analiza de principiu a senzorului cu ultrasunete

Principiul generatorului de ultrasunete piezoelectric

Generatorul de ultrasunete piezoelectric folosește de fapt rezonanța cristalului piezoelectric pentru a funcționa. Este prezentată structura internă a generatorului de ultrasunete. Are două plachete piezoelectrice și o placă de rezonanță. Când un semnal de impuls este aplicat celor doi poli ai săi, a cărui frecvență este egală cu frecvența naturală de oscilație a plachetei piezoelectrice, placa piezoelectrică va rezona și va conduce placa de rezonanță să vibreze pentru a genera unde ultrasonice. Dimpotrivă, dacă nu se aplică tensiune între cei doi electrozi, atunci când placa de rezonanță primește unde ultrasonice, aceasta va apăsa cipul piezoelectric pentru a vibra și a transforma energia mecanică în semnale electrice. Apoi devine un receptor cu ultrasunete.

 

Principiul de ultrasunete transductor  pentru  distanțăcu

Emițătorul cu ultrasunete emite unde ultrasonice într-o anumită direcție și începe cronometrarea în același timp cu timpul de transmisie. Undele ultrasonice se propagă în aer și revin imediat când întâlnesc obstacole pe drum. Receptorul cu ultrasunete oprește cronometrarea imediat după primirea undelor reflectate. Viteza de propagare a undelor ultrasonice în aer este de 340 m/s. Dupa timpul t inregistrat de cronometru se poate calcula distanta (s) intre punctul de lansare si obstacol si anume: s=340t/2. Aceasta este așa-numita metodă de măsurare a diferențelor de timp.

 

Principiul de Senzorul cu ultrasunete este de a utiliza viteza cunoscută de propagare a undelor ultrasonice în aer pentru a măsura timpul în care unda sonoră întâlnește obstacole și se reflectă înapoi după transmitere și pentru a calcula distanța reală de la punctul de transmisie la obstacol pe baza diferenței de timp dintre transmisie și recepție. Se poate observa că principiul distanței cu ultrasunete este același cu cel al radarului.

Formula senzorului de măsurare este exprimată ca: L=C&TImes; T unde L este lungimea distanței măsurate; C este viteza de propagare a undelor ultrasonice în aer; T este diferența de timp a propagării distanței măsurate (T este jumătate din valoarea timpului de la emisie până la recepție).

Senzorul de măsurare a distanței cu ultrasunete este utilizat în principal pentru măsurarea distanței în memento-uri inversare, șantiere, șantiere industriale etc. Deși intervalul actual de măsurare a distanței poate ajunge la 100 de metri, precizia măsurării poate atinge doar ordinul centimetrilor.

Datorită avantajelor emisiei direcționale ușoare, directivității bune, controlului ușor al intensității și fără contact direct cu obiectul măsurat, este o metodă ideală pentru măsurarea înălțimii lichidului. Este necesar să se obțină o precizie de măsurare la nivel de milimetri în măsurarea precisă a nivelului de lichid, dar actualele circuite integrate speciale cu ultrasunete interne sunt doar precizie de măsurare la nivel de centimetru. Analizând cauzele erorii de măsurare cu ultrasunete, îmbunătățind diferența de timp de măsurare la nivelul de microsecunde și folosind senzorul de temperatură LM92 pentru a compensa viteza de propagare a undelor sonore, telemetrul cu ultrasunete de înaltă precizie pe care l-am proiectat poate obține o precizie de măsurare la nivel de milimetri.

Analiza erorilor senzorului de măsurare cu ultrasunete

Conform formulei de măsurare a distanței ultrasonice L=C&TImes;T, se poate ști că eroarea de măsurare a distanței este cauzată de eroarea vitezei de propagare ultrasonică și eroarea de timp de propagare a distanței de măsurare.

eroare de timp

Când eroarea de măsurare a distanței trebuie să fie mai mică de 1 mm, presupuneți că viteza ultrasonică cunoscută C=344m/s (temperatura camerei de 20℃) și ignorați eroarea de propagare a vitezei sunetului. Eroarea de măsurare s△t<(0,001/344) ≈0,000002907s este de 2,907 ms.

Sub premisa că viteza de propagare a undei ultrasonice este precisă, atâta timp cât precizia diferenței de timp de propagare a distanței măsurate atinge nivelul de microsecunde, se poate asigura că eroarea de distanță este mai mică de 1 mm. Temporizatorul 89C51 cu un singur cip care utilizează un cristal de 12MHz ca referință de ceas poate număra cu ușurință până la o precizie de 1μs, astfel încât sistemul adoptă temporizatorul 89C51 pentru a se asigura că eroarea de timp se află în intervalul de măsurare de 1 mm.

Eroarea vitezei de propagare cu ultrasunete

Viteza de propagare a undelor ultrasonice u ltrasonic  transductor  senzorul  este afectată de densitatea aerului. Cu cât densitatea aerului este mai mare, cu atât viteza de propagare a undelor ultrasonice este mai rapidă, iar densitatea aerului are o relație strânsă cu temperatura, așa cum se arată în tabelul 1.

Relația dintre viteza ultrasunetelor și temperatură este cunoscută după cum urmează:

În formula: r - raportul dintre capacitatea termică a unui gaz la o presiune constantă și capacitatea termică la un volum constant, care este 1,40 pentru aer,

R — Constanta universală a gazului, 8,314 kg·mol-1·K-1,

M - greutate moleculară a gazului, aerul este de 28,8 x 10-3 kg·mol-1,

T—Temperatura absolută, 273K+T℃.

Formula aproximativă este: C=C0+0,607&TImes;T℃

unde: C0 este viteza undei sonore la zero grade 332m/s;

T este temperatura reală (℃).

Când este necesară precizia de măsurare a ultrasunetelor să atingă 1 mm, trebuie luată în considerare temperatura ambiantă a propagării ultrasonice. De exemplu, când temperatura este de 0 °C, viteza ultrasonică este de 332 m/s, iar la 30 °C este de 350 m/s, iar modificarea vitezei ultrasonice cauzată de schimbarea temperaturii este de 18 m/s. Dacă ultrasonica este utilizată pentru a măsura o distanță de 100m la o viteză a sunetului de 0°C într-un mediu de 30°C, eroarea de măsurare va ajunge la 5m, iar eroarea de măsurare de 1m va ajunge la 5mm.

Precauții pentru utilizare:

1. Deoarece ultrasunetele sunt foarte afectate de condițiile de mediu și climatice, cel mai bine este să le folosiți când vremea este senină.

2. Telemetrul cu ultrasunete calculează distanța pe baza principiului timpului în care instrumentul emite și primește unda reflectată a obiectului măsurat, așa că vă rugăm să acordați atenție să evitați alte obiecte în spațiul distanței măsurate atunci când îl utilizați, altfel va provoca reflexii multiple. Precizia măsurătorilor.

3. Deoarece unghiul de undă al undei ultrasonice este relativ mare, vă rugăm să acordați atenție să nu aveți obiecte (cum ar fi desktopuri etc.) în jurul capătului frontal al instrumentului în timpul măsurării. Când măsoară  PVDF cu carcasă  ultrasonic . Transductorul într  -o poziție fixă, capătul frontal al instrumentului ar trebui să iasă în afară de suprafața pe care este plasat obiectul (de exemplu, iese dintr-un punct din afara desktopului)

4. Vă rugăm să păstrați instrumentul în unghi drept față de suprafața obiectului de măsurat atunci când măsurați și să păstrați instrumentul în sine orizontal sau vertical pe cât posibil.

5. Când folosește telemetrul cu ultrasunete vara, dacă este o măsurătoare de mână, cel mai bine este să nu-l ții în mână prea mult timp, pentru a nu cauza supraîncălzirea instrumentului și a-i afecta funcționarea normală.