تحليل موجز لمبدأ عمل مستشعر الموجات فوق الصوتية

تعريف الموجات فوق الصوتية: الموجة الصوتية هي موجة ميكانيكية تنتشر في الغازات والسوائل والمواد الصلبة. تُقسم الموجات الصوتية حسب التردد إلى موجات تحت صوتية، وموجات صوتية، وموجات فوق صوتية. يتراوح تردد الموجات الصوتية بين 16 هرتز و20 كيلوهرتز، وهي موجات ميكانيكية يمكن للأذن البشرية سماعها؛ أما الموجات تحت الصوتية فهي موجات ميكانيكية بترددات أقل من 16 هرتز، بينما الموجات فوق الصوتية هي موجات ميكانيكية بترددات أعلى من 20 كيلوهرتز. تتميز الموجات فوق الصوتية بترددها العالي، وطولها الموجي القصير، وقلة ظاهرة حيودها. ومن أبرز خصائصها التوجيه الجيد، وانخفاض التوهين في السوائل والمواد الصلبة، وقدرتها العالية على الاختراق. تُحدث هذه الموجات انعكاسًا وانكسارًا واضحين عند اصطدامها بسطح الوسط، ولذلك فهي تُستخدم على نطاق واسع في الاختبارات الصناعية. سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية: تشمل الموجات فوق الصوتية عادةً الموجات الطولية، والموجات المستعرضة، والموجات السطحية. وتعتمد سرعة انتشارها على ثابت المرونة وكثافة الوسط. تنتشر الموجات الطولية فقط في الغازات والسوائل. تبلغ سرعة الصوت في الغاز 344 م/ث، بينما تتراوح في السوائل بين 900 و1900 م/ث. في المواد الصلبة، توجد علاقة معينة بين سرعة الصوت في الموجات الطولية والمستعرضة والسطحية. يُعتقد عمومًا أن سرعة الصوت في الموجات المستعرضة تساوي نصف سرعة الصوت في الموجات الطولية، وأن سرعة الصوت في الموجات السطحية تساوي حوالي 90% من سرعة الصوت في الموجات المستعرضة. عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية في الوسط، تتضاءل طاقتها تدريجيًا مع ازدياد مسافة الانتشار. يتحدد مقدار هذا التضاؤل ​​بانتشار الموجات فوق الصوتية وتشتتها وامتصاصها. تُستخدم الموجات فوق الصوتية كوسيلة للكشف عن الموجات فوق الصوتية، حيث يتم توليدها واستقبالها. الجهاز الذي يقوم بهذه الوظيفة هو جهاز الموجات فوق الصوتية. مستشعر مؤشرات أداء مستشعرات الموجات فوق الصوتية: تشمل مؤشرات الأداء الرئيسية لمستشعرات الموجات فوق الصوتية ما يلي: (1) تردد التشغيل: وهو تردد الرنين للرقاقة الكهروإجهادية. عندما يتساوى تردد جهد التيار المتردد المطبق مع تردد الرنين، تكون طاقة الخرج في أعلى مستوياتها، وتكون الحساسية في أعلى مستوياتها أيضًا. (2) درجة حرارة التشغيل: نظرًا لارتفاع درجة حرارة كوري للمواد الكهروإجهادية عمومًا، وخاصةً عند استخدام مسبار الموجات فوق الصوتية التشخيصي بقدرة منخفضة، تكون درجة حرارة التشغيل منخفضة نسبيًا، مما يسمح له بالعمل لفترة طويلة دون أعطال. أما مسابير الموجات فوق الصوتية المستخدمة في المجال الطبي، فتتميز بارتفاع درجة حرارتها نسبيًا، وتتطلب معدات تبريد منفصلة. (3) الحساسية: تعتمد الحساسية بشكل أساسي على تصنيع الرقاقة نفسها. فكلما زاد معامل الاقتران الكهروميكانيكي، زادت الحساسية؛ وإلا انخفضت. مبدأ عمل مستشعر الموجات فوق الصوتية: يمكن تقسيم مستشعرات الموجات فوق الصوتية إلى أنواع مختلفة، منها الكهروإجهادية، والمغناطيسية الانفعالية، والكهرومغناطيسية، وغيرها، وذلك وفقًا لمبدأ عملها. ويُعدّ النوع الكهروإجهادي الأكثر شيوعًا. تستخدم مولدات الموجات فوق الصوتية الكهروإجهادية مبدأ التأثير الكهروإجهادي العكسي لتحويل الاهتزازات الكهربائية عالية التردد إلى اهتزازات ميكانيكية عالية التردد، مما يُولّد موجات فوق صوتية. عندما يتساوى تردد الجهد المتردد المُطبّق مع التردد الطبيعي للمادة الكهروإجهادية، يحدث الرنين، وتكون الموجات فوق الصوتية المُولّدة في هذه الحالة هي الأقوى. تستطيع مستشعرات الموجات فوق الصوتية الكهروإجهادية توليد موجات فوق صوتية عالية التردد تتراوح من عشرات الكيلوهرتز إلى عشرات الميغاهرتز، ويمكن أن تصل شدة صوتها إلى عشرات الواط لكل سنتيمتر مربع. يتكون التركيب النموذجي لمستشعر الموجات فوق الصوتية الكهروإجهادية بشكل أساسي من رقاقة كهروإجهادية، ووحدة امتصاص (وحدة تخميد)، وغشاء واقٍ، وغيرها. تكون رقائق الكهرضغطية في الغالب على شكل أقراص، ويتناسب تردد الموجات فوق الصوتية عكسيًا مع سمكها. يُطلى جانبا رقاقة الكهرضغطية بطبقات من الفضة، تُستخدم كصفائح موصلة، حيث يُؤرض السطح السفلي، بينما يُوصل السطح العلوي بسلك التوصيل. ولتجنب تآكل رقاقة الكهرضغطية نتيجة التلامس المباشر بين المستشعر والجهاز قيد الاختبار، تُلصق طبقة واقية أسفلها. وتتمثل وظيفة كتلة الامتصاص في تقليل الخواص الميكانيكية لرقاقة الكهرضغطية وامتصاص طاقة الموجات فوق الصوتية. متطلبات الاختيار: عند اختيار مستشعرات الموجات فوق الصوتية وتركيبها، من الضروري توضيح بعض الشروط الأساسية، وإلا سيؤثر ذلك سلبًا على نتائج قياس المستشعر. 1. نطاق الكشف وحجمه: يؤثر حجم الجسم المراد كشفه بشكل مباشر على نطاق كشف مستشعر الموجات فوق الصوتية. يجب أن يكشف المستشعر مستوى صوت معينًا قبل أن يتمكن من إخراج الإشارة. تعكس الأجزاء الكبيرة معظم الصوت إلى مستشعر الموجات فوق الصوتية، مما يُمكّنه من رصدها عند أقصى مسافة استشعار. أما الأجزاء الصغيرة، فتعكس جزءًا ضئيلاً فقط من الصوت، مما يُقلل نطاق الاستشعار بشكل كبير. 2. خصائص الجسم المرصود: يجب أن يكون الجسم المثالي الذي يرصده مستشعر الموجات فوق الصوتية كبيرًا ومسطحًا وعالي الكثافة، وأن يكون عموديًا على مقدمة المحوّل. أما أصعب الأجسام رصدًا فهي تلك الصغيرة المصنوعة من مواد ماصة للصوت، أو تلك التي تقع بزاوية بالنسبة للمحوّل. يسهل رصد السوائل إذا كان مستوى السائل ثابتًا وعموديًا على سطح المستشعر. في حال تذبذب مستوى السائل بشكل كبير، يمكن تمديد زمن استجابة المستشعر لمتوسط ​​التذبذبات والحصول على قراءة أكثر دقة. مع ذلك، لا تستطيع مستشعرات الموجات فوق الصوتية حاليًا رصد السوائل ذات السطح الرغوي بدقة، لأن الرغوة تُغيّر اتجاه انتشار الصوت. في هذه الحالة، يمكن استخدام وضع الموجات فوق الصوتية العكسي للمستشعر لرصد الأجسام غير منتظمة الشكل. في وضع الموجات فوق الصوتية العكسي، يستشعر المستشعر وجود سطح مستوٍ، كالجدار مثلاً. أي شيء يمر بين المستشعر والجدار يحجب الموجات الصوتية. وبذلك، يستطيع المستشعر اكتشاف وجود الجسم من خلال رصد هذا الاضطراب. 3. التوهين الناتج عن تغيرات درجة الحرارة: صُمم المستشعر أيضاً بخاصية تعويض درجة الحرارة للتكيف مع التغيرات البطيئة في درجة الحرارة المحيطة، ولكنه لا يستطيع التعامل مع تدرجات درجة الحرارة أو التغيرات السريعة فيها. 4. قد تؤثر الاهتزازات المحيطة، سواءً كانت اهتزازات المستشعر نفسه أو اهتزازات الآلات المجاورة، على دقة قياس المسافة. يمكن تقليل هذه المشاكل باستخدام جهاز مطاطي مضاد للاهتزاز عند تركيب المستشعر. كما تُستخدم القضبان أحياناً للتخلص من اهتزازات المكونات أو تقليلها. 5. الكشف الخاطئ الناتج عن البيئة: يُجري المستشعر فوق الصوتي كشفاً غير تلامسي وغير قابل للتآكل للجسم المراد الكشف عنه. يمكنه الكشف عن الأجسام الشفافة أو الملونة، المعدنية أو غير المعدنية، والمواد الصلبة والسائلة والمسحوقة. لا تتأثر كفاءة الكشف لديه عملياً بأي ظروف بيئية، بما في ذلك الدخان والمطر.

هو مقياس مستوى حديث يُستخدم على نطاق واسع في صناعة مؤشرات المستوى المُخصصة. كما أنه يُحسّن من جودة وقيمة منتجات مؤشرات المستوى المُخصصة.

يُعدّ تحقيق نمو في الإيرادات هدفًا مشتركًا للعديد من الشركات. نحرص في KAIDI على إشراك قادة من أقسام التسويق والمبيعات والإنتاج لضمان ملاءمة الأهداف التي نختارها وحصولها على دعم قوي.

تُعبّر KAIDI بوضوح وإيجاز عن جوهر شركتنا. العلامات التجارية القوية تخترق ضجيج المنافسة لتجذب الجمهور وتُسلّط الضوء فوراً على طبيعة المنتج أو الخدمة.