अल्ट्रासोनिक रेंजिंग सेंसर का सिद्धांत विश्लेषण

पीज़ोइलेक्ट्रिक अल्ट्रासोनिक जनरेटर का सिद्धांत

पीजोइलेक्ट्रिक अल्ट्रासोनिक जनरेटर वास्तव में काम करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल की अनुनाद का उपयोग करता है। अल्ट्रासोनिक जनरेटर की आंतरिक संरचना दिखाई गई है। इसमें दो पीजोइलेक्ट्रिक वेफर्स और एक अनुनाद प्लेट है। जब इसके दो ध्रुवों पर एक पल्स सिग्नल लगाया जाता है, जिसकी आवृत्ति पीजोइलेक्ट्रिक वेफर की प्राकृतिक दोलन आवृत्ति के बराबर होती है, तो पीजोइलेक्ट्रिक वेफर प्रतिध्वनित होगा और अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्पन्न करने के लिए अनुनाद प्लेट को कंपन करने के लिए प्रेरित करेगा। इसके विपरीत, यदि दो इलेक्ट्रोडों के बीच कोई वोल्टेज लागू नहीं किया जाता है, तो जब अनुनाद प्लेट अल्ट्रासोनिक तरंगें प्राप्त करती है, तो यह कंपन करने के लिए पीजोइलेक्ट्रिक चिप पर दबाव डालेगी और यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत संकेतों में परिवर्तित कर देगी। फिर यह एक अल्ट्रासोनिक रिसीवर बन जाता है।

 

के सिद्धांत अल्ट्रासोनिक टी ट्रांसड्यूसर के लिए  डी दूरी

अल्ट्रासोनिक ट्रांसमीटर एक निश्चित दिशा में अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्सर्जन करता है, और संचारण समय के साथ ही समय भी शुरू कर देता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें हवा में फैलती हैं और रास्ते में बाधाओं का सामना करने पर तुरंत लौट आती हैं। अल्ट्रासोनिक रिसीवर परावर्तित तरंगें प्राप्त करने के तुरंत बाद समय बंद कर देता है। हवा में अल्ट्रासोनिक तरंगों के प्रसार की गति 340m/s है। टाइमर द्वारा रिकॉर्ड किए गए समय t के अनुसार, प्रक्षेपण बिंदु और बाधा के बीच की दूरी की गणना की जा सकती है, अर्थात्: s=340t/2। यह तथाकथित समय अंतर रेंजिंग विधि है।

 

का सिद्धांत अल्ट्रासोनिक रेंजिंग सेंसर हवा में अल्ट्रासोनिक तरंगों की ज्ञात प्रसार गति का उपयोग उस समय को मापने के लिए करता है जब ध्वनि तरंग बाधाओं का सामना करती है और ट्रांसमिशन के बाद वापस प्रतिबिंबित होती है, और ट्रांसमिशन और रिसेप्शन के बीच के समय के अंतर के आधार पर ट्रांसमिटिंग बिंदु से बाधा तक की वास्तविक दूरी की गणना करती है। यह देखा जा सकता है कि अल्ट्रासोनिक रेंजिंग का सिद्धांत रडार के समान ही है।

रेंजिंग सेंसर का सूत्र इस प्रकार व्यक्त किया गया है: L=C&TImes; टी जहां एल मापी गई दूरी की लंबाई है; सी हवा में अल्ट्रासोनिक तरंगों के प्रसार की गति है; टी मापी गई दूरी के प्रसार का समय अंतर है (टी उत्सर्जन से रिसेप्शन तक के समय के मूल्य का आधा है)।

अल्ट्रासोनिक दूरी माप सेंसर का उपयोग मुख्य रूप से रिवर्सिंग रिमाइंडर, निर्माण स्थलों, औद्योगिक स्थलों आदि में दूरी मापने के लिए किया जाता है। हालांकि वर्तमान दूरी माप सीमा 100 मीटर तक पहुंच सकती है, माप सटीकता केवल सेंटीमीटर के क्रम तक ही पहुंच सकती है।

आसान दिशात्मक उत्सर्जन, अच्छी दिशा, तीव्रता का आसान नियंत्रण और मापी गई वस्तु के साथ कोई सीधा संपर्क न होने के फायदों के कारण, यह तरल ऊंचाई माप के लिए एक आदर्श तरीका है। सटीक तरल स्तर माप में मिलीमीटर-स्तर माप सटीकता प्राप्त करना आवश्यक है, लेकिन वर्तमान घरेलू अल्ट्रासोनिक विशेष एकीकृत सर्किट केवल सेंटीमीटर-स्तर माप सटीकता हैं। अल्ट्रासोनिक रेंजिंग त्रुटि के कारणों का विश्लेषण करके, माइक्रोसेकंड स्तर पर माप समय अंतर में सुधार करके, और ध्वनि तरंग प्रसार वेग की भरपाई के लिए एलएम 92 तापमान सेंसर का उपयोग करके, हमारे द्वारा डिज़ाइन किया गया उच्च परिशुद्धता अल्ट्रासोनिक रेंज फाइंडर मिलीमीटर-स्तर माप सटीकता प्राप्त कर सकता है।

अल्ट्रासोनिक रेंजिंग सेंसर का त्रुटि विश्लेषण

अल्ट्रासोनिक दूरी माप सूत्र L=C&TImes;T के अनुसार, यह ज्ञात हो सकता है कि दूरी माप त्रुटि अल्ट्रासोनिक प्रसार वेग त्रुटि और माप दूरी प्रसार समय त्रुटि के कारण होती है।

समय त्रुटि

जब दूरी माप त्रुटि 1 मिमी से कम होनी आवश्यक है, तो मान लें कि ज्ञात अल्ट्रासोनिक वेग C=344m/s (20℃ कमरे का तापमान), और ध्वनि वेग के प्रसार त्रुटि को अनदेखा करें। रेंजिंग त्रुटि s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s 2.907ms है।

इस आधार पर कि अल्ट्रासोनिक तरंग की प्रसार गति सटीक है, जब तक मापी गई दूरी के प्रसार समय अंतर की सटीकता माइक्रोसेकंड स्तर तक पहुंच जाती है, यह सुनिश्चित कर सकता है कि रेंजिंग त्रुटि 1 मिमी से कम है। घड़ी संदर्भ के रूप में 12 मेगाहर्ट्ज क्रिस्टल का उपयोग करने वाला 89C51 सिंगल-चिप टाइमर आसानी से 1μs की सटीकता की गणना कर सकता है, इसलिए सिस्टम यह सुनिश्चित करने के लिए 89C51 टाइमर को अपनाता है कि समय त्रुटि 1 मिमी की माप सीमा के भीतर है।

अल्ट्रासोनिक प्रसार वेग त्रुटि

अल्ट्रासोनिक तरंगों की प्रसार गति में अल्ट्रासोनिक  ट्रांसड्यूसर  सेंसर  हवा के घनत्व से प्रभावित होती है। हवा का घनत्व जितना अधिक होगा, अल्ट्रासोनिक तरंगों के प्रसार की गति उतनी ही तेज होगी, और हवा के घनत्व का तापमान के साथ घनिष्ठ संबंध है, जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है।

अल्ट्रासोनिक वेग और तापमान के बीच संबंध इस प्रकार जाना जाता है:

सूत्र में: आर - स्थिर दबाव पर गैस की ताप क्षमता और स्थिर आयतन पर ताप क्षमता का अनुपात, जो हवा के लिए 1.40 है,

आर - गैस का सार्वभौमिक स्थिरांक, 8.314kg·mol-1·K-1,

एम-गैस आणविक भार, हवा 28.8&TImes;10-3kg·mol-1,

टी-पूर्ण तापमान, 273K+T℃।

अनुमानित सूत्र है: C=C0+0.607&TImes;T℃

जहां: C0 शून्य डिग्री 332m/s पर ध्वनि तरंग वेग है;

T वास्तविक तापमान (℃) है।

जब अल्ट्रासोनिक रेंजिंग सटीकता 1 मिमी तक पहुंचने की आवश्यकता होती है, तो अल्ट्रासोनिक प्रसार के परिवेश के तापमान को ध्यान में रखा जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, जब तापमान 0°C होता है, तो अल्ट्रासोनिक वेग 332m/s होता है, और 30°C पर यह 350m/s होता है, और तापमान परिवर्तन के कारण अल्ट्रासोनिक वेग परिवर्तन 18m/s होता है। यदि अल्ट्रासोनिक का उपयोग 30 डिग्री सेल्सियस के वातावरण में 0 डिग्री सेल्सियस की ध्वनि गति पर 100 मीटर की दूरी मापने के लिए किया जाता है, तो माप त्रुटि 5 मीटर तक पहुंच जाएगी, और 1 मीटर की माप त्रुटि 5 मिमी तक पहुंच जाएगी।

उपयोग के लिए सावधानियां:

1. चूंकि अल्ट्रासाउंड पर्यावरण और जलवायु परिस्थितियों से बहुत प्रभावित होता है, इसलिए मौसम साफ होने पर इसका उपयोग करना सबसे अच्छा है।

2. अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर उस समय के सिद्धांत के आधार पर दूरी की गणना करता है जब उपकरण उत्सर्जित होता है और मापी गई वस्तु की परावर्तित तरंग प्राप्त करता है, इसलिए कृपया इसका उपयोग करते समय मापी गई दूरी के स्थान में अन्य वस्तुओं से बचने पर ध्यान दें, अन्यथा यह कई प्रतिबिंबों का कारण बनेगा। माप सटीकता.

3. चूंकि अल्ट्रासोनिक तरंग का तरंग कोण अपेक्षाकृत बड़ा होता है, कृपया ध्यान दें कि माप के दौरान उपकरण के सामने के छोर के आसपास वस्तुएं (जैसे डेस्कटॉप आदि) न हों। कब पीवीडीएफ  एच हाउसिंग  यू अल्ट्रासोनिक  टी ट्रांसड्यूसर  एक निश्चित स्थिति में माप रहा है, उपकरण का अगला सिरा उस सतह से फैला हुआ होना चाहिए जहां वस्तु रखी गई है (उदाहरण के लिए, डेस्कटॉप के बाहर एक बिंदु से फैला हुआ)।

4. कृपया मापते समय उपकरण को मापी जाने वाली वस्तु की सतह पर समकोण पर रखें और जितना संभव हो सके उपकरण को क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर रखें।

5. जब यह गर्मियों में अल्ट्रासोनिक रेंजफाइंडर का उपयोग कर रहा है, अगर यह हाथ से मापने वाला माप है, तो इसे अपने हाथ में बहुत लंबे समय तक नहीं रखना सबसे अच्छा है, ताकि उपकरण ज़्यादा गरम न हो और इसके सामान्य संचालन को प्रभावित न करें।