prinsippanalyse av ultralydavstandssensor

Prinsippet for piezoelektrisk ultralydgenerator

Piezoelektrisk ultralydgenerator bruker faktisk resonansen til piezoelektrisk krystall for å fungere. Den interne strukturen til ultralydgeneratoren er vist. Den har to piezoelektriske skiver og en resonansplate. Når et pulssignal påføres de to polene, hvis frekvens er lik den naturlige oscillasjonsfrekvensen til den piezoelektriske skiven, vil den piezoelektriske skiven resonere og drive resonansplaten til å vibrere for å generere ultralydbølger. Tvert imot, hvis det ikke påføres spenning mellom de to elektrodene, når resonansplaten mottar ultralydbølger, vil den trykke den piezoelektriske brikken for å vibrere og konvertere den mekaniske energien til elektriske signaler. Da blir det en ultralydmottaker.

 

Prinsippet om ultrasonisk ransducer  for  avstandt

Ultralydsenderen sender ut ultralydbølger i en bestemt retning, og starter timingen samtidig som sendetiden. Ultralydbølgene forplanter seg i luften og returnerer umiddelbart når de møter hindringer på veien. Ultralydmottakeren stopper timingen umiddelbart etter å ha mottatt de reflekterte bølgene. Utbredelseshastigheten til ultralydbølger i luften er 340m/s. I henhold til tiden t registrert av tidtakeren, kan avstanden (s) mellom utskytningspunktet og hindringen beregnes, nemlig: s=340t/2. Dette er den såkalte tidsdifferansemetoden.

 

Prinsippet om ultrasonisk avstandssensor er å bruke den kjente forplantningshastigheten til ultralydbølger i luften for å måle tiden når lydbølgen møter hindringer og reflekterer tilbake etter sending, og beregne den faktiske avstanden fra sendepunktet til hindringen basert på tidsforskjellen mellom sending og mottak. Det kan sees at prinsippet for ultralydavstand er det samme som for radar.

Formelen for avstandssensor er uttrykt som: L=C&TImes; T hvor L er den målte avstandslengden; C er forplantningshastigheten til ultralydbølger i luften; T er tidsforskjellen til den målte avstandsforplantningen (T er ​​halvparten av verdien av tiden fra emisjon til mottak).

Ultrasonisk avstandsmålingssensor brukes hovedsakelig til avstandsmåling i ryggepåminnelser, byggeplasser, industriplasser, etc. Selv om gjeldende avstandsmåleområde kan nå 100 meter, kan målenøyaktigheten bare nå størrelsesordenen centimeter.

På grunn av fordelene med enkel retningsbestemt emisjon, god retningsevne, enkel kontroll av intensiteten og ingen direkte kontakt med det målte objektet, er det en ideell metode for væskehøydemåling. Det er nødvendig å oppnå målenøyaktighet på millimeternivå i presis væskenivåmåling, men de nåværende innenlandske ultralydspennende spesielle integrerte kretsene er kun på centimeternivå målenøyaktighet. Ved å analysere årsakene til ultralydavstandsfeilen, forbedre måletidsforskjellen til mikrosekundnivået og bruke LM92-temperatursensoren for å kompensere lydbølgeutbredelseshastigheten, kan den høypresisjons-ultralydavstandsmåleren vi har designet oppnå målenøyaktighet på millimeternivå.

Feilanalyse av ultralydavstandssensor

I henhold til formelen for ultralydavstandsmåling L=C&TImes;T, kan det være kjent at avstandsmålefeilen er forårsaket av ultralydspredningshastighetsfeilen og målingsavstandens forplantningstidsfeil.

tidsfeil

Når avstandsmålefeilen er nødvendig å være mindre enn 1 mm, anta at den kjente ultralydhastigheten C=344m/s (20 ℃ romtemperatur), og ignorer forplantningsfeilen til lydhastigheten. Avstandsfeilen s△t<(0,001/344) ≈0,000002907s er 2,907ms.

Under forutsetningen om at forplantningshastigheten til ultralydbølgen er nøyaktig, så lenge nøyaktigheten av forplantningstidsforskjellen til den målte avstanden når mikrosekundnivået, kan den sikre at avstandsfeilen er mindre enn 1 mm. 89C51 single-chip timer som bruker en 12MHz krystall som klokkereferanse kan enkelt telle til en nøyaktighet på 1μs, så systemet tar i bruk 89C51 timer for å sikre at tidsfeilen er innenfor måleområdet på 1mm.

Ultrasonisk forplantningshastighetsfeil

Forplantningshastigheten til ultralydbølger u ltrasonisk  transdusersensor  .  påvirkes av luftens tetthet Jo høyere lufttettheten er, desto raskere er forplantningshastigheten til ultralydbølger, og luftens tetthet har et nært forhold til temperaturen, som vist i tabell 1.

Forholdet mellom ultralydhastighet og temperatur er kjent som følger:

I formelen: r — forholdet mellom varmekapasiteten til en gass ved konstant trykk og en varmekapasitet ved et konstant volum, som er 1,40 for luft,

R — Den universelle konstanten for gass, 8,314 kg·mol-1·K-1,

M—gass molekylvekt, luft er 28,8&TImes;10-3kg·mol-1,

T—Absolutt temperatur, 273K+T℃.

Den omtrentlige formelen er: C=C0+0,607&TImes;T℃

hvor: C0 er lydbølgehastigheten ved null grader 332m/s;

T er den faktiske temperaturen (℃).

Når ultralydavstandsnøyaktigheten er nødvendig for å nå 1 mm, må omgivelsestemperaturen for ultralydspredning tas i betraktning. For eksempel, når temperaturen er 0°C, er ultralydhastigheten 332m/s, og ved 30°C er den 350m/s, og ultralydhastighetsendringen forårsaket av temperaturendringen er 18m/s. Hvis ultralyden brukes til å måle en avstand på 100m ved en lydhastighet på 0°C i et miljø på 30°C, vil målefeilen nå 5m, og målefeilen på 1m vil nå 5mm.

Forholdsregler for bruk:

1. Siden ultralyd er sterkt påvirket av miljø- og klimatiske forhold, er det best å bruke det når været er klart.

2. Ultralydavstandsmåler beregner avstanden basert på prinsippet om tidspunktet når instrumentet sender ut og mottar den reflekterte bølgen til det målte objektet, så vær oppmerksom på å unngå andre objekter i rommet til den målte avstanden når du bruker det, ellers vil det forårsake flere refleksjoner. Målenøyaktighet.

3. Siden bølgevinkelen til ultralydbølgen er relativt stor, vær oppmerksom på at du ikke har gjenstander (som skrivebord osv.) rundt frontenden av instrumentet under målingen. Når PVDF-  u hus  ltrasonic transducer  måler . i en fast posisjon, frontenden av instrumentet skal stikke ut fra overflaten der objektet er plassert (for eksempel stikker ut fra et punkt utenfor skrivebordet)

4. Vennligst hold instrumentet i rett vinkel på overflaten av objektet som skal måles når du måler, og hold selve instrumentet horisontalt eller vertikalt så mye som mulig.

5. Når den bruker ultralydavstandsmåleren om sommeren, hvis det er håndholdt måling, er det best å ikke holde den i hånden for lenge, for ikke å få instrumentet til å overopphetes og påvirke normal drift.