Número Browse:0 Autor:editor do site Publicar Time: 2020-05-25 Origem:alimentado
No mercado industrial, os chipsets de semicondutores desempenham um papel enorme na transformação de equipamentos mecânicos para equipamentos eletromecânicos ou puramente eletrônicos. Cada segmento de mercado pode ser dividido em muitas aplicações, e os fabricantes projetam produtos específicos para cada aplicação.
A ultra-som ou a tecnologia de ultrassonografia tem sido usada em alguns campos civis, médicos e militares por mais de 100 anos. Quase todo mundo usará a tecnologia de ultrassonografia médica em sua vida. No entanto, seu caso de inscrição mais recente é a realização da automação nos campos industriais e automotivos. Estamos surpresos ao ver que esta tecnologia tomou seu lugar em uma série de aplicativos verdadeiramente diversos. As características não invasivas (não corrosivas) e não-contato da tecnologia ultra-sônica tornam ideal para aplicações médicas, farmacêuticas, militares e de fábrica.
Nos mercados industrial e automotivo, a tecnologia ultra-sônica pode ser encontrada para medição à distância, detecção de ocupação, detecção de nível, análise de composição, medição de caudal, assistência de estacionamento, assistência de pouso e assistência de abertura do tronco. Sensores ultra-sônicos, também conhecidos como transdutores ultrassônicos, podem operar fora das frequências que os humanos não podem ouvir, e suas freqüências operacionais variam de 20 kHz a alguns megahertz.
A maioria dos transdutores ultra-sônicos é feita de materiais piezoelétricos, e quando os pulsos elétricos são aplicados, vibrações mecânicas ou ondas ultrassônicas são geradas. Alguns transdutores também podem converter a vibração mecânica de volta à energia elétrica. Os transdutores são divididos em três tipos:
Depois de processar o sinal elétrico recebido, você pode obter vários componentes relevantes adequados para aplicativos industriais ou automotivos. Um dos componentes mais comuns e importantes é a época ultra-sônica (TOF), que se refere à estimativa de tempo de ida e volta de ondas ultra-sônicas emitidas do transdutor de vazão ultra-sônico para medição de fluxo para o objeto alvo e, em seguida, refletido de volta do objeto para o sensor. Este é o princípio básico de usar a tecnologia ultra-sônica em medidores inteligentes para medir o fluxo de água, gás ou aquecimento (seja intrusivo ou não intrusivo), e presentes dados de consumo para os consumidores para facilitar o faturamento.
A medição de fluxo é a quantificação de líquido ou fluxo de gás (volume ou velocidade). A unidade de medição é semelhante a litros / minuto (ou segundos ou horas) ou metros quadrados / segundo. A gama de medidores é relativamente larga, desde instrumentos públicos simples para uso doméstico (gás / água / aquecimento) a instrumentos industriais ou misturadores para líquidos ou gases perigosos (óleo, mineração, tratamento de águas residuárias, tintas e produtos químicos, etc.). Estruturalmente, o medidor de vazão inclui uma unidade sensor, uma unidade de medição e uma unidade de controle / comunicação, cada uma das quais pode ser dividida em mecânica ou eletrônica. A Figura 1 compara os diferentes tipos de tecnologias de detecção do medidor de vazão que compõem a unidade do sensor. Os medidores de fluxo ultra-sônico têm várias vantagens.
Figura 1: Comparação de métodos de detecção de fluxo líquido ou gás
Transdutor de vazão ultra-sônico usando o fluxo de medida de ultrassonografia, calculando a diferença de tempo (atraso de propagação) dos sinais de ultra-som transmitidos e recebidos. Para aplicá-lo à medição de fluxo, os designers usam um par de transdutores de tipo de transceptor idênticos para excitá-los nas direções a montante e a jusante, respectivamente. Ao se propagar em uma direção consistente com o fluxo fluido, as ondas ultra-sônicas se propagam mais rápido, enquanto em uma direção oposta ao fluxo de fluido, ondas ultra-sônicas se propagam mais lentas. Portanto, pelo menos um par de transdutores é necessário, mas algumas topologias usam mais transdutores.
A Figura 2 mostra um conceito típico de detecção de fluxo ultra-sônico, e a colocação do transdutor no pipeline pode ser selecionada. A escolha do sensor ultra-sônico depende do tipo de meio que requer a medição da taxa de fluxo. Geralmente, a sensação de líquido usa sensores com frequências mais altas no espectro (> 1 MHz), enquanto a mídia gasosa usa sensores com frequências mais baixas (<500 kHz). Além disso, a tecnologia ultra-sônica usada para medição de fluxo requer um caminho direto entre quaisquer dois transdutores, que requer um design de construção mecânica cuidadoso do gasoduto de fluido que abriga o transdutor. A tecnologia ultra-sônica não funciona na presença de bolhas, porque as bolhas podem causar atenuação significativa do sinal de ultra-som.
Figura 2: Exemplos de topologias comuns para detecção ultra-sônica de medidores de vazão e localizações de instalação em tubos
A Figura 3 mostra um design genérico de tubulação com o transdutor colocado no material inferior e reflexivo para garantir que o sinal ultrassônico possa se propagar entre os transdutores (XDCR1 e XDCR2 na figura).
Figura 3: Tubo de fluxo universal com um par de transdutores instalados
Onde ΔT é TOF, C é a velocidade do sinal ultrassônico propagando-se no meio no pipeline, v é a velocidade do fluxo, l é o comprimento de propagação do pipeline, T12 é o tempo de propagação a montante e o T21 é o tempo de propagação a jusante. Há várias maneiras de determinar informações de TOF, mas todos os métodos precisam ser capazes de processar a saída do transdutor.figure4 mostra uma saída típica.
Figura 4: Resposta típica de um transdutor ultra-sônico quando é eletricamente animado
O processamento desta forma de onda fornece as informações necessárias para resolver as equações 1 e 2. Existem várias maneiras de processar formas de onda, incluindo conversão de tempo para digital (TDC), detecção de zero e captura de forma de onda. Cada método tem vantagens e desvantagens.
Os fornecedores de chip usam várias arquiteturas para resolver problemas de medição de fluxo ultra-sônico. Alguns fabricantes usam componentes analógicos discretos, seguidos por processadores digitais. Outros fabricantes tentaram integrar componentes analógicos em processadores digitais para formar uma solução de chips único. No método de captura de forma de onda, um circuito analógico rápido é usado para capturar todo o sinal ultrassônico e, em seguida, um conversor analógico para digital é usado para converter o sinal analógico para um sinal digital e, em seguida, o algoritmo de processamento de sinal digital pode obter TOF em formação.
Os fornecedores de chip usam várias arquiteturas para resolver problemas de medição de fluxo ultra-sônico. Alguns fabricantes usam componentes analógicos discretos do transdutor ultra-sônico de 100kHz, seguidos por processadores digitais. Outros fabricantes tentaram integrar componentes analógicos em processadores digitais para formar uma solução de chips único. No método de captura de forma de onda, um circuito analógico rápido é usado para capturar todo o sinal ultrassônico e, em seguida, um conversor analógico para digital é usado para converter o sinal analógico para um sinal digital e, em seguida, o algoritmo de processamento de sinal digital pode obter TOF em formação.
Devido às melhorias técnicas de transdutores ultra-sônicos, tornando-os mais baratos, mais precisos, menores em tamanho, e tecnologia ubíqua e ultrassônica tem sido amplamente utilizada na medição de fluxo. O avançado circuito analógico integrado facilita a captura e processa a forma de onda do transdutor ultra-sônico em tempo real, obtendo informações precisas de TOF. Além disso, o medidor de vazão ultra-sônico é mais preciso, menor em tamanho, e não tem partes móveis, tornando-se uma excelente escolha para os fabricantes substituir os medidores mecânicos. No entanto, os fabricantes ainda precisam entender cuidadosamente a instalação do design e transdutor de tubulação e posicionamento para garantir que todas as vantagens da tecnologia ultra-sônica sejam totalmente utilizadas na medição do fluxo.
