Meccanismo del telemetro ad ultrasuoni

Come mezzo per la trasmissione di informazioni, gli ultrasuoni sono sempre più importanti in vari campi come il rilevamento di difetti, la distanza e la misurazione della velocità grazie alle sue proprietà dirette e riflettenti e alle sue caratteristiche che non sono facilmente influenzate da fattori esterni come la luce e le onde elettromagnetiche. L'onda ultrasonica è un'onda sonora con una frequenza superiore a 20 KHz. Ha una buona direzionalità, un forte potere penetrante, è facile ottenere energia sonora concentrata, che ha una lunga distanza nell'acqua. i trasduttori ad ultrasuoni possono essere utilizzati per la misurazione della distanza, la misurazione della velocità, la pulizia, la saldatura, la frantumazione, la sterilizzazione. disinfezione, ecc. Esistono molte applicazioni in medicina, militare, industria e agricoltura. Gli ultrasuoni prendono il nome dal loro limite di frequenza inferiore, che è approssimativamente uguale al limite superiore dell'udito umano.

Nel circuito di rilevamento a ultrasuoni, l'impulso di uscita è una serie di onde quadre all'estremità di trasmissione. L'ampiezza di questa serie di onde quadre è l'intervallo di tempo tra la trasmissione delle onde ultrasoniche e la ricezione delle onde ultrasoniche. Ovviamente, maggiore è la distanza tra gli oggetti da misurare, maggiore sarà l'ampiezza dell'impulso e l'impulso in uscita. Il numero è proporzionale alla distanza di misurazione. Il trasduttore a ultrasuoni generalmente dispone dei seguenti metodi:

(1) prendendo la tensione media dell'impulso di uscita, la tensione (l'ampiezza della tensione è sostanzialmente fissa) è proporzionale alla distanza e la tensione di misurazione può essere misurata;

(2) Misurare l'ampiezza dell'impulso di uscita, ovvero l'intervallo di tempo t tra l'onda ultrasonica trasmittente e l'onda ultrasonica ricevente. Pertanto la distanza di misurazione è S = 1/2 vt.

I trasmettitori a ultrasuoni trasmettono le onde ultrasoniche in una determinata direzione e il tempo di avvio coincide con il tempo di trasmissione. Quando le onde ultrasoniche si propagano nell'aria, torneranno immediatamente agli ostacoli e i ricevitori ultrasonici interromperanno il cronometraggio immediatamente dopo aver ricevuto le onde riflesse. La velocità di propagazione dell'onda ultrasonica nell'aria è V, e in base alla differenza di tempo misurata dal timer per misurare gli echi trasmessi e ricevuti, si può calcolare la distanza S del punto di emissione dall'ostacolo, ovvero: S = V·Δt / 2 ,Questo è il metodo di misurazione della differenza di tempo. Poiché anche i sensori di distanza a ultrasuoni sono una sorta di onde sonore, la loro velocità del suono è correlata alla temperatura e viene elencata la velocità del suono a diverse temperature. Nell'utilizzo, se la temperatura non varia molto, la velocità del suono può considerarsi sostanzialmente costante. La velocità di propagazione dell'onda ultrasonica a temperatura normale è di 334 m/s, ma la sua velocità di propagazione V è facilmente influenzata da fattori come la temperatura, l'umidità e la pressione dell'aria, che sono fortemente influenzati dalla temperatura. Per ogni aumento di 1°C della temperatura, la velocità del suono aumenta di 0,6 m/s. Se la precisione della misurazione è molto elevata, è necessario correggerla con il metodo della compensazione della temperatura. Nota la temperatura ambiente T la formula per calcolare la velocità di propagazione degli ultrasuoni V è:V = 331,45 + 0,607T

Dopo aver determinato la velocità del suono, la distanza può essere ottenuta misurando il tempo del viaggio di andata e ritorno degli ultrasuoni. Questo è il meccanismo del telemetro ad ultrasuoni.

1. Utilizzare il TRIG della porta IO per attivare la gamma, fornendo un segnale di livello alto minimo di 10us (una larghezza di impulso è 10us / una ad alta potenza, la durata piatta è 10us.

2. Il modulo invia automaticamente onde quadre da 840 kHz per rilevare automaticamente se c'è un segnale di ritorno.

3. C'è un segnale di ritorno e un livello alto viene emesso attraverso la porta IO ECHO. La durata di alto livello è il tempo che intercorre dalla trasmissione al ritorno dell'onda ultrasonica. Distanza di test = (tempo elevato * velocità del suono / 2), VCC GND è l'alimentazione, TRIG è l'estremità di controllo (ingresso) ed ECHO è l'estremità di ritorno (uscita). TRIG fornisce un impulso di alto livello e SR40 inizia a inviare onde ultrasoniche. Quando si riceve l'onda riflessa, ECHO emette un segnale valido. La distanza può essere convertita misurando la differenza di tempo dall'inizio del trigger TRIG alla ricezione dell'ECHO.

Modulo di rilevamento ultrasonico HCSR04, VCC fornisce alimentazione a 5 V, GND è terra, ingresso segnale di controllo trigger TRIG, uscita segnale eco ECHO e altri quattro terminali di interfaccia. Viene fornito un segnale di attivazione a impulsi di 10us o più e il modulo emetterà internamente livelli di ciclo di 40khz e rileverà gli echi. Una volta rilevato il segnale dell'eco, viene rilevato il segnale dell'eco in uscita. L'ampiezza dell'impulso del segnale eco è proporzionale alla distanza misurata, per cui la distanza può essere calcolata trasmettendo il segnale al segnale eco ricevente.