88843088 - 88843025 - 88848075 info@hlcgroup.ir
Ultrasonic سنسور

مقالات سنسور

امواج اولتراسونیک|قسمت دوم

ارسال شده توسط amini

امواج اولتراسونیک از نظر فیزیکی,مانند صوت,جزو امواج  مکانیکی طولی طبقه بندی می شوند. به عبارت دیگر برای انتشار این امواج ,ذرات در راستای انتشار  موج,نوسان می کنند.طبیعی است که برای انتشار امواج صوتی (Sonic/Sound Waves) به محیطی از ماده (جامد,مایع یا گاز) نیازمندیم و این امواج در خلأ,جایی که هیچ یک از انواع ماده وجود ندارند,منتشر نمی شوند. تفاوت امواج اولتراسونیک و صوت در این است که فرکانس امواج اولتراسونیک بالای ۲۰KHz و فراتر از محدوده شنیداری انسان می باشد و به همین دلیل اولتراسونیک یا فرا صوت نام گرفته اند . شکل زیر محدوده امواج صوتی و اولتراسونیک را نشان می دهد.

 

سرعت امواج اولترا سونیک (همین طور امواج صوتی ) , در محیط های مختلف ,متفاوت است . در حالت کلی ,سرعت از رابطه زیر بدست می آید:فرمول اولتراسونیک

 

 

 

c:ضریب سختی ماده

p:چگالی ماده

به این ترتیب هر چه ضریب سختی ماده , بیشتر باشد سرعت حرکت امواج در ۳۴۳٫۲ آن , بیشتر  است و هر چه چگالی ماده,کمتر باشد سرعت حرکت امواج در آن ,بیشتر است. برای مثال سرعت صوت در هوا و در شرایط معمولی برابر  343.2  m/s   است ,اما  در اب به حدود ۱۴۷۹ m/s  می رسد. جدول زیر سرعت صوت  را در محیط های مختلف نشان می دهد.

جدول صوت

دما ,فشار و رطوبت,سرعت صوت را تحت تأثیر قرار می دهند.سرعت صوت در گاز های ایده آل (Idel  Gases) فقط به دما بستگی دارد,چرا که تغییر فشاربه تغییر چگالی منجر می شود و این دو تغییر اثر یکدیگر را بر سرعت صوت خنثی می کنند . از انجا که هوا نیز تقریباّ یک گاز ایده آل محسوب می شود می توان اثر فشار را نادیده گرفت  و با فرض صفر بودن  رطوبت ,رابطه زیر را برای محاسبه سرعت صوت در هوا و در دماهای گوناگون ارائه کرد:

محاسبه سرعت صوت د هوا

 

 

 

 

همان طور که اشاره  شد این رابطه  با فرض صفر بودن رطوبت بدست آمده است .تغییر در رطوبت هوا نیز به نوبه خود  باعث تغییر سرعت صوت می شود .بررسی رابطه سرعت صوت با میزان رطوبت هوا وسایرپارامترهای تأثیر گذار بر سرعت صوت مانند فرکانس و….را به عنوان مطالعه و تحقیق به خوانندگان علاقه مند وا می گذاریم .

با استفاده از رابطه اخیر و با در نظر گرفتن دمای ۲۰درجه سانتی گراد,عددی معادل ۳۴۳٫۲msبرای سرعت صوت به دست می آید و مادر این پروژه از این عدد به عنوان تقریبی از سرعت صوت در شرایط معمولی استفاده می کنیم . باانجام محاسبه ای ساده ,به این نتیجه می رسیم که امواج اولتراسونیک در هر میلی ثانیه ,۳۴۳٫۳۲cmودر هر میکرو ثانیه ۰٫۳۴۳mmرا طی می کنند.به عبارت ساده تر,این امواج,هر میلی متر را در در مدت۲٫۹۱usپشت سر می گذارند.

اعداد و ارقام به دست آمده این واقعیت را آشکار می سازند که به راحتی و با استفاده از یک میکرو کنترلر می توان زمان رفت و برگشت سیگنال را با دقت بالایی محاسبه نمود .در ادامه,این مطلب را با ذکر مثالی روشنتر می کنیم:فرض کنید  مانع در ۱٫۵ متری فاصله یاب قرار گرفته باشد ,پس فاصله رفت و برگشت موج دو برابر این مقدار,یعنی ۳mخواهد بود و فاصله زمانی بین ارسال و دریافت موج نیز برابر ۸۷۳۰uخواهد شد .

فرمول

 

 

با توجه به مطالب گفته شده,برای اندازه گیری فاصله زمانی بین ارسال و دریافت موج اولتراسونیک می توان از تایمری ۱۶بیتی در میکرو کنترلرهای AVRاستفاده کرد ,بدین صورت که در لحظه ارسال موج ,تایمر را راه اندازی می کنیم و با دریافت موج بازگشتی ,آن را متوقف می نماییم .  در نهایت با توجه به مقدار شماش شده ,همین طور که کلاک در نظر گرفته شده  برای تایمر ,می توان زمان رفت و برگشت موج را بدست آورد  و با توجه به مشخص بودن سرعت,فاصله را محاسبه کرد .اگر در مثال قبل,کلاک تایمر را ۱MHzدر نظر بگیریم و تایمر را در لحظه ارسال موج اولتراسونیک با مقدار اولیه صفر راه اندازی کنیم ,درلحظه دریافت بازتاب موج اولتراسونیک,مقدار شمارش شده در تایمر,۸۷۳۰(۲۲۱AH)   خواهد بود.توجه داشته باشید که مقدار شمارش شده در تایمر,معادل زمان رفت و بازگشت موج است و برای محاسبه فاصله باید این مقدار را بر ۲ تقسیم کنیم.در بخش های بعدی ,چگونگی محاسبه  زمان رفت و برگشت موج را به طور کامل بررسی خواهیم نمود.

 

————————————————————————————————————————————-

 

نوشته شده توسط amini

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

جهت اطلاع از آخرین اخبار محصولات و مقالات آموزشی در خبرنامه سایت عضو شوید

می خواهم به روز باشم