analisis prinsip sensor jarak ultrasonik

Prinsip generator ultrasonik piezoelektrik

Generator ultrasonik piezoelektrik sebenarnya menggunakan resonansi kristal piezoelektrik untuk bekerja. Struktur internal generator ultrasonik ditampilkan. Ia memiliki dua wafer piezoelektrik dan pelat resonansi. Ketika sinyal pulsa diterapkan ke dua kutubnya, yang frekuensinya sama dengan frekuensi osilasi alami wafer piezoelektrik, wafer piezoelektrik akan beresonansi dan mendorong pelat resonansi bergetar untuk menghasilkan gelombang ultrasonik. Sebaliknya, jika tidak ada tegangan yang diberikan antara kedua elektroda, ketika pelat resonansi menerima gelombang ultrasonik, ia akan menekan chip piezoelektrik untuk bergetar dan mengubah energi mekanik menjadi sinyal listrik. Kemudian menjadi penerima ultrasonik.

 

Prinsip dari ultrasonik transduser  untuk  jarak jauh

Pemancar ultrasonik memancarkan gelombang ultrasonik ke arah tertentu, dan memulai pengaturan waktu bersamaan dengan waktu transmisi. Gelombang ultrasonik merambat di udara dan segera kembali ketika menemui rintangan di jalan. Penerima ultrasonik menghentikan penghitungan waktu segera setelah menerima gelombang yang dipantulkan. Kecepatan rambat gelombang ultrasonik di udara adalah 340m/s. Berdasarkan waktu t yang dicatat oleh pengatur waktu, dapat dihitung jarak antara titik peluncuran dan rintangan, yaitu: s=340t/2. Inilah yang disebut metode rentang perbedaan waktu.

 

Prinsip dari sensor jangkauan ultrasonik adalah menggunakan kecepatan rambat gelombang ultrasonik yang diketahui di udara untuk mengukur waktu ketika gelombang suara menemui hambatan dan memantul kembali setelah transmisi, dan menghitung jarak sebenarnya dari titik transmisi ke hambatan berdasarkan perbedaan waktu antara transmisi dan penerimaan. Terlihat bahwa prinsip jangkauan ultrasonik sama dengan prinsip radar.

Rumus sensor rentang dinyatakan sebagai: L=C&TImes; T dimana L adalah panjang jarak yang diukur; C adalah kecepatan rambat gelombang ultrasonik di udara; T adalah perbedaan waktu propagasi jarak terukur (T adalah setengah nilai waktu dari emisi hingga penerimaan).

Sensor pengukuran jarak ultrasonik terutama digunakan untuk pengukuran jarak di pengingat mundur, lokasi konstruksi, lokasi industri, dll. Meskipun rentang pengukuran jarak saat ini dapat mencapai 100 meter, keakuratan pengukuran hanya dapat mencapai urutan sentimeter.

Karena keunggulan emisi terarah yang mudah, pengarahan yang baik, kontrol intensitas yang mudah, dan tidak ada kontak langsung dengan objek yang diukur, ini merupakan metode ideal untuk pengukuran ketinggian cairan. Hal ini diperlukan untuk mencapai akurasi pengukuran tingkat milimeter dalam pengukuran tingkat cairan yang tepat, tetapi sirkuit terpadu khusus rentang ultrasonik domestik saat ini hanya memiliki akurasi pengukuran tingkat sentimeter. Dengan menganalisis penyebab kesalahan jangkauan ultrasonik, meningkatkan perbedaan waktu pengukuran ke tingkat mikrodetik, dan menggunakan sensor suhu LM92 untuk mengkompensasi kecepatan rambat gelombang suara, pencari jangkauan ultrasonik presisi tinggi yang kami rancang dapat mencapai akurasi pengukuran tingkat milimeter.

Analisis Kesalahan sensor jangkauan ultrasonik

Berdasarkan rumus pengukuran jarak ultrasonik L=C&TImes;T, dapat diketahui bahwa kesalahan pengukuran jarak disebabkan oleh kesalahan kecepatan rambat ultrasonik dan kesalahan waktu rambat jarak pengukuran.

kesalahan waktu

Jika kesalahan pengukuran jarak harus kurang dari 1mm, asumsikan kecepatan ultrasonik yang diketahui C=344m/s (20℃ suhu kamar), dan abaikan kesalahan rambat kecepatan suara. Kesalahan rentang s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s adalah 2.907ms.

Dengan asumsi bahwa kecepatan rambat gelombang ultrasonik akurat, selama keakuratan perbedaan waktu rambat dari jarak yang diukur mencapai tingkat mikrodetik, kesalahan jangkauan dapat dipastikan kurang dari 1mm. Pengatur waktu chip tunggal 89C51 yang menggunakan kristal 12MHz sebagai referensi jam dapat dengan mudah menghitung hingga akurasi 1μs, sehingga sistem mengadopsi pengatur waktu 89C51 untuk memastikan bahwa kesalahan waktu berada dalam rentang pengukuran 1mm.

Kesalahan kecepatan propagasi ultrasonik

Kecepatan rambat gelombang ultrasonik dipengaruhi ultrasonik  transduser  pada sensor  oleh kepadatan udara. Semakin tinggi massa jenis udara maka kecepatan rambat gelombang ultrasonik semakin cepat, dan massa jenis udara mempunyai hubungan yang erat dengan suhu, seperti terlihat pada Tabel 1.

Hubungan antara kecepatan ultrasonik dan suhu diketahui sebagai berikut:

Dalam rumus: r — perbandingan kapasitas panas gas pada tekanan konstan dengan kapasitas panas pada volume konstan, yaitu 1,40 untuk udara,

R —Konstanta universal gas, 8,314kg·mol-1·K-1,

M—berat molekul gas, udara 28,8&TImes;10-3kg·mol-1,

T—Suhu absolut, 273K+T℃.

Rumus perkiraannya adalah: C=C0+0,607&TImes;T℃

dimana: C0 adalah cepat rambat gelombang bunyi pada nol derajat 332m/s;

T adalah suhu sebenarnya (℃).

Ketika akurasi jangkauan ultrasonik diperlukan untuk mencapai 1mm, suhu sekitar perambatan ultrasonik harus dipertimbangkan. Misalnya pada suhu 0°C, kecepatan ultrasonik adalah 332m/s, dan pada suhu 30°C adalah 350m/s, dan perubahan kecepatan ultrasonik yang disebabkan oleh perubahan suhu adalah 18m/s. Jika ultrasonik digunakan untuk mengukur jarak 100m pada kecepatan suara 0°C di lingkungan 30°C, kesalahan pengukuran akan mencapai 5m, dan kesalahan pengukuran 1m akan mencapai 5mm.

Tindakan pencegahan untuk digunakan:

1. Karena USG sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan dan iklim, yang terbaik adalah menggunakannya saat cuaca cerah.

2. Pengintai ultrasonik menghitung jarak berdasarkan prinsip waktu ketika instrumen memancarkan dan menerima gelombang pantulan dari objek yang diukur, jadi harap berhati-hati untuk menghindari objek lain dalam ruang jarak yang diukur saat menggunakannya, jika tidak maka akan menyebabkan banyak refleksi. Akurasi pengukuran.

3. Karena sudut gelombang gelombang ultrasonik relatif besar, harap berhati-hati agar tidak ada benda (seperti desktop, dll.) di sekitar ujung depan instrumen selama pengukuran. Kapan PVDF  yang menggunakan  melakukan transduser ultrasonik  ) . pengukuran dalam posisi tetap, ujung depan instrumen harus menonjol dari permukaan tempat benda ditempatkan (misalnya, menonjol dari titik di luar desktop

4. Harap jaga agar instrumen tetap tegak lurus dengan permukaan benda yang akan diukur saat mengukur, dan jaga agar instrumen itu sendiri tetap horizontal atau vertikal sebanyak mungkin.

5. Saat menggunakan pengintai ultrasonik di musim panas, jika pengukurannya dipegang dengan tangan, sebaiknya jangan memegangnya terlalu lama, agar tidak menyebabkan instrumen terlalu panas dan mempengaruhi pengoperasian normalnya.