Principis bàsics del telèmetre ultrasònic
1. Generador d'ultrasons
Per estudiar i utilitzar ones ultrasòniques, s'han dissenyat i fabricat molts generadors d'ultrasons. En termes generals, els generadors d'ultrasons es poden dividir en dues categories: una és generar ones ultrasòniques per mitjans elèctrics i l'altra és generar ones ultrasòniques per mitjans mecànics. Els mètodes elèctrics inclouen tipus piezoelèctrics, magnetostrictius i elèctrics; Els mètodes mecànics inclouen flautes de guarnició, xiulets líquids i xiulets de flux d'aire. Les ones ultrasòniques que generen varien en freqüència, potència i característiques sonores i, per tant, tenen diferents usos. El més utilitzat és el generador ultrasònic piezoelèctric.
2. Principi del generador ultrasònic piezoelèctric
Els generadors d'ultrasons piezoelèctrics utilitzen realment la ressonància dels cristalls piezoelèctrics per funcionar. L'estructura interna del generador d'ultrasons es mostra a la figura 1. Té dues hòsties piezoelèctriques i una placa de ressonància. Quan s'aplica un senyal de pols als seus dos pols, la freqüència del qual és igual a la freqüència d'oscil·lació natural del xip piezoelèctric, el xip piezoelèctric ressonarà i farà vibrar la placa de ressonància, generant així ones ultrasòniques. Per contra, si no s'aplica cap tensió entre els dos elèctrodes, quan la placa ressonant rep ones ultrasòniques, pressionarà el xip piezoelèctric perquè vibri, convertint l'energia mecànica en senyals elèctrics, i després es converteix en un receptor d'ultrasons.
3. Principi bàsic del telèmetre ultrasònic
El transmissor d'ultrasons emet ones ultrasòniques en una direcció determinada i comença a cronometrar al mateix temps que el temps d'emissió. Les ones ultrasòniques es propaguen a l'aire i tornen immediatament quan es troben amb obstacles en el camí, i el receptor d'ultrasons deixa de cronometrar immediatament després de rebre les ones reflectides. La velocitat de propagació de les ones ultrasòniques a l'aire és de 340 m/s. Segons el temps t registrat pel temporitzador, es pot calcular la distància (s) entre el punt d'emissió i l'obstacle, és a dir: s=340t/2. Aquest és l'anomenat mètode d'abast de diferència horària.
El principi de la mesura de la distància ultrasònica és utilitzar la velocitat de propagació coneguda de les ones ultrasòniques a l'aire per mesurar el temps que triguen les ones sonores a trobar obstacles i reflectir-se després d'emetre-les, i calcular la distància real des del punt d'emissió. a l'obstacle en funció de la diferència de temps entre l'emissió i la recepció. Es pot veure que el principi del rang ultrasònic és el mateix que el del radar.
La fórmula per a l'abast s'expressa com: L=C×T
A la fórmula, L és la longitud de la distància mesurada; C és la velocitat de propagació de les ones ultrasòniques a l'aire; T és la diferència de temps de la propagació de la distància mesurada (T és la meitat del valor del temps des de la transmissió fins a la recepció).
El rang ultrasònic s'utilitza principalment per mesurar la distància de recordatoris d'inversions, llocs de construcció, llocs industrials, etc. Tot i que el rang d'abast actual pot arribar als 100 metres, la precisió de mesura només pot arribar a l'ordre dels centímetres.
A causa dels avantatges de la fàcil emissió direccional d'ones ultrasòniques, bona direccionalitat, fàcil control de la intensitat i sense contacte directe amb l'objecte mesurat, és un mitjà ideal per mesurar l'alçada del líquid. En la mesura precisa del nivell de líquid, és necessari aconseguir una precisió de mesurament a nivell mil·límetre, però actualment, els ASIC d'ultrasons domèstics només tenen una precisió de mesura de nivell centímetre. Mitjançant l'anàlisi de les causes dels errors d'abast ultrasònic, la millora de la diferència de temps de mesura al nivell de microsegons i l'ús del sensor de temperatura LM92 per compensar la velocitat de propagació de l'ona sonora, el telèmetre ultrasònic d'alta precisió que hem dissenyat pot aconseguir una precisió de mesurament a nivell mil·límetre.
