Analyse principale du capteur ultrasonique

Principe du générateur à ultrasons piézoélectriques

Le générateur à ultrasons piézoélectrique utilise en fait la résonance du cristal piézoélectrique pour fonctionner. La structure interne du générateur à ultrasons est montrée. Il a deux tranches piézoélectriques et une plaque de résonance. Lorsqu'un signal d'impulsion est appliqué à ses deux pôles, dont la fréquence est égale à la fréquence d'oscillation naturelle de la tranche piézoélectrique, la tranche piézoélectrique résonne et entraînera la plaque de résonance pour vibrer pour générer des ondes ultrasoniques. Au contraire, si aucune tension n'est appliquée entre les deux électrodes, lorsque la plaque de résonance reçoit des ondes ultrasoniques, il appuiera la puce piézoélectrique pour vibrer et convertir l'énergie mécanique en signaux électriques. Ensuite, il devient un récepteur à ultrasons.

Principe deultrasons transducteur pourdissue

L'émetteur à ultrasons émet des ondes ultrasoniques dans une certaine direction et commence à calendrier en même temps que le temps de transmission. Les ondes ultrasoniques se propagent dans l'air et reviennent immédiatement lorsqu'ils rencontrent des obstacles sur le chemin. Le récepteur à ultrasons arrête le timing immédiatement après avoir reçu les vagues réfléchies. La vitesse de propagation des ondes ultrasoniques dans l'air est de 340 m / s. Selon le temps t enregistré par la minuterie, la ou les distance (s) entre le point de lancement et l'obstacle peuvent être calculées, à savoir: S = 340T / 2. Il s'agit de la soi-disant méthode de trébaine.

Le principe deCapteur ultrasoniqueest d'utiliser la vitesse de propagation connue des ondes ultrasoniques dans l'air pour mesurer le temps où l'onde sonore rencontre des obstacles et se refléter après la transmission, et calculer la distance réelle du point de transmission de l'obstacle en fonction du décalage horaire entre la transmission et la réception . On peut voir que le principe de la variation des ultrasons est le même que celui du radar.

La formule du capteur de télévision est exprimée comme: l = c & times; T où l est la longueur de distance mesurée; C est la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques dans l'air; T est la différence de temps de la propagation de distance mesurée (t est la moitié de la valeur du temps de l'émission à la réception).

Le capteur de mesure de distance à ultrasons est principalement utilisé pour la mesure de la distance dans les rappels d'inversion, les sites de construction, les sites industriels, etc. Bien que la plage de mesure de distance actuelle puisse atteindre 100 mètres, la précision de mesure ne peut atteindre que l'ordre des centimètres.

En raison des avantages d'une émission directionnelle facile, d'une bonne directivité, d'un contrôle facile de l'intensité et d'un contact direct avec l'objet mesuré, il s'agit d'une méthode idéale pour la mesure de la hauteur du liquide. Il est nécessaire d'atteindre la précision de mesure au niveau des millimètres dans une mesure précise du niveau de liquide, mais les circuits intégrés ultrasoniques nationaux actuels sont uniquement une précision de mesure au niveau des centimètres. En analysant les causes de l'erreur de variation ultrasonique, en améliorant le décalage horaire de mesure au niveau de la microseconde et en utilisant le capteur de température LM92 pour compenser la vitesse de propagation des ondes sono .

Analyse des erreurs du capteur de tâtais à ultrasons

Selon la formule de mesure de la distance à ultrasons L = C & Times; t, on peut savoir que l'erreur de mesure de la distance est causée par l'erreur de vitesse de propagation par ultrasons et l'erreur de temps de propagation de la distance de mesure.

erreur de temps

Lorsque l'erreur de mesure de la distance doit être inférieure à 1 mm, supposons que la vitesse ultrasonique connue C = 344 m / s (20 ℃ température ambiante) et ignorez l'erreur de propagation de la vitesse du son. L'erreur de télévision s △ t <(0,001 / 344) ≈0,000002907s est de 2,907 ms.

Sous la prémisse que la vitesse de propagation de l'onde à ultrasons est exacte, tant que la précision de la différence horaire de propagation de la distance mesurée atteint le niveau de microseconde, il peut garantir que l'erreur de télévision est inférieure à 1 mm. La minuterie à monte à puce 89C51 utilisant un cristal de 12 MHz car la référence d'horloge peut facilement compter sur une précision de 1 μs, donc le système adopte la minuterie 89C51 pour s'assurer que l'erreur de temps se situe dans la plage de mesure de 1 mm.

Erreur de vitesse de propagation à ultrasons

La vitesse de propagation des vagues ultrasoniquesultrasonic transducteur capteurest affecté par la densité de l'air. Plus la densité de l'air est élevée, plus la vitesse de propagation des ondes ultrasoniques est rapide et la densité de l'air a une relation étroite avec la température, comme le montre le tableau 1.

La relation entre la vitesse et la température à ultrasons est connue comme suit:

Dans la formule: R - Le rapport de la capacité thermique d'un gaz à une pression constante à une capacité thermique à un volume constant, qui est de 1,40 pour l'air,

R - La constante universelle du gaz, 8,314 kg · mol-1 · k-1,

M - poids moléculaire, air est de 28,8 et fois; 10-3 kg · mol-1,

T - température absolute, 273K + T ℃.

La formule approximative est: C = C0 + 0,607 & Times; t ℃

Où: C0 est la vitesse de l'onde sonore à zéro degrés 332 m / s;

T est la température réelle (℃).

Lorsque la précision ultrasonique de variation est nécessaire pour atteindre 1 mm, la température ambiante de la propagation par ultrasons doit être prise en considération. Par exemple, lorsque la température est de 0 ° C, la vitesse ultrasonique est de 332 m / s, et à 30 ° C, elle est de 350 m / s, et le changement de vitesse à ultrasons causé par le changement de température est de 18 m / s. Si l'ultrasons est utilisé pour mesurer une distance de 100 m à une vitesse sonore de 0 ° C dans un environnement de 30 ° C, l'erreur de mesure atteindra 5 m et l'erreur de mesure de 1 m atteindra 5 mm.

Précautions d'emploi:

1. Étant donné que l'échographie est grandement affectée par les conditions environnementales et climatiques, il est préférable de l'utiliser lorsque le temps est clair.

2 provoquer plusieurs réflexions. Précision de mesure.

3. Étant donné que l'angle d'onde de l'onde à ultrasons est relativement grand, veuillez faire attention à ne pas avoir d'objets (tels que des ordinateurs de bureau, etc.) autour de l'extrémité avant de l'instrument pendant la mesure. LorsquePVDFhoidsultrasonictransducteur Mesure dans une position fixe, l'extrémité avant de l'instrument doit faire saillie de la surface où l'objet est placé (par exemple, en saillant d'un point à l'extérieur du bureau).

4. Veuillez garder l'instrument à angle droit à la surface de l'objet à mesurer lors de la mesure et garder l'instrument lui-même horizontal ou vertical autant que possible.

5. Lorsqu'il utilise le télémètre Ultrasonic en été, s'il est portable de mesure, il est préférable de ne pas le maintenir dans votre main pendant trop longtemps, afin de ne pas provoquer la surchauffe de l'instrument et affecter son fonctionnement normal.