الصوت عبارة عن موجات ميكانيكيّة تنتج عن طريق الاهتزازات في الأوساط المادّيّة مثل الهواء والأجسام الصلبة والسائلة.

مستشعر الموجات فوق الصوتية: أداة إلكترونيّة تقيس المسافة إلى جسم ما عن طريق إرسال الموجات فوق الصوتيّة (تردّدات أعلى من الصوت المسموع للإنسان) واستقبال الموجات المنعكسة عن الجسم.

يتكون هذا المستشعر من جزأين رئيسيّين هما المرسل والمستقبل. يقوم المرسل بإرسال نبضة من الموجات فوق الصوتيّة عن طريق بلورة كهروضغطيّة.

المواد الكهروضغطيّة هي نوع خاصّ من المواد تقوم بإنتاج تيّار كهربائيّ عند تعرضها لضغط ميكانيكيّ وهو ما يسمى التأثير الكهروضغطيّ المباشر، وفي حال مرور تيّار كهربائيّ عبر المادة الكهروضغطيّة يحدث بها اهتزازات وتغيّرات ميكانيكيّة تسمّى بالتأثير الكهروضغطيّ العكسيّ، ويمكن الاستفادة من هذا التأثير العكسيّ لإنتاج الموجات فوق الصوتيّة، ويقوم المستقبل بالتقاط الصدى (الموجات التي أرسلها المرسل بعد انعكاسها عن جسم ما) وتحويلها إلى إشارات كهربائيّة باستخدام بلّورة كهروضغطيّة أيضًا عن طريق التأثير الكهروضغطي المباشر.[4]

تختلف ترددات الموجات المستخدمة في هذه المستشعرات ولكن الأكثر رواجًا هي 40KHz.

يختلف المدى الذي تغطّيه هذه المستشعرات حسب قوّة الموجة المرسلة والتردد المستخدم.

بعض أنواع هذه المستشعرات قصيرة المدى لا يتجاوز مدى قراءته 80 سم، أي لا يستطيع أن يحدد المسافة إلى جسم يبعد عنه أكثر من 80 سم، مثل النوع في صورة رقم واحد. ويختلف مدى القراءة من نوع إلى آخر.

توضح الصور التالية أنواع مختلفة لهذا المستشعر.

لتشغيله وبرمجته واستخدامه بطريقة بسيطة يتمّ ربط هذا المستشعر مع متحكم دقيق (Microcontroller).

لقياس المسافة إلى جسم ما يقوم المتحكّم بإرسال إشارة كهربائيّة إلى المستشعر مدتها 10 ميكروثانية (قد تختلف حسب نوع المستشعر)، ليقوم المستشعر بتوليد ثماني نبضات من الموجات فوق الصوتيّة وإرسالها عن طريق المرسل، ويتمّ تشغيل عدّاد الوقت إلى أن يستلم المستشعر الإشارة المنعكسة ثمّ يتمّ إيقاف عدّاد الوقت. ثم يقوم المستشعر بإعطائنا نبضة كهربائيّة مدّتها تساوي الفرق في الزمن بين لحظة إرسال الموجات الصوتيّة ولحظة استقبال الموجات المنعكسة. ويقوم المتحكّم الدقيق باستخدام قيمة الزمن التي حسبها المستشعر لحساب المسافة التي قطعتها الموجة من خلال ضرب قيمة الزمن بسرعة الصوت والتي تساوي 343 م\ث عند حرارة 20 سيلسيوس، حيث تمثّل هذه المسافة المقطوعة من الموجة ذهابًا وإيابًا، أي ضعف المسافة إلى الجسم الذي ارتدت عنه الموجة؛ لذلك يتمّ قسمتها على 2 للحصول على بعد الجسم عن المستشعر.

تطبيقاته:

يستخدم بكثرة في الروبوتات، حيث يمكّن الروبوت عند تحركه من تجنب الاصطدام بالعوائق حوله عن طريق استخدام هذا المستشعر وتحديد المسار المناسب لحركة الروبوت وإبقاء مسافة أمان بينه وبين أيّ عوائق حوله.

ويستخدم في المصنع لقياس مستوى ارتفاع السائل عند تعبئته في خزان معين، ويستخدم في الطائرات الصغيرة بدون طيار لمعرفة ارتفاعها عن الأرض والحفاظ على ارتفاع آمن، لتجنّب الاصطدام بالأرض، ويوضع أيضًا في مقدّمة الطائرة لتفادي الاصطدام بأيّ جسم في مسارها.

إذا كان سطح الجسم من مادة قطن أو نسيج فإنّها سوف تمتصّ الموجات فوق الصوتيّة، ولن تنعكس عن الجسم، وبالتالي لا يمكن تحديد المسافة إلى الجسم في هذه الحالة باستعمال هذا المستشعر.