Ultrasonic Sensors
มารู้จัก Ultrasonics กันดีกว่า
เสียงเป็นพลังงานชนิดหนึ่ง จะอยู่ในรูปคลื่น และคลื่นเสียงเป็นคลื่นตามยาว (Longitudinal Wave) ซึ่งเกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ จะเดินผ่านตัวกลางทั้งที่เป็นของแข็ง ของเหลวหรืออากาศ (แต่จะไม่มีการเคลื่อนที่ในสุญญากาศ) การเคลื่อนที่ของเสียงเป็นการเคลื่อนที่แบบคลื่น (Traveling Wave) ในการได้ยินของคนเรานั้น ต้องมีต้นกำเนิดเสียงตัวกลางที่จะนำเสียง และหูที่เป็นเครื่องรับเสียง
- ความถี่ของคลื่นเสียงที่มนุษย์ได้ยินจะอยู่ 20-20,000 Hz ถ้าต่ำกว่านี้หรือสูงกว่านี้ มนุษย์จะไม่สามารถได้ยินเสียงนั้นได้
- คลื่นเสียงที่มีความถี่ต่ำมากๆ ต่ำกว่า 20 Hz เราเรียกว่า “คลื่นอินฟราโซนิค” (Infrasonic) หรือ คลื่นใต้เสียง
- คลื่นที่ความถี่สูงมากๆ สูงกว่า 20,000 Hz เรียกว่า “คลื่น อุลตร้าโซนิค”(Ultrasonic) หรือคลื่นเหนือเสียง
- และมีเสียงมากมายที่เราไม่ได้ยินซี่งเราเรียกเสียงประเภทนี้ว่า “อุลตร้าซาวนด์”
เนื่องจากผลและปฎิกิริยาของเสียงเหล่านี้ทำให้เรารับรู้ถึงการมีอยู่ของมัน อนึ่งอุลตร้าซาวนด์ถูกนำมาใช้ในวงการแพทย์และอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลายอุปกรณ์ Sensor ที่ใช้ระบบ Ultrasonics ในการวัด
- สุนัข สามารถสร้างความถี่ระหว่าง 425-1800 Hz และสามารถรับฟังเสียงที่มีความถี่ 15-50000 Hz
- แมว สามารถสร้างความถี่ระหว่าง 760-1500 Hz และสามารถรับฟังเสียงที่มีความถี่ 15150-150000 Hz
- ค้างคาว สามารถสร้างความถี่ระหว่าง 10-12000 Hz และสามารถรับฟังเสียงที่มีความถี่15150-150000 Hz
- ดังที่กล่าวมาแล้วมนุษย์จะได้ยินเสียงในย่านความถี่ตั้งแต่ 20-20,000 Hz ดังนั้นค่าพลังงานคลื่น หรือ Sonic energy ที่มีค่าสูงกว่า 20 KHz จึงเรียกว่า Ultrasound ซึ่ง Ultrasound จะเป็นคลื่นที่มีขนาดความยาวคลื่น wavelengths สั้นมากๆ
Higher Frequency transducers
- จะมีขนาดของ beams ที่เล็กกว่า
- จะมีความละเอียด resolution ดีกว่า
- สามารถนำคลื่นได้เร็วกว่า
ดังนั้น ในการนำไปประยุกต์ใช้งานสำหรับเซ็นเซอร์ประเภทนี้ จึงมีข้อแตกต่างกันในแต่ละช่วงการใช้งานดังกล่าวข้างต้น
- Ultrasonic Transducer ทำงานอย่างไร
- ความเร็วของคลื่นเสียงในอากาศขึ้นอยู่กับ
- จำนวนโมเลกุลของตัวกลาง
- มวลรวมของโมเลกุลตัวกลาง
- พลังงานโมเลกุลของตัวกลาง
- Cair = 49
- การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ มีผลอย่างไร
- ความเร็วของเสียงจะเปลี่ยนทุกๆ 1% ต่อ 10 F (1.8% per 10 C)
- Temperature compensation สามารถลดผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แต่จะได้ประมาณ 1/3
- ผล Temperature compensation จะได้ถูกต้อง หากอุณหภูมิมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
- Ultrasonice Sensors Measure Time of Flight
ดังนั้นเซ็นเซอร์แบบอุลตร้าโซนิค จึงใช้หลักการตรวจสอบเวลาของคลื่นที่เดินทางในตัวกลาง โดยดูเวลาของคลื่นตั้งแต่เริ่มส่งจนกระทั่งคลื่นลูกเดิมถูกส่งกลับมา เป็นต้น
ดังนั้นความเร็วในการตอบสนอง (Response Speed) จะถูกลิมิตโดยความเร็วของเสียง (Speed of Sound)
- Speed of sound = 1100 ft/s = 1ft/ms
- Frequently asked : Can I have an ultrasonic sensor with a foot range and 5 ms response?
- 3.4 m/ms