prionsabal tomhais achar ultrasonaic agus córas tomhais leibhéal leachtach ard-chruinneas

tomhais achar ultrasonaic , ach tá go leor fachtóirí ann a dhéanann difear do chruinneas tomhais, agus mar sin tá sé deacair cruinneas níos airde a bhaint amach.  ag braiteoir  Tá sraith buntáistí Bunaithe ar phrionsabal an achair ultrasonaic a thomhas, tá an clár cúitimh teochta agus taise  de thrasduchtóir ultrasonaic  singil, nach féidir tomhas achair ardchruinneas a bhaint amach i dtimpeallacht athraitheach agus crua, agus clár cúitimh sciath sciath caighdeánach do thrasduchtóirí dé ultrasonaic .Tá an costas ard agus ní féidir é a chur i bhfeidhm go forleathan ar lochtanna i réimsí éagsúla. Scéim chúitimh chaighdeánach aonair  de Tá p iezoelectric u ltrasonic  san braiteoir  deartha a úsáideann fearas stiúrtha chun treo an trasdaitheora ultrasonaic a rialú. Mar fhreagra ar an gceanglas nach féidir an chéad tosaigh macalla a ghabháil go cruinn, moltar aimplitheoir gnóthachan in-ríomhchláraithe chun aghaidh aisfhillte an macalla a ghabháil ag faid éagsúla. Léiríonn na torthaí turgnamhacha, sa raon 7 m, nuair a úsáidtear aer mar mheán iomadaithe agus go bhfuil an dromchla frithchaiteach uisce le hairíonna astaíochta maith, déantar an earráid tomhais a rialú laistigh de 0.4%. Is féidir leis an modh feabhsaithe seo costas íseal a bhaint amach faoin timpeallacht chrua agus inathraithe.

 

réamhrá

Faoi láthair, tá go leor modhanna tomhais leibhéal leachtach, mar shampla tomhas leibhéal snámhphointe, tomhas leibhéal brú-chúnamh ionchuir, tomhas leibhéal radar micreathonn, tomhas leibhéal infridhearg, tomhas leibhéal léasair agus tomhas leibhéal ultrasonaic. Ina measc,  déantar an braiteoir brú  a léiriú trí thomhas teagmhála , a bheidh éillithe nuair a úsáidtear é i radhairc cosúil le dríodar trom, agus ansin earráidí móra a chur faoi deara. I gcás córais raoin neamhtheagmhála, tá tomhas leibhéal leachtach radar micreathonn deacair agus costasach; tá tomhas leibhéal leachtach infridhearg íseal i gcostas agus éasca le cur i bhfeidhm, ach tá droch-stiúracht agus cruinneas íseal; Cé gur féidir tomhas leibhéal leachtach ultrasonaic a dhéanamh gan teagmháil a dhéanamh leis an dromchla leachtach , rud  a sheachnaíonn tionchar truaillithe leachtacha agus creimeadh ar an trealamh tomhais, níl sé  faoi réir solais, deataigh, trasnaíocht leictreamaighnéadach, agus tá na buntáistí a bhaineann le réiteach ard, struchtúr córas simplí, suiteáil áisiúil, agus costas íseal.

Áirítear go príomha ar mhodhanna raon ultrasonaic modh braite céime, modh braite aimplitiúid tonnta fuaimiúla agus modh braite ama idirthurais. Cé go bhfuil cruinneas ard ag an modh braite céim, tá an raon tomhais teoranta, mar sin tá sé níos lú i bhfeidhm; tá cruinneas íseal ag an modh braite aimplitiúid tonnta fuaimiúla agus bíonn tionchar aige go héasca ar thonnta frithchaite; cé go bhfuil an modh ama idirthurais idir an chéad dá mhodh, le cruinneas agus tomhas níos airde Tá raon leathan aige agus úsáidtear go forleathan é.

In iarratais phraiticiúla, tá tionchar mór ag dearadh an chórais raoin ar an cruinneas raon. Dá bhrí sin, ag anailís a dhéanamh ar phrionsabal oibre agus ar phróiseas raon ultrasonaic, feabhas a chur ar na modhanna agus na modhanna raon, agus feabhas a chur ar chruinneas trasducer raon ultrasonaic. tá aird níos mó agus níos mó á mhealladh De réir timpeallacht shonrach an chórais raon, tá an modh chun an cruinneas a fheabhsú beagán difriúil. Díríonn an t-alt seo ar thionchar na timpeallachta seachtracha a laghdú, tá an rogha trasducer ultrasonaic in éineacht le réadú an chórais shonrach, chun cruinneas tomhais leibhéal ultrasonaic a fheabhsú.

 

Prionsabal u ltrasonic haingireachta na

De ghnáth gintear tonnta ultrasonaic a úsáidtear chun achar a thomhas trí éifeacht piezoelectric criadóireacht piezoelectric. Tá dhá sliseog piezoelectric agus pláta athshondais ag an braiteoir ceirmeach piezoelectric seo. Nuair a bhíonn minicíocht an chomhartha cuisle seachtrach dhá leibhéal comhionann leis an wafer piezoelectric dúchasach Ag an minicíocht ascalaithe, déanfaidh an wafer piezoelectric athshondas agus tiomáint an pláta athshondais chun creathadh, rud a ghinfidh tonnta ultrasonaic; nuair a fhaigheann an pláta athshondais tonnta ultrasonaic, cuirfidh sé brú ar an wafer piezoelectric chun fuinneamh meicniúil a chreathadh agus a thiontú go comharthaí leictreacha.

prionsabal na  trasducer raon ultrasonaic. Ag baint úsáide as an treoluas iomadaithe aitheanta v de thonnta ultrasonaic san aer, astaíonn an trasducer ultrasonaic tonnta ultrasonaic go hingearach go dtí an dromchla leachtach, agus léirítear na dtonnta fuaime ag an gcomhéadan idir an dromchla uisce agus an gás agus a tharchur ar ais chuig an trasducer ultrasonaic, agus taifeadtar an t-am iomadú t, is é sin, ón am ón comhartha ultrasonaic a tharchur go dtí an comhartha macalla ultrasonaic, an leibhéal trasdula leacht agus an t-achar trasduchtóir ultrasonaic, an t-achar LAP agus an t-achar trasduchtóir ultrasonaic, an leibhéal leacht L agus 5 a fháil. Is é an leibhéal leachtach iarbhír: Taispeántar

S=HL=H- 0.5vt(1)

 

Tionchar a imirt ar fhachtóirí agus réitigh tomhais

De réir fhoirmle (1), is iad na príomhfhachtóirí a mbíonn tionchar acu ar chruinneas raon ultrasonaic an luas iomadú ultrasonaic agus am iomadú ultrasonaic. Ina theannta sin, tá minicíochtaí ultrasonaic ann a dhéanann difear do raon tomhais agus cruinneas. Anseo, ní dhéantar staidéar agus plé ar an am iomadaithe, ní dhéantar ach na hearráidí sa dá ghné eile a staidéar agus a anailísiú, agus moltar réitigh réasúnta.

 

Treoluas iomadú ultrasonaic

Tá sé beartaithe ag an chuid is mó den litríocht an modh ceartúcháin teochta a úsáid chun an luas fuaime a chúiteamh, agus is é an fhoirmle luas iomadaithe v=331.5+0.607T, áit a bhfuil T an teocht (℃). Ansin, moladh modh déchúitimh teochta agus taise, agus is é an fhoirmle luas iomadaithe ná:

Ina measc, is é pw an brú páirteach gal uisce, is é p an brú atmaisféarach, is é T0 an teocht iomlán, is é t an teocht an aeir tomhaiste, agus is é v an treoluas tonn ultrasonaic tar éis cúitimh. Creideann an t-údar nach bhfuil an t-aer iarbhír tirim go hiomlán, agus déantar mais molar meán agus cóimheas teasa sonrach an aeir a cheartú. Cé go gcuireann an modh seo san áireamh tionchar na taise ar an luas fuaime, tá baint ag an luas iomadaithe freisin leis an meán iomadú, luas na gaoithe, agus brú faoi choinníollacha comhshaoil ​​​​iarbhír. Tá baint ag fachtóirí eile, agus mar sin tá earráidí móra fós ag na torthaí tomhais.

 

Bunaithe ar thionchar an chomhshaoil ​​ar an luas iomadaithe, molann roinnt litríocht modh tomhais tagarmharcála. Is é an prionsabal ná modh dhá-chainéil a úsáid. Úsáidtear cainéal amháin chun an luas iomadú ultrasonaic a thomhas. Cuirtear sciath caighdeánach a bhfuil achar aitheanta aige os comhair an trasdaitheora ultrasonaic. difríocht ama  na toinne ultrasonaic a shroicheann an sciath a thomhas chun luas iomadaithe na toinne ultrasonaic sa timpeallacht a ríomh; déanann an cainéal eile fós an t-achar a thomhas de réir an ghnáth-mhodh tomhais. Dá bhrí sin, moltar an modh caighdeánach suiteála sciath a thaispeántar. Is féidir leis an modh seo cruinneas níos airde a thomhas agus a oiriúnú do thimpeallachtaí casta éagsúla. Mar sin féin, tá ceanglais dhian ann maidir le sciatháin chaighdeánacha a shuiteáil. Dá bhrí sin, tá an ríomh comhfhreagrach dúbailte .t Tá léarscáil suímh suiteála an trasducer ultrasonaic casta, agus d'fhéadfadh neamhchinnteacht na timpeallachta iarbhír a bheith ina chúis leis an tonn ultrasonaic an sciath a bhaint amach chun tonnta ultrasonaic gan úsáid a tháirgeadh trí il-smaoineamh, rud a chuireann isteach ar an cruinneas tomhais. Dá bhrí sin, moltar trasducer dé ultrasonaic .Úsáidtear ceann amháin chun an luas iomadú a thomhas, agus úsáidtear an ceann eile chun an t-am iomadú a thomhas, gan tionchar a imirt ar a chéile. Cé go laghdaíonn an modh seo castacht ríomhaireachtúil, cuireann sé deireadh le tonnta ultrasonaic gan úsáid, agus feabhsaítear cruinneas tomhais, tá costas an dá trasducers sách mór, rud nach bhfuil a chabhródh le tóiriú.

 

Bunaithe ar an taighde agus an anailís thuas, molann an páipéar seo modh úsáid a bhaint as fearas stiúrtha chun rialú a dhéanamh ar an treo trasducer aonair ultrasonaic, a chuireann san áireamh ní amháin na fachtóirí a dhéanann difear do luas iomadú, ach freisin laghdaíonn an costas, atá tairbheach popularization i réimsí éagsúla. cuirtear an sciath caighdeánach go hingearach agus cuirtear ar an líne chothrománach céanna leis an trasducer ultrasonaic. Tá an fad idir an dá cheann socraithe agus níos mó ná crios dall an trasducer ultrasonaic; rialaíonn an fearas stiúrtha an trasducer ultrasonaic Sa treo, seolann an microcomputer aon-sliseanna treoracha chun an fearas stiúrtha a rialú an trasducer chun aghaidh a thabhairt ar an dromchla leachtach go hingearach, agus dtonnta ultrasonaic a sheoladh chun an t-am iomadú a thomhas, ansin rialú a dhéanamh ar an trasducer a rothlú 90 °, aghaidh an sciath caighdeánach go hingearach, agus seol tonnta ultrasonaic chun an luas iomadú a thomhas.

 

 

Minicíocht ultrasonaic

Cothromóid tonn iomadú ultrasonaic san aer, áit a bhfuil A an aimplitiúid a fhaigheann an trasducer ultrasonaic, is é A0 an aimplitiúid tosaigh a astaítear ag an trasducer ultrasonaic, is é x fad iomadú na tonn ultrasonaic, is é ω minicíocht uilleach an tonn ultrasonaic, agus is é t an t-am iomadú tonn ultrasonaic, is é λ an fhoirmle den fhoirmle, is é an tonnfhad ultrafhuaime an coffie λ. is α=bf2 é, áit arb é b an tairiseach tréleictreach agus is é f minicíocht na ultrafhuaime.

De réir chothromóid (3), is féidir a fheiceáil nuair a shroicheann fad iomadú na dtonnta ultrasonaic san aer 0.5α, déantar aimplitiúid na dtonnta ultrasonaic a mhaolú go 1/e den bhunaidh. Dá airde an minicíocht ultrasonaic, is amhlaidh is déine an maolú agus is lú an raon achair inbhraite, ach is lú uillinn leathadh na toinne ultrasonaic a astaítear, is amhlaidh is tanaí an léas agus is amhlaidh is fearr an treoshuíomh.

moltar úsáid a bhaint as múnlú dé-chomparáide chun imeall tosaigh an macalla a chinneadh, ach mar gheall ar neamhchinnteacht na timpeallachta tomhais iarbhír, féadfar an dá thairseach comparáide a shocrú ró-bheag nó ró-mhór, rud a fhágann go mbeidh cruinneas tomhais laghdaithe. Bunaithe ar seo, molann an t-alt seo an t-aimplitheoir gnóthachan in-ríomhchláraithe PGA112 a úsáid chun cruinneas imeall tosaigh an chéad mhacalla a ghabháil trí cheartúcháin ghnóthachain iolracha a fheabhsú.

dearadh bogearraí

3.1 Smaointe deartha clár agus pointí aird gaolmhara

D'fhonn tomhas leibhéal leachtach ard-chruinneas a bhaint amach, an obair atá le críochnú ag na bogearraí:

(1) Gin ultrafhuaime 40 kHz;

(2) Am iomadú na dtonnta ultrasonaic a thomhas;

(3) Stiúradh an fhearas stiúrtha a rialú chun treo foircinn tarchurtha agus glactha an trasducer ultrasonaic a rialú;

(4) Luas iomadú na dtonnta ultrasonaic a thomhas;

(5) Roghnaigh an minicíocht ultrasonaic cuí mar an réad tástála de réir an achair;

(6) Ríomh airde an leibhéil leachta agus déan gníomhartha comhfhreagracha cosúil le taispeáint sonraí. Gineann bogearraí an traein pulse 40 kHz den fheiste; déantar tomhas an ama iomadaithe agus luas na toinne ultrasonaic, agus rialú stiúrtha an fhearas stiúrtha a chomhlánú trí uainiú/cuntar an mhicriríomhaire aon-sliseanna.

Agus an clár córais á scríobh, smaoinigh ar an nasc crua-earraí, ach freisin smaoineamh ar an spás stórála a shocrú, úsáid na gclár agus na bioráin idirbhriste seachtracha. Ina theannta sin, mar gheall ar dhíraonadh tonn iar-chreathadh agus athraonta a bheith ann, tógann sé tréimhse ama chun an macalla a fháil tar éis deireadh a chur le tarchur na dtonnta ultrasonaic le haghaidh próiseála comhfhreagrach.

Sreabhadh príomhchláir

Glacann an córas ríomhchlárú modúlach, lena n-áirítear modúl príomhchláir, modúl tomhais ama iomadú ultrasonaic, modúl stiúrtha fearas stiúrtha, modúl tomhais luas iomadú ultrasonaic, modúl ríomh leibhéal leachtach, taispeáint sonraí agus eile comhfhreagrach. u braiteoir fad modúl ltrasonic . Tar éis an córas a thosú, bain úsáid as an ráiteas while(1) chun an lúb gan teorainn seo a leanas a bhaint amach: cuir glaoch ar an modúl tomhais ama iomadaithe ultrasonaic ar dtús, agus ag an am céanna tarchuir an ultrasonaic, cas ar an gcuntar chun am a thosú, agus an t-idirbhriseadh seachtrach a mhúchadh. Moill 1 ms, ansin cuir an t-idirbhriseadh seachtrach ar siúl agus fan leis an macalla. Nuair a aimsítear macalla, stop an t-amadóir sa chlár idirbhriseadh seachtrach, luach an lasc ama a stóráil, agus socraítear an bratach glactha macalla go 1. Ansin glaoch ar mhodúl stiúrtha an fhearas stiúrtha, cas ar an gcuntar chun am a thosú, agus seasamh rialaithe 1, nuair a bhíonn an leithead cuisle níos mó ná 2.5 ms, seasamh rialaithe 0; nuair a shroicheann an comhaireamh 3 ms, glantar an cuntar chun an trealamh stiúrtha a dhéanamh 90°. Ansin glaoch ar an modúl tomhais treoluas iomadú ultrasonaic, agus ríomh an treoluas fuaime trí achar seasta an sciath caighdeánach. I modúl stiúrtha an fhearas stiúrtha, socraigh leithead na bíge go 1.5 ms chun go mbeidh an trealamh stiúrtha ag casadh go 0 °. Ar deireadh, glaonn an microcontroller an clár ríomh leibhéal leachtach agus déanann sé gníomhartha comhfhreagracha ar nós taispeáint sonraí.

Torthaí turgnamhacha agus anailís

Daingníonn an córas seo na bogearraí ar an microcomputer aon-sliseanna STC12C5A60S2. D'fhonn éifeacht tomhais an chórais tomhais leibhéal leachtach ultrasonaic a fhíorú, roghnaíodh umar uisce le ráta sreafa réasúnta cobhsaí lasmuigh le haghaidh tomhais, agus athraíodh an leibhéal uisce trí rialú a dhéanamh ar an gcomhla. Suiteáladh an córas 7 m ó bhun an umair. Glactar leis an modh chun an meán de 3 thomhas a ghlacadh chun earráid randamach an chórais a laghdú.

Torthaí tomhais na Déantar comparáid idir u trasducer achar ltrasonic leis na sonraí tomhais tomhas uisce, mar a thaispeántar i dTábla 1. De réir tomhas turgnamhach agus anailís earráide, tá crios dall tomhais de 30 mm ag an gcóras, agus tá an earráid tomhais rialaithe go bunúsach ag 0.4%, ag baint amach raon ardchruinneas, ar féidir leo freastal ar riachtanais tomhais i dtáirgeadh tionsclaíochta agus talmhaíochta.

Nótaí deiridh

Sa chóras tomhais leibhéal leachtach ultrasonaic, bunaithe ar an anailís iomlán ar na cúiseanna atá leis an u braiteoir transducer ltrasonic , chun an luas iomadú ultrasonaic a thomhas, de réir thionchar fachtóirí comhshaoil ​​agus breithniú a dhéanamh ar shaincheisteanna costais, tá sé beartaithe fearas stiúrtha a úsáid chun treo an trasducer ultrasonaic a rialú chun an modh ceartúcháin cúitimh sciath a shábhálann costais, an dearadh a shimpliú agus a mheas go hiomlán gur modh agus modhanna teicniúla é fachtóirí tionchair timpeallachta nach bhfuil luaite sa litríocht tomhais ábhartha. Chun an chéad chiumhais tosaigh macalla ultrasonaic a ghabháil go beacht, glactar le modh gnóthachain in-ríomhchláraithe chun gabháil an chéad chiumhais tosaigh macalla a fheabhsú, agus ar an gcaoi sin feabhas a chur ar chruinneas an raon. In iarratais thionsclaíocha agus talmhaíochta leis an téama coigilt fuinnimh, cosaint an chomhshaoil ​​agus simplíocht, tá an modh feabhsaithe seo tar éis éirí ina smaoineamh nua maidir le tomhas leibhéal ultrasonaic lena buntáistí uathúla.