Az ultrahangos távolságmérő alapelvei
1. Ultrahangos generátor
Az ultrahanghullámok tanulmányozása és felhasználása érdekében számos ultrahang generátort terveztek és gyártottak. Általánosságban elmondható, hogy az ultrahangos generátorok két kategóriába sorolhatók: az egyik az ultrahanghullámok elektromos úton történő generálása, a másik az ultrahanghullámok mechanikai úton történő generálása. Az elektromos módszerek közé tartoznak a piezoelektromos, magnetostrikciós és elektromos típusok; A mechanikai módszerek közé tartoznak a helyőrségi fuvolák, a folyadéksípok és a légáramlási sípok. Az általuk generált ultrahanghullámok frekvenciájuk, teljesítményük és hangjellemzőik eltérőek, ezért eltérő felhasználási területük van. A leggyakrabban használt piezoelektromos ultrahangos generátor.
2. A piezoelektromos ultrahangos generátor elve
A piezoelektromos ultrahangos generátorok valójában a piezoelektromos kristályok rezonanciáját használják a működéshez. Az ultrahangos generátor belső felépítése az 1. ábrán látható. Két piezoelektromos lapkával és egy rezonancialappal rendelkezik. Ha a két pólusára impulzusjelet vezetünk, amelynek frekvenciája megegyezik a piezoelektromos chip természetes rezgési frekvenciájával, a piezoelektromos chip rezonál, és rezgésbe hozza a rezonancialemezt, így ultrahanghullámokat generál. Ezzel szemben, ha nincs feszültség a két elektróda között, amikor a rezonáns lemez ultrahanghullámokat fogad, rezgésbe kényszeríti a piezoelektromos chipet, ami a mechanikai energiát elektromos jelekké alakítja át, majd ultrahangos vevővé válik.
3. Az ultrahangos távolságmérő alapelve
Az ultrahangos adó egy bizonyos irányban ultrahanghullámokat bocsát ki, és az emissziós idővel egyidőben kezdi meg az időzítést. Az ultrahanghullámok a levegőben terjednek, és azonnal visszatérnek, ha útközben akadályokba ütköznek, az ultrahangos vevő pedig azonnal leállítja az időzítést, miután megkapta a visszavert hullámokat. Az ultrahanghullámok terjedési sebessége a levegőben 340 m/s. Az időzítő által rögzített t idő szerint kiszámítható a kibocsátási pont és az akadály közötti távolság (s), nevezetesen: s=340t/2. Ez az úgynevezett időkülönbség mérési módszer.
Az ultrahangos távolságmérés elve az, hogy az ultrahanghullámok levegőben való ismert terjedési sebességével mérjük meg azt az időt, amely alatt a hanghullámok akadályba ütköznek és kibocsátásuk után visszaverődnek, valamint kiszámítjuk a kibocsátási ponttól való tényleges távolságot. az akadályhoz a kibocsátás és a vétel közötti időkülönbség alapján. Látható, hogy az ultrahangos hatótávolság elve megegyezik a radaréval.
A tartomány képlete a következőképpen fejezhető ki: L=C×T
A képletben L a mért távolsághossz; C az ultrahanghullámok terjedési sebessége a levegőben; T a mért távolsági terjedés időkülönbsége (T az adás és a vétel közötti idő fele).
Az ultrahangos távolságmérés elsősorban tolatási emlékeztetők, építkezések, ipari telephelyek stb. távolságmérésére szolgál. Bár az aktuális mérési tartomány elérheti a 100 métert is, a mérési pontosság csak a centiméteres nagyságrendet éri el.
Az ultrahanghullámok könnyű irányított kibocsátásának, a jó irányultságnak, az intenzitás könnyű szabályozásának és a mért tárggyal való közvetlen érintkezés hiányának köszönhetően ideális eszköz a folyadékmagasság mérésére. A precíz folyadékszintmérésnél milliméteres szintmérési pontosság elérése szükséges, de jelenleg a hazai ultrahangos mérési ASIC-ek csak centiméteres szintmérés pontossággal rendelkeznek. Az ultrahangos mérési hibák okainak elemzésével, a mérési időkülönbség mikroszekundumos szintre való javításával, valamint az LM92 hőmérséklet-érzékelővel a hanghullám terjedési sebességének kompenzálására az általunk tervezett nagy pontosságú ultrahangos távolságmérő milliméteres szintű mérési pontosságot érhet el.
