principanalyse af ultralydsafstandssensor

Princippet for piezoelektrisk ultralydsgenerator

Piezoelektrisk ultralydsgenerator bruger faktisk resonansen fra piezoelektrisk krystal til at fungere. Den interne struktur af ultralydsgeneratoren er vist. Den har to piezoelektriske wafere og en resonansplade. Når et pulssignal påføres dens to poler, hvis frekvens er lig med den piezoelektriske wafers naturlige oscillationsfrekvens, vil den piezoelektriske wafer give resonans og drive resonanspladen til at vibrere for at generere ultralydsbølger. Tværtimod, hvis der ikke påføres spænding mellem de to elektroder, når resonanspladen modtager ultralydsbølger, vil den presse den piezoelektriske chip til at vibrere og konvertere den mekaniske energi til elektriske signaler. Så bliver det til en ultralydsmodtager.

 

Princippet om ultralyds ransducer  til  distancet

Ultralydssenderen udsender ultralydsbølger i en bestemt retning og starter timingen samtidig med sendetiden. Ultralydsbølgerne forplanter sig i luften og vender straks tilbage, når de støder på forhindringer på vejen. Ultralydsmodtageren stopper timingen umiddelbart efter at have modtaget de reflekterede bølger. Udbredelseshastigheden af ​​ultralydsbølger i luften er 340m/s. I henhold til tiden t registreret af timeren, kan afstanden (s) mellem startpunktet og forhindringen beregnes, nemlig: s=340t/2. Dette er den såkaldte tidsdifferencemetode.

 

Princippet om ultralydsafstandssensor er at bruge den kendte udbredelseshastighed af ultralydsbølger i luften til at måle det tidspunkt, hvor lydbølgen støder på forhindringer og reflekterer tilbage efter transmission, og beregne den faktiske afstand fra sendepunktet til forhindringen baseret på tidsforskellen mellem transmission og modtagelse. Det kan ses, at princippet for ultralydsafstandsmåling er det samme som radarens.

Formlen for afstandssensor er udtrykt som: L=C&TImes; T hvor L er den målte afstandslængde; C er udbredelseshastigheden af ​​ultralydsbølger i luften; T er tidsforskellen for den målte afstandsudbredelse (T er ​​halvdelen af ​​værdien af ​​tiden fra emission til modtagelse).

Ultralydsafstandsmålesensor bruges hovedsageligt til afstandsmåling i vendepåmindelser, byggepladser, industripladser osv. Selvom det aktuelle afstandsmåleområde kan nå 100 meter, kan målenøjagtigheden kun nå størrelsesordenen centimeter.

På grund af fordelene ved let retningsbestemt emission, god retningsbestemmelse, nem kontrol af intensiteten og ingen direkte kontakt med det målte objekt, er det en ideel metode til væskehøjdemåling. Det er nødvendigt at opnå målenøjagtighed på millimeterniveau i præcis væskeniveaumåling, men de nuværende indenlandske ultralydsspændende specielle integrerede kredsløb er kun på centimeterniveau målenøjagtighed. Ved at analysere årsagerne til ultralydsafstandsfejlen, forbedre måletidsforskellen til mikrosekundniveauet og bruge LM92 temperatursensoren til at kompensere for lydbølgeudbredelseshastigheden, kan den højpræcisions ultralydsafstandsmåler, vi har designet, opnå målenøjagtighed på millimeterniveau.

Fejlanalyse af ultralydsafstandssensor

Ifølge ultralydsafstandsmålingsformlen L=C&TImes;T kan det vides, at afstandsmålefejlen er forårsaget af ultralydsudbredelseshastighedsfejlen og måleafstandsudbredelsestidsfejlen.

tidsfejl

Når afstandsmålefejlen er påkrævet til at være mindre end 1 mm, antage, at den kendte ultralydshastighed C=344m/s (20 ℃ stuetemperatur), og ignorere udbredelsesfejlen for lydhastigheden. Afstandsfejlen s△t<(0,001/344) ≈0,000002907s er 2,907ms.

Under den forudsætning, at udbredelseshastigheden af ​​ultralydsbølgen er nøjagtig, så længe nøjagtigheden af ​​udbredelsestidsforskellen for den målte afstand når mikrosekundniveauet, kan den sikre, at afstandsfejlen er mindre end 1 mm. 89C51 single-chip timeren, der bruger en 12MHz krystal som urreference, kan nemt tælle til en nøjagtighed på 1μs, så systemet anvender 89C51 timeren for at sikre, at tidsfejlen er inden for måleområdet på 1 mm.

Ultralydsudbredelseshastighedsfejl

Udbredelseshastigheden af ​​ultralydsbølger u ltrasonisk  transducersensor  .  påvirkes af luftens tæthed Jo højere lufttætheden er, jo hurtigere er udbredelseshastigheden for ultralydsbølger, og luftens tæthed har et tæt forhold til temperaturen, som vist i tabel 1.

Forholdet mellem ultralydshastighed og temperatur er kendt som følger:

I formlen: r — forholdet mellem varmekapaciteten af ​​en gas ved et konstant tryk og en varmekapacitet ved et konstant volumen, som er 1,40 for luft,

R —Gassens universelle konstant, 8,314 kg·mol-1·K-1,

M—gas molekylvægt, luft er 28,8&TImes;10-3kg·mol-1,

T—Absolut temperatur, 273K+T℃.

Den omtrentlige formel er: C=C0+0,607&TImes;T℃

hvor: C0 er lydbølgehastigheden ved nul grader 332m/s;

T er den faktiske temperatur (℃).

Når ultralydsafstandsnøjagtigheden er påkrævet for at nå 1 mm, skal den omgivende temperatur for ultralydsudbredelsen tages i betragtning. For eksempel, når temperaturen er 0°C, er ultralydshastigheden 332m/s, og ved 30°C er den 350m/s, og ultralydshastighedsændringen forårsaget af temperaturændringen er 18m/s. Hvis ultralyden bruges til at måle en afstand på 100m ved en lydhastighed på 0°C i et miljø på 30°C, vil målefejlen nå 5m, og målefejlen på 1m vil nå 5mm.

Forholdsregler ved brug:

1. Da ultralyd er stærkt påvirket af miljø- og klimatiske forhold, er det bedst at bruge det, når vejret er klart.

2. Ultralydsafstandsmåler beregner afstanden ud fra princippet om det tidspunkt, hvor instrumentet udsender og modtager den reflekterede bølge af det målte objekt, så vær opmærksom på at undgå andre objekter i rummet af den målte afstand, når du bruger det, ellers vil det forårsage flere refleksioner. Målenøjagtighed.

3. Da bølgevinklen på ultralydsbølgen er relativt stor, skal du være opmærksom på ikke at have genstande (såsom desktops osv.) rundt om instrumentets forende under måling. Når PVDF-  u hus  ltrasonisk transducer  måler . i en fast position, den forreste ende af instrumentet skal rage ud fra overfladen, hvor objektet er placeret (f.eks. rage ud fra et punkt uden for skrivebordet)

4. Hold venligst instrumentet vinkelret på overfladen af ​​det objekt, der skal måles, når du måler, og hold selve instrumentet vandret eller lodret så meget som muligt.

5. Når den bruger ultralydsafstandsmåleren om sommeren, og hvis det er håndholdt måling, er det bedst ikke at holde det i hånden for længe, ​​for ikke at få instrumentet til at overophede og påvirke dets normale funktion.