مبدأ عمل وتطبيق مستشعر الشعاع الكابولي

مستشعر الشعاع الكابولي هو مستشعر واسع الاستخدام لقياس الكميات الفيزيائية كالقوة والضغط والإزاحة. يتميز بمبدأ بسيط، وانخفاض تكلفته، ودقته العالية، مما يجعله مستخدمًا على نطاق واسع في صناعات مثل التصنيع، والفضاء، والسيارات. ستقدم هذه المقالة مقدمة مفصلة عن مبدأ عمل مستشعر الشعاع الكابولي وتطبيقاتها الرئيسية.

1. مبدأ عمل مستشعر شعاع الكابولي

يعتمد المبدأ الأساسي لمستشعر شعاع الكابولي على الخواص الميكانيكية للشعاع الكابولي. الشعاع الكابولي هو شعاع مثبت من أحد طرفيه بينما يكون الطرف الآخر حرًا. عند تطبيق قوة خارجية على الطرف الحر، ينحني الشعاع. ووفقًا لمبادئ المرونة، فإن مقدار انحناء الشعاع يتناسب طرديًا مع القوة الخارجية المطبقة.

عادةً ما تُركّب مستشعرات الشعاع الكابولي مقاييس إجهاد (مثل مقاييس الإجهاد المقاومة) على سطح الشعاع أو في مواقع مناسبة أخرى. عند انحناء الشعاع، يرصد مقياس الإجهاد التشوه الطفيف على سطحه ويحوّله إلى إشارة كهربائية. ترتبط هذه الإشارة بمقدار القوة الخارجية، ويمكن معالجتها بواسطة أجهزة إلكترونية لحساب القوة المطبقة.

2. المكونات الرئيسية لمستشعر شعاع الكابولي

يتكون مستشعر شعاع الكابولي بشكل عام من المكونات التالية:

شعاع الكابولي:هذا هو الجزء الأساسي من المستشعر، وهو المسؤول عن تحمل القوة الخارجية والتعرض للتشوه.
مقياس الانفعال: يُستخدم لاستشعار تشوه عارضة الكابولي. من الأنواع الشائعة لمقاييس الانفعال: مقاييس الانفعال المقاومة ومقاييس الانفعال بالألياف البصرية.
دائرة معالجة الإشارات:تعمل هذه الدائرة على تضخيم الإشارة الكهربائية الضعيفة من مقياس الانفعال وتحويلها إلى كمية قابلة للقياس.

3. تطبيقات مستشعر شعاع الكابولي

بفضل بنيته البسيطة، وانخفاض تكلفته، وقدرته على إجراء قياسات عالية الدقة، استُخدم مستشعر الشعاع الكابولي على نطاق واسع في مختلف المجالات. وفيما يلي بعض التطبيقات النموذجية:

مستشعر الضغط

يُستخدم مستشعر شعاع الكابولي كمستشعر ضغط، ويُستخدم على نطاق واسع في قياس ضغط الغازات أو السوائل. عند تطبيق ضغط على الطرف الحر لشعاع الكابولي، ينحني الشعاع. وباستخدام مقياس إجهاد، يمكن قياس مقدار الضغط. تُستخدم مستشعرات الضغط بشكل شائع في الأنظمة الهيدروليكية، والأنظمة الهوائية، والسيارات، والمعدات الطبية.

مستشعر القوة

أجهزة استشعار الشعاع الكابولي يمكن استخدامها أيضًا لقياس القوة. بدمج عارضة الكابولي مع الحمل، يمكن قياس القوة المطبقة على العارضة بدقة. في التصنيع الصناعي، تُستخدم مستشعرات القوة لقياس الوزن والشد وقوى أخرى. كما تُستخدم في المختبرات والأبحاث لدراسة السلوك الميكانيكي في ظروف مختلفة.

مستشعر الوزن

تُستخدم مستشعرات الشعاع الكابولي على نطاق واسع في أنظمة الوزن. بفضل تصميمها الدقيق، تستطيع هذه الشعاعات قياس وزن الجسم بدقة عالية. تُستخدم هذه المستشعرات عادةً في الموازين الإلكترونية التجارية، وأنظمة الوزن الصناعية، وحتى في قياس الوزن في تطبيقات الطيران والفضاء.

مقياس التسارع

يمكن أيضًا استخدام مستشعرات شعاع الكابولي كمقاييس تسارع. في هذا التطبيق، عادةً ما يُدمج شعاع الكابولي مع كتلة. مع تغير التسارع، تُسبب قوة القصور الذاتي لكتلة الكتلة انحناء شعاع الكابولي. بقياس تشوه الشعاع، يمكن استنتاج التسارع. تُستخدم هذه المستشعرات عادةً في السيارات والمركبات الفضائية والأجهزة الإلكترونية.

تطبيقات صناعة السيارات

في صناعة السيارات، تلعب مستشعرات الشعاع الكابولي دورًا هامًا. يمكن استخدامها في اختبارات التصادم، ومراقبة ضغط المقاعد، وقياس قوة نظام الفرامل، وغيرها. توفر مستشعرات الشعاع الكابولي بيانات سريعة ودقيقة عن القوة أو الضغط، مما يُسهم في تحسين سلامة وراحة السيارة.

4. مزايا أجهزة استشعار الشعاع الكابولي

دقة عالية:تتميز أجهزة استشعار الشعاع المعلقة بالدقة العالية ويمكنها اكتشاف التشوهات الدقيقة، مما يوفر نتائج قياس دقيقة.
هيكل بسيط:بالمقارنة مع أنواع أخرى من أجهزة الاستشعار، تتمتع أجهزة استشعار الشعاع الكابولي ببنية بسيطة نسبيًا، وتكاليف تصنيع منخفضة، كما أنها سهلة الإنتاج بكميات كبيرة.
تطبيق واسع:بفضل قدرتها الواسعة على التكيف، يمكن استخدام مستشعرات الشعاع الكابولي ليس فقط في الصناعات التقليدية ولكن أيضًا في المجالات المتطورة مثل الفضاء والسيارات.
استقرار قوي:تتمتع مستشعرات شعاع الكابولي بثبات قوي أثناء الاستخدام طويل الأمد، ويمكنها تحمل التغيرات الكبيرة في البيئة، كما أنها لا تتلف بسهولة.

بفضل مبدأ عملها البسيط وتكلفتها المنخفضة ودقتها العالية في القياس، تحظى مستشعرات الشعاع الكابولي بتطبيقات واسعة في مختلف المجالات. سواءً لقياس الضغط أو القوة أو الوزن أو التسارع، تلعب مستشعرات الشعاع الكابولي دورًا محوريًا. ومع التقدم التكنولوجي المستمر، ستتسع آفاق تطبيقات مستشعرات الشعاع الكابولي، مما يوفر حلول قياس أكثر كفاءة ودقة لمختلف الصناعات.

مستشعر شعاع الكابولي من سلسلة SUNMOON SM18 يستخدم تقنية أمريكية متطورة لضمان دقة قياس عالية وأداء ديناميكي. يتميز بقدرة ممتازة على تحمل الأحمال الزائدة، وتوزيع متساوٍ للإجهاد، ومقاومة للقوى الجانبية وتغيرات المواضع. مناسب لمختلف المقاييس، بما في ذلك مقاييس الرافعات الشوكية والمنصات والمستودعات، ويتميز بحساسية عالية وموثوقية وثبات. بفضل هيكله المتحرك، يتميز هذا المستشعر بحجمه الصغير وسهولة تركيبه، ويعمل في ظروف قاسية بفضل أختامه المقاومة للغبار والرطوبة والتآكل. يتراوح نطاق حمولة المستشعر بين 0 و5 أطنان، ودقة عالية (0.05% FS)، ويعمل في درجات حرارة تتراوح بين -40 درجة مئوية و+85 درجة مئوية. وهو مصنوع من سبائك الفولاذ عالي الأداء أو الفولاذ المقاوم للصدأ بحماية IP68.