طراحی و ساخت سیستم اندازه‌گیری عبور Ultrasonic 100–200 kHz

طراحی و ساخت سیستم اندازه‌گیری عبور فراصوت (Ultrasonic) کوپل در هوا (100–200 kHz) با پردازش و گزارش‌گیری دقیق: سیستمی می‌خواهیم که با فرکانس بالا ( 120–200 kHz) کار کند، سیگنال دریافت‌شده را دیجیتال کند و با روش لاک-این/گوئرتزل دامنه مؤلفه‌ی فرکانسی اصلی را استخراج نماید. با استفاده از ترنسدیوسرهای هوابرد فرکانس بالاتر، درایور مناسب، پرامپ کم‌نویز، و نمونه‌برداری پرسرعت و پردازش دیجیتال (Goertzel/DFT یا Lock-In) برای استخراج مؤلفهٔ دامنه در فرکانس محرک و رسیدن به دقت بالا. هدف، دستیابی به حساسیت بالاتر و ایمنی بیشتر نسبت به نویز محیط. مواد آزمون: امکان عبور دادن ورق به‌صورت دستی از شیار سنسور • ۴ تا ۵ نوع ورق کاغذ با ضخامت/ساختار متفاوت (برای ایجاد اختلاف محسوس در عبور). • یک یا دو فیلم نازک پلاستیکی (مثل PE/PP) برای مقایسه. • امکان عبور دادن ورق به‌صورت دستی از شیار سنسور خروجی‌ها و مشخصات عملکرد: • خروجی نرم‌افزاری: مقدار دامنه نُرم‌شده (dB یا ولت) با نرخ ≥ 10 Hz + • ذخیره CSV: • خروجی سخت‌افزاری: DAC/PWM فیلترشده 0–3.3 V متناسب با دامنه. • تفکیک‌پذیری دامنه: بهتر از 0.5% FS (با میانگین‌گیری). • فاصله TX-RX: 20–50 mm (تیون‌شونده). • پایداری ۳۰ دقیقه: ≤ ±0.3–0.5% FS. • امکان تنظیم فرکانس کار (مثلاً 120، 150 یا 200 kHz) برای یافتن نقطه‌ی بهینه. مهارت‌های لازم: • کار با ترانسدیوسرهای Air-Coupled یا پیزو دیسک‌های رزونانسی فرکانس بالا. • طراحی پیش‌تقویت‌کننده کم‌نویز و فیلتر آنتی-الیاس. • دیجیتال‌سازی: یکی از مسیرها o (الف) اُسیلوسکوپ USB و پردازش Python، یا o (ب) MCU/برد سریع (مثلاً STM32F407) + ADC خارجی پرسرعت. • برنامه‌نویسی Python (Goertzel/DFT) یا C بر روی MCU، با کامنت کامل. • مکانیک و هم‌راستاسازی دقیق. تحویل‌دادنی‌ها: • شماتیک + BOM کامل. • کُد و (لاک-این/گوئرتزل) + رابط ساده (نمایش عدد/نمودار، CSV). • در صورت انتخاب مسیر MCU: کُد C با کامنت کامل + دستورالعمل بیلد. • فایل‌های مکانیکی جیک و ویدئوی تست. • گزارش انتخاب «فرکانس بهینه» و مقایسه پایداری با تغییر فاصله.