طی سالهای پیش، زمانیکه برای اولین بار سیستم های کامپیوتری به بازار عرضه شدند، ابزارهای بزرگ و در عین حال کم سرعتی بودند که قابل قیاس با یکدیگر نبودند.امروزه معیارهای شبکه ای ملی و بین المللی به ایجاد تفاهم نامه هایی در زمینه کنترل الکترونیکی پرداخته که از این طریق سیستمهای گوناگون را قادر به مذاکره با یکدیگر می کنند.
مجامع صنایع الکترونیکی (EIA) و انجمن مهندسان الکترونیک و الکتریک، معیارهایی را که پایه گذار اصطلاحات متعارف و نیازهای مشترک چون JEE8023,RS232,EIA بودند، توسعه دادند.
اگر یک طراح سیستم وسیله ای را طبق این معیارها خلق کند، آن وسیله با دیگر سیستمها (دستگاهها) ارتباط برقرار خواهد کرد.
اما راجع به سیگنالهای مشابهی که در فراصوتها استفاده می شوند، چه می دانید؟
سیگنال های دیتا: ورودی در مقایسه با خروجی
سیگنالی (پیام) را که وارد مبدلهای فراصوت شده و در از آن خارج می شود را ملاحظه کنید.
زمانیکه شما داده ها را در سرتاسر کابل می فرستید، این کار معمولا با قیاس بین آنچه را که از یک طرف کابل داخل شده و آنچه را که از سمت دیگر خارج می شود، انجام می شود.
پالس هایی که دارای فرکانس بالا می باشند، هنگام عبور از هر کابلی یا کاهش می یابند یا از بین می روند.
هم ارتفاع پالس (دامنه) و هم شکل پالس (شکل موج) به طرز چشمگیری دچار تغییراتی می شوند که میزان این تغییرات به میزان این داده ها و مسافت نقل و انتقال و ویژگی های الکتریکی کابل بستگی دارد.
گاهی اوقات یک کابل الکتریکی جانبی تنها در صورتی که قطعه کوتاهی از آن مورد استفاده قرار گیرد، به اندازه کافی قادر به عملکرد میباشد.اما همان کابل با طول بیشتر و همان میزان داده ها عمل نخواهد کرد.
خصوصیات کابل الکتریکی:
از مهمترین خصوصیات در یک کابل الکتریکی، امپدانس، نقش محافظ، کاهش و ظرفیت پذیری می باشد.
ما در اینجا تنها به مرور بعضی از این ویژگی ها به طور خلاصه می پردازیم:
امپدانس(اهم) : نشان دهنده مقاومت کلی است که کابل به جریان برقی که در حال عبور از آن است، می فرستد.
اصولا در فرکانس های کم، امپدانس تابعی از رسانا می باشد، اما در رسانایی با فرکانس بالا، موارد ایزولاسیون و ضخامت ایزولاسیون هم در امپدانس کابل تاثیر گذارند.
تطبیق امپدانس بسیار مهم است.
اگر یک دستگاه دارای مقاومت صد اهم باشد پس کابل باید خودش را با این مقدار مقاومت تطبیق دهد در غیر اینصورت مشکلاتی پیش خواهد آمد.
کاهش : از راه دسی بل در هر درازا محاسبه می شود و نشانی از نبود سیگنال در حین عبور از کابل می باشد.
کاهش وابسته به فرکانس سیگنال می باشد.
کابلی که حاوی داده هایی با فرکانس پایین می باشد به خوبی کار می کند ولی ممکن است در میزان داده های بالاتر بسیار ضعیف عمل نماید.
کابلها با میزان کاهش پایینتر بهتر عمل می کنند.
محافظ: معمولا محافظت به عنوان جزو ساختاری کابل به شمار می آید.
برای مثال:
ممکن است کابل بدون حفاظ باشد یا دارای یک پوشش آلومینیومی و یا حتی دارای یک حفاظ دو جداره باشد.
محافظ های کابل معمولا دو نقش دارند:
یا به عنوان حائل (مانع) برای جلوگیری از داخل شدن سیگنال خارجی و خارج شدن سیگنال داخلی عمل می کند و یا به عنوان قسمتی از مدار الکتریکی می باشند.تاثیر محافظ به منظور سنجش بسیار پیچیده است و به فرکانس داده های درون کابل و طراحی دقیق محافظ بستگی دارد.
ممکن است یک محافظ در یک فرکانس مؤثر باشد اما با وجود فرکانس های مختلف به یک طراحی کاملا متفاوت نیاز داشته باشد.
اغلب طراحان سیستم (دستگاه) به طور کامل اجزای کابل و یا دستگاههای مرتبط با تاثیر پذیری محافظ را آزمایش می کنند.
ظرفیت پذیری: ظرفیت پذیری در کابل معمولا از طریق پیکوفاراید به ازای هر فوت محاسبه می شود.
آن نشان می دهد یک کابل چه مقدار انرژی را در خود خیره می کند.
ظرفیت پذیری: ظرفیت پذیری در کابل معمولا از طریق پیکوفاراید به ازای هر فوت محاسبه می شود.
آن نشان می دهد یک کابل چه مقدار انرژی را در خود خیره می کند.
اگر یک سیگنال ولتاژ توسط یک جفت پیچ (Twisted Pair) منتقل شود، ایزولاسیون هر کدام از کابلها توسط ولتاژ مدار شارژ می شود.
بدلیل آنکه سیم برای رسیدن به مقدار شارژ مشخصی به زمان خاصی نیاز دارد .
این امر سرعت را کاهش داده و با سیگنال منتقل شده ارتباط برقرار می کند.
پالسهای (ضربان های) داده های دیجیتالی زنجیره ای از نوسانات ولتاژ است که توسط امواج میدان نشان داده می شوند.
یک سیم با یک ظرفیت بالا سرعت این سیگنالها را طوری کاهش می دهد که در یک چشم به هم زدن، به جای امواج میدان از کابل خارج می شوند.
کوپلنت: کوپلنت یک ماده (معمولا مایعی) است که به پیشرفت انتقال انرزی فراصوت از مبدل به داخل نمونه آزمایشی کمک می کند، بدلیل اینکه سازگاری امپدانس صوتی بین هوا و جامداتی چون نمونه آزمایش، زیاد است تقریبا کل انرژی برگردانده می شود و مقدارخیلی کم از آن به داخل ماده آزمایش منتقل می شود، وجود کوپلنت لازم است.
کوپلنت هوا را جابجا می کند و باعث ورود انرژی صوتی بیشتری به داخل نمونه آزمایشی می شود طوریکه یک سیگنال فراصوت قابل استفاده از آن بدست می آید.
در آزمایش فراصوت ارتباطی یک قشر نازک از روغن، گلیسیرین یا آب به طور کلی مبدل و سطح آزمایش قرار می گیرد.
به منظور بررسی دقیق قطعه یا اندازه گیریهای دقیق، اغلب تکنیک تعلیق را به کار می برند.
در آزمایش فراصوت، هم مبدل و هم قطعه معتق در کوپلنت (که معمولا کوپلنت آب می باشد) معلق می شوند.
این روش ارتباط، حفظ ارتباط دائم را هنگام حرکت و کنترل مبدل و یا قطعه میسر می سازد.
بخش پالسر دستگاه، به تولید پالسهای الکتریکی با مقدار انرژی کنترل شده و دامنه های کوتاه و بلند که هنگام کاربرد در مبدلهای فراصوت به پالسهای فراصوتی با دامنه کوتاه تغییر می یابند، می پردازد.
اغلب بخشهای پالسر به منظور بهبود حرکت مبدلها، دارای خروجی های با امپدانس کم می باشند.
نقش کنترل مرتبط با مدار پالسر شامل: طول پالس (مدت زمانی که پالس در مبدل کار می کند) انرژی پالس (ولتاژی که در مبدل صرف می شود مدارهای ویژه پالسر از 100 ولت تا 800 ولت در مبدل کار می کنند) در قسمت گیرنده، سیگنالهای ولتاژ که نشان دهنده پالسهای فراصوتی دریافت شده می باشند، که توسط مبدل تولید شده، تقویت می شوند.
سیگنال با فرکانس رادیویی تقویت شده (RF) جهت ارائه یا ذخیره پردازش سیگنال، به عنوان خروجی قابل استفاده می باشند.
اعمال کنترل مرتبط با مدار گیرنده شامل: یکسوسازی سیگنال (سیگنال RF می تواند به عنوان امواج نیمه مثبت، نیمه منفی و یا کامل تلقی شود) عبور دادن به منظور شکل دادن و منظم کردن سیگنالهای برگشتی افزایش یا تقویت سیگنال عدم کنترل پالسر- گیرنده ها: پالسر-گیرنده ها به خوبی با هدف کلی آزمایش فراصوت سازگار شده اند، آنها همراه با مبدلهای مناسب و یک نوسان نما می توانند برای آشکار سازی نقصان و سنجش دقیق ضخامت در تنوع وسیعی از آهن آلات، پلاستیکها، سرامیکها و سایر ترکیبات به کار برده شوند.
الگوی سنجش تامپستون-گری: الگوی سنجش تامپستون-گری پیش بینی هایی تقریبی راجع به تعدادی ابعاد فراصوت که از طریق وجه اشتراکات جامد و مایع نشات می گیرد، ارائه می دهد.وجه اشتراکات جامد- مایع در طرحهای کنترل فیزیکی متداولند.
این الگو پیش بینی هایی راجع به سیگنالهای دریافت شده و متفرق از انواع نقایص مختلف را ارائه می دهد.این کار در اوائل دهه 1980 آغاز شد و اصلاحات انجام گرفته روی آن که تا کنون منجر به یک وسیله بسیار مهم جهت مقایسه فرضیه آزمایش فراصوت شده است .
مدل سنجش تامپستون-گری در راس UTSIM قرار دارد.(Ultrasonic Simulation یا شبیه سازی فراصوتی) ژنراتورهای صدا شکن در تحقیق: ژنراتورهای صدا شکن اغلب در کاربردهای فراصوتی با قدرت بالا به کار می روند.
کامپیوترهای مدرن که ابزار فراصوتی چون رم 100000 رابتیس دارند یک دستگاه منتچش کاملا پیشرفته است که به منظور برآوردن نیازهای اولیه محقق صوت شناسی در علم مواد یا NDE مدرن طراحی می شوند.هدف آن انتقال شکستهای انرژی صوتی به درون یک قطعه آزمایش، دریافت سیگنالها از بخشی که این شکست را دنبال می کند و سپس کنترل و تجزیه سیگنالهای دریافت شده به طرق مختلف می باشد.
قابلیت شکست فرکانس رادیویی با قدرت بالا (RF) این امکان را به محققان می دهد که با مواد بسیار ضعیف یا مبدلهای غیر مؤثر همچون EMATS به سختی کار کنند.
یک فاصل کامپیوتر به دستگاه این امکان را می دهد که سنجشهای بسیار پیچیده که با سرعت بالا نظیرآنهایی که متضمن خرکابتهای چندتایی می باشند، تولید کنند.
بسیاری از ابعاد بسیار محدود و یا در صورت استفاده از ابزار کنترل شده دستی غیر ممکن می باشند.
طراحی مبدل: در طراحی تکنولوژی مدرن، طراحی قطعه و شبیه سازی کنترل قطعه در جهان مجازی کامپیوتر انجام شده است.
طراحی مبدل در ساخت پیش بینی های واقعی راجع به اینکه چطور یک قطعه یا یک جزء ممکن است کنترل شود پیش از ساختمان واقعی آن قطعه لازم است.
همچنین از طراحی کامپیوتر در طراحی مبدلهای فراصوتی استفاده می شود.
یک مبدل فراصوتی ممکن است توسط سنجشهای مفصل الکتریکی اش توصیف شود.
چنین سنجشهایی می تواند به طور کامل واکنش هر کدام از مبدلها را تعیین کند.
تحقیقی جهت گسترش الگوهای کلی که ورودیهای الکتریکی (ولتاژ) را به خروجی های مکانیکی (نیرو،سرعت) ربط می دهد و برعکس در دست اقدام است.
این نمونه ها می تواند خیلی مقاوم بوده و پیش بینی های دقیقی از واکنش مبدل داده، اما بدلیل فقدان طرح دقیق متغیرات فیزیکی موجود در طراحی مبدل رنج می برد.
این الگوهای واکنش الکتریکی مکانیکی باید درون اجزای الکتریکی و فیزیکی در شکل زیر بررسی شوند.
آزمایش مبدل: تعدادی از طراحان مبدل طبق استانداردهای AWS,ESI و بسیاری از استانداردهای صنعتی ئ نظامی به توصیف می پردازند.
طراحان اغلب برای هر مبدل منحنی زمان و فرکانس تهیه می کنند.سیگنالهای زیر توسط یک پالسر حساس بوجود آمده اند.
تصویر موج مانند سمت چپ سیگنال واکنش آزمایش را در منحنی مربوط به زمان (دامنه در مقایسه با زمان) تصویر طیف مانند سمت راست همان سیگنال را در منحنی فرکانس نمایش می دهد (دامنه در مقایسه با فرکانس).
دیگر آزمایشات ممکن شامل موارد زیر می باشند: منحنی امپدانس الکتریکی: اطلاعات مهمی راجع به طرح و ساختار یک مبدل فراهم می آورد و این را به مصرف کنندگان می دهد که مبدلهای برقی مشابهی از منابع مختلف گرد می آورند.
سنجش نظم پرتو: اطلاعات مهمی راجع به نظم میان پرتوهای صوتی و پایگاه مبدل فراهم می آورد.
توصیف پرتوها: اطلاعات مهمی راجع به ویژگی های میدان صوتی مبدل ارائه می دهد.
ایجاد سنجش میدان صوتی: هدف از این سنجشها ایجاد پارامترهایی نظیر خود محوری و توصیفات پرتوهای مورب صدا برای مبدلهای معلق و ختمی می باشد.
این ابعاد اغلب از طریق بررسی دقیق میدان صوتی با یک مبدل هیدروفون که میدان های صوتی را در فضای سه بعدی رسم می کند، بدست می آید.
انواع مبدلها: مبدلهای دو قسمتی: متشکل از دو بخش است که بطور مستقل در یک محفظه منفرد فعالیت می کند.
یکی از قطعات کار انتقال و دیگری کار دریافت را برعهده دارد.
مبدلهای دو قسمتی به هنگام اندازه گیریهای دقیق مایعات و کنترل نقایص سطحی بسیار مؤثر می باشند.
مبدلهای فراصوتی: مبدلهای فراصوتی برای مصارف متنوعی طراحی شده اند و به هنگام لزوم می توانند طراحی شوند.
به هنگام انتخاب مبدل مناسب جهت استفاده، باید توجه زیادی مبذول داشت.
مبدلها بسته به نوع استفاده از آنها به گروههای متعددی دسته بندی می شوند: مبدلهای ارتباطی: مبدلهای ارتباطی به منظور بررسی تماس مستقیم مورد استفاده قرار می گیرند.
این مبدلها دارای قطعاتی هستند که درون یک محفظه مقاوم به منظور مقاومت در برابر تماس سطح متحرک با انواع گوناگون مواد تعبیه شده اند.
این مبدل ها دارای یک طراحی مهندسانه است طوری که آنها به آسانی روی یک سطح حرکت می کنند.
همچنین اغلب این مبدلها دارای ورقه هایی با پوشش قابل تعویض جهت افزایش کاربرد بهینه از آنها می باشند.
موادی از جنس آب، گریس، روغن و یا مواد صنعتی روزنه هوایی بین مبدل و قطعات کنترل شده را از بین می برد.
مبدلهای معلق (غوطه ور): مبدلهای معلق قطعات را به هم وصل نمی کند.
این مبدلها به منظور عملکرد در یک محیط مایع طراحی شده اند و کلیه اتصالات نفوذ ناپذیر است.
مبدلهای معلق معمولا دارای یک لایه تطبیق امپدانس می باشند که در انتقال انرژی صوتی بیشتری به داخل آب و بر عکس به درون اجزا کنترل شده کمک می کند.
معمولا مبدلهای معلق یا داخل یک تانکر آب مورد استفاده قرار می گیرند و یا به عنوان قسمتی از یک دستگاه حباب ساز مورد استفاده قرار می گیرند.