Princípio Análise do sensor de distância ultra-sônica

Princípio do gerador ultra-sônico piezoelétrico

O gerador ultra-sônico piezoelétrico realmente usa a ressonância do cristal piezoelétrico para o trabalho. A estrutura interna do gerador ultra-sônico é mostrada. Tem duas bolachas piezoelétricas e uma placa de ressonância. Quando um sinal de pulso é aplicado aos seus dois postes, cuja freqüência é igual à frequência de oscilação natural da bolacha piezoelétrica, a bolacha piezoelétrica ressoará e conduzirá a placa de ressonância para vibrar para gerar ondas ultrassônicas. Pelo contrário, se nenhuma tensão for aplicada entre os dois eletrodos, quando a placa de ressonância recebe ondas ultra-sônicas, ele pressionará o chip piezoelétrico para vibrar e converter a energia mecânica em sinais elétricos. Então se torna um receptor ultrassônico.

Princípio daT. ultra-sônicoRansducer. paradIstance

O transmissor ultrassônico emite ondas ultra-sônicas em uma determinada direção e inicia o tempo ao mesmo tempo que o tempo de transmissão. As ondas ultra-sônicas se propagam no ar e retornam imediatamente quando encontram obstáculos no caminho. O receptor ultrassônico pára o tempo imediatamente após ter recebido as ondas refletidas. A velocidade de propagação das ondas ultra-sônicas no ar é de 340m / s. De acordo com o tempo t gravado pelo temporizador, a (s) distância (s) entre o ponto de lançamento e o obstáculo podem ser calculadas, nomeadamente: S = 340T / 2. Este é o chamado método de diferença de tempo.

O princípio desensor de variação ultra-sônicaé usar a velocidade de propagação conhecida de ondas ultra-sônicas no ar para medir o tempo em que a onda sonora encontra obstáculos e refletir de volta após a transmissão, e calcular a distância real do ponto de transmissão para o obstáculo com base na diferença horária entre a transmissão e a recepção entre a transmissão e a recepção. . Pode-se ver que o princípio do variamento ultrassônico é o mesmo que o do radar.

A fórmula do sensor de alcance é expressa como: L = C & Times; T onde l é o comprimento de distância medido; C é a velocidade de propagação das ondas ultra-sônicas no ar; T é a diferença horária da propagação de distância medida (t é metade do valor do tempo da emissão para a recepção).

O sensor de medição de distância ultra-sônica é usado principalmente para medição de distância em lembretes de inversão, canteiro de obras, locais industriais, etc. Embora a faixa de medição de distância atual possa atingir 100 metros, a precisão de medição só pode atingir a ordem de centímetros.

Por causa das vantagens de fácil emissão direcional, boa directividade, controle fácil de intensidade, e nenhum contato direto com o objeto medido, é um método ideal para medição de altura líquida. É necessário atingir a precisão de medição de nível de milímetro na medição precisa de nível de líquido, mas os circuitos integrados especiais de ultra-sônicos nacionais atuais são apenas precisão de medição de nível centímetro. Ao analisar as causas do erro de distância ultra-sônica, melhorando a diferença de tempo de medição para o nível microssegundo, e usando o sensor de temperatura LM92 para compensar a velocidade de propagação da onda sonora, o localizador de alcance ultra-sônico de alta precisão que projetamos pode atingir a precisão de medição de nível de milímetro .

Análise de erro do sensor de distância ultra-sônica

De acordo com a fórmula de medição de distância ultra-sônica l = C & Times; t, pode-se saber que o erro de medição de distância é causado pelo erro de velocidade de propagação ultra-sônica e o erro de tempo de propagação de distância de medição.

Erro de tempo

Quando o erro de medição de distância é necessário para ser inferior a 1mm, suponha que a velocidade ultra-sônica conhecida c = 344m / s (temperatura ambiente 20 ℃) ​​e ignore o erro de propagação da velocidade do som. O erro de distância S △ T <(0,001 / 344) ≈0.000002907S é de 2,907ms.

Sob a premissa de que a velocidade de propagação da onda ultra-sônica é precisa, desde que a precisão da diferença de tempo de propagação da distância medida atinja o nível microssegundo, ele pode garantir que o erro que fama seja menor que 1mm. O temporizador único de 89C51 usando um cristal de 12MHz à medida que a referência do relógio pode facilmente contar para uma precisão de 1μs, portanto, o sistema adota o temporizador 89C51 para garantir que o erro de tempo esteja dentro da faixa de medição de 1mm.

Erro de velocidade de propagação ultra-sônica

A velocidade de propagação de ondas ultra-sônicasultrasonic. transdutor. sensoré afetado pela densidade do ar. Quanto maior a densidade do ar, mais rápida a velocidade de propagação das ondas ultra-sônicas, e a densidade do ar tem uma relação próxima com a temperatura, como mostrado na Tabela 1.

A relação entre velocidade ultra-sônica e temperatura é conhecida da seguinte forma:

Na fórmula: R - a proporção da capacidade de calor de um gás a uma pressão constante a uma capacidade de calor em um volume constante, que é 1,40 para o ar,

R - a constante universal de gás, 8.314kg · mol-1 · k-1,

Peso molecular de gás m, o ar é 28,8 e horários; 10-3kg · mol-1,

T-Temperatura absoluta, 273k + t ℃.

A fórmula aproximada é: c = C0 + 0,607 e horários; t ℃

Onde: C0 é a velocidade da onda sonora a zero graus 332m / s;

T é a temperatura real (℃).

Quando a precisão variadora ultra-sônica é necessária para atingir 1mm, a temperatura ambiente da propagação ultra-sônica deve ser levada em consideração. Por exemplo, quando a temperatura é de 0 ° C, a velocidade ultra-sônica é de 332m / s, e a 30 ° C é 350m / s, e a mudança de velocidade ultra-sônica causada pela mudança de temperatura é de 18m / s. Se o ultrassônico for usado para medir uma distância de 100m a uma velocidade de som de 0 ° C em um ambiente de 30 ° C, o erro de medição chegará a 5m, e o erro de medição de 1m chegará a 5mm.

Precauções para uso:

1. Como a ultra-som é muito afetada por condições ambientais e climáticas, é melhor usá-lo quando o tempo estiver claro.

2. O rangefinder ultra-sônico calcula a distância com base no princípio do momento em que o instrumento emite e recebe a onda refletida do objeto medido, por favor, preste atenção para evitar outros objetos no espaço da distância medida ao usá-lo, caso contrário, causar várias reflexões. Precisão de medição.

3. Como o ângulo de onda da onda ultra-sônica é relativamente grande, por favor, preste atenção para não ter objetos (como desktops, etc.) ao redor da frente do instrumento durante a medição. QuandoPvdf.hafazerultrasonic.tRansducer. está medindo em uma posição fixa, a extremidade frontal do instrumento deve ser saliente da superfície onde o objeto é colocado (por exemplo, saliente de um ponto fora do desktop).

4. Por favor, mantenha o instrumento em ângulos retos à superfície do objeto a ser medido ao medir e mantenha o próprio instrumento horizontal ou vertical, tanto quanto possível.

5. Quando estiver usando o rangefinder ultra-sônico no verão, se for medição de mão, é melhor não segurar em sua mão por muito tempo, para não causar superaquecimento e afetar sua operação normal.