عملکرد سنسور اولتراسونیک

عملکرد سنسور اولتراسونیک

سنسورهای اولتراسونیک پیزوالکتریک از اصل اثر پیزوالکتریک مواد پیزوالکتریک برای کار استفاده می کنند. مواد تشکیل دهنده حساس معمولاً شامل کریستال های پیزوالکتریک و سرامیک های پیزوالکتریک هستند.

با توجه به تفاوت بین اثرات پیزوالکتریک مثبت و معکوس، حسگرهای اولتراسونیک پیزوالکتریک به ژنراتور (پروب های انتقال دهنده) و گیرنده ها (پروب های دریافت کننده) تقسیم می شوند. با توجه به ساختار و نوع موج مورد استفاده، می توان آنها را به کاوشگر مستقیم، پروب موج سطحی، و پروب موج بره، پروب زاویه متغیر، پروب کریستالی دوگانه، پروب فوکوس، پروب غوطه وری در آب، پروب اسپری آب و کاوشگر ویژه و غیره تقسیم کرد. .

ژنراتور اولتراسونیک پیزوالکتریک از اصل ابزار پیزوالکتریک معکوس برای تبدیل ارتعاش به تحلیل ارتعاش با فرکانس بالا استفاده می کند و سپس امواج اولتراسونیک تولید می کند. هنگامی که فرکانس ولتاژ کاری متناوب معادل فرکانس رزونانس ماده پیزوالکتریک باشد، باعث تشدید می شود و موج اولتراسونیک تولید شده در این زمان قوی ترین است. سنسور اولتراسونیک پیزوالکتریک می تواند امواج فراصوت با فرکانس بالا از ده ها کیلوهرتز تا ده ها مگاهرتز تولید کند و سطح شدت صدای آن می تواند به ده ها وات در سانتی متر مکعب برسد.

ساختار کلیدی یک سنسور اولتراسونیک معمولی پیزوالکتریک از یک ویفر پیزوالکتریک، یک بلوک جذب (بلوک میرایی) و یک فیلم محافظ تشکیل شده است. ویفرهای پیزوالکتریک عمدتاً دیسکی شکل هستند و فرکانس اولتراسونیک با ضخامت آن نسبت معکوس دارد. دو طرف تراشه پیزوالکتریک با یک لایه نقره به عنوان یک قطعه قطب رسانا اندود شده است، سمت پایین به زمین متصل می شود و سمت بالا به سیم اتصال به زمین ترانسفورماتور هدایت می شود. برای جلوگیری از تماس مستقیم بین سنسور و DUT و آسیب رساندن به تراشه پیزوالکتریک، یک فیلم محافظ زیر تراشه پیزوالکتریک چسبانده می شود. اثر بلوک جذب کاهش کیفیت تجهیزات مکانیکی تراشه پیزوالکتریک و جذب انرژی جنبشی موج اولتراسونیک است.

گیرنده اولتراسونیک پیزوالکتریک با استفاده از اصل اثر پیزوالکتریک مثبت کار می کند. هنگامی که امواج اولتراسونیک بر روی ویفر پیزوالکتریک اثر می گذارد و باعث انبساط و انقباض ویفر می شود، بارهایی با قطب مخالف بر روی دو سطح ویفر ایجاد می شود. این بارها به ولتاژ تبدیل می شوند و پس از تقویت به نمودار مدار اندازه گیری ارسال می شوند و در نهایت ثبت یا نمایش داده می شوند. ساختار گیرنده اولتراسونیک پیزوالکتریک اساساً مانند ژنراتور اولتراسونیک است و گاهی اوقات از همان سنسور هم به عنوان ژنراتور و هم به عنوان گیرنده استفاده می شود.

عملکرد اصلی سنسور اولتراسونیک شامل موارد زیر است:

(1) فرکانس کاری: فرکانس کاری فرکانس تشدید ویفر پیزوالکتریک است. هنگامی که فرکانس ولتاژ AC اعمال شده به دو سر آن برابر با فرکانس تشدید تراشه باشد، انرژی خروجی بالاترین و حساسیت بالاترین است.

(2) دمای کار: از آنجایی که نقطه کوری مواد پیزوالکتریک به طور کلی نسبتاً بالا است، به ویژه هنگامی که پروب اولتراسونیک مورد استفاده برای تشخیص از توان کم استفاده می کند، دمای کار نسبتاً پایین است و می تواند برای مدت طولانی بدون شکست کار کند. دمای پروب های سونوگرافی پزشکی نسبتاً بالا است و به تجهیزات تبرید جداگانه نیاز دارد.

(3) حساسیت: عمدتاً به خود ویفر تولید کننده بستگی دارد. ضریب جفت الکترومکانیکی بزرگ و حساسیت بالا است. برعکس، حساسیت کم است.

معیارهای کار سنسورهای اولتراسونیک:

سنسورهای التراسونیک را می توان با توجه به اصول کارشان به دو دسته پیزوالکتریک، مغناطیسی، الکترومغناطیسی و غیره تقسیم کرد. نوع پیزوالکتریک بیشترین استفاده را دارد.