analisis prinsip sensor julat ultrasonik

Prinsip penjana ultrasonik piezoelektrik

Penjana ultrasonik piezoelektrik sebenarnya menggunakan resonans kristal piezoelektrik untuk berfungsi. Struktur dalaman penjana ultrasonik ditunjukkan. Ia mempunyai dua wafer piezoelektrik dan plat resonans. Apabila isyarat nadi digunakan pada dua kutubnya, frekuensi yang sama dengan frekuensi ayunan semula jadi wafer piezoelektrik, wafer piezoelektrik akan bergema dan memacu plat resonans untuk bergetar untuk menghasilkan gelombang ultrasonik. Sebaliknya, jika tiada voltan digunakan antara dua elektrod, apabila plat resonans menerima gelombang ultrasonik, ia akan menekan cip piezoelektrik untuk bergetar dan menukar tenaga mekanikal kepada isyarat elektrik. Kemudian ia menjadi penerima ultrasonik.

 

Prinsip bagi ultrasonik t ransducer  untuk  d jarak

Pemancar ultrasonik memancarkan gelombang ultrasonik ke arah tertentu, dan memulakan pemasaan pada masa yang sama dengan masa penghantaran. Gelombang ultrasonik merambat di udara dan kembali serta-merta apabila menghadapi halangan dalam perjalanan. Penerima ultrasonik menghentikan pemasaan serta-merta selepas menerima gelombang pantulan. Kelajuan perambatan gelombang ultrasonik di udara ialah 340m/s. Mengikut masa t yang dicatatkan oleh pemasa, jarak (s) antara titik pelancaran dan halangan boleh dikira, iaitu: s=340t/2. Ini adalah kaedah julat perbezaan masa yang dipanggil.

 

Prinsip bagi sensor julat ultrasonik adalah untuk menggunakan kelajuan perambatan gelombang ultrasonik yang diketahui di udara untuk mengukur masa apabila gelombang bunyi menghadapi halangan dan mencerminkan kembali selepas penghantaran, dan mengira jarak sebenar dari titik pemancaran ke halangan berdasarkan perbezaan masa antara penghantaran dan penerimaan. Dapat dilihat bahawa prinsip julat ultrasonik adalah sama dengan radar.

Formula penderia julat dinyatakan sebagai: L=C&TImes; T dengan L ialah panjang jarak yang diukur; C ialah kelajuan perambatan gelombang ultrasonik di udara; T ialah perbezaan masa perambatan jarak yang diukur (T ialah separuh daripada nilai masa dari pelepasan ke penerimaan).

Penderia pengukuran jarak ultrasonik digunakan terutamanya untuk pengukuran jarak dalam peringatan terbalik, tapak pembinaan, tapak perindustrian, dll. Walaupun julat ukuran jarak semasa boleh mencapai 100 meter, ketepatan pengukuran hanya boleh mencapai susunan sentimeter.

Oleh kerana kelebihan pelepasan arah yang mudah, arahan yang baik, kawalan keamatan yang mudah, dan tiada sentuhan langsung dengan objek yang diukur, ia adalah kaedah yang ideal untuk pengukuran ketinggian cecair. Ia adalah perlu untuk mencapai ketepatan pengukuran peringkat milimeter dalam pengukuran paras cecair yang tepat, tetapi litar bersepadu khas julat ultrasonik domestik semasa hanyalah ketepatan pengukuran peringkat sentimeter. Dengan menganalisis punca ralat julat ultrasonik, menambah baik perbezaan masa pengukuran kepada tahap mikrosaat, dan menggunakan sensor suhu LM92 untuk mengimbangi halaju perambatan gelombang bunyi, pencari julat ultrasonik ketepatan tinggi yang kami reka boleh mencapai ketepatan pengukuran tahap milimeter.

Analisis ralat penderia julat ultrasonik

Mengikut formula pengukuran jarak ultrasonik L=C&TImes;T, dapat diketahui bahawa ralat pengukuran jarak disebabkan oleh ralat halaju perambatan ultrasonik dan ralat masa perambatan jarak pengukuran.

kesilapan masa

Apabila ralat pengukuran jarak diperlukan kurang daripada 1mm, andaikan halaju ultrasonik yang diketahui C=344m/s (20℃ suhu bilik), dan abaikan ralat perambatan halaju bunyi. Ralat julat s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s ialah 2.907ms.

Di bawah premis bahawa kelajuan perambatan gelombang ultrasonik adalah tepat, selagi ketepatan perbezaan masa perambatan jarak yang diukur mencapai tahap mikrosaat, ia boleh memastikan bahawa ralat julat adalah kurang daripada 1mm. Pemasa cip tunggal 89C51 menggunakan kristal 12MHz sebagai rujukan jam dengan mudah boleh mengira ketepatan 1μs, jadi sistem menggunakan pemasa 89C51 untuk memastikan ralat masa berada dalam julat pengukuran 1mm.

Ralat halaju perambatan ultrasonik

Kelajuan perambatan gelombang ultrasonik u ltrasonik  transduser  sensor  dipengaruhi oleh ketumpatan udara. Semakin tinggi ketumpatan udara, semakin cepat kelajuan perambatan gelombang ultrasonik, dan ketumpatan udara mempunyai hubungan rapat dengan suhu, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1.

Hubungan antara halaju ultrasonik dan suhu dikenali seperti berikut:

Dalam formula: r — nisbah kapasiti haba gas pada tekanan malar kepada kapasiti haba pada isipadu malar, iaitu 1.40 untuk udara,

R —Pemalar universal gas, 8.314kg·mol-1·K-1,

M—berat molekul gas, udara ialah 28.8&TImes;10-3kg·mol-1,

T—Suhu mutlak, 273K+T ℃.

Formula anggarannya ialah: C=C0+0.607&TImes;T℃

di mana: C0 ialah halaju gelombang bunyi pada sifar darjah 332m/s;

T ialah suhu sebenar (℃).

Apabila ketepatan julat ultrasonik diperlukan untuk mencapai 1mm, suhu ambien penyebaran ultrasonik mesti diambil kira. Sebagai contoh, apabila suhu ialah 0°C, halaju ultrasonik ialah 332m/s, dan pada 30°C ialah 350m/s, dan perubahan halaju ultrasonik yang disebabkan oleh perubahan suhu ialah 18m/s. Jika ultrasonik digunakan untuk mengukur jarak 100m pada kelajuan bunyi 0°C dalam persekitaran 30°C, ralat pengukuran akan mencapai 5m, dan ralat pengukuran 1m akan mencapai 5mm.

Langkah berjaga-jaga untuk digunakan:

1. Memandangkan ultrasound sangat dipengaruhi oleh keadaan persekitaran dan iklim, sebaiknya gunakannya apabila cuaca cerah.

2. Pencari jarak ultrasonik mengira jarak berdasarkan prinsip masa apabila instrumen memancarkan dan menerima gelombang pantulan objek yang diukur, jadi sila beri perhatian untuk mengelakkan objek lain dalam ruang jarak yang diukur apabila menggunakannya, jika tidak, ia akan menyebabkan pantulan berganda. Ketepatan pengukuran.

3. Memandangkan sudut gelombang gelombang ultrasonik agak besar, sila beri perhatian untuk tidak mempunyai objek (seperti desktop, dll.) di sekeliling hujung hadapan instrumen semasa pengukuran. bila PVDF  h ousing  u ltrasonic  t ransducer  sedang mengukur dalam kedudukan tetap, hujung hadapan instrumen hendaklah menonjol dari permukaan tempat objek diletakkan (contohnya, menonjol dari titik di luar desktop).

4. Sila pastikan instrumen pada sudut tepat ke permukaan objek yang akan diukur semasa mengukur, dan pastikan instrumen itu sendiri mendatar atau menegak sebanyak mungkin.

5. Apabila ia menggunakan pencari jarak ultrasonik pada musim panas, jika ia adalah ukuran pegangan tangan, sebaiknya jangan memegangnya di tangan anda terlalu lama, supaya tidak menyebabkan alat menjadi terlalu panas dan menjejaskan operasi normalnya.