เราไม่สามารถเห็นพวกเขา ในความเป็นจริงเรามักจะไม่ได้ยินพวกเขาเช่นกัน แต่การสั่นสะเทือนทางกลไก ไม่ว่าจะเป็นเสียงหรืออัลตราซาวนด์ มีบทบาทสำคัญในรถยนต์สมัยใหม่ บางทีพวกเขาอาจคุ้นเคยมากที่สุดในรูปแบบของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกที่นำเราเข้าและออกจากพื้นที่แคบได้อย่างปลอดภัยเมื่อเราจอดรถหรือขับรถออกไป แต่ที่สำคัญกว่านั้น เครื่องยนต์สันดาปภายในส่วนใหญ่ที่ขับเคลื่อน
ยานพาหนะ
ในปัจจุบันใช้การดัดแปลงของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกที่คิดค้น นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสในปี 1916ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา ยานพาหนะบนถนนประมาณ 1.5 พันล้านคันได้รับการติดตั้งระบบหัวฉีดเชื้อเพลิง ซึ่งประมาณหนึ่งในสามมีอุปกรณ์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจาก อาศัยการสั่นสะเทือนเชิงกลเล็กน้อย
ของผลึกเพียโซอิเล็กทริก พวกมันฉีดเชื้อเพลิงในปริมาณที่แม่นยำและควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์เข้าไปในกระบอกสูบของเครื่องยนต์ แท้จริงแล้ว ระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงประสบความสำเร็จอย่างมาก จนรถยนต์ รถบรรทุก และรถบรรทุกไม่ใช่สัตว์ประหลาดที่สร้างมลพิษเหมือนเมื่อ 50 ปีก่อนอีกต่อไป
ยานพาหนะในปัจจุบันแทบไม่มีตะกั่ว เขม่าดำ หรือควันน้ำมันที่ไม่เผาไหม้ที่เป็นอันตราย แม้ว่าพวกมันจะยังปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) ที่ทำให้สภาพอากาศร้อนขึ้นจำนวนมากก็ตามในฐานะนักฟิสิกส์ สิ่งที่ทำให้ฉันทึ่งกับระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงก็คือระบบเหล่านี้ใช้การสั่นสะเทือนแบบ
เพียโซอิเล็กทริก ในกรณีนี้ที่ความถี่ 1–5 กิโลเฮิรตซ์ ซึ่งอยู่ในช่วงการได้ยินของมนุษย์ ซึ่งขยายได้ถึงประมาณ 20 กิโลเฮิรตซ์ เหนือขีดจำกัดนั้นอยู่ที่ “อัลตราซาวนด์” แม้ว่าความถี่สูงสุดที่แม่นยำที่คุณได้ยินจะขึ้นอยู่กับอายุและคุณภาพหูของคุณ แต่ในอาชีพของฉัน ไม่ว่าการสั่นสะเทือนจะเป็นเสียงที่ได้ยิน
หรืออัลตราซาวนด์ส่วนใหญ่ไม่มีสาระสำคัญ: ฟิสิกส์นั้นเหมือนกันทั้งหมด เมื่อทราบแล้ว เรามาเริ่มการเดินทางของรถโซนิคด้วยเทคโนโลยีที่สำคัญก่อนที่คุณจะเริ่มขับรถด้วยซ้ำสัมผัสถึงอันตราย
ดูรถยนต์สมัยใหม่ส่วนใหญ่อย่างใกล้ชิด แล้วคุณจะเห็นจานกลมขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง
ประมาณ 20 มม.
ติดตั้งอยู่ที่กันชนหน้าและหลัง ยานพาหนะหลายร้อยล้านคันติดตั้งทรานสดิวเซอร์เชิงกลไฟฟ้าเหล่านี้ตั้งแต่เข้าสู่ตลาดครั้งแรกในช่วงกลางปี 2000 เปล่งเสียงและรับคลื่นอัลตราโซนิก พวกมันคือตัวระบุตำแหน่งเสียงสะท้อน ไม่เพียงทำหน้าที่เหมือนสายเสียงของค้างคาวเท่านั้น แต่ยังเหมือนหูของพวกมัน
ด้วยพัลส์อัลตราซาวนด์จะเคลื่อนที่ออกจากทรานสดิวเซอร์จอดรถจนกระทั่งกระเด็นออกจากวัตถุที่อยู่ใกล้เคียง พลังงานที่สะท้อนกลับมาบางส่วนจะส่งกลับไปยังทรานสดิวเซอร์ซึ่งจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าแล้วส่งไปประมวลผลสัญญาณ เวลาΔ tสำหรับพัลส์ในการเดินทางไปกลับนี้คือ 2 L / c
โดยที่cคือความเร็วของเสียงในอากาศ (ประมาณ 330 m/s) และLคือระยะทางไปยังวัตถุ ด้วยตัวจับเวลาดิจิตอลแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถทำการจับเวลาประเภทนี้ได้อย่างแม่นยำมาก ( Δ t ~ 300–30,000 μ s) เซ็นเซอร์อัลตราซาวนด์จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดระยะทางหนึ่งหรือสองเมตร
ทรานสดิวเซอร์จอดรถทำง่ายและราคาถูกมีโครงสร้างคล้ายแซนด์วิช (รูปที่ 1) โลหะ ซึ่งโดยปกติจะเป็นอะลูมิเนียม จะถูกอัดขึ้นรูปก่อนเพื่อสร้างถ้วยก้นแบนที่มีผนังหนาประมาณ 1 มม. แผ่นเพียโซอิเล็กทริกแบบแบนที่ทำจากไททาเนตตะกั่วเซอร์โคเนตโพลาไรซ์จะติดอยู่ที่ฐานด้านในของถ้วย แผ่นดิสก์
มีความหนาประมาณ 1 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 ซม. มีอิเล็กโทรดโลหะสองขั้วที่ระเหยบนพื้นผิวเรียบสองด้านปลายเปิดของถ้วยถูกปิดผนึกด้วยชั้นโพลิเมอร์ที่มีหมุดโลหะสองเส้นที่ต่อด้วยไฟฟ้าเข้ากับขั้วไฟฟ้าทั้งสอง การใช้แรงดันไฟฟ้ากับพินของทรานสดิวเซอร์จะทำให้แผ่นเพียโซอิเล็กทริกผิดรูป
ซึ่งขยายและหดตัวตามแรงดันไดรฟ์ไฟฟ้า (โดยปกติจะเป็นคลื่นไซน์ที่ระเบิดออกมาสั้นๆ) แต่ยังมีการเสียรูปในแนวรัศมีที่เล็กกว่าซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเฉพาะของเพียโซอิเล็กทริกของวัสดุ เมื่อแผ่นดิสก์ติดอยู่ที่ด้านในของอุปกรณ์ พื้นผิวเรียบด้านนอกของถ้วยจึงโค้งงอ ทำให้เกิดการสั่นสะเทือน
ทรานสดิวเซอร์แบบแซนด์วิชมีความถี่ที่สะท้อนได้หลายความถี่ ซึ่งสอดคล้องกับโหมดการสั่นแบบต่างๆ เช่นเดียวกับผิวของกลอง อย่างไรก็ตาม ผู้ผลิตต้องการปรับความถี่ของแรงดันไฟขับเพื่อให้พื้นผิวเรียบทั้งหมดของทรานสดิวเซอร์สั่นในเฟส เคลื่อนที่ขึ้นและลงเหมือนลูกสูบ การสั่นสะเทือนนี้
ช่วยเพิ่มการเชื่อมต่อไฟฟ้าและอะคูสติกให้สูงสุด สร้างคลื่นที่อยู่ในเฟสเป็นบริเวณกว้าง ในความเป็นจริง เนื่องจากความยาวคลื่น (8 มม.) โดยประมาณเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของแผ่นเพียโซอิเล็กทริก (10 มม.) คลื่นเสียงจึงแพร่กระจายเป็นซีกโลกโดยมีรัศมีขยายตัวด้วยความเร็วเสียง
ใดๆ ก็ตาม
สามารถทำงานย้อนกลับได้ โดยสร้างประจุไฟฟ้าเมื่อคลื่นอัลตราโซนิกที่เข้ามาเปลี่ยนรูป เห็นได้ชัดว่าทรานสดิวเซอร์ไม่สามารถส่งและรับคลื่นอัลตราซาวนด์ได้ในเวลาเดียวกัน ดังนั้นจึงรับคลื่นได้ก็ต่อเมื่อปิดแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์เท่านั้น (ไม่มีปัญหาเรื่องเวลาเนื่องจากเสียงสะท้อนจะมาถึงช้ากว่า
ไมโครวินาที) ในความเป็นจริง พื้นผิวระนาบของทรานสดิวเซอร์ถูกจับคู่ในเชิงพื้นที่เพื่อรับคลื่นสะท้อนระนาบ ซึ่งคลื่นทรงกลมที่ส่งออกไปจะกลายเป็นคลื่นสะท้อนเมื่อกลับมาทรานสดิวเซอร์แบบแซนด์วิชเป็นเซ็นเซอร์จอดรถแบบอัลตราโซนิกที่ใช้กันทั่วไปอย่างไม่น่าเชื่อ โดยติดตั้ง 10 ตัว
หรือมากกว่านั้นกับรถยนต์ทั่วไป มีระยะสูงสุดประมาณ 5 ม. เหมาะสำหรับการจอดรถ ในขณะที่โครงสร้างแบบซีลหมายความว่าสามารถกันฝนและคราบสกปรกจำนวนมากที่สะสมบนยานพาหนะบนท้องถนนได้ อย่างไรก็ตาม ระยะของพวกมันสั้นเกินไปที่จะตรวจจับยานพาหนะคันอื่นที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงใช้เซ็นเซอร์ไมโครเวฟหรือกล้องแทนเพื่อวัตถุประสงค์ในการหลีกเลี่ยงการชน
credit: sellwatchshop.com kaginsamericana.com NeworleansCocktailBlog.com coachfactoryoutletswebsite.com lmc2web.com thegillssell.com jumpsuitsandteleporters.com WagnerBlog.com moshiachblog.com
