прынцып аналізу ультрагукавога датчыка

Прынцып п'езаэлектрычнага ультрагукавога генератара

П'езаэлектрычны ультрагукавой генератар фактычна выкарыстоўвае рэзананс п'езаэлектрычнага крышталя для працы. Паказана ўнутраная структура ультрагукавога генератара. Ён мае дзве п'езаэлектрычныя пласціны і рэзанансную пласціну. Калі на яго два полюсы падаецца імпульсны сігнал, частата якога роўна ўласнай частаце ваганняў п'езаэлектрычнай пласціны, п'езаэлектрычная пласціна ўступіць у рэзананс і прымусіць рэзанансную пласціну вібраваць, ствараючы ультрагукавыя хвалі. Наадварот, калі паміж двума электродамі не падаецца напружанне, калі рэзанансная пласціна атрымлівае ультрагукавыя хвалі, яна будзе націскаць на п'езаэлектрычны чып, каб ён вібраваў і пераўтвараў механічную энергію ў электрычныя сігналы. Затым ён становіцца ультрагукавым прыёмнікам.

 

Прынцып Ультрагукавы датчык  для  д ыстанцыі

Ультрагукавы перадатчык выпраменьвае ультрагукавыя хвалі ў пэўным кірунку і пачынае адлік часу адначасова з часам перадачы. Ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца ў паветры і неадкладна вяртаюцца, калі сустракаюцца перашкоды на шляху. Ультрагукавой прыёмнік спыняе адлік часу адразу пасля атрымання адлюстраваных хваль. Хуткасць распаўсюджвання ультрагукавых хваль у паветры складае 340 м/с. Па часе t, зафіксаваным таймерам, можна вылічыць адлегласць (s) паміж кропкай старту і перашкодай, а менавіта: s=340t/2. Гэта так званы метад ранжыравання розніцы ў часе.

 

Прынцып ст Ультрагукавы датчык дыяпазону заключаецца ў выкарыстанні вядомай хуткасці распаўсюджвання ультрагукавых хваль у паветры для вымярэння часу, калі гукавая хваля сутыкаецца з перашкодамі і адбіваецца пасля перадачы, і вылічвае фактычную адлегласць ад кропкі перадачы да перашкоды на аснове розніцы ў часе паміж перадачай і прыёмам. Можна заўважыць, што прынцып ультрагукавой даляцыі такі ж, як і ў радара.

Формула датчыка дыяпазону выяўляецца наступным чынам: L=C&TImes; T дзе L - вымераная даўжыня адлегласці; С - хуткасць распаўсюджвання ультрагукавых хваль у паветры; T - розніца ў часе вымеранай адлегласці распаўсюджвання (T - палова значэння часу ад выпраменьвання да прыёму).

Ультрагукавы датчык вымярэння адлегласці ў асноўным выкарыстоўваецца для вымярэння адлегласці ў напамінках для руху заднім ходам, на будаўнічых пляцоўках, прамысловых пляцоўках і г. д. Хоць бягучы дыяпазон вымярэння адлегласці можа дасягаць 100 метраў, дакладнасць вымярэння можа дасягаць толькі парадку сантыметраў.

Дзякуючы перавагам лёгкага накіраванага выпраменьвання, добрай скіраванасці, лёгкага кантролю інтэнсіўнасці і адсутнасці прамога кантакту з вымяраным аб'ектам, гэта ідэальны метад для вымярэння вышыні вадкасці. Неабходна дасягнуць міліметровай дакладнасці вымярэнняў пры дакладным вымярэнні ўзроўню вадкасці, але сучасныя спецыяльныя інтэгральныя схемы айчыннага ультрагукавога дыяпазону маюць толькі сантыметровую дакладнасць вымярэнняў. Аналізуючы прычыны ультрагукавой памылкі дальнамера, паляпшаючы розніцу ў часе вымярэння да мікрасекунднага ўзроўню і выкарыстоўваючы датчык тэмпературы LM92 для кампенсацыі хуткасці распаўсюджвання гукавой хвалі, распрацаваны намі высокадакладны ультрагукавой далямер можа дасягнуць міліметровай дакладнасці вымярэння.

Аналіз памылак ультрагукавога датчыка

Згодна з формулай ультрагукавога вымярэння адлегласці L=C&TImes;T, можна даведацца, што памылка вымярэння адлегласці выклікана памылкай хуткасці распаўсюджвання ультрагуку і памылкай часу распаўсюджвання адлегласці вымярэння.

памылка часу

Калі патрабуецца, каб памылка вымярэння адлегласці была менш за 1 мм, выкажам здагадку, што вядомая хуткасць ультрагуку C=344 м/с (пакаёвая тэмпература 20 ℃), і ігнаруйце памылку распаўсюджвання хуткасці гуку. Памылка дыяпазону s△t<(0,001/344) ≈0,000002907s складае 2,907 мс.

Пры ўмове, што хуткасць распаўсюджвання ультрагукавой хвалі з'яўляецца дакладнай, пакуль дакладнасць розніцы часу распаўсюджвання вымяранай адлегласці дасягае мікрасекунднага ўзроўню, гэта можа гарантаваць, што хібнасць дыяпазону будзе менш за 1 мм. Адначыпавы таймер 89C51 з выкарыстаннем крышталя 12 МГц у якасці апорнага тактавага сігналу можа лёгка лічыць з дакладнасцю да 1 мкс, таму сістэма выкарыстоўвае таймер 89C51, каб гарантаваць, што хібнасць часу знаходзіцца ў межах дыяпазону вымярэння 1 мм.

Хібнасць хуткасці распаўсюджвання ультрагуку

Хуткасць распаўсюджвання ультрагукавых хваль у ультрагукавога  пераўтваральніка  датчыку  залежыць ад шчыльнасці паветра. Чым вышэй шчыльнасць паветра, тым хутчэй хуткасць распаўсюджвання ультрагукавых хваль, а шчыльнасць паветра цесна залежыць ад тэмпературы, як паказана ў табліцы 1.

Сувязь паміж хуткасцю ультрагуку і тэмпературай вядомая наступным чынам:

У формуле: r — адносіны цеплаёмістасці газу пры сталым ціску да цеплаёмістасці пры сталым аб’ёме, якая для паветра роўная 1,40,

R — універсальная канстанта газу, 8,314 кг·моль-1·K-1,

М — малекулярная маса газу, паветра 28,8×10-3 кг·моль-1,

T—Абсалютная тэмпература, 273K+T℃.

Прыблізная формула: C=C0+0,607&TImes;T℃

дзе: C0 — хуткасць гукавой хвалі пры нулявых адзнаках 332 м/с;

T - фактычная тэмпература (℃).

Калі патрабуецца, каб дакладнасць ультрагукавога дыяпазону дасягала 1 мм, неабходна ўлічваць тэмпературу навакольнага асяроддзя распаўсюджвання ультрагуку. Напрыклад, калі тэмпература роўная 0°C, хуткасць ультрагуку складае 332 м/с, а пры 30°C — 350 м/с, а змяненне хуткасці ультрагуку, выкліканае зменай тэмпературы, складае 18 м/с. Калі ультрагук выкарыстоўваецца для вымярэння адлегласці 100 м пры хуткасці гуку 0°C пры тэмпературы навакольнага асяроддзя 30°C, памылка вымярэння дасягне 5 м, а памылка вымярэння 1 м дасягне 5 мм.

Меры засцярогі пры ўжыванні:

1. Паколькі на ультрагук у значнай ступені ўплываюць экалагічныя і кліматычныя ўмовы, лепш выкарыстоўваць яго пры ясным надвор'і.

2. Ультрагукавы далямер разлічвае адлегласць на аснове прынцыпу часу, калі прыбор выпраменьвае і прымае адлюстраваную хвалю вымяранага аб'екта, таму, калі ласка, звярніце ўвагу, каб пры яго выкарыстанні пазбягаць іншых аб'ектаў у прасторы вымяранай адлегласці, інакш гэта прывядзе да шматразовых адлюстраванняў. Дакладнасць вымярэнняў.

3. Паколькі вугал хвалі ультрагукавой хвалі адносна вялікі, калі ласка, звярніце ўвагу, каб падчас вымярэння не было прадметаў (напрыклад, працоўных сталоў і г.д.) вакол пярэдняй часткі прыбора. Калі PVDF  Корпус пераўтваральнік  Ультрагукавы сталом  .)  вымярае ў фіксаваным становішчы, пярэдні канец прыбора павінен выступаць з паверхні, дзе размешчаны аб'ект (напрыклад, выступаць з кропкі па-за працоўным

4. Падчас вымярэння трымайце прыбор пад прамым вуглом да паверхні аб'екта, які трэба вымераць, а сам прыбор - гарызантальна або вертыкальна, наколькі гэта магчыма.

5. Пры выкарыстанні ультрагукавога далямера летам, калі гэта ручное вымярэнне, лепш не трымаць яго ў руках занадта доўга, каб не выклікаць перагрэву прыбора і не паўплываць на яго нармальную працу.