Ultrasonik uyarıcı dizisi ve güç odaklayan sürücü devre gerçeklemesi

Ultrasonik dönüştürücü, elektrik akımını ses dalgasına, ses dalgasını elektrik akımına dönüştüren elemana denir. Bu devre elemanı iki yönlü olarak çalışmaktadır. Bu çalışmada, ultrasonik uyarıcı tasarlanmak üzere, sadece sürücü devreden gelen elektrik akımını ses dalgasına çeviren ultrasonik dönüştürücüler kullanılacaktır. Bu tez çalışmasında, ultrasonik dönüştürücüler kullanılarak istenilen frekansta elde edilen ultrasonik dalganın bir noktada odaklanarak basınç şiddetinin arttırılmasını sağlayan, ultrasonik uyarıcı sistem tasarımı ve gerçeklemesi anlatılmıştır. Ultrasonik uyarıcı devreler çok farklı alanlarda(uzaklık ölçümü, endüstriyel temizleme v.b.) çeşitli amaçlarla kullanılmaktadır. Bu çalışmada ise tasarlanacak devre ve uyarıcı dizi tasarımları ile tarım alanında böcek yönlendirme kovma uygulamalarında kullanılması düşünülmektedir. Bunun için öncelikle hangi frekansta çalışılacağına karar verilmiştir. Bu problem farklı frekanslarda farklı devrelerin tasarımını gerektirmiştir. Bundan dolayı çalışma frekansına uygun devre tasarımları bulunarak gerçeklemesi yapılmıştır. Devre tasarım çalışması yapılmadan önce, ultrasonik dönüştürücülerin etki alanı uzaklığı hesabı yapılmıştır. Bu hesaplamalardan sonra, tasarlanacak uyarıcıda kullanılacak ultrasonik dönüştürücü dizi modelleri karşılaştırılmasını yapmak amacıyla belirlenen dizi modelleri gerçeklenmeden önce MATLAB benzetim ortamında TAC uygulaması ile ultrasonik dönüştürücülerden yayılan dalga yapısı elde edilmiştir. Son aşama olarak, devre ve dönüştürücü dizileri gerçeklenerek ölçümleri yapılarak ve bu ölçüm sonuçları değerlendirilmiştir. İlk olarak, çalışmada her bir frekans farklı basınç değerleri için hangi ultrasonik dönüştürücülerin kullanılacağı ve dönüştürücünün çalışma frekansı belirlenmiştir. Çalışmada kullanılacak dönüştürücü tipleri, 400st100, 400st160 ve 90-4050-60 seri numaralı ürünlerdir. Bu dönüştürücülerin merkez frekansı 40 KHz, 80 KHz 'dir. Sonrasında, bu çalışma frekansına uygun bu dönüştürücüleri sürebilecek sürücü devre belirlenmiştir. Bunun için üç adet farklı sürücü devre kullanılmıştır. Bu devreler aynı veya farklı frekanslarda farklı dönüştürücüleri sürmek ve elde edilecek değerlerini kıyaslamak için bu şekilde seçilmiştir. Sürücü devrelerin gerçeklenmesine geçmeden önce, kullanılacak dönüştürücülerin hangi prensibe göre dalga ürettiğini ve bununla ilgili ultrasonik dönüştürücülerin parametreleri ve etki alanı uzaklığı hesapları yapılmıştır. Bu hesaplamalar ışığında, yapılacak ölçüm uzaklığı ve dönüştürücünün ilgili parametreleri hesaplanmıştır. Bunun yanında, yapılan gerçek ölçümler ile karşılaştırmak amacıyla, ultrasonik dönüştürücülerin oluşturacağı dalga modelini gösteren ve matematiksel olarak yapacağımız hesaplarında doğrulanacağı ortam olarak MATLAB_TAC (Transducer Array Calculation) uygulaması kullanılmıştır. Burada, benzetim ortamında hangi dönüştürücü kullanılacaksa onun parametreleri girilerek istenilen etki alanı uzaklığı ve oluşacak maksimum güç elde edilecektir. Bu işlem diğer dönüştürücüler ve dizi tipleri için tekrarlanarak gerçekte yapılan ölçümler ile karşılaştırılma olanak sağlamıştır. Son aşamada ise, devreler ve dönüştürücü dizileri belirlenerek ölçümler yapılmıştır. Bu ölçümler, çalışma frekansına, dönüştürücünün cinsine, dönüştürücü dizilerine ve yapılan ölçümlerin uzaklıklarına göre karşılaştırılmıştır. Bu ölçümler sonucunda elde edilecek verilerden hangi düzeneğin daha verimli çalıştığı belirlenecektir. Bu çalışmada sadece devre ve dizi tasarımları yapılmış ve 40 KHz ve 80 KHzlik devre gerçeklemeleri yapılmıştır. Diğer frekanslardaki uygulamalar ve uygulamada hangi devrenin daha iyi sonuç vereceği başka bir çalışmaya bırakılmıştır.