principanalys av ultraljudsavståndssensor

Principen för piezoelektrisk ultraljudsgenerator

Piezoelektrisk ultraljudsgenerator använder faktiskt resonansen från piezoelektrisk kristall för att fungera. Den interna strukturen hos ultraljudsgeneratorn visas. Den har två piezoelektriska skivor och en resonansplatta. När en pulssignal appliceras på dess två poler, vars frekvens är lika med den piezoelektriska skivans naturliga oscillationsfrekvens, kommer den piezoelektriska skivan att resonera och driva resonansplattan att vibrera för att generera ultraljudsvågor. Tvärtom, om ingen spänning appliceras mellan de två elektroderna, när resonansplattan tar emot ultraljudsvågor, kommer den att pressa det piezoelektriska chipet för att vibrera och omvandla den mekaniska energin till elektriska signaler. Då blir det en ultraljudsmottagare.

 

Principen för ultraljudsgivare ​ för  distans​

Ultraljudssändaren sänder ut ultraljudsvågor i en viss riktning och börjar tajma samtidigt som sändningstiden. Ultraljudsvågorna fortplantar sig i luften och återkommer omedelbart när de stöter på hinder på vägen. Ultraljudsmottagaren slutar tajmingen omedelbart efter att ha tagit emot de reflekterade vågorna. Utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i luften är 340m/s. Enligt tiden t som registreras av timern kan avståndet (s) mellan startpunkten och hindret beräknas, nämligen: s=340t/2. Detta är den så kallade tidsskillnadsmetoden.

 

Principen om ultraljudsavståndssensor är att använda den kända utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i luften för att mäta tiden när ljudvågen möter hinder och reflekteras tillbaka efter sändning, och beräkna det faktiska avståndet från sändningspunkten till hindret baserat på tidsskillnaden mellan sändning och mottagning. Det kan ses att principen för ultraljudsavståndsbestämning är densamma som för radar.

Formeln för avståndssensor uttrycks som: L=C&TImes; T där L är den uppmätta avståndslängden; C är utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i luften; T är tidsskillnaden för den uppmätta distansutbredningen (T är hälften av värdet på tiden från emission till mottagning).

Ultraljudsavståndsmätningssensor används främst för avståndsmätning vid backningspåminnelser, byggarbetsplatser, industriplatser etc. Även om det aktuella avståndsmätområdet kan nå 100 meter, kan mätnoggrannheten bara nå storleksordningen centimeter.

På grund av fördelarna med enkel riktad emission, bra riktningsförmåga, enkel kontroll av intensiteten och ingen direkt kontakt med det uppmätta objektet, är det en idealisk metod för vätskehöjdsmätning. Det är nödvändigt att uppnå mätnoggrannhet på millimeternivå i exakt vätskenivåmätning, men de nuvarande inhemska ultraljudsintervallen speciella integrerade kretsar är endast centimeternivåmätnoggrannhet. Genom att analysera orsakerna till ultraljudsavståndsfelet, förbättra mättidsskillnaden till mikrosekundsnivån och använda LM92-temperatursensorn för att kompensera ljudvågens utbredningshastighet, kan ultraljudsavståndsmätaren med hög precision som vi designade uppnå mätnoggrannhet på millimeternivå.

Felanalys av ultraljudsavståndssensor

Enligt ultraljudsavståndsmätformeln L=C&TImes;T kan det vara känt att avståndsmätningsfelet orsakas av ultraljudsutbredningshastighetsfelet och mätavståndets utbredningstidsfel.

tidsfel

När avståndsmätningsfelet måste vara mindre än 1 mm, anta att den kända ultraljudshastigheten C=344m/s (20 ℃ rumstemperatur), och ignorera ljudhastighetens utbredningsfel. Avståndsfelet s△t<(0,001/344) ≈0,000002907s är 2,907ms.

Under förutsättningen att utbredningshastigheten för ultraljudsvågen är korrekt, så länge som noggrannheten för utbredningstidsskillnaden för det uppmätta avståndet når mikrosekundnivån, kan den säkerställa att avståndsfelet är mindre än 1 mm. 89C51 singelchipstimern som använder en 12MHz kristall som klockreferens kan enkelt räkna till en noggrannhet på 1μs, så systemet använder 89C51-timern för att säkerställa att tidsfelet ligger inom mätområdet 1mm.

Ultraljudsutbredningshastighetsfel

Utbredningshastigheten för ultraljudsvågor ltrasonomvandlarsensorn påverkas  .  u  av luftens densitet Ju högre luftdensiteten är, desto snabbare utbreder sig ultraljudsvågor, och luftens densitet har ett nära samband med temperaturen, som visas i tabell 1.

Förhållandet mellan ultraljudshastighet och temperatur är känt enligt följande:

I formeln: r — förhållandet mellan värmekapaciteten hos en gas vid konstant tryck och en värmekapacitet vid konstant volym, vilket är 1,40 för luft,

R — Den universella konstanten för gas, 8,314 kg·mol-1·K-1,

M—gasmolekylvikt, luft är 28,8&TImes;10-3kg·mol-1,

T—Absolut temperatur, 273K+T℃.

Den ungefärliga formeln är: C=C0+0,607&TImes;T℃

där: CO är ljudvågens hastighet vid noll grader 332m/s;

T är den faktiska temperaturen (℃).

När ultraljudsavståndsnoggrannheten krävs för att nå 1 mm, måste den omgivande temperaturen för ultraljudsutbredningen tas i beaktande. Till exempel, när temperaturen är 0°C är ultraljudshastigheten 332m/s, och vid 30°C är den 350m/s, och ultraljudshastighetsändringen som orsakas av temperaturändringen är 18m/s. Om ultraljudet används för att mäta ett avstånd på 100m med en ljudhastighet på 0°C i en miljö på 30°C, kommer mätfelet att nå 5m och mätfelet på 1m kommer att nå 5mm.

Försiktighetsåtgärder för användning:

1. Eftersom ultraljud i hög grad påverkas av miljö- och klimatförhållanden är det bäst att använda det när vädret är klart.

2. Ultraljudsavståndsmätaren beräknar avståndet baserat på principen om den tid då instrumentet sänder ut och tar emot den reflekterade vågen från det uppmätta föremålet, så var uppmärksam på att undvika andra föremål i utrymmet för det uppmätta avståndet när du använder det, annars kommer det att orsaka flera reflektioner. Mätnoggrannhet.

3. Eftersom ultraljudsvågens vågvinkel är relativt stor, var uppmärksam på att inte ha föremål (som stationära datorer, etc.) runt instrumentets främre ände under mätningen. När PVDF-  h ous  ultrasonic )  transducer . mäter i ett fast läge, instrumentets främre ände ska sticka ut från ytan där objektet är placerat (till exempel sticka ut från en punkt utanför skrivbordet

4. Håll instrumentet i rät vinkel mot ytan på föremålet som ska mätas när du mäter, och håll själva instrumentet horisontellt eller vertikalt så mycket som möjligt.

5. När den använder ultraljudsavståndsmätaren på sommaren, om den är handhållen mätning, är det bäst att inte hålla den i handen för länge för att inte få instrumentet att överhettas och påverka dess normala funktion.