Prinzipanalyse des Ultraschallbereichssensors

Prinzip des piezoelektrischen Ultraschallgenerators

Der piezoelektrische Ultraschallgenerator verwendet tatsächlich die Resonanz von piezoelektrischem Kristall. Die interne Struktur des Ultraschallgenerators wird gezeigt. Es hat zwei piezoelektrische Wafer und eine Resonanzplatte. Wenn ein Impulssignal auf seine beiden Pole angewendet wird, deren Frequenz der natürlichen Schwingungsfrequenz des piezoelektrischen Wafers entspricht, resoniert und treibt der piezoelektrische Wafer die Resonanzplatte mit einer Vibrat, um Ultraschallwellen zu erzeugen. Im Gegenteil, wenn keine Spannung zwischen den beiden Elektroden aufgetragen wird, wenn die Resonanzplatte Ultraschallwellen empfängt, wird der piezoelektrische Chip zum vibrieren und umwandeln, um die mechanische Energie in elektrische Signale umzuwandeln. Dann wird es ein Ultraschallempfänger.

Prinzip vonUltraschall tRansducer zumdISTANCE

Der Ultraschallsender emittiert Ultraschallwellen in eine bestimmte Richtung und beginnt gleichzeitig mit der Sendungszeit zu zielen. Die Ultraschallwellen verbreiten sich in der Luft aus und kehren sofort zurück, wenn sie auf Hindernisse stoßen. Der Ultraschallempfänger stoppt das Timing unmittelbar nach Erhalt der reflektierten Wellen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in der Luft beträgt 340 m/s. Gemäß der vom Timer aufgezeichneten Zeit t können die Entfernungen zwischen dem Startpunkt und dem Hindernis berechnet werden, nämlich: s = 340T/2. Dies ist die sogenannte Zeitdifferenzentfernungsmethode.

Das Prinzip vonUltraschallbereichssensorist die Verwendung der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in der Luft, um die Zeit zu messen, in der die Schallwelle auf Hindernisse trifft und nach der Übertragung die Rückseite reflektiert . Es ist ersichtlich, dass das Prinzip der Ultraschallabteilung das gleiche ist wie das von Radar.

Die Formel des Sensors wird ausgedrückt als: l = C & Times; T wo l die gemessene Abstandlänge ist; C ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in der Luft; T ist die zeitliche Differenz der gemessenen Abstandsausbreitung (t ist die Hälfte des Zeitwerts von der Emission bis zur Rezeption).

Der Ultraschallabstandsmesssensor wird hauptsächlich für die Entfernungsmessung bei Rückkehrerinnerungen, Baustellen, Industriestandorten usw. verwendet. Obwohl der Stromentfernungsmessbereich 100 Meter erreichen kann, kann die Messgenauigkeit nur die Reihenfolge der Zentimeter erreichen.

Aufgrund der Vorteile einer einfachen Richtungsemission, einer guten Direktivität, einer einfachen Kontrolle der Intensität und ohne direkten Kontakt mit dem gemessenen Objekt ist es eine ideale Methode für die Messung der Flüssigkeitshöhe. Es ist notwendig, die Messgenauigkeit auf Millimeterebene bei der präzisen Messung des Flüssigkeitsniveaus zu erreichen. Die aktuelle inländische Ultraschall-Sonderintegrationsschaltkreise sind jedoch nur die Genauigkeit der Messgenauigkeit auf Zentimeterebene. Durch die Analyse der Ursachen des Ultraschallbereichsfehlers, der Verbesserung des Messzeitunterschieds im Mikrosekundenstand und der Verwendung des LM92-Temperatursensors, um die Schallwellenausbreitungsgeschwindigkeit zu kompensieren .

Fehleranalyse des Ultraschallbereichssensors

Gemäß der Ultraschallabstandsmessformel L = C & Times; t kann bekannt sein, dass der Abstandsmessfehler durch den Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeitsfehler und den Messentfernungsausbreitungsfehler verursacht wird.

Zeitfehler

Wenn der Entfernungsmessfehler weniger als 1 mm betragen muss, gehen Sie davon aus, dass die bekannte Ultraschallgeschwindigkeit C = 344 m/s (20 ℃ Raumtemperatur) und den Ausbreitungsfehler der Schallgeschwindigkeit ignorieren. Der Rangerfehler S △ T <(0,001/344) ~ 0,000002907S beträgt 2,907 ms.

Unter der Prämisse, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwelle genau ist, solange die Genauigkeit der Ausbreitungszeitdifferenz des gemessenen Abstands den Mikrosekundenstand erreicht, kann sichergestellt werden, dass der Abstiegsfehler weniger als 1 mm beträgt. Der 89C51-Single-Chip-Timer unter Verwendung eines 12-MHz-Kristalls als Taktreferenz kann leicht zu einer Genauigkeit von 1 μs zählen, sodass das System den 89C51-Timer übernimmt, um sicherzustellen, dass der Zeitfehler innerhalb des Messbereichs von 1 mm liegt.

Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeitsfehler

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellenultrasonisch Wandler Sensorwird durch die Luftdichte betroffen. Je höher die Luftdichte, desto schneller hat die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen und die Luftdichte eine enge Beziehung zur Temperatur, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Die Beziehung zwischen Ultraschallgeschwindigkeit und Temperatur ist wie folgt bekannt:

In der Formel: R - das Verhältnis der Wärmekapazität eines Gases bei konstantem Druck zu einer Wärmekapazität in einem konstanten Volumen, das 1,40 für Luft beträgt, ist

R-die universelle Gaskonstante, 8,314 kg · mol-1 · k-1,

M-Gas Molekulargewicht, Luft beträgt 28,8 & mal; 10-3 kg · mol-1,

T—Absolute Temperatur, 273K+T ℃.

Die ungefähre Formel lautet: C = C0+0,607 & mal; t ℃

Wo: C0 ist die Schallwellengeschwindigkeit bei null Grad 332 m/s;

T ist die tatsächliche Temperatur (℃).

Wenn die Ultraschallablaufgenauigkeit erforderlich ist, um 1 mm zu erreichen, muss die Umgebungstemperatur der Ultraschallausbreitung berücksichtigt werden. Wenn die Temperatur beispielsweise 0 ° C beträgt, beträgt die Ultraschallgeschwindigkeit 332 m/s und bei 30 ° C 350 m/s und die durch die Temperaturänderung verursachte Änderung der Ultraschallgeschwindigkeit 18 m/s. Wenn der Ultraschall verwendet wird, um einen Abstand von 100 m bei einer Schallgeschwindigkeit von 0 ° C in einer Umgebung von 30 ° C zu messen, erreicht der Messfehler 5 m und der Messfehler von 1 m erreicht 5 mm.

Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung:

1. Da Ultraschall stark von Umwelt- und Klimabedingungen betroffen ist, ist es am besten, ihn zu verwenden, wenn das Wetter klar ist.

2. Ultrasonic RangeFinder berechnet den Abstand basierend auf dem Prinzip der Zeit, in der das Instrument emittiert und die reflektierte Welle des gemessenen Objekts empfängt. Achten Sie daher darauf, dass andere Objekte im Raum des gemessenen Abstands bei der Verwendung vermieden werden, sonst wird es sich mehrere Reflexionen verursachen. Meßgenauigkeit.

3. Da der Wellenwinkel der Ultraschallwelle relativ groß ist, achten Sie bitte darauf, dass Objekte (wie Desktops usw.) am vorderen Ende des Instruments während der Messung nicht auftreten. WannPVDFhOussingultrasonischtRansducer Messt in einer festen Position das vordere Ende des Instruments von der Oberfläche, auf der das Objekt platziert wird (z. B. von einem Punkt außerhalb des Desktops hervorzuheben).

4. Bitte halten Sie das Instrument rechtwinklig an der Oberfläche des Objekts, das beim Messen gemessen werden soll, und halten Sie das Instrument selbst so weit wie möglich horizontal oder vertikal.

5. Wenn es den Ultraschall im Sommer verwendet, ist es am besten, ihn nicht zu lange in der Hand zu halten, um das Instrument nicht zu überhitzen und seinen normalen Betrieb zu beeinflussen.