به فاکتورهایی همچون فاصله تا مانع، نوع مانع و سرعت مانع دست پیدا می کنیم.
لازم به ذکر است که هر ماده ای یک کیفیت خاص امواج التراسونیک را از خود عبور و مقداری از آن را بازتابش می دهد. فرکانس های این محدوده را می توان بین 40 kHz تا چندین مگاهرتز در نظر گرفت. امواجی با این فرکانس ها که کاربردهایی چون سنجش میزان فاصله، سنجش میزان عمق یک مخزن، تعیین فشار خون یک بیمار، همگن کردن مواد مذاب، استفاده در دریل ها جهت ایجاد ضربه و کارائی بیشتر دریل، تست قطعات صنعتی از نظر کیفی جهت تشخیص شکاف ها و سوراخ¬های ریز و غیره اشاره کرد. جهت استفاده از این امواج، یک سری سنسورهای مخصوص طراحی شده که می توان این سنسورها را به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی کرد.
سنسورهای غیر صنعتی در فرکانس هایی در حدود 40 kHz کار می کنند و در بازار با قیمت-های پایین در دسترس هستند. در این سنسورها دقت کار بالا نبود و فقط در حد تشخیص یک فاصله یا عمق یک مایع می توان از آن ها استفاده کرد. اما در سنسورهای صنعتی که در فرکانس های در حد مگاهرتز کار می کنند، به دلیل همین فرکانس بالا، ما دقت زیادی را خواهیم داشت.


فصل اول
سنسورها
تعریف سنسور یا حسگر............................................................................................................................. 1
سنسورهای بدون تماس............................................................................................................................ 2
کاربرد سنسورها در صنعت....................................................................................................................... 2
مزایای سنسورهای بدون تماس............................................................................................................... 3
انواع سنسورهای القائی.............................................................................................................................. 4
سنسور تشخیص حرکت بدن انسان........................................................................................................ 6
سنسورهای فشار......................................................................................................................................... 7
سنسور در ربات........................................................................................................................................... 7
ترانسدیوسر................................................................................................................................................... 8


فصل دوم
سنسورهای التراسونیک
تاریخچه سنسور التراسونیک.................................................................................................................. 11
روش¬های تولید امواج التراسونیک........................................................................................................ 12
دسته¬بندی سنسورهای التراسونیک..................................................................................................... 15
فیزیک امواج التراسونیک........................................................................................................................ 16
تضعیف امواج صوتی................................................................................................................................. 17
امپدانس صوتی......................................................................................................................................... 17
انتقال و بازتابش صوت............................................................................................................................ 17
بازتابش و قانون snell............................................................................................................................. 18
نحوه عملکرد سنسورهای التراسونیک................................................................................................. 18
انواع سنسورهای التراسونیک................................................................................................................. 19
فاصله مجاز نصب سنسور التراسونیک.................................................................................................. 20
مسیر امواج التراسونیک........................................................................................................................... 22
دقت سنسور التراسونیک و تأثیرات محیطی...................................................................................... 22
کاربرد سنسورهای التراسونیک.............................................................................................................. 23
کاربردهای مسافت یابی (Ranging) .................................................................................................. 25
کاربرد در رباتیک...................................................................................................................................... 26
کاربرد در اندازه¬گیری فاصله پارک کردن (PDC) ........................................................................... 26
دیگر کاربردهای سنسورهای التراسونیک............................................................................................ 27
مزایای سنسورهای التراسونیک............................................................................................................. 36
معایب سنسورهای التراسونیک.............................................................................................................. 36
مشخصات فعلی........................................................................................................................................ 37
فروشندگان بزرگ سنسورها................................................................................................................... 37
سایت¬های مربوطه.................................................................................................................................... 38
Data sheet چند سنسور....................................................................................................................... 39
راه¬اندازی سنسورهای التراسونیک......................................................................................................... 43
بایاس سنسور التراسونیک...................................................................................................................... 43
فرستنده التراسونیک................................................................................................................................ 44
گیرنده التراسونیک................................................................................................................................... 46
ماژول¬های التراسونیک............................................................................................................................. 48


فصل سوم
اندازه¬گیری فاصله با سنسورهای التراسونیک
مبدل¬های سطح........................................................................................................................................ 56
درایو کردن سنسورهای التراسونیک.................................................................................................... 57


فصل چهارم
اندازه¬گیری سطح مایعات با التراسونیک
فاصله سنجی............................................................................................................................................. 63
سونار........................................................................................................................................................... 64
اندازه¬گیری ارتفاع مایعات با استفاده از سنسور فشار........................................................................ 65
تشخیص مانع (دیواره) با مادون قرمز.................................................................................................. 65
لیست کامل قطعات................................................................................................................................. 69
روش اندازه¬گیری فاصله با لیزر.............................................................................................................. 70
اصول عملکرد سیستم با لیزر................................................................................................................. 71
ساخت سنسور........................................................................................................................................... 72
فاصله سنجی با استفاده از رادار............................................................................................................ 73
مکانیسم عمل رادار.................................................................................................................................. 73
کاربردهای رادار........................................................................................................................................ 74
اندازه¬گیری ارتفاع با استفاده از امواج صوتی....................................................................................... 75
اصوال انتشار امواج صوتی....................................................................................................................... 76
اثر داپلر....................................................................................................................................................... 77
تولید و آشکارسازی امواج التراسوند..................................................................................................... 77
مبدل¬های التراسونیک............................................................................................................................. 78
انطباق مکانیکی........................................................................................................................................ 79


فصل پنجم
اندازه¬گیری جریان سیال با امواج التراسونیک
معرفی جریان¬سنج¬های التراسونیک...................................................................................................... 82
جریان¬سنج التراسونیک از نوع زمان عبوری....................................................................................... 83
مراحل عملکرد جریان¬سنج التراسونیک زمان عبوری....................................................................... 85
جریان¬سنج التراسونیک نوع مهاری....................................................................................................... 86
جریان¬سنج التراسونیک نوع داپلر.......................................................................................................... 87
مزایا و معایب سیستم¬های اندازه¬گیری التراسونیک.......................................................................... 89
نکاتی در طراحی، نصب و استفاده از جریان¬سنج¬های التراسونیک................................................ 89

فصل ششم
بلوک دیاگرام¬ها
مولد شکل موج مربعی............................................................................................................................ 94
تقویت جریان و دامنه پالس................................................................................................................ 101
تقویت خروجی....................................................................................................................................... 102
تبدیل سیگنال خروجی........................................................................................................................ 103
مقایسه کننده¬ی ولتاژ........................................................................................................................... 104
پردازش سیگنال خروجی.................................................................................................................... 105


جمع¬بندی و نتیجه¬گیری..................................................................................................................... 110
منابع و مراجع........................................................................................................................................ 111