Principiile de bază ale telemetrului cu ultrasunete
1. Generator de ultrasunete
Pentru a studia și a utiliza undele ultrasonice, au fost proiectate și fabricate multe generatoare de ultrasunete. În general, generatoarele de ultrasunete pot fi împărțite în două categorii: una este de a genera unde ultrasonice prin mijloace electrice, iar cealaltă este de a genera unde ultrasonice prin mijloace mecanice. Metodele electrice includ tipuri piezoelectrice, magnetostrictive și electrice; metodele mecanice includ fluiere de garnizoană, fluiere lichide și fluiere de aer. Undele ultrasonice pe care le generează variază ca frecvență, putere și caracteristici sonore și, prin urmare, au utilizări diferite. Cel mai des folosit este generatorul de ultrasunete piezoelectric.
2. Principiul generatorului de ultrasunete piezoelectric
Generatoarele piezoelectrice cu ultrasunete folosesc de fapt rezonanța cristalelor piezoelectrice pentru a funcționa. Structura internă a generatorului cu ultrasunete este prezentată în Figura 1. 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 cipul piezoelectric, cipul piezoelectric va rezona și va conduce placa de rezonanță să vibreze, generând astfel unde ultrasonice. În schimb, dacă nu se aplică nicio tensiune între cei doi electrozi, atunci când placa rezonantă primește unde ultrasonice, aceasta va apăsa cipul piezoelectric să vibreze, transformând energia mecanică în semnale electrice, iar apoi devine un receptor ultrasonic.
3. Principiul de bază al telemetrului cu ultrasunete
Emițătorul cu ultrasunete emite unde ultrasonice într-o anumită direcție și începe cronometrarea în același timp cu timpul de emisie. Undele ultrasonice se propagă în aer și revin imediat când întâlnesc obstacole pe drum, iar receptorul ultrasonic oprește cronometrarea imediat după primirea undelor reflectate. Viteza de propagare a undelor ultrasonice în aer este de 340 m/s. După timpul t înregistrat de cronometru se poate calcula distanța (s) dintre punctul de emisie și obstacol și anume: s=340t/2. Aceasta este așa-numita metodă de măsurare a diferențelor de timp.
Principiul măsurării distanței cu ultrasunete este de a utiliza viteza cunoscută de propagare a undelor ultrasonice în aer pentru a măsura timpul necesar pentru ca undele sonore să întâlnească obstacole și să se reflecte înapoi după ce sunt emise și pentru a calcula distanța reală de la punctul de emisie. la obstacol pe baza diferenței de timp dintre emisie și recepție. Se poate observa că principiul distanței cu ultrasunete este același cu cel al radarului.
Formula pentru variare este exprimată ca: L=C×T
În formulă, 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 transmisie la recepție).
Gama cu ultrasunete este utilizată în principal pentru măsurarea distanței de memento-uri inversare, șantiere de construcții, șantiere industriale etc. Deși intervalul actual de distanță poate ajunge la 100 de metri, precizia de măsurare poate atinge doar ordinul centimetrilor.
Datorită avantajelor de emisie direcțională ușoară a undelor ultrasonice, direcționalitate bună, control ușor al intensității și lipsă de contact direct cu obiectul măsurat, este un mijloc ideal pentru măsurarea înălțimii lichidului. În măsurarea precisă a nivelului de lichid, este necesar să se obțină o precizie de măsurare la nivel de milimetru, dar în prezent, ASIC-urile interne cu ultrasunete au doar precizie de măsurare la nivel de centimetru. Analizând cauzele erorilor de măsurare a ultrasunetelor, îmbunătățind diferența de timp de măsurare la nivelul microsecundelor 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 milimetrică.
