Датчиклар

1.6. Ультратовушли датчиклар.

Ультратовуш бу юқори частотадаги товуш тебранишларидир. Инсон ишитиш органлари 16-20 кГц оралиғидаги эластик механик тебранишларни овоз сифатида қабул қилади. 20 кГц дан юқори бўлган тебранишларни эштиш органлари қабул килмайди. Бу тебранишларни тарқалишини ультратовуш тўлқинлари деб аталади. Уларни юқори чегараси милярд Гц гача бўлади. Ундан юқориги тебранишларни гипер товушлар деб аталади.

Товуш тўлқинлари устида олиб борилаётган тадқиқотларни бирламчи сабаблари товушни сувда тарқалишини ўрганиш бўлган. Биринчи бўлиб товушни сувда тарқалиш тезлигини 1826 йили француз олими Колладон аниқлаган. Товуш тарқалишини сувда ўрганилишига сабаб денгиз кемаларини ҳаракат тезлиги, уларгача бўлган масофаларни аниқлаш бўлган.. 1838 йили товуш ёрдамида денгиз ости релифини аниқлашга эришилган. Тофушни узоқроқга узатиб қабул қилиш зарурияти юқори частотали товуш тебранишларини олиш муамосига олиб келди.
1883 йили инглиз физиги Гальтон ультратовуш генераторини яратди. Уни Гальтон хуштаги деб атадилар. Генератор учлари ўткир этиб ясалган цлиндрдан иборат бўлиб унга юқори босим остида ҳаво юборилган. Ҳаво ўрнига водород гази юборилиши билан 170 кГц гача тебранишларни ҳосил қилишга эришилган.
1880 йили Пъер Жак Кюрилар ультратовуш техникаси учун катта қийматга эга бўлган кашфиётни очдилар. Улар кварц кристалига босим билан таъсир этилса кварц томонларида электр заряди тўпланишини аниқладилар. Тўпланган заряд миқдори қўйилган кучга пропорционал. Бундан ташқари тез алмашинувчи электр кучланиши кристаллга қўйилганда кристални тебранишини аниқладилар. Буни асосида юқори частотали товуш тебранишларини чиқарувчи ва қабул қилувчи қурилмалар яратиш имконияти пайдо бўлди.
1914 йилда Европада денгиз флоти учун саноат қурилмаси сифатида ультратовуш тўлқинларини узатувчи ва қабул қилувчи кашф этилди. Шу йиллари сиртларни текшириш учун деффектоскоп яратилди. Медицинада XX асрни 50-йилларида АҚШ қўлланила бошланди.
Ультратовушли узатувчиларни иккита катта гурухга бўлиш мумкин.
1.Тебранишлар газларда ёки суюқликларда ҳосил қилинади ва узатилади.
2.Ток ёки кучланишни материаллар ёрдамида механик тебранишларга айлантириш. Нурлантирувчилар пьезоэлектрик ёки магнитострукцион бўлиши мумкин. Магнитострукцион нурлантиргичлар жисм ўлчамларини магнит майдонида ўзгаришига асосланган. Бу хоссага эга бўлган материаллар ўрам ичига жонлантирилади ва унга ўзгарувчан ток берилади. Ўзгарувчан ток таъсирида ўзгарувчан магнит майдони ҳосил бўлади. Бу ўзгарувчан магнит майдонига мос равишда жисм ўлчами ўзгариб ультратовуш ҳосил қилади.
Ультратовуш датчикларини қўлланишини шартли уч грухга бўлиш мумкин:

1. 
   Ултьра товуш ёрдамида информация олиш;
   
2. 
   Моддаларга таъсир кўрсатиш;
   
3. 
   Сигналлар узатиш ва қайта ишлаш.
   

Уман кўлланиш соҳасини қуйидагича ифодалаш мумкин:
(кГц) 1 10 100 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶

Мода тугрисида информация олиш	Моддалар хоссаларини ўрганиш	газлар
		суюқликлар
		Кат.жисмлар
	Гидролокация
	Уз деффектоскопия
	Сатх ва ўлчамни контроли
	Медицина диагностикацияси
Моддаларга таъсир кўрсатиш	Коагуляция аэрозол билан
	Енишга таъсир этиш
	Тозалаш
	Химик жараёнлар
	Эмульгирования
	Диспергирования
	Пуркаш
	Кристаллизация
	Металллизация
	Механик қайта ишлаш
	Пайвантлаш
	Пластик деформациялаш
	Терапия
	Хирургия
Сигналларни қайта ишлаш ва бошқариш	Кечиктириш тизими
	Фильтрлар
	Акустоэлектрон айлантириш
	Акустаоптик қурилмалар

Юқоридан кўриниб турибдики, ультратовуш турмушда кенг қўлланилади. Медицинада диагностикадан ташқари даволаш мақсадида ҳам кенг қўлланилади. У рентген нурлари каби ҳавфли эмас. Унинг салбий таъсири тирик организмда деярли йўқ.

Ички органаларни ҳолатини кузатишда доплер эффектидан фойдаланилади. Узатилган нур ҳаракатдаги жисмга бориб қайтишида уни ҳаркатланиш тезлигига мос ҳолда қайтган нурни частотаси ўзгаради. Бу ўзгаришни электрон қурилма ёрдамида қайта ишлаш билан ички органлар ҳолатини кузатиш мумкин.
Мураккаб формадаги металллардаги тешикларни оддий фрезер ёки тешиш қурилмаларида бажариб бўлмайди. Уларни кучли ультратовуш билан амалга ошириш мумкин.
Масофада жойлашган объектларни аниқлашда радиолокациядан фойдаланилади. Лекин радиолокация фақат метал иштирок этган объектларнигина аниқлаш имкониятини беради. Океанларда балиқлар тўдасини, тирик организмларни, рельефини аниқлашда фақат ультратовушлардан фойдаланилади.
Қиздириш мумкин бўлмаган ҳолатларда турли маркадаги металлларни пайвандлашда ҳам ультратовушдан фойдаланилади.
Ўтган асрнинг 60 йиллардан бошлаб, аниқлик даражаси торайтирувчи қурилмалар асосида тайёрланган сарф ўлчаш қурилмаларига қараганда бир карра юқори бўлган ультратовушли сарф ўлчаш қурилмалари қўлланилмоқда.
1.7. Сатх ўлчаш датчиклари ва уларни Matlab асосида моделлаштириш.
Технологик жараёнларни автоматик бошқаришда суюқлик ва оқувчан қаттиқ жисмларни(цемент, кум, алебастр, туз, сода ва бошқалар) сатҳларини ўлчаш муҳим аҳамиятга эга. Агар ишлаб чиқариш ёнғинга ҳавфли ёки портлашга мойил бўлса сатҳ ўлчашни аҳамияти янада ортиқ бўлади. Сатҳ ўлчаш датчиклари нефтни қайта ишлаш саноати, озик овкат саноати , фармацефтика кенг қўлланилади.
Сатҳ ўлчаш датчиклари икки мақсадда фойдаланилиши мумкин. Биринчи ҳолатда бундай датчикларни сатҳ сигнализаторлари деб аталиб, сат бирор нуқтага етганда сигнал беради. Зарурий сатҳни қийматини олдиндан белгилаб қўйилади. Иккинчи тур даттчиклари идишдаги маҳсулотни ҳажмини, миқдорини узликсиз назорат қилиш учун қўлланилади. Иккинчи тур датчикларини кўпчилиги биринчи тур датчикларини юункциясини олган бўлиши ҳам мумкин. Яъни идишдаги мадда сатҳини кўрсатишдан ташқари бирор нуқтага етганда алохида сигнал бериши мумкин.
Технологик жараённни характеридан келиб чикган ҳолатда сатҳни ўлчаш тарли усуллар ёрдамида аниқланилади. Оддий ҳолатларда визуал кузатишга асосланган сатҳ ўлчаш тизимларидан фойдаланилади. Олинган натижани масофага узатувчи сатҳ ўлчаш датчиклари мураккаб бўлиб турли физик ҳодисаларга асосланган. Улар қуйидагилар:
- гидростатик
- бўёқкли(бўйковые) ва қалқиб юрувчили(попловковые)
- сиғимли
- индукцион
- радиоизотопли
- акустик
- тўлқинли
- термокондуктометрик
Битта компания жуда кўп турдаги сатҳ датчикларини ишлаб чиқаради. Масалан дунёда автоматик қурилмаларни ишлаб чиқаришда иккинчи ўринда турувчи Simenes фирмаси турт принципда ишловчи сатҳ датчикларини ишлаб чиқаради. Улар ультратовушли(ULS), сиғимли(CKS), айланувчан варракли (PLS) ва вибрацион(VLS).
А) визуал сатҳ ўлчаш тизимларида идишни ташқи қисмига шиша трубка ўрнатилади(расмда кўрсатилган).

1.63. Расм.

Сюкликларни сатҳини ўлчаш ташқи шиша трубкасини узунлиги ҳавфсизлик нуқтаи назаридан 0,5 м. дан ортирилмайди. Агар идиш баландлиги катта бўлса шахмат доскасига ўхшаб бир неча шиша трубкалар ўрнатилади. Бундай сатҳ ўлчаш тизимларидаги асосий хатолик идишдаги ва кўриш трубкасидаги суюқликларни зичлигини ҳар хил бўлиб қолишидан келиб чиқади. Идишдаги маҳсулотлар иссиқ бўлса, ташқи кўриш трубкасидаги суюқлик ташқи шамол таъсирида нисбатан совиб қолиши мумкин. Бундаги абсолют хатолик

∆h = h_{1 –} h_{2 =} h₂(1- с_{2 /} с₁) (1.7.1)
Бу хатолик катта бўлиши мумкин. Уни камайтириш учун турубкани теплоизолация қилиш ёки ҳар ўлчашдан олдин трубкадаги суюқликни продувка қилиш керак.
Б) Гидростатик сатҳ ўлчаш датчиклари ўзгармас зичликли суюқликларда гидростатик босим баландликга пропорционаллигига асосланган
P= сgH (1.7.2)
Бу ерда с – суюқлик зичлиги, g – эркин тушиш тезланиши, H – сюклик сатҳи. Ушбу формулани мисол тариқасида сув сув учун кўриб чиқайлик, бизга маълумки сувнинг зичлиги с=1000 кг/м³. У ҳолда юқоридаги формула MATLAB да қуйидаги тартибда бажарилади: