Language
Vizualizări: 3 Autor: Editor site Ora publicării: 2020-05-25 Origine: Site
Pe piața industrială, chipset-urile semiconductoare joacă un rol uriaș în transformarea echipamentelor mecanice în echipamente electromecanice sau pur electronice. Fiecare segment de piață poate fi împărțit în mai multe aplicații, iar producătorii vor proiecta produse specifice pentru fiecare aplicație.
Tehnologia cu ultrasunete sau ultrasunete a fost folosită în unele domenii civile, medicale și militare de mai bine de 100 de ani. Aproape toată lumea va folosi tehnologia cu ultrasunete medicale de-a lungul vieții. Cu toate acestea, cel mai recent caz de aplicare al acestuia este realizarea automatizării în domeniile industrial și auto. Suntem surprinși să vedem că această tehnologie și-a luat locul într-o serie de aplicații cu adevărat diverse. Caracteristicile non-invazive (non-corozive) și fără contact ale tehnologiei cu ultrasunete o fac ideală pentru aplicații medicale, farmaceutice, militare și din fabrică.
Pe piețele industriale și auto, tehnologia ultrasonică poate fi găsită pentru măsurarea distanței, detectarea gradului de ocupare, detectarea nivelului, analiza compoziției, măsurarea debitului, asistența la parcare, asistența la aterizare și asistența la deschiderea portbagajului. Senzorii cu ultrasunete, cunoscuți și sub denumirea de traductoare cu ultrasunete, pot funcționa în afara frecvențelor pe care oamenii nu le pot auzi, iar frecvențele lor de funcționare variază de la 20 kHz la câțiva megaherți.
Majoritatea traductoarelor cu ultrasunete sunt realizate din materiale piezoelectrice, iar atunci când se aplică impulsuri electrice, sunt generate vibrații mecanice sau unde ultrasonice. Unele traductoare pot, de asemenea, converti vibrațiile mecanice înapoi în energie electrică. Traductoarele sunt împărțite aproximativ în trei tipuri:
După procesarea semnalului electric primit, puteți obține mai multe componente relevante potrivite pentru aplicații industriale sau auto. Una dintre cele mai comune și importante componente este timpul de zbor cu ultrasunete (TOF), care se referă la estimarea timpului de călătorie dus-întors a undelor ultrasonice emise de traductorul debitmetrului ultrasonic pentru măsurarea debitului către obiectul țintă și apoi reflectate înapoi de la obiect la senzor. Acesta este principiul de bază al utilizării tehnologiei cu ultrasunete în contoarele inteligente pentru a măsura debitul de apă, gaz sau încălzire (indiferent dacă este intruziv sau neintruziv) și pentru a prezenta consumatorilor datele de consum pentru facturare ușoară.
Măsurarea debitului este cuantificarea debitului de lichid sau gaz (volum sau viteză). Unitatea de măsură este similară cu litri/minut (sau secunde sau ore) sau metri pătrați/secundă. Gama de debitmetre este relativ largă, de la simple instrumente publice de uz casnic (gaz/apă/încălzire) până la instrumente industriale sau mixere pentru lichide sau gaze periculoase (petrol, minerit, tratare ape uzate, vopsele și substanțe chimice etc.). Din punct de vedere structural, debitmetrul include o unitate de senzor, o unitate de măsurare și o unitate de control / comunicație, fiecare dintre acestea putând fi împărțită în continuare în mecanică sau electronică. Figura 1 compară diferitele tipuri de tehnologii de detectare a debitmetrelor care alcătuiesc unitatea de senzor. Debitmetrele cu ultrasunete au mai multe avantaje.
Figura 1: Comparația metodelor de detectare a fluxului de lichid sau gaz
Traductor debitmetru cu ultrasunete care utilizează TOF sau debitul de măsurare cu ultrasunete prin calcularea diferenței de timp (întârzierea de propagare) a semnalelor cu ultrasunete transmise și recepționate. Pentru a-l aplica la măsurarea debitului, proiectanții folosesc o pereche de traductoare identice de tip transceiver pentru a le excita în direcțiile în amonte și, respectiv, în aval. Când se propagă într-o direcție compatibilă cu curgerea fluidului, undele ultrasonice se propagă mai repede, în timp ce într-o direcție opusă curgerii fluidului, undele ultrasonice se propagă mai lent. Prin urmare, este necesară cel puțin o pereche de traductoare, dar unele topologii folosesc mai multe traductoare.
Figura 2 prezintă un concept tipic de detectare a debitului cu ultrasunete, iar plasarea traductorului în conductă poate fi selectată. Alegerea senzorului cu ultrasunete depinde de tipul de mediu care necesită măsurarea debitului. În general, detectarea lichidelor utilizează senzori cu frecvențe mai mari în spectru (> 1 MHz), în timp ce mediile gazoase utilizează senzori cu frecvențe mai mici (<500 kHz). În plus, tehnologia ultrasonică utilizată pentru măsurarea debitului necesită o cale directă între oricare doi traductoare, ceea ce necesită o proiectare mecanică atentă a construcției conductei de fluid care găzduiește traductorul. Tehnologia cu ultrasunete nu funcționează în prezența bulelor, deoarece bulele pot provoca o atenuare semnificativă a semnalului cu ultrasunete.
Figura 2: Exemple de topologii comune pentru detectarea cu ultrasunete a debitmetrelor și locațiile de instalare în conducte
Figura 3 prezintă un design generic de conducte cu traductorul plasat în partea de jos și material reflectorizant pentru a se asigura că semnalul ultrasonic se poate propaga între traductoare (XDCR1 și XDCR2 în figură).
Figura 3: Tub de curgere universal cu o pereche de traductoare instalate
Unde Δt este TOF, c este viteza semnalului ultrasonic care se propagă în mediu în conductă, v este viteza curgerii, L este lungimea de propagare a conductei, T12 este timpul de propagare în amonte și T21 este timpul de propagare în aval. Există mai multe moduri de a determina informațiile TOF, dar toate metodele trebuie să poată procesa ieșirea tipică a traductorului. Figura 4 arată un traductor.
Figura 4: Răspunsul tipic al unui traductor cu ultrasunete atunci când este excitat electric
Procesarea acestei forme de undă oferă informațiile necesare pentru a rezolva ecuațiile 1 și 2. Există mai multe modalități de procesare a formelor de undă, inclusiv conversia timp la digital (TDC), detectarea trecerii la zero și captarea formei de undă. Fiecare metodă are avantaje și dezavantaje.
Vânzătorii de cipuri folosesc diferite arhitecturi pentru a rezolva problemele de măsurare a debitului cu ultrasunete. Unii producători folosesc componente analogice discrete, urmate de procesoare digitale. Alți producători au încercat să integreze componente analogice în procesoarele digitale pentru a forma o soluție cu un singur cip. În metoda de captare a formei de undă, se utilizează un circuit analog rapid pentru a capta întregul semnal ultrasonic, apoi se folosește un convertor analog-digital pentru a converti semnalul analogic într-un semnal digital, iar apoi algoritmul de procesare a semnalului digital poate obține informații TOF.
Vânzătorii de cipuri folosesc diferite arhitecturi pentru a rezolva problemele de măsurare a debitului cu ultrasunete. Unii producători folosesc componente analogice discrete ale traductorului ultrasonic de 100KHz, urmate de procesoare digitale. Alți producători au încercat să integreze componente analogice în procesoarele digitale pentru a forma o soluție cu un singur cip. În metoda de captare a formei de undă, se utilizează un circuit analog rapid pentru a capta întregul semnal ultrasonic, apoi se folosește un convertor analog-digital pentru a converti semnalul analogic într-un semnal digital, iar apoi algoritmul de procesare a semnalului digital poate obține informații TOF.
Datorită îmbunătățirilor tehnice ale traductoarelor cu ultrasunete, făcându-le mai ieftine, mai precise, mai mici și omniprezente, tehnologia ultrasonică a fost utilizată pe scară largă în măsurarea debitului. Circuitul analog integrat avansat facilitează capturarea și procesarea formei de undă a traductorului cu ultrasunete în timp real, obținând astfel informații TOF precise. În plus, debitmetrul cu ultrasunete este mai precis, de dimensiuni mai mici și nu are piese în mișcare, ceea ce îl face o alegere excelentă pentru producători pentru a înlocui debitmetrele mecanice. Cu toate acestea, producătorii trebuie să înțeleagă cu atenție proiectarea conductelor și instalarea și poziționarea traductorului pentru a se asigura că toate avantajele tehnologiei cu ultrasunete sunt utilizate pe deplin în măsurarea debitului.
