Ultraskaņas diapazona meklētāja pamatprincipi
1. Ultraskaņas ģenerators
Lai pētītu un izmantotu ultraskaņas viļņus, ir izstrādāti un ražoti daudzi ultraskaņas ģeneratori. Vispārīgi runājot, ultraskaņas ģeneratorus var iedalīt divās kategorijās: viena ir ultraskaņas viļņu ģenerēšana ar elektriskiem līdzekļiem, bet otra ir ultraskaņas viļņu ģenerēšana ar mehāniskiem līdzekļiem. Elektriskās metodes ietver pjezoelektriskos, magnetostriktīvos un elektriskos veidus; mehāniskās metodes ietver garnizona flautas, šķidruma svilpes un gaisa plūsmas svilpes. Ultraskaņas viļņi, ko tie rada, atšķiras pēc frekvences, jaudas un skaņas raksturlielumiem, un tāpēc tiem ir atšķirīgs lietojums. Visbiežāk izmantotais ir pjezoelektriskais ultraskaņas ģenerators.
2. Pjezoelektriskā ultraskaņas ģeneratora darbības princips
Pjezoelektriskie ultraskaņas ģeneratori faktiski izmanto pjezoelektrisko kristālu rezonansi. Ultraskaņas ģeneratora iekšējā struktūra ir parādīta 1. attēlā. Tam ir divas pjezoelektriskās plāksnes un rezonanses plāksne. Kad uz tā diviem poliem tiek ievadīts impulsa signāls, kura frekvence ir vienāda ar pjezoelektriskās mikroshēmas dabisko svārstību frekvenci, pjezoelektriskā mikroshēma rezonēs un liks rezonanses plāksnei vibrēt, tādējādi radot ultraskaņas viļņus. Un otrādi, ja starp diviem elektrodiem netiek pielikts spriegums, kad rezonanses plāksne saņem ultraskaņas viļņus, tā nospiedīs pjezoelektrisko mikroshēmu, lai tā vibrētu, pārvēršot mehānisko enerģiju elektriskos signālos, un pēc tam tā kļūst par ultraskaņas uztvērēju.
3. Ultraskaņas diapazona meklētāja pamatprincips
Ultraskaņas raidītājs izstaro ultraskaņas viļņus noteiktā virzienā un sāk laika skaitīšanu vienlaikus ar emisijas laiku. Ultraskaņas viļņi izplatās gaisā un nekavējoties atgriežas, kad ceļā sastopaties ar šķēršļiem, un ultraskaņas uztvērējs pārtrauc laika noteikšanu uzreiz pēc atstaroto viļņu saņemšanas. Ultraskaņas viļņu izplatīšanās ātrums gaisā ir 340 m/s. Pēc taimera reģistrētā laika t var aprēķināt attālumu (s) starp emisijas punktu un šķērsli, proti: s=340t/2. Šī ir tā sauktā laika starpības diapazona noteikšanas metode.
Ultraskaņas attāluma mērīšanas princips ir izmantot zināmo ultraskaņas viļņu izplatīšanās ātrumu gaisā, lai izmērītu laiku, kas nepieciešams, lai skaņas viļņi saskartos ar šķēršļiem un atspoguļotos atpakaļ pēc to izstarošanas, kā arī aprēķinātu faktisko attālumu no emisijas punkta. uz šķērsli, pamatojoties uz laika starpību starp emisiju un uztveršanu. Var redzēt, ka ultraskaņas diapazona noteikšanas princips ir tāds pats kā radaram.
Diapazona formulu izsaka šādi: L=C×T
Formulā L ir izmērītais attāluma garums; C ir ultraskaņas viļņu izplatīšanās ātrums gaisā; T ir izmērītā attāluma izplatīšanās laika starpība (T ir puse no laika vērtības no pārraides līdz uztveršanai).
Ultraskaņas diapazona noteikšana galvenokārt tiek izmantota attāluma mērīšanai atpakaļgaitas atgādinājumos, būvlaukumos, rūpniecības objektos utt. Lai gan strāvas diapazona diapazons var sasniegt 100 metrus, mērījumu precizitāte var sasniegt tikai centimetrus.
Pateicoties vieglai virzienam ultraskaņas viļņu emisijai, labam virzienam, vieglai intensitātes kontrolei un bez tieša kontakta ar izmērīto objektu, tas ir ideāls līdzeklis šķidruma augstuma mērīšanai. Precīzā šķidruma līmeņa mērīšanā ir jāsasniedz milimetru līmeņa mērīšanas precizitāte, taču pašlaik vietējiem ultraskaņas diapazona mērīšanas ASIC ir tikai centimetru līmeņa mērījumu precizitāte. Analizējot ultraskaņas diapazona kļūdu cēloņus, uzlabojot mērījumu laika starpību līdz mikrosekundes līmenim un izmantojot LM92 temperatūras sensoru, lai kompensētu skaņas viļņu izplatīšanās ātrumu, mūsu izstrādātais augstas precizitātes ultraskaņas tālmērs var sasniegt milimetru līmeņa mērījumu precizitāti.
