beginsel analise van ultrasoniese afstand sensor

Beginsel van piëzo-elektriese ultrasoniese kragopwekker

Piëzo-elektriese ultrasoniese kragopwekker gebruik eintlik die resonansie van piëzo-elektriese kristal om te werk. Die interne struktuur van die ultrasoniese kragopwekker word getoon. Dit het twee piëso-elektriese wafers en 'n resonansieplaat. Wanneer 'n pulssein aan sy twee pole toegepas word, waarvan die frekwensie gelyk is aan die natuurlike ossillasiefrekwensie van die piëso-elektriese wafer, sal die piëso-elektriese wafer resoneer en die resonansieplaat dryf om te vibreer om ultrasoniese golwe te genereer. Inteendeel, as geen spanning tussen die twee elektrodes toegepas word nie, wanneer die resonansieplaat ultrasoniese golwe ontvang, sal dit die piëso-elektriese skyfie druk om te vibreer en die meganiese energie in elektriese seine om te skakel. Dan word dit 'n ultrasoniese ontvanger.

 

Beginsel van ultrasoniese ransducer  vir  afstandt

Die ultrasoniese sender stuur ultrasoniese golwe in 'n sekere rigting uit, en begin tydsberekening op dieselfde tyd as die uitsaaityd. Die ultrasoniese golwe versprei in die lug en keer dadelik terug wanneer struikelblokke op pad teëkom. Die ultrasoniese ontvanger stop tydsberekening onmiddellik na ontvangs van die gereflekteerde golwe. Die voortplantingsspoed van ultrasoniese golwe in die lug is 340m/s. Volgens die tyd t wat deur die tydhouer aangeteken word, kan die afstand (s) tussen die lanseerpunt en die hindernis bereken word, naamlik: s=340t/2. Dit is die sogenaamde tydverskil-omvangmetode.

 

Die beginsel van ultrasoniese afstandsensor is om die bekende voortplantingsspoed van ultrasoniese golwe in die lug te gebruik om die tyd te meet wanneer die klankgolf hindernisse teëkom en terugreflekteer na transmissie, en die werklike afstand vanaf die uitsaaipunt na die hindernis te bereken gebaseer op die tydsverskil tussen transmissie en ontvangs. Dit kan gesien word dat die beginsel van ultrasoniese reikwydte dieselfde is as dié van radar.

Die formule van afstandsensor word uitgedruk as: L=C&TYmes; T waar L die gemete afstandlengte is; C is die voortplantingspoed van ultrasoniese golwe in die lug; T is die tydsverskil van die gemete afstand voortplanting (T is die helfte van die waarde van die tyd vanaf emissie tot ontvangs).

Ultrasoniese afstandmetingsensor word hoofsaaklik gebruik vir afstandmeting in omkeerherinneringe, konstruksieterreine, industriële terreine, ens. Alhoewel die huidige afstandmetingsreeks 100 meter kan bereik, kan die metingsakkuraatheid slegs die orde van sentimeter bereik.

As gevolg van die voordele van maklike rigting-emissie, goeie rigting, maklike beheer van intensiteit en geen direkte kontak met die gemete voorwerp nie, is dit 'n ideale metode vir vloeistofhoogtemeting. Dit is nodig om millimeter-vlak meting akkuraatheid te bereik in presiese vloeistof vlak meting, maar die huidige huishoudelike ultrasoniese reeks spesiale geïntegreerde stroombane is slegs sentimeter-vlak meting akkuraatheid. Deur die oorsake van die ultrasoniese reeksfout te ontleed, die metingstydverskil na die mikrosekondevlak te verbeter, en die LM92 temperatuursensor te gebruik om die klankgolfvoortplantingssnelheid te kompenseer, kan die hoë-presisie ultrasoniese afstandmeter wat ons ontwerp het, millimeter-vlak metingsakkuraatheid bereik.

Foutanalise van ultrasoniese afstandsensor

Volgens die ultrasoniese afstandmetingsformule L=C&TImes;T, kan dit bekend wees dat die afstandmetingsfout veroorsaak word deur die ultrasoniese voortplantingssnelheidsfout en die meetafstandvoortplantingstydfout.

tyd fout

Wanneer vereis word dat die afstandmetingsfout minder as 1 mm is, aanvaar dat die bekende ultrasoniese snelheid C=344m/s (20 ℃ kamertemperatuur), en ignoreer die voortplantingsfout van die klanksnelheid. Die reeksfout s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s is 2.907ms.

Onder die veronderstelling dat die voortplantingspoed van die ultrasoniese golf akkuraat is, solank die akkuraatheid van die voortplantingstydverskil van die gemete afstand die mikrosekondevlak bereik, kan dit verseker dat die afstandsfout minder as 1 mm is. Die 89C51-enkelskyf-tydhouer wat 'n 12MHz-kristal as die klokverwysing gebruik, kan maklik tot 'n akkuraatheid van 1μs tel, dus neem die stelsel die 89C51-tydhouer aan om te verseker dat die tydfout binne die meetbereik van 1mm is.

Ultrasoniese voortplantingssnelheidsfout

Die voortplanting spoed van ultrasoniese golwe u ltrasoniese  transducer  sensor  word beïnvloed deur die digtheid van lug. Hoe hoër die digtheid van lug, hoe vinniger is die voortplantingspoed van ultrasoniese golwe, en die digtheid van lug het 'n noue verband met temperatuur, soos in Tabel 1 getoon.

Die verband tussen ultrasoniese snelheid en temperatuur is soos volg bekend:

In die formule: r — die verhouding van die hittekapasiteit van 'n gas by 'n konstante druk tot 'n hittekapasiteit by 'n konstante volume, wat 1,40 vir lug is,

R —Die universele konstante van gas, 8,314kg·mol-1·K-1,

M—gas molekulêre gewig, lug is 28,8&TImes;10-3kg·mol-1,

T—absolute temperatuur, 273K+T℃.

Die benaderde formule is: C=C0+0.607&TImes;T℃

waar: C0 die klankgolfsnelheid by nul grade 332m/s is;

T is die werklike temperatuur (℃).

Wanneer die ultrasoniese reeks akkuraatheid vereis word om 1 mm te bereik, moet die omgewingstemperatuur van ultrasoniese voortplanting in ag geneem word. Byvoorbeeld, wanneer die temperatuur 0°C is, is die ultrasoniese snelheid 332m/s, en by 30°C is dit 350m/s, en die ultrasoniese snelheidsverandering wat deur die temperatuurverandering veroorsaak word, is 18m/s. As die ultrasoniese gebruik word om 'n afstand van 100m teen 'n klankspoed van 0°C in 'n omgewing van 30°C te meet, sal die meetfout 5m bereik, en die meetfout van 1m sal 5mm bereik.

Voorsorgmaatreëls vir gebruik:

1. Aangesien ultraklank grootliks deur omgewings- en klimaatstoestande beïnvloed word, is dit die beste om dit te gebruik wanneer die weer helder is.

2. Ultrasoniese afstandmeter bereken die afstand op grond van die beginsel van die tyd wanneer die instrument die gereflekteerde golf van die gemete voorwerp uitstraal en ontvang, so let asseblief op om ander voorwerpe in die ruimte van die gemete afstand te vermy wanneer dit gebruik word, anders sal dit veelvuldige refleksies veroorsaak. Meting akkuraatheid.

3. Aangesien die golfhoek van die ultrasoniese golf relatief groot is, let asseblief daarop om nie voorwerpe (soos lessenaars, ens.) om die voorkant van die instrument te hê tydens meting nie. Wanneer PVDF  behuising meet  u ltrasonic  t ransducer  in 'n vaste posisie, die voorkant van die instrument moet uitsteek vanaf die oppervlak waar die voorwerp geplaas is (byvoorbeeld, uitsteek vanaf 'n punt buite die lessenaar).

4. Hou asseblief die instrument reghoekig met die oppervlak van die voorwerp wat gemeet moet word wanneer jy meet, en hou die instrument self so ver moontlik horisontaal of vertikaal.

5. Wanneer dit die ultrasoniese afstandmeter in die somer gebruik, as dit handmeting is, is dit die beste om dit nie te lank in jou hand te hou nie, om nie die instrument te laat oorverhit en die normale werking daarvan te beïnvloed nie.