سنسورهای التراسونیک ده‌ها سال است که در دسترس بوده‌اند، و با این حال به دلیل قابلیت‌ها، انعطاف‌پذیری و هزینه کم، همچنان بخش بزرگی از بازار حسگر را در اختیار دارند.
سنسور اولتراسونیک وسیله‌ای الکترونیکی است که با انتشار امواج صوتی اولتراسونیک فاصله با جسم مورد نظر را اندازه‌گیری می‌کند و صدای بازتاب شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. امواج اولتراسونیک سریعتر از سرعت صدای قابل شنیدن (یعنی صدایی که انسان می‌تواند بشنود) حرکت می‌کند. سنسورهای اولتراسونیک دارای دو جزء اصلی هستند: فرستنده (که صدا را با استفاده از کریستال‌های پیزوالکتریک منتشر می‌کند) و گیرنده (که پس از حرکت به هدف و برگشت با صدا با آن مواجه می‌شود).
برای محاسبه فاصله بین سنسور و جسم، سنسور زمان بین انتشار صدا توسط فرستنده تا تماس آن با گیرنده را اندازه‌گیری می‌کند. فرمول این محاسبه D = ½ T x C است (که در آن D فاصله، T زمان، و C سرعت صوت ~ ۳۴۳ متر بر ثانیه است). به عنوان مثال، اگر یک دانشمند یک حسگر اولتراسونیک را با هدف قرار دادن یک جعبه تنظیم کند و ۰.۰۲۵ ثانیه طول بکشد تا صدا به عقب بازگردد، فاصله بین سنسور اولتراسونیک و جعبه خواهد بود:
D = 0.5 x 0.025 x 343
سنسورهای اولتراسونیک در درجه اول به عنوان سنسور مجاورت استفاده می‌شوند. آنها را می‌توان در فناوری پارک خودکار خودرو و سیستم‌های ایمنی ضد برخورد یافت. سنسورهای اولتراسونیک همچنین در سیستم‌های تشخیص موانع روباتیک و همچنین فناوری ساخت استفاده می‌شوند. در مقایسه با سنسورهای مادون قرمز (IR) در کاربردهای حسگر مجاورت، حسگرهای اولتراسونیک به اندازه‌ای مستعد تداخل دود، گاز و سایر ذرات معلق در هوا نیستند (اگرچه اجزای فیزیکی هنوز تحت تأثیر متغیرهایی مانند گرما هستند).
سنسورهای اولتراسونیک همچنین به عنوان حسگرهای سطح برای تشخیص، نظارت و تنظیم سطح مایع در ظروف در بسته (مانند خمره‌ها در کارخانه‌های شیمیایی) استفاده می‌شوند. مهم‌تر از همه، فناوری اولتراسونیک صنعت پزشکی را قادر می‌سازد تا تصاویری از اندام‌های داخلی تولید کند، تومورها را شناسایی کند و از سلامت نوزادان در رحم اطمینان حاصل کند.
انواع سنسور دنده عقب
- سنسورهای اولتراسونیک: سنسورهای اولتراسونیک متداول‌ترین نوع سنسور پارک (دنده عقب) هستند و معمولاً در سپر عقب خودرو جاسازی می‌شوند.
- سنسورهای الکترومغناطیسی: در حال حاضر بعضی شرکت‌های بزرگ و حرفه‌ای در زمینه خودروسازی مثل آئودی، فیات و سیتروئن، از سنسور دنده عقب الکترومغناطیسی نصب شده بر روی خودروهای خود استفاده می‌کنند.
طرز عملکرد سنسور آلتراسونیک
همان‌طور که گفتیم سنسورهای اولتراسونیک ابزارهای الکترونیکی هستند که فاصله هدف را با انتشار امواج صوتی اولتراسونیک محاسبه کرده و آن امواج را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. سرعت حرکت امواج اولتراسونیک ساطع شده سریعتر از صدای قابل شنیدن است.
باید بدانید که گوش انسان فقط توانایی شنیدن فرکانس صوتی بین ۲۰ هرتز تا ۲۰ کیلوهرتز را دارد و بالاتر و پایین‌تر از این فرکانس برای انسان قابل شنیدن نیست. فرکانس کاری سنسور آلتراسونیک. بالای ۱۸ کیلوهرتز می‌باشد و معمولاً بین ۴۰ تا ۵۵ کیلوهرتز تنظیم شده است. سنسور دنده عقب آلتراسونیک از دو بخش زیر تشکیل شده است:
- بخش فرستنده صوتی
- بخش گیرنده صوتی
یک مدار تولید کننده پالس، امواج صوتی با فرکانس بالا تولید را می‌کند. این امواج توسط فرستنده صوتی ارسال می‌شوند، که بعد از برخورد با اجسام به گیرنده برمی‌گردند. با محاسبه مدت زمان رفت و برگشت فرکانس توسط پردازنده، دستگاه قادر به شناسایی فاصله اجسام می‌باشد. هرچه مدت زمان کمتر باشد، یعنی جسم نزدیک‌تر است.
در استانداردترین پیکربندی، این دو بخش تا حد امکان در کنار هم قرار می‌گیرند. با نزدیک شدن گیرنده به فرستنده، صدا در خط مستقیم‌تری از فرستنده به جسم شناسایی شده و به گیرنده برمی‌گردد و خطاهای کوچکتری در اندازه‌گیری‌ها ایجاد می‌کند. همچنین فرستنده‌های فراصوتی وجود دارند که در آنها عملکرد فرستنده و گیرنده در یک واحد ادغام می‌شوند و خطا را تا حد ممکن از نظر فیزیکی به حداقل می‌رسانند.
سنسور دنده عقب با جا زدن دنده عقب فعال می‌شود. سنسور پارک معمولاً از فاصله ۲ یا ۵ متری شروع به بوق زدن و هشدار دادن می‌کند. ابتدا این بوق هشدار به صورت بوق‌های با فاصله زمانی می‌باشد. هر چه خودرو به جسم نزدیک‌تر شود، تعداد این بوق‌ها بیشتر شده و فاصله زمانی بین آنها کمتر می‌شود. برای مثال استاندارد زیر برای خودروی جک J5 استفاده می‌شود و خودروهای دیگر نیز کم و بیش مانند همین اعداد عمل می‌کنند:
| فاصله مانع (سانتی‌متر) | بوق هشدار | شرایط | معنای هشدار |
| صفر تا ۳۵ | بوق ممتد | خطرناک | توقف کنید |
| ۳۵ تا ۶۰ | هر یک هشتم ثانیه | احتیاط | سرعت را کم کنید |
| ۶۰ تا ۹۰ | هر ربع ثانیه | احتیاط | سرعت را کم کنید |
| ۹۰ تا ۱۵۰ | هر نیم ثانیه | امن | وضعیت نرمال |
نقاط قوت و ضعف سنسورهای اولتراسونیک
همانند هر فناوری دیگری، حسگرهای اولتراسونیک در موقعیت‌های خاص دارای مزایا و معایبی است که برخی از آنها عبارتند از:
- سنسورهای اولتراسونیک تحت تأثیر رنگ اشیاء شناسایی شده از جمله اشیاء شفاف یا شفاف مانند آب یا شیشه قرار نمی‌گیرند.
- دامنه حداقل و حداکثر آنها کاملاً انعطاف پذیر است. اکثر سنسورهای اولتراسونیک قادر به تشخیص نزدیک به چند سانتی‌متر تا تقریباً پنج متر هستند. ماژول‌هایی که به‌طور خاص پیکربندی شده‌اند حتی می‌توانند تا نزدیک به ۲۰ متر را اندازه‌گیری کنند.
- با چندین دهه استفاده، این فناوری بالغ بسیار قابل اعتماد است و نتایج ثابتی را به همراه دارد.
- سنسورهای اولتراسونیک اندازه گیری‌های نسبتاً دقیقی را معمولاً با خطای حدود ۱% و در مواردی حتی دقت بیشتری را ارائه می‌دهند.
- آنها می‌توانند اندازه گیری‌های زیادی را در ثانیه انجام دهند و نرخ تازه سازی سریع را به همراه داشته باشند.
- از آنجایی که در ساخت آنها از مواد کمیاب استفاده نمی‌شود، معمولاً بسیار ارزان قیمت هستند.
- سنسورهای التراسونیک در برابر محیط‌های پر سر و صدا و همچنین اکثر نویزهای صوتی مقاوم هستند.
- اگرچه سنسورهای اولتراسونیک یک فناوری همه کاره است، اما باید قبل از انتخاب نهایی سنسور، چندین محدودیت را در نظر گرفت:
- از آنجایی که سرعت صوت به دما و رطوبت بستگی دارد، شرایط محیطی ممکن است دقت اندازه گیری‌ها را تغییر دهد.
- اگرچه ناحیه تشخیص، سه بعدی است، یک حسگر اولتراسونیک فقط تشخیص می‌دهد که چیزی در فاصله مشخصی از آشکارساز وجود دارد و نمی‌تواند بازخوردی در مورد جایی که جسم در ناحیه حسگر قرار دارد یا هیچ ویژگی مانند شکل یا رنگ ارائه دهد.
- در حالی که ابعاد آنها نسبتاً کوچک است و می‌توان آنها را بدون هیچ گونه نگرانی در خودروها استفاده کرد، سنسورهای اولتراسونیک ممکن است برای پروژه های بسیار کوچک، خیلی بزرگ باشند.
- مانند هر سنسوری، ممکن است کثیف، خیس یا یخ زده شوند که باعث نامنظم بودن یا عدم عملکرد آنها می‌شود.
- حسگرهای اولتراسونیک به دلیل وابستگی آنها به صدا، که به نوبه خود به نوعی به رسانه بستگی دارد، در خلاء کار نمی‌کنند.