Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2020-05-25 origine:Propulsé
Sur le marché industriel, les chipsets semi-conducteurs jouent un rôle énorme dans la transformation de l'équipement mécanique en équipement électromécanique ou purement électronique. Chaque segment de marché peut être décomposé en de nombreuses applications et les fabricants concevront des produits spécifiques pour chaque application.
La technologie échographique ou échographique est utilisée dans certains domaines civils, médicaux et militaires depuis plus de 100 ans. Presque tout le monde utilisera la technologie des échographies médicales au cours de sa vie. Cependant, son cas d'application le plus récent est la réalisation de l'automatisation dans les champs industriels et automobiles. Nous sommes surpris de voir que cette technologie a pris sa place dans une série d'applications vraiment diverses. Les caractéristiques non invasives (non corrosives) et sans contact de la technologie ultrasonique le rendent idéal pour les applications médicales, pharmaceutiques, militaires et d'usine.
Sur les marchés industriels et automobiles, la technologie à ultrasons peut être trouvée pour la mesure de la distance, la détection d'occupation, la détection de niveau, l'analyse de la composition, la mesure du débit, l'aide au stationnement, l'aide à l'atterrissage et l'assistance à l'ouverture du coffre. Les capteurs à ultrasons, également appelés transducteurs à ultrasons, peuvent opérer en dehors des fréquences que les humains ne peuvent pas entendre, et leurs fréquences de fonctionnement vont de 20 kHz à quelques mégahertz.
La plupart des transducteurs à ultrasons sont faits de matériaux piézoélectriques et lorsque des impulsions électriques sont appliquées, des vibrations mécaniques ou des ondes ultrasoniques sont générées. Certains transducteurs peuvent également transformer les vibrations mécaniques en énergie électrique. Les transducteurs sont à peu près divisés en trois types:
Après avoir traité le signal électrique reçu, vous pouvez obtenir plusieurs composants pertinents adaptés aux applications industrielles ou automobiles. L'un des composants les plus courants et les plus importants est le temps de vol à ultrasons (TOF), qui fait référence à l'estimation du temps aller-retour des ondes ultrasoniques émises par le transducteur de débitmètre à ultrasons pour la mesure du débit vers l'objet cible, puis réfléchie par le retour à partir des s'opposer au capteur. Il s'agit du principe de base de l'utilisation de la technologie ultrasonique dans les compteurs intelligents pour mesurer l'écoulement de l'eau, du gaz ou du chauffage (qu'il soit intrusif ou non intrusif), et présente des données de consommation aux consommateurs pour une facturation facile.
La mesure du débit est la quantification du liquide ou du flux de gaz (volume ou vitesse). L'unité de mesure est similaire aux litres / minute (ou secondes ou heures) ou les mètres carrés / seconde. La gamme de débitmètres est relativement large, des simples instruments publics à usage domestique (gaz / eau / chauffage) aux instruments industriels ou mélangeurs pour les liquides ou les gaz dangereux (pétrole, minier, traitement des eaux usées, peintures et produits chimiques, etc.). Structurellement, le débitmètre comprend une unité de capteur, une unité de mesure et une unité de contrôle / communication, dont chacune peut être divisée en mécanique ou électronique. La figure 1 compare les différents types de technologies de détection de débitmètre qui composent l'unité du capteur. Les débitmètres ultrasoniques présentent plusieurs avantages.
Figure 1: Comparaison des méthodes de détection de liquide ou de gaz
Transducteur de débitmètre à ultrasons utilisant le TOF ou le flux de mesure d'échographie en calculant la différence de temps (retard de propagation) des signaux échographiques transmis et reçus. Pour l'appliquer à la mesure du débit, les concepteurs utilisent une paire de transducteurs de type émetteur-récepteur identiques pour les exciter dans les directions en amont et en aval, respectivement. Lorsqu'ils se propagent dans une direction compatible avec l'écoulement du fluide, les ondes ultrasoniques se propagent plus rapidement, tandis que dans une direction opposée à l'écoulement du fluide, les ondes ultrasoniques se propagent plus lentement. Par conséquent, au moins une paire de transducteurs est nécessaire, mais certaines topologies utilisent plus de transducteurs.
La figure 2 montre un concept typique de détection d'écoulement à ultrasons, et le placement du transducteur dans le pipeline peut être sélectionné. Le choix du capteur ultrasonique dépend du type de milieu qui nécessite une mesure du débit. Généralement, la détection du liquide utilise des capteurs avec des fréquences plus élevées dans le spectre (> 1 MHz), tandis que les milieux gazeux utilisent des capteurs avec des fréquences plus basses (<500 kHz). De plus, la technologie ultrasonique utilisée pour la mesure du débit nécessite un chemin direct entre deux transducteurs, ce qui nécessite une conception minutieuse de construction mécanique du pipeline de fluide qui abrite le transducteur. La technologie à ultrasons ne fonctionne pas en présence de bulles, car les bulles peuvent provoquer une atténuation significative du signal échographique.
Figure 2: Exemples de topologies communes pour la détection ultrasonique des débitmètres et des emplacements d'installation dans les tuyaux
La figure 3 montre une conception de tuyauterie générique avec le transducteur placé en bas et un matériau réfléchissant pour s'assurer que le signal ultrasonique peut se propager entre les transducteurs (XDCR1 et XDCR2 sur la figure).
Figure 3: Tube d'écoulement universel avec une paire de transducteurs installés
Lorsque ΔT est TOF, C est la vitesse du signal ultrasonique se propageant dans le milieu dans le pipeline, V est la vitesse d'écoulement, L est la longueur de propagation du pipeline, T12 est le temps de propagation en amont et T21 est le temps de propagation en aval . Il y a plusieurs façons de déterminer les informations TOF, mais toutes les méthodes doivent être en mesure de traiter la sortie du transducteur.Figure4 montre une sortie typique.
Figure 4: Réponse typique d'un transducteur à ultrasons lorsqu'il est excité électriquement
Le traitement de cette forme d'onde fournit les informations nécessaires pour résoudre les équations 1 et 2. Il existe plusieurs façons de traiter les formes d'onde, y compris la conversion temporelle (TDC), la détection de croisement zéro et la capture de forme d'onde. Chaque méthode présente des avantages et des inconvénients.
Les fournisseurs de puces utilisent diverses architectures pour résoudre les problèmes de mesure du débit ultrasoniques. Certains fabricants utilisent des composants analogiques discrets, suivis des processeurs numériques. D'autres fabricants ont essayé d'intégrer des composants analogiques dans des processeurs numériques pour former une solution à puce unique. Dans la méthode de capture de forme d'onde, un circuit analogique rapide est utilisé pour capturer l'intégralité du signal ultrasonique, puis un convertisseur analogique-numérique est utilisé pour convertir le signal analogique en un signal numérique, puis l'algorithme de traitement du signal numérique peut obtenir du TOF informations.
Les fournisseurs de puces utilisent diverses architectures pour résoudre les problèmes de mesure du débit ultrasoniques. Certains fabricants utilisent des composants analogiques discrets du transducteur ultrasonore de 100 kHz, suivis des processeurs numériques. D'autres fabricants ont essayé d'intégrer des composants analogiques dans des processeurs numériques pour former une solution à puce unique. Dans la méthode de capture de forme d'onde, un circuit analogique rapide est utilisé pour capturer l'intégralité du signal ultrasonique, puis un convertisseur analogique-numérique est utilisé pour convertir le signal analogique en un signal numérique, puis l'algorithme de traitement du signal numérique peut obtenir du TOF informations.
En raison des améliorations techniques des transducteurs à ultrasons, ce qui les rend moins chers, plus précis, de taille plus petite et omniprésents, la technologie ultrasonique a été largement utilisée dans la mesure du débit. Le circuit analogique intégré avancé facilite la capture et le traitement de la forme d'onde du transducteur à ultrasons en temps réel, obtenant ainsi des informations TOF précises. De plus, le débitmètre à ultrasons est plus précis, de plus petite taille et n'a pas de pièces mobiles, ce qui en fait un excellent choix pour les fabricants de remplacer les débitmètres mécaniques. Cependant, les fabricants doivent encore comprendre soigneusement la conception de la tuyauterie et l'installation et le positionnement des transducteurs pour s'assurer que tous les avantages de la technologie ultrasonique sont entièrement utilisés dans la mesure du débit.
