Basisprincipes van ultrasone afstandsmeter
1. Ultrasone generator
Om ultrasone golven te bestuderen en te gebruiken, zijn er veel ultrasone generatoren ontworpen en vervaardigd. Over het algemeen kunnen ultrasone generatoren in twee categorieën worden verdeeld: de ene is bedoeld voor het opwekken van ultrasone golven met elektrische middelen, en de andere is voor het opwekken van ultrasone golven met mechanische middelen. Elektrische methoden omvatten piëzo-elektrische, magnetostrictieve en elektrische typen; mechanische methoden omvatten garnizoensfluiten, vloeistoffluitjes en luchtstroomfluitjes. De ultrasone golven die ze genereren variëren in frequentie, kracht en geluidskarakteristieken, en hebben dus verschillende toepassingen. De meest gebruikte is de piëzo-elektrische ultrasone generator.
2. Principe van piëzo-elektrische ultrasone generator
Piëzo-elektrische ultrasone generatoren gebruiken feitelijk de resonantie van piëzo-elektrische kristallen om te werken. De interne structuur van de ultrasone generator wordt getoond in figuur 1. Deze heeft twee piëzo-elektrische wafels en een resonantieplaat. Wanneer een pulssignaal wordt toegepast op de twee polen, waarvan de frequentie gelijk is aan de natuurlijke oscillatiefrequentie van de piëzo-elektrische chip, zal de piëzo-elektrische chip resoneren en de resonantieplaat in trilling brengen, waardoor ultrasone golven worden gegenereerd. Omgekeerd, als er geen spanning wordt aangelegd tussen de twee elektroden, zal de resonantieplaat, wanneer deze ultrasone golven ontvangt, de piëzo-elektrische chip in trilling brengen, waardoor mechanische energie wordt omgezet in elektrische signalen, en dan wordt het een ultrasone ontvanger.
3. Basisprincipe van ultrasone afstandsmeter
De ultrasone zender zendt ultrasone golven uit in een bepaalde richting en begint tegelijkertijd met de emissietijd te timen. De ultrasone golven planten zich voort in de lucht en keren onmiddellijk terug wanneer ze onderweg obstakels tegenkomen, en de ultrasone ontvanger stopt onmiddellijk met het timen na ontvangst van de gereflecteerde golven. De voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht bedraagt 340 m/s. Aan de hand van de door de timer geregistreerde tijd t kunnen de afstand(en) tussen het emissiepunt en het obstakel worden berekend, namelijk: s=340t/2. Dit is de zogenaamde tijdsverschilvariërende methode.
Het principe van ultrasone afstandsmeting is om de bekende voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht te gebruiken om de tijd te meten die de geluidsgolven nodig hebben om obstakels tegen te komen en terug te reflecteren nadat ze zijn uitgezonden, en om de werkelijke afstand tot het emissiepunt te berekenen. naar het obstakel op basis van het tijdsverschil tussen uitzending en ontvangst. Het is duidelijk dat het principe van ultrasoon bereik hetzelfde is als dat van radar.
De formule voor bereik wordt uitgedrukt als: L=C×T
In de formule is L de gemeten afstandslengte; C is de voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht; T is het tijdsverschil van de gemeten afstandsvoortplanting (T is de helft van de tijdswaarde van verzending tot ontvangst).
Ultrasoon bereik wordt voornamelijk gebruikt voor afstandsmeting van achteruitrijhulpen, bouwplaatsen, industriële locaties, enz. Hoewel het huidige bereik 100 meter kan bereiken, kan de meetnauwkeurigheid slechts de orde van centimeters bereiken.
Vanwege de voordelen van gemakkelijke directionele emissie van ultrasone golven, goede directionaliteit, gemakkelijke controle van de intensiteit en geen direct contact met het gemeten object, is het een ideaal middel voor vloeistofhoogtemeting. Bij nauwkeurige vloeistofniveaumetingen is het noodzakelijk om meetnauwkeurigheid op millimeterniveau te bereiken, maar op dit moment hebben binnenlandse ultrasone ASIC's met een bereik slechts een meetnauwkeurigheid op centimeterniveau. Door de oorzaken van ultrasone afstandsfouten 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 een meetnauwkeurigheid op millimeterniveau bereiken.
