principeanalyse van ultrasone afstandssensor

Principe van piëzo-elektrische ultrasone generator

Piëzo-elektrische ultrasone generator gebruikt feitelijk de resonantie van piëzo-elektrisch kristal om te werken. De interne structuur van de ultrasone generator wordt getoond. Het heeft twee piëzo-elektrische wafels en een resonantieplaat. Wanneer een pulssignaal wordt aangelegd aan de twee polen, waarvan de frequentie gelijk is aan de natuurlijke oscillatiefrequentie van de piëzo-elektrische wafel, zal de piëzo-elektrische wafel resoneren en de resonantieplaat aanzetten tot trillen om ultrasone golven te genereren. Integendeel, als er geen spanning wordt aangelegd tussen de twee elektroden, zal de resonantieplaat, wanneer deze ultrasone golven ontvangt, op de piëzo-elektrische chip drukken om te trillen en de mechanische energie om te zetten in elektrische signalen. Dan wordt het een ultrasone ontvanger.

 

Principe van ultrasone transducer  voor  afstand​

De ultrasone zender zendt ultrasone golven uit in een bepaalde richting en begint tegelijkertijd met de zendtijd te timen. De ultrasone golven planten zich voort in de lucht en keren onmiddellijk terug als ze onderweg obstakels tegenkomen. De ultrasone ontvanger stopt onmiddellijk na ontvangst van de gereflecteerde golven. De voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht bedraagt ​​340 m/s. Op basis van de door de timer geregistreerde tijd t kan de afstand(en) tussen het lanceerpunt en het obstakel worden berekend, namelijk: s=340t/2. Dit is de zogenaamde tijdsverschilvariërende methode.

 

Het principe van ultrasone afstandssensor moet de bekende voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht gebruiken om de tijd te meten waarop de geluidsgolf obstakels tegenkomt en terugkaatst na verzending, en de werkelijke afstand van het zendpunt tot het obstakel berekenen op basis van het tijdsverschil tussen verzending en ontvangst. Het is duidelijk dat het principe van ultrasoon bereik hetzelfde is als dat van radar.

De formule van de afstandssensor wordt uitgedrukt als: L=C&TImes; T waarbij L de gemeten afstandslengte is; C is de voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht; T is het tijdsverschil van de gemeten afstandsvoortplanting (T is de helft van de waarde van de tijd tussen uitzending en ontvangst).

Ultrasone afstandsmetingssensor wordt voornamelijk gebruikt voor afstandsmeting bij achteruitrijhulpen, bouwplaatsen, industriële locaties, enz. Hoewel het huidige afstandsmeetbereik 100 meter kan bereiken, kan de meetnauwkeurigheid slechts de orde van centimeters bereiken.

Vanwege de voordelen van gemakkelijke gerichte emissie, goede gerichtheid, gemakkelijke controle van de intensiteit en geen direct contact met het gemeten object, is het een ideale methode voor vloeistofhoogtemeting. Het is noodzakelijk om meetnauwkeurigheid op millimeterniveau te bereiken bij nauwkeurige vloeistofniveaumetingen, maar de huidige binnenlandse ultrasone, speciale geïntegreerde schakelingen zijn slechts meetnauwkeurigheid op centimeterniveau. Door de oorzaken van de ultrasone afstandsfout te analyseren, het meettijdsverschil tot op microsecondeniveau te verbeteren en de LM92-temperatuursensor te gebruiken om de voortplantingssnelheid van de geluidsgolf te compenseren, kan de uiterst nauwkeurige ultrasone afstandsmeter die we hebben ontworpen meetnauwkeurigheid op millimeterniveau bereiken.

Foutanalyse van ultrasone afstandssensor

Volgens de ultrasone afstandsmetingsformule L=C&TImes;T kan bekend zijn dat de afstandsmeetfout wordt veroorzaakt door de ultrasone voortplantingssnelheidsfout en de voortplantingstijdfout van de meetafstand.

tijd fout

Wanneer de afstandsmeetfout minder dan 1 mm moet zijn, neem dan aan dat de bekende ultrasone snelheid C = 344 m/s (20℃ kamertemperatuur) en negeer de voortplantingsfout van de geluidssnelheid. De bereikfout s△t<(0,001/344) ≈0,000002907s is 2,907 ms.

Onder de veronderstelling dat de voortplantingssnelheid van de ultrasone golf nauwkeurig is, zolang de nauwkeurigheid van het voortplantingstijdsverschil van de gemeten afstand het microsecondeniveau bereikt, kan dit ervoor zorgen dat de afstandsfout minder dan 1 mm bedraagt. De 89C51-timer met één chip die een 12MHz-kristal als klokreferentie gebruikt, kan gemakkelijk tellen tot een nauwkeurigheid van 1μs, dus gebruikt het systeem de 89C51-timer om ervoor te zorgen dat de tijdfout binnen het meetbereik van 1 mm ligt.

Ultrasone voortplantingssnelheidsfout

De voortplantingssnelheid van ultrasone golven wordt .  beïnvloed  lucht  door de dichtheid van de Hoe hoger de luchtdichtheid, hoe sneller de voortplantingssnelheid van ultrasone golven, en de dichtheid van lucht heeft een nauwe relatie met de temperatuur, zoals weergegeven in Tabel 1.

De relatie tussen ultrasone snelheid en temperatuur is als volgt bekend:

In de formule: r — de verhouding tussen de warmtecapaciteit van een gas bij constante druk en de warmtecapaciteit bij een constant volume, namelijk 1,40 voor lucht,

R —De universele gasconstante, 8,314 kg·mol-1·K-1,

M-molecuulgewicht van gas, lucht is 28,8 x 10-3 kg · mol-1,

T—Absolute temperatuur, 273K+T℃.

De geschatte formule is: C=C0+0,607&TImes;T℃

waarbij: C0 de snelheid van de geluidsgolf is bij nul graden, 332 m/s;

T is de werkelijke temperatuur (℃).

Wanneer de nauwkeurigheid van het ultrasone bereik vereist is om 1 mm te bereiken, moet rekening worden gehouden met de omgevingstemperatuur van de ultrasone voortplanting. Wanneer de temperatuur bijvoorbeeld 0°C is, is de ultrasone snelheid 332 m/s, en bij 30°C is deze 350 m/s, en is de ultrasone snelheidsverandering veroorzaakt door de temperatuurverandering 18 m/s. Als de ultrasoon wordt gebruikt om een ​​afstand van 100 meter te meten bij een geluidssnelheid van 0°C in een omgeving van 30°C, zal de meetfout 5 meter bedragen en de meetfout van 1 meter 5 mm.

Voorzorgsmaatregelen voor gebruik:

1. Omdat echografie sterk wordt beïnvloed door omgevings- en klimatologische omstandigheden, kunt u het het beste gebruiken bij helder weer.

2. Ultrasone afstandsmeter berekent de afstand op basis van het principe van het tijdstip waarop het instrument de gereflecteerde golf van het gemeten object uitzendt en ontvangt. Let er dus op dat u bij gebruik andere objecten in de gemeten afstand vermijdt, anders zal dit meerdere reflecties veroorzaken. Meetnauwkeurigheid.

3. Omdat de golfhoek van de ultrasone golf relatief groot is, moet u erop letten dat er tijdens de meting geen voorwerpen (zoals bureaubladen, enz.) rond de voorkant van het instrument staan. Wanneer PVDF  met behuizing  De ultrasone  transducer -  meet in een vaste positie, de voorkant van het instrument moet uitsteken uit het oppervlak waar het object wordt geplaatst (bijvoorbeeld uit een punt buiten het bureaublad).

4. Houd het instrument tijdens het meten in een rechte hoek ten opzichte van het oppervlak van het te meten object en houd het instrument zelf zoveel mogelijk horizontaal of verticaal.

5. Wanneer u in de zomer de ultrasone afstandsmeter gebruikt en het een handmeting betreft, kunt u deze het beste niet te lang in uw hand houden, om te voorkomen dat het instrument oververhit raakt en de normale werking ervan wordt beïnvloed.