Ultraäänimittausanturin periaateanalyysi

Pietsosähköisen ultraäänigeneraattorin periaate

Pietsosähköinen ultraäänigeneraattori todella käyttää pietsosähköisen kiteen resonanssia toimiakseen. Ultraäänigeneraattorin sisäinen rakenne on esitetty. Siinä on kaksi pietsosähköistä kiekkoa ja resonanssilevy. Kun pulssisignaali syötetään sen kahteen napaan, jonka taajuus on yhtä suuri kuin pietsosähköisen kiekon luonnollinen värähtelytaajuus, pietsosähköinen kiekko resonoi ja saa resonanssilevyn värähtelemään ultraääniaaltojen tuottamiseksi. Päinvastoin, jos kahden elektrodin väliin ei kohdisteta jännitettä, kun resonanssilevy vastaanottaa ultraääniaaltoja, se painaa pietsosähköistä sirua värähtelemään ja muuttamaan mekaanisen energian sähköisiksi signaaleiksi. Sitten siitä tulee ultraäänivastaanotin.

 

Periaate ultraääni t ransducer  for  d distance

Ultraäänilähetin lähettää ultraääniaaltoja tiettyyn suuntaan ja aloittaa ajoituksen samaan aikaan kuin lähetysaika. Ultraääniaallot leviävät ilmassa ja palaavat välittömästi, kun kohtaavat esteitä matkalla. Ultraäänivastaanotin lopettaa ajoituksen heti heijastuneiden aaltojen vastaanottamisen jälkeen. Ultraääniaaltojen etenemisnopeus ilmassa on 340 m/s. Ajastimen tallentaman ajan t mukaan voidaan laskea laukaisupisteen ja esteen välinen etäisyys (s), nimittäin: s=340t/2. Tämä on niin kutsuttu aikaeron mittausmenetelmä.

 

Periaate Ultraäänimittausanturin tarkoituksena on käyttää ilmassa olevien ultraääniaaltojen tunnettua etenemisnopeutta mittaamaan aikaa, jolloin ääniaalto kohtaa esteitä ja heijastuu takaisin lähetyksen jälkeen, ja laskea todellisen etäisyyden lähetyspisteestä esteeseen lähetyksen ja vastaanoton välisen aikaeron perusteella. Voidaan nähdä, että ultraäänietäisyyden periaate on sama kuin tutkan.

Etäisyysanturin kaava ilmaistaan ​​seuraavasti: L=C&TIMEs; T jossa L on mitattu etäisyyden pituus; C on ultraääniaaltojen etenemisnopeus ilmassa; T on mitatun etäisyyden etenemisen aikaero (T on puolet lähetyksestä vastaanottoon kuluvan ajan arvosta).

Ultraäänietäisyysmittausanturia käytetään pääasiassa etäisyyden mittaamiseen peruutusmuistutuksissa, rakennustyömailla, teollisuuskohteissa jne. Vaikka nykyinen etäisyysmittausalue voi olla 100 metriä, mittaustarkkuus voi olla vain senttimetrin luokkaa.

Helppojen suuntapäästöjen, hyvän suuntaavuuden, helpon intensiteetin hallinnan ja suoran kosketuksen puuttumisen ansiosta se on ihanteellinen menetelmä nesteen korkeuden mittaukseen. Tarkassa nestepinnan pinnanmittauksessa on saavutettava millimetritason mittaustarkkuus, mutta nykyiset kotimaiset ultraäänietäisyydenmittauserityiset integroidut piirit ovat vain senttimetritason mittaustarkkuutta. Analysoimalla ultraäänietäisyysvirheen syitä, parantamalla mittausaikaeroa mikrosekunnin tasolle ja käyttämällä LM92-lämpötila-anturia ääniaallon etenemisnopeuden kompensoimiseen, suunnittelemamme erittäin tarkka ultraäänietäisyysmittari voi saavuttaa millimetritason mittaustarkkuuden.

Ultraäänietäisyysanturin virheanalyysi

Ultraäänietäisyyden mittauskaavan L=C&TImes;T mukaan voidaan tietää, että etäisyyden mittausvirhe johtuu ultraäänen etenemisnopeusvirheestä ja mittausetäisyyden etenemisaikavirheestä.

aikavirhe

Kun etäisyyden mittausvirheen on oltava alle 1 mm, oletetaan, että tunnettu ultraääninopeus C = 344 m/s (20 ℃ huoneen lämpötila), ja jätä huomiotta äänen nopeuden etenemisvirhe. Etäisyysvirhe s△t<(0,001/344) ≈0,000002907s on 2,907 ms.

Olettaen, että ultraääniaallon etenemisnopeus on tarkka, niin kauan kuin mitatun etäisyyden etenemisaikaeron tarkkuus saavuttaa mikrosekunnin tason, se voi varmistaa, että etäisyysvirhe on alle 1 mm. Yksisiruinen 89C51-ajastin, joka käyttää 12 MHz:n kristallia kellon referenssinä, voi helposti laskea 1 μs:n tarkkuudella, joten järjestelmä ottaa käyttöön 89C51-ajastimen varmistaakseen, että aikavirhe on 1 mm:n mittausalueella.

Ultraäänen etenemisnopeusvirhe

ultraääniaaltojen ultraäänianturianturilla Ilman  etenemisnopeuteen  .  tiheys vaikuttaa Mitä suurempi ilman tiheys on, sitä nopeampi on ultraääniaaltojen etenemisnopeus, ja ilman tiheydellä on läheinen yhteys lämpötilaan, kuten taulukosta 1 näkyy.

Ultraääninopeuden ja lämpötilan välinen suhde tunnetaan seuraavasti:

Kaavassa: r - vakiopaineessa olevan kaasun lämpökapasiteetin suhde vakiotilavuudessa olevaan lämpökapasiteettiin, joka on 1,40 ilman osalta,

R – Kaasun yleisvakio, 8,314 kg·mol-1·K-1,

M-kaasun molekyylipaino, ilma on 28,8&TIMEs;10-3kg·mol-1,

T—Absoluuttinen lämpötila, 273K+T℃.

Likimääräinen kaava on: C=C0+0,607&TIMEs;T℃

jossa: C0 on ääniaallon nopeus nollaasteessa 332m/s;

T on todellinen lämpötila (℃).

Kun ultraäänen mittaustarkkuuden vaaditaan saavuttavan 1 mm, ultraäänen leviämisen ympäristön lämpötila on otettava huomioon. Esimerkiksi kun lämpötila on 0°C, ultraääninopeus on 332m/s ja 30°C:ssa 350m/s ja lämpötilan muutoksen aiheuttama ultraääninopeuden muutos on 18m/s. Jos ultraäänellä mitataan 100 metrin etäisyys 0 °C:n äänennopeudella 30 °C:n ympäristössä, mittausvirhe on 5 metriä ja 1 metrin mittausvirhe 5 mm.

Käyttöön liittyvät varotoimet:

1. Koska ultraääneen vaikuttavat suuresti ympäristö- ja ilmasto-olosuhteet, on parasta käyttää sitä selkeällä säällä.

2. Ultraäänietäisyysmittari laskee etäisyyden sen ajan periaatteen perusteella, jolloin laite lähettää ja vastaanottaa mitatun kohteen heijastuneen aallon, joten kiinnitä huomiota siihen, että sitä käytettäessä vältetään muita esineitä mitatun etäisyyden alueella, muuten se aiheuttaa useita heijastuksia. Mittaustarkkuus.

3. Koska ultraääniaallon aaltokulma on suhteellisen suuri, kiinnitä huomiota siihen, ettei laitteen etuosan ympärillä ole esineitä (kuten pöytäkoneita jne.) mittauksen aikana. Kun PVDF  h ousing  u ltrasonic  t ransducer  mittaa kiinteässä asennossa, instrumentin etupään tulee työntyä esiin pinnasta, johon esine on sijoitettu (esimerkiksi työpöydän ulkopuolelta).

4. Pidä instrumentti suorassa kulmassa mitattavan kohteen pintaan nähden ja pidä itse instrumentti vaakasuorassa tai pystysuorassa niin paljon kuin mahdollista.

5. Kun se käyttää ultraäänietäisyysmittaria kesällä, jos kyseessä on käsimittaus, on parasta olla pitämättä sitä kädessäsi liian kauan, jotta laite ei ylikuumene ja vaikuta sen normaaliin toimintaan.