سیستم سنجش غیر تهاجمی و کنترل و مانیتور دمای انکوباتور توسط امواج التراسونیک

در دنیای علمی و صنعتی امروز، نیاز به اندازه‌گیری دقیق و پیوسته دما در فرآیندهای حساس، اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده است. یکی از فناوری‌های نوین که در این مسیر نقش حیاتی ایفا می‌کند، سیستم‌های سنجش غیر تهاجمی و کنترل دما بر پایه امواج التراسونیک است. این سیستم‌ها به واسطه بهره‌گیری از اصول فیزیکی امواج صوتی با فرکانس بالا، امکان اندازه‌گیری دما را بدون نیاز به تماس مستقیم با جسم یا محیط موردنظر فراهم می‌آورند، و این امر، کاربرد آنها را در حوزه‌های مختلف، از جمله در انکوباتورهای آزمایشگاهی و صنعتی، بسیار گسترده کرده است.
مبانی فنی و اصول کار
در این سیستم، امواج التراسونیک با فرکانس‌های معمولاً بالاتر از ۲۰۰ کیلوهرتز تولید می‌شوند. این امواج پس از انتشار در محیط، با سطح یا ماده‌ای که قرار است دمای آن اندازه‌گیری شود، برخورد می‌کنند. بر اساس تغییراتی که در زمان رفت و برگشت، یا در خصوصیات موج، رخ می‌دهد، سیستم قادر است دما را برآورد کند. به طور خاص، دما بر روی ویژگی‌های صوتی ماده تأثیر می‌گذارد، از جمله سرعت امواج صوتی، ضریب شکست، و میزان جذب. این تغییرات، در عمل، در اندازه‌گیری‌های التراسونیک منعکس شده یا عبوری، قابل تشخیص هستند، و به کمک الگوریتم‌های پردازش سیگنال، دما محاسبه می‌شود.
یکی از مزایای برجسته این فناوری، عدم نیاز به تماس فیزیکی مستقیم است. در نتیجه، از آلودگی، خوردگی، یا اختلالات مکانیکی جلوگیری می‌شود، و امکان اندازه‌گیری در محیط‌های حساس و خطرناک، مانند انکوباتورهای بیولوژیکی یا فرآیندهای شیمیایی، فراهم می‌گردد. علاوه بر این، این سیستم‌ها قابلیت پیوسته و بی‌وقفه را دارند، که در مواردی که کنترل دقیق و زمان واقعی بسیار مهم است، بسیار حیاتی هستند.
ساختار و اجزای سیستم
در ساختار این سیستم، چندین جزء اساسی دیده می‌شود. ابتدا، مبدل‌های التراسونیک، که نقش اصلی در تولید و دریافت امواج صوتی دارند، قرار دارند. این مبدل‌ها، با توجه به طراحی‌های پیشرفته، قادرند سیگنال‌های بسیار دقیق و با کیفیت بالا تولید کنند و دریافت نمایند. سپس، واحد پردازش سیگنال، وظیفه تحلیل و تفسیر این امواج را بر عهده دارد. این واحد، با بهره‌گیری از الگوریتم‌های پیچیده، تغییرات سیگنال را شناسایی می‌کند و دما را محاسبه می‌نماید.
در کنار، سیستم‌های ارتباط و نمایش، که اطلاعات را جمع‌آوری و نمایش می‌دهند، نقش دارند. این بخش‌ها، معمولاً شامل نمایشگرهای دیجیتال، سیستم‌های هشدار، و رابط‌های ارتباطی مانند شبکه‌های بی‌سیم یا باس‌های صنعتی، هستند. تمامی این اجزا، در کنار هم، یک سامانه کامل و هوشمند را تشکیل می‌دهند که قادر است، در محیط‌های مختلف، به صورت خودکار و دقیق، دما را مانیتور کند و کنترل‌های لازم را انجام دهد.
کاربردهای عملی و مزایای این فناوری
کاربردهای فناوری اندازه‌گیری دما بر پایه امواج التراسونیک بسیار گسترده است. در حوزه‌های پزشکی، استفاده از این سیستم‌ها در انکوباتورهای نوزادان، به دلیل حساسیت و نیاز به دقت بالا، بسیار رایج است. در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، این فناوری، برای کنترل دما در آزمایش‌های بیولوژیکی و شیمیایی، که نیازمند شرایط بسیار دقیق و بدون تماس است، کاربرد دارد. در صنایع غذایی، نگهداری محصولات در دماهای ثابت و کنترل‌شده، با استفاده از این سیستم‌ها، بهبود یافته است، چرا که امکان نظارت پیوسته و بدون تداخل، فراهم می‌شود.
در صنعت، این فناوری در کنترل فرآیندهای پلاستیک، سرامیک، و حتی در تولید مواد نیمه‌هادی، به کار می‌رود. به علاوه، در حوزه‌های زیستی و پزشکی، این سیستم‌ها، در دستگاه‌های تشخیص و درمان، نقش دارند. از مزایای برجسته این فناوری، می‌توان به دقت بالا، عدم تداخل فیزیکی، قابلیت پیوستگی، و قابلیت نصب در محیط‌های خطرناک اشاره کرد. همچنین، این سیستم‌ها، با کاهش مصرف انرژی و مواد، هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهند و بهبود کیفیت و ایمنی فرآیندها را تضمین می‌کنند.
چالش‌ها و آینده‌پذیری
هر فناوری نوینی، چالش‌هایی نیز دارد. در مورد سیستم‌های التراسونیک، یکی از چالش‌ها، تأثیرات محیطی مانند نویزهای صوتی خارجی و تغییرات دما در محیط است که می‌تواند بر دقت اندازه‌گیری تأثیر بگذارد. همچنین، نیاز به کالیبراسیون منظم و نگهداری دقیق، از دیگر موارد مهم است، که باید در طراحی و اجرای سیستم‌ها در نظر گرفته شوند.
با پیشرفت‌های فناوری، انتظار می‌رود که سیستم‌های التراسونیک، روزبه‌روز دقیق‌تر، کوچک‌تر و هوشمندتر شوند. توسعه الگوریتم‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی، به بهبود تحلیل سیگنال‌ها کمک می‌کند و امکان پیش‌بینی بهتر و کنترل خودکار را فراهم می‌آورد. علاوه بر این، ادغام با فناوری‌های اینترنت اشیا (IoT)، امکان نظارت و کنترل از راه دور، در سراسر جهان، را فراهم می‌سازد، و آینده‌ای روشن را برای این فناوری نوین رقم می‌زند.
در نتیجه، سیستم سنجش غیر تهاجمی و کنترل دما بر پایه امواج التراسونیک، با ترکیب فناوری‌های پیشرفته، دقت، بهره‌وری، و ایمنی فرآیندهای حساس را تضمین می‌کند. این سامانه‌ها، نه تنها در بهبود کیفیت و کاهش هزینه‌ها نقش دارند، بلکه در توسعه فناوری‌های نوین، مسیر را هموار می‌سازند، و آینده‌ای پرکاربرد و پرامید را برای صنایع مختلف رقم می‌زنند.

سیستم سنجش غیر تهاجمی و کنترل و مانیتور دمای انکوباتور توسط امواج التراسونیک

در نمونه انکوباتور های ساخته شده برای کنترل دمای انکوباتور از سنسور های تماسی استفاده شده است که باعث ایجاد حساسیت های پوستی و آسیب های پوستی برای نوزاد شده و یا ممکن است با حرکت های نوزاد از بدن جدا شود. استفاده از سنسور های مادون قرمز نیز به علت تابش اشعه مادون قرمز به پوست باعث آسیب رساندن به پوست نوزاد شده و ضمنا تنها دمای همان نقطه را اندازه گیری میکند. ترمومتر های الکترونیکی نیز تنها دمای اطراف محل نصب را اندازه گیری می کنند و دارای لختی و کندی در اندازه گیری می باشند. لذا در سیستم ساخته شده کلیه مشکلات فوق بر طرف گردیده و با استفاده از امواج مافوق صوت اقدام به اندازه گیری دمای انکوباتور و مانیتور و کنترل آن کرده است. ضمنا استفاده از این سیستم باعث سرعت در سنجش به علت سرعت پاسخگویی بالا نسبت به سایر ترمومتر ها، بالا رفتن ایمنی و کاهش چشمگیر هزینه ها خواهد شد. در این پژوهش، به ساخت ترنسمیتر دما بر اساس امواج التراسونیک، معادلات ریاضی جهت استخراج دما از تغییرات سرعت صوت، جداول دما های اندازه گیری شده و نمودار ها پرداخته شده است.  فرمت فایل ورد  تعداد صفحه 10 ...

دریافت فایل