Pagrindiniai ultragarsinio nuotolio ieškiklio principai
1. Ultragarsinis generatorius
Siekiant ištirti ir panaudoti ultragarso bangas, buvo suprojektuota ir pagaminta daug ultragarsinių generatorių. Paprastai tariant, ultragarso generatorius galima suskirstyti į dvi kategorijas: viena – generuoti ultragarso bangas elektrinėmis priemonėmis, o kita – generuoti ultragarso bangas mechaninėmis priemonėmis. Elektriniai metodai apima pjezoelektrinius, magnetostrikcinius ir elektrinius tipus; mechaniniai metodai apima garnizono fleitą, skysčio švilpuką ir oro srauto švilpuką. Jų generuojamos ultragarso bangos skiriasi dažniu, galia ir garso charakteristikomis, todėl jų paskirtis skiriasi. Dažniausiai naudojamas pjezoelektrinis ultragarsinis generatorius.
2. Pjezoelektrinio ultragarsinio generatoriaus principas
Pjezoelektriniai ultragarsiniai generatoriai iš tikrųjų naudoja pjezoelektrinių kristalų rezonansą. Ultragarsinio generatoriaus vidinė struktūra parodyta 1 pav. Jame yra dvi pjezoelektrinės plokštelės ir rezonansinė plokštė. Kai į du jo polius nukreipiamas impulsinis signalas, kurio dažnis yra lygus pjezoelektrinės lusto natūralaus virpesių dažniui, pjezoelektrinis lustas rezonuos ir privers vibruoti rezonansinę plokštę, taip generuodamas ultragarso bangas. Ir atvirkščiai, jei tarp dviejų elektrodų netaikoma įtampa, kai rezonansinė plokštė gauna ultragarso bangas, ji paspaus pjezoelektrinį lustą, kad vibruotų, mechaninę energiją paversdama elektriniais signalais ir tada taps ultragarso imtuvu.
3. Pagrindinis ultragarsinio nuotolio matuoklio principas
Ultragarsinis siųstuvas skleidžia ultragarso bangas tam tikra kryptimi ir pradeda skaičiuoti laiką tuo pačiu metu kaip ir emisijos laikas. Ultragarso bangos sklinda ore, o pakeliui susidūrus su kliūtimis iš karto grįžta atgal, o gavęs atsispindėjusias bangas ultragarso imtuvas sustabdo laiko matavimą iš karto. Ultragarso bangų sklidimo greitis ore yra 340 m/s. Pagal laikmačio užfiksuotą laiką t galima apskaičiuoti atstumą (s) tarp emisijos taško ir kliūties, būtent: s=340t/2. Tai vadinamasis laiko skirtumo matavimo metodas.
Ultragarsinio atstumo matavimo principas yra naudoti žinomą ultragarso bangų sklidimo ore greitį, kad būtų galima išmatuoti laiką, per kurį garso bangos susidurs su kliūtimis ir atsispindi po jų išskleidimo, ir apskaičiuoti tikrąjį atstumą nuo spinduliavimo taško. iki kliūties, remiantis laiko skirtumu tarp emisijos ir priėmimo. Matyti, kad ultragarsinio nuotolio nustatymo principas yra toks pat kaip ir radaro.
Diapazono formulė išreiškiama taip: L=C×T
Formulėje L yra išmatuotas atstumo ilgis; C – ultragarso bangų sklidimo ore greitis; T yra išmatuoto atstumo sklidimo laiko skirtumas (T yra pusė laiko vertės nuo perdavimo iki priėmimo).
Ultragarsinis nuotolio nustatymas daugiausia naudojamas atstumo matavimui, kai priminsime apie važiavimą atgal, statybvietėse, pramoninėse aikštelėse ir kt. Nors srovės diapazono diapazonas gali siekti 100 metrų, matavimo tikslumas gali siekti tik centimetrus.
Dėl lengvo kryptingo ultragarso bangų skleidimo, gero kryptingumo, lengvo intensyvumo valdymo ir tiesioginio kontakto su išmatuojamu objektu nėra privalumų, tai ideali priemonė skysčio aukščiui matuoti. Tiksliai matuojant skysčio lygį būtina pasiekti milimetro lygio matavimo tikslumą, tačiau šiuo metu buitiniai ultragarsiniai ASIC matavimo prietaisai turi tik centimetro lygio matavimo tikslumą. Analizuojant ultragarsinio nuotolio nustatymo klaidų priežastis, pagerinus matavimo laiko skirtumą iki mikrosekundžių lygio ir naudojant LM92 temperatūros jutiklį garso bangos sklidimo greičiui kompensuoti, mūsų sukurtas didelio tikslumo ultragarsinis tolimatis gali pasiekti milimetro lygio matavimo tikslumą.
