Ultraheli kauguseotsija põhiprintsiibid
1. Ultraheli generaator
Ultrahelilainete uurimiseks ja kasutamiseks on projekteeritud ja toodetud palju ultraheligeneraatoreid. Üldiselt võib ultraheligeneraatorid jagada kahte kategooriasse: üks on ultrahelilainete genereerimine elektriliste vahenditega ja teine on ultrahelilainete genereerimine mehaaniliste vahenditega. Elektrilised meetodid hõlmavad piesoelektrilisi, magnetostriktiivseid ja elektrilisi tüüpe; mehaaniliste meetodite hulka kuuluvad garnisoni flöödid, vedelikuviled ja õhuvoolu viled. Nende tekitatud ultrahelilained erinevad sageduse, võimsuse ja heliomaduste poolest ning seetõttu on neil erinev kasutus. Kõige sagedamini kasutatav on piesoelektriline ultraheligeneraator.
2. Piesoelektrilise ultraheli generaatori põhimõte
Piesoelektrilised ultraheligeneraatorid kasutavad tegelikult töötamiseks piesoelektriliste kristallide resonantsi. Ultraheligeneraatori sisemine struktuur on näidatud joonisel 1. Sellel on kaks piesoelektrilist vahvlit ja resonantsplaat. Kui selle kahele poolusele rakendatakse impulsssignaali, mille sagedus on võrdne piesoelektrilise kiibi loomuliku võnkesagedusega, resoneerib piesoelektriline kiip ja paneb resonantsplaadi vibreerima, tekitades seega ultrahelilaineid. Vastupidiselt, kui kahe elektroodi vahel ei rakendata pinget, siis kui resonantsplaat võtab vastu ultrahelilaineid, surub see piesoelektrilist kiipi vibreerima, muutes mehaanilise energia elektrilisteks signaalideks ja seejärel muutub see ultraheli vastuvõtjaks.
3. Ultraheli kaugusmõõtja põhiprintsiip
Ultrahelisaatja kiirgab ultrahelilaineid kindlas suunas ja alustab ajastust samaaegselt emissiooniajaga. Ultrahelilained levivad õhus ja pöörduvad teel takistustega kokku puutudes kohe tagasi ning ultrahelivastuvõtja peatab ajavõtu kohe pärast peegeldunud lainete vastuvõtmist. Ultrahelilainete levimiskiirus õhus on 340 m/s. Taimeri salvestatud aja t järgi saab arvutada emissioonipunkti ja takistuse vahelise kauguse (s), nimelt: s=340t/2. See on niinimetatud ajavahe mõõtmise meetod.
Ultraheli kauguse mõõtmise põhimõte on kasutada ultrahelilainete teadaolevat levimiskiirust õhus, et mõõta aega, mis kulub helilainetel takistustega kokku puutumiseks ja tagasipeegeldumiseks pärast nende väljastamist, ning arvutada tegelik kaugus emissioonipunktist. takistusele emissiooni ja vastuvõtu ajavahe alusel. On näha, et ultraheli kauguse määramise põhimõte on sama, mis radaril.
Vahemiku valem on väljendatud järgmiselt: L=C×T
Valemis on L mõõdetud vahemaa pikkus; C on ultrahelilainete levimiskiirus õhus; T on mõõdetud kauguse levimise ajavahe (T on pool edastusest vastuvõtmiseni kuluvast ajaväärtusest).
Ultraheli mõõtmist kasutatakse peamiselt ümberpööramise meeldetuletuste, ehitusplatside, tööstusobjektide jms kauguse mõõtmiseks. Kuigi praegune ulatuse ulatus võib ulatuda 100 meetrini, võib mõõtmise täpsus ulatuda vaid sentimeetrini.
Tänu ultrahelilainete lihtsale suunatud emissioonile, heale suunatavusele, lihtsale intensiivsuse juhtimisele ja mõõdetava objektiga otsese kontakti puudumisele on see ideaalne vahend vedeliku kõrguse mõõtmiseks. Vedeliku taseme täpsel mõõtmisel on vaja saavutada millimeetri taseme mõõtmise täpsus, kuid praegu on kodumaistel ultraheli ulatuse määramise ASIC-idel ainult sentimeetrise taseme mõõtmise täpsus. Analüüsides ultraheli kauguse määramise vigade põhjuseid, parandades mõõtmisaja erinevust mikrosekundi tasemele ja kasutades LM92 temperatuuriandurit helilainete levimiskiiruse kompenseerimiseks, saab meie konstrueeritud ülitäpse ultraheli kaugusmõõtja saavutada millimeetri tasemel mõõtmise täpsuse.
