Language
圧電超音波発生器の原理
圧電超音波発生器は、実際には圧電結晶の共振を利用して動作します。超音波発生器の内部構造を示します。 2 枚の圧電ウェハーと 1 つの共振プレートを備えています。圧電ウエハーの固有振動周波数と等しい周波数のパルス信号が 2 つの極に印加されると、圧電ウエハーが共振し、共振板を振動させて超音波を発生させます。逆に、2つの電極間に電圧が印加されていない場合、共振板が超音波を受信すると、圧電チップが押されて振動し、機械エネルギーが電気信号に変換されます。すると超音波受信機になります。
の原理 音波トランスデューサ 用 距離超
超音波発信機は一定方向に超音波を発信し、発信時刻と同時に計時を開始します。超音波は空中を伝播し、途中で障害物に遭遇するとすぐに戻ってきます。超音波受信機は反射波を受信するとすぐに計時を停止します。超音波の空気中の伝播速度は340m/sです。タイマーによって記録された時間 t に従って、発射点と障害物との間の距離 (s) を計算できます。つまり、s = 340t/2 です。いわゆる時差測距方式である。
の原理 超音波測距センサー は、空気中の超音波の既知の伝播速度を利用して、音波が障害物に衝突して送信後に反射する時間を測定し、送信と受信の時間差に基づいて送信点から障害物までの実際の距離を計算します。超音波測距の原理はレーダーの原理と同じであることがわかります。
測距センサーの式は次のように表されます。 T ここで、L は測定された距離の長さです。 C は空気中の超音波の伝播速度です。 T は測定された距離の伝播の時間差です (T は送信から受信までの時間の値の半分です)。
超音波距離測定センサーは、主にバックリマインダー、建設現場、工業現場などでの距離測定に使用されます。現在の距離測定範囲は100メートルに達しますが、測定精度はセンチメートルのオーダーに達することができます。
指向性が良く、指向性が良い、強度の制御が容易、測定対象物に直接接触しない等の利点があるため、液高測定に最適な方法です。精密な液面レベル測定にはミリ単位の測定精度が必要ですが、現在の国内の超音波測距専用集積回路はセンチメートル単位の測定精度しかありません。当社が設計した高精度超音波距離測定器は、超音波測距誤差の原因を分析し、測定時間差をマイクロ秒レベルまで改善し、LM92温度センサーを使用して音波伝播速度を補正することにより、ミリメートルレベルの測定精度を実現します。
超音波測距センサーのエラー解析
超音波距離測定式Ｌ＝ＣＴより、距離測定誤差は超音波伝播速度誤差と測定距離伝播時間誤差によって生じることが分かる。
時間誤差
距離測定誤差を 1mm 未満に抑える必要がある場合は、既知の超音波速度 C=344m/s (室温 20℃) を仮定し、音速の伝播誤差を無視します。測距誤差 s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s は 2.907ms です。
超音波の伝播速度が正確であるという前提の下では、測定距離の伝播時間差の精度がマイクロ秒レベルに達する限り、測距誤差は1mm未満であることが保証されます。クロック基準として12MHzの水晶を使用する89C51シングルチップタイマーは、1μsの精度まで容易にカウントできるため、システムは89C51タイマーを採用して、時間誤差が1mmの測定範囲内にあることを保証します。
超音波伝播速度誤差
超音波の伝播速度は における超音波 トランスデューサ センサー 、空気の密度の影響を受けます。表1に示すように、空気の密度が高いほど超音波の伝播速度は速くなり、空気の密度は温度と密接な関係があります。
超音波速度と温度の関係は次のように知られています。
式では: r — 一定圧力での気体の熱容量と一定体積での熱容量の比。空気の場合は 1.40、
R —気体の普遍定数、8.314kg・mol-1・K-1、
M - ガス分子量、空気は 28.8×10-3kg・mol-1、
T - 絶対温度、273K+T℃。
近似式は次のとおりです: C=C0+0.607&TIMES;T℃
ここで、 C0 は 0 度 332m/s での音波速度です。
T は実際の温度 (℃) です。
超音波測距精度が 1mm に達する必要がある場合、超音波伝播の周囲温度を考慮する必要があります。例えば、温度が0℃の場合の超音波速度は332m/s、30℃の場合は350m/sとなり、温度変化による超音波速度の変化は18m/sとなります。超音波を使用して、30℃の環境で音速0℃で100mの距離を測定すると、測定誤差は5mに達し、1mの測定誤差は5mmに達します。
使用上の注意：
1. 超音波は環境や気候条件に大きく影響されるため、晴天時に使用するのが最適です。
2.超音波距離計は、測定対象物の反射波を発し、受信する時間の原理に基づいて距離を計算します。使用する際は、測定距離の空間内に他の物体が存在しないように注意してください。そうしないと多重反射が発生します。測定精度。
3. 超音波は波角が比較的大きいため、測定中は機器先端付近に物（机など）を置かないよう注意してください。いつ PVDF ハウジングの 超音波 トランスデューサーは 固定位置で測定するため、機器の前端は対象物が置かれている表面から突き出ている必要があります (たとえば、デスクトップの外側の点から突き出ている)。
4. 測定時は測定対象物の表面に対して器具を直角にし、器具自体はできるだけ水平または垂直にしてください。
5. 夏に超音波距離計を使用する場合、手持ちで測定する場合は、機器が過熱して通常の動作に影響を与えないように、長時間手に持たないことをお勧めします。
