مجس فوق صوتي

المجسات فوق الصوتية Ultrasonic sensors، أو التواترات فوق الصوتية هي تواترات الأمواج فوق الصوتية التي تفوق تواتر الأصوات التي تتحسس بها أذن الإنسان والتي هي دون الـ 20000هرتز. ويدرسها فرع من الفيزياء يعرف باسم فوق الصوتيات ultrasonics. تولِّد مولِّدات الأمواج فوق الصوتية الحديثة أمواجاً يبلغ تواترها بضعة غيغا هرتز (1GHz = 109 Hz)، وذلك عن طريق تحويل تيارات متناوبة عالية التواتر إلى اهتزازات ميكانيكية. ويتم عادة الكشف عن هذه الأمواج باستخدام بلورات كهرضغطية piezoelectric أو بوسائل ضوئية، حيث يمكن بالإفادة من انعراج الضوء جعل هذه الأمواج مرئية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 طريقة العمل

دارة إلكترونية لالتقاط الأمواج فوق الصوتية.

دارة إلكترونية حديثة لالتقاط الأمواج فوق الصوتية، وتحويلها إلى أمواج صوتية مسموعة.

يلتقط اللاقط الأمواج فوق الصوتية ويحولها إلى اهتزازات كهربائية، فيضخمها الترانزستوران Q1 و Q2، ثم تنتقل إلى الدارة التكاملية U1 فتدخلها عبر المربط 14، تقوم الدارة التكاملية بمقارنة الطور بين الإشارة الملتقطة وإشارة تولِّدها الدارة التكاملية يمكن التحكم بتواترها بفضل مجزئ الكمون R9، وتعطي الدارة تواتراً يساوي الفرق بين التواتر الملتقط والتواتر المولّد وذلك عند المربط 2. يقوم الترانزستور Q3 بتضخيم إشارة الفرق، وتنتقل الإشارة عبر المحول T1 إلى سمّاعات بصورة تواتر مسموع.

لعلم فوق الصوتيات تطبيقات عديدة في مجالات الفيزياء والكيمياء والتقانة والطب. فقد استخدمت الأمواج فوق الصوتية منذ أمد بعيد لتوفير الاتصالات تحت الماء وللكشف عن الأجسام الغاطسة تحته كالغواصات، فيما يسمى بأجهزة السونار SONAR، وهي أجهزة تشبه الرادار في عملها إلا أنها تستخدم أمواجاً فوق صوتية لأداء مهمتها. كما تعد أجهزة السونار أجهزة أساسية لتوفير سلامة الملاحة البحرية.

 الترجام

Sound field of a non focusing 4MHz ultrasonic transducer with a near field length of N=67mm in water. The plot shows the sound pressure at a logarithmic db-scale.

Sound pressure field of the same ultrasonic transducer (4MHz, N=67mm) with the transducer surface having a spherical curvature with the curvature radius R=30mm

 الاستخدام الصناعي

أجهزة الملاحة في غواصة يظهر في مقدمتها جهاز سونار.

وتستخدم الأمواج فوق الصوتية في الفيزياء لتحديد خواص المواد كالانضغاطية compressibility، والمرونة elasticity، ونسب الحرارات النوعية specific heat ratios. كما تستخدم الأمواج فوق الصوتية في الكيمياء لإنتاج مستحلبات emulsions متجانسة كالمستعملة في صنع أفلام التصوير، وكذلك للكشف عن التشقُّقات في الصفائح وغيرها. وقد استخدمت الأمواج فوق الصوتية التي تقع تواتراتها في مجال الـ GHz لصنع «مجهر» صوتي يمكنه تمييز أبعاد من رتبة الميكرون. وتؤدي الأمواج السطحية التي تقع تواتراتها في المجال فوق الصوتي والمعروفة اختصاراً بـ SAW أي Surface Acoustic Waves دوراً مهماً في تجهيزات التحكُّم الإلكترونية.

 وصلات خارجية

• Ultrasonic Acoustic Sensing Brown University
• Laser Ultrasonic Sensor Streamlines Papermaking Process, Lawrence Berkeley Lab, Dan Krotz
• Ultrasonic Flaw Detection for Technicians, Chapter 2, 3rd ed., 2004 by J. C. Drury (~5 pages)
• Measure distance using the ultrasonic sensor
• Ultra Technology More uniform fibre distribution in paper with ultrasonics in the paper machine wet end.
• Ultrasound transducer entry in the public domain NCI Dictionary of Cancer Terms
• Ultrasonic Transmitter and Receiver circuit diagram
• Ultrasonic Sensors for Industry
• Siemens Ultrasonic Level Measurement
• Choosing an Ultrasonic Sensor for Proximity or Distance Measurement Sensors Magazine.
• Transducer Info Center.
• Outdoor Ultrasonic Sensors