سنسورهای اولتراسونیک یا مافوق صوت

[M.A.H.S.A]

سنسورهای اولتراسونیک یا حسگرهاي مافوق صوت از جمله پرمصرف ترین سنسورها در روباتیک می باشند.

يكي از مسائل مطرح در رباتيك ايجاد درك نسبت به محيط خارجي براي جلوگيري از برخورد نامطلوب به اشياء موجود در محيط حركت است. از سوي ديگر ممكن است نياز داشته باشيم كه ربات بتواند دركي از فاصله ها بدون تماس فيزيكي داشته باشد. براي اين منظور از سنسورهاي مافوق صوت يا Ultrasonic استفاده ميكنند.

با وجود اينكه رويكردهاي زيادي در اين زمينه وجود دارد ولي ميتوان آنها را در دو بخش تقسيم بندي كرد:

دسته اول شامل ابزارهاي انفعالي ميباشند ،نظير سيستمهاي فاصله سنجي swept-focus و يا stereoscopic
دسته بعد سيستم هاي فعال يا Active ميباشند نظير سيستمهاي ماكروويو ، ليزر و مافوق صوت.
در اين مقال ما به معرفي سنسورهاي مافوق صوت خواهيم پرداخت.

[M.A.H.S.A]

اين سنسورها از دو قسمت تشكيل شده است. قسمت اول مدار راه انداز آن را تشكيل ميدهد و قسمت ديگر دو قطعه (مبدل) گيرنده و فرستنده آن ، دقيقا مشابه آن قسمت از دزدگيرهايي كه در خودروها (مقابل شيشه جلو) نصب ميشود.
دردسر اصلي كار با اينگونه سنسورها مدار راه انداز آن است.البته پكيجهاي آماده كه كار را بسيار ساده ميكنند نيز وجود دارد، مانند مدول مافوق صوت ساخت شركت Texas Instruments . اين سنسورها در برخي دوربينها نيز براي تشخيص فاصله و فوكوس مناسب استفاده ميشود.
مكانيزم كلي كار اين سنسورها ، فرستادن يك بيم و دريافت انعكاس آن و متعاقبا محاسبه زمان رفت و برگشت. بدين ترتيب ميتوان فواص را نيز براحتي با در نظر گرفتن صرعت صوت در دما و فشار محيط ، محاسبه كرد.
قدم بعدي بدست آوردن ماتريسي از موانع موجود در محيط است. اينكار از دو راه ممكن است :
راه اول جاروب كردن محيط با امواج بصورت مكانيكي ميباشد. راه دوم استفاده ازچند مبدل ، با توجه به پيچيدگي محيط ، است.
بعنوان مثال ميتوان يك مبدل متحرك با رنج زاويه اي بالا در سر ربات ، يك مبدل ثابت در جلو و رو به پايين براي تشخيص گودي، و دو مبدل با زاويه هاي 45 درجه در چپ و راست را بعنوان يك تركيب مناسب استفاده كرد.
يكي از مهمترين خطاهايي كه در اين سنسورها مشاهده ميشود ، خطاي بالقوه در فواصل زياد است. همانطور كه ميدانيد امواج مافوق صوت را نمي توان همانند يك بيم ليزر تاباند و انعكاس آن را ثبت كرد. بعنوان مثال در فاصله حدودا 4.5 متري و با زاويه تابش 75 درجه حدود 250 ميليمتر خطا ممكن است پيش آيد.
ضمیمه:

[M.A.H.S.A]

برخي از محققين با استفاده از تيوپها ، شيپوره ها و بازتابنده ها و با فوكوس دادن بيم هاي صوتي سعي در كم كردن زاويه تابش داشته اند ولي تجهيزات مورد نياز ابعاد سنسور را به ده ها برابر افزايش ميدهد. دقت اين نوع سنسورها را با افزايش دقت گيرنده نيز ميتوان افزايش داد. لبه هاي كناري بيم عموما از شدت كمتري برخوردارند لذا با كم كردن شدت حساسيت گيرنده ميتوان خطا را تا نصف كاهش داد. البته در مواردي از يك آرايه از داده ها استفاده ميشود و پروسسوري وظيفه تشخيص زاويه مناسب را برعهده دارد.
ضمیمه:



میکرو رایانه