Principios básicos del telémetro ultrasónico
1. Generador ultrasónico
Para estudiar y utilizar ondas ultrasónicas, se han diseñado y fabricado muchos generadores ultrasónicos. En términos generales, los generadores ultrasónicos se pueden dividir en dos categorías: uno es para generar ondas ultrasónicas por medios eléctricos y el otro es para generar ondas ultrasónicas por medios mecánicos. Los métodos eléctricos incluyen los tipos piezoeléctricos, magnetoestrictivos y eléctricos; Los métodos mecánicos incluyen flautas de guarnición, silbatos para líquidos y silbatos de flujo de aire. Las ondas ultrasónicas que generan varían en frecuencia, potencia y características sonoras y, por lo tanto, tienen diferentes usos. El más utilizado es el generador ultrasónico piezoeléctrico.
2. Principio del generador ultrasónico piezoeléctrico.
Los generadores ultrasónicos piezoeléctricos en realidad utilizan la resonancia de cristales piezoeléctricos para funcionar. La estructura interna del generador ultrasónico se muestra en la Figura 1. Tiene dos obleas piezoeléctricas y una placa de resonancia. Cuando se aplica una señal de pulso a sus dos polos, cuya frecuencia es igual a la frecuencia de oscilación natural del chip piezoeléctrico, el chip piezoeléctrico resonará e impulsará la vibración de la placa de resonancia, generando así ondas ultrasónicas. Por el contrario, si no se aplica voltaje entre los dos electrodos, cuando la placa resonante recibe ondas ultrasónicas, presionará el chip piezoeléctrico para que vibre, convirtiendo la energía mecánica en señales eléctricas y luego se convertirá en un receptor ultrasónico.
3. Principio básico del telémetro ultrasónico
El transmisor ultrasónico emite ondas ultrasónicas en una dirección determinada y comienza a cronometrar al mismo tiempo que el tiempo de emisión. Las ondas ultrasónicas se propagan en el aire y regresan inmediatamente cuando encuentran obstáculos en el camino, y el receptor ultrasónico deja de cronometrar inmediatamente después de recibir las ondas reflejadas. La velocidad de propagación de las ondas ultrasónicas en el aire es de 340 m/s. Según el tiempo t registrado por el cronómetro, se puede calcular la distancia (s) entre el punto de emisión y el obstáculo, a saber: s=340t/2. Este es el llamado método de rango de diferencia horaria.
El principio de la medición de distancias ultrasónicas es utilizar la velocidad de propagación conocida de las ondas ultrasónicas en el aire para medir el tiempo que tardan las ondas sonoras en encontrar obstáculos y reflejarse después de ser emitidas, y calcular la distancia real desde el punto de emisión. al obstáculo en función de la diferencia horaria entre emisión y recepción. Se puede ver que el principio del alcance ultrasónico es el mismo que el del radar.
La fórmula para calcular el rango se expresa como: L=C×T
En la fórmula, L es la longitud de la distancia medida; C es la velocidad de propagación de las ondas ultrasónicas en el aire; T es la diferencia de tiempo de la distancia de propagación medida (T es la mitad del valor de tiempo desde la transmisión hasta la recepción).
El alcance ultrasónico se utiliza principalmente para medir distancias en recordatorios de marcha atrás, sitios de construcción, sitios industriales, etc. Aunque el alcance actual puede alcanzar los 100 metros, la precisión de la medición solo puede alcanzar el orden de centímetros.
Debido a las ventajas de una fácil emisión direccional de ondas ultrasónicas, buena direccionalidad, fácil control de la intensidad y sin contacto directo con el objeto medido, es un medio ideal para medir la altura del líquido. En la medición precisa del nivel de líquido, es necesario lograr una precisión de medición de nivel milimétrico, pero en la actualidad, los ASIC de rango ultrasónico domésticos solo tienen una precisión de medición de nivel centimétrico. Al analizar las causas de los errores de alcance ultrasónico, mejorar la diferencia de tiempo de medición al nivel de microsegundos y utilizar el sensor de temperatura LM92 para compensar la velocidad de propagación de la onda sonora, el telémetro ultrasónico de alta precisión que diseñamos puede lograr una precisión de medición de nivel milimétrico.
