Основни принципи на ултразвуковия далекомер
1. Ултразвуков генератор
За да се изучават и използват ултразвукови вълни, са проектирани и произведени много ултразвукови генератори. Най-общо казано, ултразвуковите генератори могат да бъдат разделени на две категории: едната е за генериране на ултразвукови вълни чрез електрически средства, а другата е за генериране на ултразвукови вълни чрез механични средства. Електрическите методи включват пиезоелектрични, магнитострикционни и електрически видове; механичните методи включват гарнизонни флейти, течни свирки и свирки с въздушен поток. Генерираните от тях ултразвукови вълни се различават по честота, мощност и звукови характеристики и следователно имат различни приложения. Най-често използваният е пиезоелектричният ултразвуков генератор.
2. Принцип на пиезоелектричен ултразвуков генератор
Пиезоелектричните ултразвукови генератори всъщност използват резонанса на пиезоелектричните кристали, за да работят. Вътрешната структура на ултразвуковия генератор е показана на фигура 1. Той има две пиезоелектрични пластини и резонансна плоча. Когато към двата му полюса се приложи импулсен сигнал, чиято честота е равна на естествената честота на трептене на пиезоелектричния чип, пиезоелектричният чип ще резонира и ще задвижи резонансната плоча да вибрира, като по този начин ще генерира ултразвукови вълни. Обратно, ако не се приложи напрежение между двата електрода, когато резонансната плоча получи ултразвукови вълни, тя ще притисне пиезоелектричния чип, за да вибрира, преобразувайки механичната енергия в електрически сигнали и след това става ултразвуков приемник.
3. Основен принцип на ултразвуковия далекомер
Ултразвуковият предавател излъчва ултразвукови вълни в определена посока и започва да измерва времето едновременно с времето на излъчване. Ултразвуковите вълни се разпространяват във въздуха и се връщат незабавно, когато срещнат препятствия по пътя, а ултразвуковият приемник спира да измерва времето веднага след получаване на отразените вълни. Скоростта на разпространение на ултразвуковите вълни във въздуха е 340m/s. Според времето t, записано от таймера, може да се изчисли разстоянието (s) между точката на излъчване и препятствието, а именно: s=340t/2. Това е така нареченият метод за определяне на обхвата на времевата разлика.
Принципът на ултразвуковото измерване на разстоянието е да се използва известната скорост на разпространение на ултразвуковите вълни във въздуха, за да се измери времето, необходимо на звуковите вълни да срещнат препятствия и да се отразят обратно, след като бъдат излъчени, и да се изчисли действителното разстояние от точката на излъчване към препятствието въз основа на времевата разлика между излъчване и приемане. Може да се види, че принципът на ултразвуковото измерване е същият като този на радара.
Формулата за класиране се изразява като: L=C×T
Във формулата L е измерената дължина на разстоянието; C е скоростта на разпространение на ултразвукови вълни във въздуха; T е разликата във времето на измереното разпространение на разстоянието (T е половината от стойността на времето от предаване до приемане).
Ултразвуковото определяне на обхвата се използва главно за измерване на разстоянието при напомняния за обръщане, строителни обекти, индустриални обекти и др. Въпреки че текущият обхват на обхват може да достигне 100 метра, точността на измерване може да достигне само от порядъка на сантиметри.
Благодарение на предимствата на лесно насочено излъчване на ултразвукови вълни, добра насоченост, лесен контрол на интензитета и липса на директен контакт с измервания обект, той е идеално средство за измерване на височина на течности. При прецизно измерване на нивото на течността е необходимо да се постигне точност на измерване на ниво милиметър, но понастоящем домашните ултразвукови ASICs имат точност на измерване само на ниво сантиметър. Чрез анализиране на причините за ултразвукови грешки при определяне на обхвата, подобряване на разликата във времето на измерване до ниво микросекунда и използване на температурния сензор LM92 за компенсиране на скоростта на разпространение на звуковата вълна, високопрецизният ултразвуков далекомер, който проектирахме, може да постигне точност на измерване на ниво милиметър.
