Language
Прагляды: 3 Аўтар: Рэдактар сайта Час публікацыі: 2020-05-25 Паходжанне: Сайт
На прамысловым рынку паўправадніковыя чыпсэты гуляюць велізарную ролю ў трансфармацыі механічнага абсталявання ў электрамеханічнае або чыста электроннае абсталяванне. Кожны сегмент рынку можа быць разбіты на мноства прыкладанняў, і вытворцы будуць распрацоўваць канкрэтныя прадукты для кожнага прымянення.
Ультрагук або ультрагукавая тэхналогія выкарыстоўваецца ў некаторых грамадзянскіх, медыцынскіх і ваенных галінах больш за 100 гадоў. Практычна кожны будзе выкарыстоўваць медыцынскія ультрагукавыя тэхналогіі ў сваім жыцці. Тым не менш, апошні выпадак яго прымянення - гэта рэалізацыя аўтаматызацыі ў прамысловай і аўтамабільнай галінах. Мы са здзіўленнем бачым, што гэтая тэхналогія заняла сваё месца ў шэрагу сапраўды разнастайных прыкладанняў. Неінвазіўныя (без карозіі) і бескантактавыя характарыстыкі ультрагукавой тэхналогіі робяць яе ідэальнай для медыцынскага, фармацэўтычнага, ваеннага і фабрычнага прымянення.
На прамысловых і аўтамабільных рынках ультрагукавую тэхналогію можна знайсці для вымярэння адлегласці, выяўлення занятасці, выяўлення ўзроўню, аналізу складу, вымярэння хуткасці патоку, дапамогі пры паркоўцы, дапамогі пры пасадцы і дапамогі пры адкрыцці багажніка. Ультрагукавыя датчыкі, таксама вядомыя як ультрагукавыя пераўтваральнікі, могуць працаваць за межамі частот, якія чалавек не чуе, і іх працоўныя частоты вагаюцца ад 20 кГц да некалькіх мегагерц.
Большасць ультрагукавых пераўтваральнікаў зроблена з п'езаэлектрычных матэрыялаў, і пры падачы электрычных імпульсаў утвараюцца механічныя ваганні або ультрагукавыя хвалі. Некаторыя пераўтваральнікі могуць таксама пераўтвараць механічную вібрацыю назад у электрычную энергію. Датчыкі ўмоўна дзеляцца на тры тыпу:
Пасля апрацоўкі атрыманага электрычнага сігналу вы можаце атрымаць некалькі адпаведных кампанентаў, прыдатных для прамысловага або аўтамабільнага прымянення. Адным з найбольш распаўсюджаных і важных кампанентаў з'яўляецца ультрагукавая часпралётнасць (TOF), якая адносіцца да ацэнкі часу пралёту туды-назад ультрагукавых хваль, выпраменьваных ад ультрагукавога пераўтваральніка расходомера для вымярэння патоку да мэтавага аб'екта, а затым адбіваюцца ад аб'екта да датчыка. Гэта асноўны прынцып выкарыстання ультрагукавой тэхналогіі ў разумных лічыльніках для вымярэння расходу вады, газу або ацяплення (інтрузіўнага або неінтрузіўнага) і прадстаўлення дадзеных аб спажыванні спажыўцам для зручнага выстаўлення рахункаў.
Вымярэнне патоку - гэта колькасная ацэнка патоку вадкасці або газу (аб'ёму або хуткасці). Адзінка вымярэння падобная да літраў у хвіліну (або секунд або гадзін) або квадратных метраў у секунду. Дыяпазон расходомераў адносна шырокі: ад простых грамадскіх прыбораў для бытавога выкарыстання (газ/вада/ацяпленне) да прамысловых прыбораў або змяшальнікаў для небяспечных вадкасцей або газаў (нафта, горназдабыўная прамысловасць, ачыстка сцёкавых вод, фарбы і хімікаты і г.д.). Канструктыўна расходомер ўключае ў сябе блок датчыка, блок вымярэння і блок кіравання / сувязі, кожны з якіх у далейшым можна падзяліць на механічны або электронны. На малюнку 1 параўноўваюцца розныя тыпы тэхналогій вымярэння расходомера, якія ўваходзяць у склад датчыка. Ультрагукавыя расходомеры маюць шэраг пераваг.
Малюнак 1: Параўнанне метадаў вызначэння патоку вадкасці або газу
Ультрагукавы пераўтваральнік расходомера з выкарыстаннем TOF або ультрагуку вымярае паток шляхам вылічэння розніцы ў часе (затрымкі распаўсюджвання) перададзеных і атрыманых ультрагукавых сігналаў. Каб прымяніць яго для вымярэння патоку, дызайнеры выкарыстоўваюць пару аднолькавых пераўтваральнікаў тыпу трансівера, каб узбуджаць іх у кірунках уверх і ўніз па плыні адпаведна. Пры распаўсюджванні ў кірунку, які адпавядае патоку вадкасці, ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца хутчэй, у той час як у кірунку, процілеглым патоку вадкасці, ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца павольней. Такім чынам, патрабуецца хаця б адна пара пераўтваральнікаў, але некаторыя тапалогіі выкарыстоўваюць больш пераўтваральнікаў.
На малюнку 2 паказана тыповая канцэпцыя ультрагукавога выяўлення патоку, і можна выбраць размяшчэнне пераўтваральніка ў трубаправодзе. Выбар ультрагукавога датчыка залежыць ад тыпу асяроддзя, якое патрабуе вымярэння расходу. Як правіла, для зандзіравання вадкасці выкарыстоўваюцца датчыкі з больш высокімі частотамі ў спектры (> 1 МГц), у той час як для газападобных асяроддзяў выкарыстоўваюцца датчыкі з больш нізкімі частотамі (<500 кГц). Акрамя таго, ультрагукавая тэхналогія, якая выкарыстоўваецца для вымярэння расходу, патрабуе прамога шляху паміж любымі двума пераўтваральнікамі, што патрабуе дбайнай механічнай канструкцыі трубаправода вадкасці, у якім знаходзіцца пераўтваральнік. Ультрагукавая тэхналогія не працуе пры наяўнасці бурбалак, таму што бурбалкі могуць выклікаць значнае паслабленне ультрагукавога сігналу.
Малюнак 2: Прыклады агульных тапалогій для ультрагукавога зандзіравання расходомераў і месца ўстаноўкі ў трубах.
На малюнку 3 паказана агульная канструкцыя трубаправода з пераўтваральнікам, размешчаным унізе, і святлоадбівальным матэрыялам, каб гарантаваць, што ультрагукавы сігнал можа распаўсюджвацца паміж пераўтваральнікамі (XDCR1 і XDCR2 на малюнку).
Малюнак 3: Універсальная расходамерная трубка з усталяванай парай пераўтваральнікаў
Дзе Δt — TOF, c — хуткасць ультрагукавога сігналу, які распаўсюджваецца ў асяроддзі ў трубаправодзе, v — хуткасць патоку, L — даўжыня распаўсюджвання трубаправода, T12 — час распаўсюджвання ўверх па плыні, а T21 — час распаўсюджвання ўніз па плыні. Існуе некалькі спосабаў вызначэння інфармацыі TOF, але ўсе метады павінны мець магчымасць апрацоўваць выхад датчыка. На малюнку 4 паказаны тыповы выхад.
Малюнак 4: Тыповая рэакцыя ультрагукавога пераўтваральніка пры электрычным узбуджэнні.
Апрацоўка гэтай формы сігналу дае інфармацыю, неабходную для вырашэння ўраўненняў 1 і 2. Існуе некалькі спосабаў апрацоўкі сігналу, уключаючы час-лічбавае пераўтварэнне (TDC), выяўленне перасячэння нуля і захоп сігналу. У кожнага метаду ёсць перавагі і недахопы.
Пастаўшчыкі мікрасхем выкарыстоўваюць розныя архітэктуры для вырашэння задач ультрагукавога вымярэння расходу. Некаторыя вытворцы выкарыстоўваюць дыскрэтныя аналагавыя кампаненты, а затым лічбавыя працэсары. Іншыя вытворцы спрабавалі інтэграваць аналагавыя кампаненты ў лічбавыя працэсары, каб сфармаваць адначыпавае рашэнне. У метадзе захопу формы хвалі хуткая аналагавая схема выкарыстоўваецца для захопу ўсяго ультрагукавога сігналу, а затым аналагава-лічбавы пераўтваральнік выкарыстоўваецца для пераўтварэння аналагавага сігналу ў лічбавы сігнал, а затым алгарытм апрацоўкі лічбавага сігналу можа атрымаць інфармацыю TOF.
Пастаўшчыкі мікрасхем выкарыстоўваюць розныя архітэктуры для вырашэння задач ультрагукавога вымярэння расходу. Некаторыя вытворцы выкарыстоўваюць дыскрэтныя аналагавыя кампаненты ультрагукавога пераўтваральніка 100 кГц, а затым лічбавыя працэсары. Іншыя вытворцы спрабавалі інтэграваць аналагавыя кампаненты ў лічбавыя працэсары, каб сфармаваць адначыпавае рашэнне. У метадзе захопу формы хвалі хуткая аналагавая схема выкарыстоўваецца для захопу ўсяго ультрагукавога сігналу, а затым аналагава-лічбавы пераўтваральнік выкарыстоўваецца для пераўтварэння аналагавага сігналу ў лічбавы сігнал, а затым алгарытм апрацоўкі лічбавага сігналу можа атрымаць інфармацыю TOF.
Дзякуючы тэхнічным удасканаленням ультрагукавых пераўтваральнікаў, якія робяць іх больш таннымі, дакладнымі, меншымі па памеры і паўсюдным, ультрагукавая тэхналогія шырока выкарыстоўваецца для вымярэння расходу. Удасканаленая інтэграваная аналагавая схема палягчае фіксацыю і апрацоўку формы хвалі ультрагукавога пераўтваральніка ў рэжыме рэальнага часу, атрымліваючы такім чынам дакладную інфармацыю TOF. Акрамя таго, ультрагукавы расходомер больш дакладны, меншага памеру і не мае рухомых частак, што робіць яго выдатным выбарам для вытворцаў для замены механічных расходомераў. Тым не менш, вытворцам па-ранейшаму неабходна ўважліва разумець канструкцыю трубаправодаў, а таксама ўстаноўку і размяшчэнне пераўтваральніка, каб пераканацца, што ўсе перавагі ультрагукавой тэхналогіі поўнасцю выкарыстоўваюцца пры вымярэнні расходу.
