اصول اولیه محدوده یاب اولتراسونیک
1. ژنراتور اولتراسونیک
به منظور مطالعه و استفاده از امواج مافوق صوت، ژنراتورهای مافوق صوت بسیاری طراحی و ساخته شده است. به طور کلی، ژنراتورهای اولتراسونیک را می توان به دو دسته تقسیم کرد: یکی تولید امواج اولتراسونیک به وسیله وسایل الکتریکی و دیگری تولید امواج اولتراسونیک به وسیله ابزارهای مکانیکی. روش های الکتریکی شامل انواع پیزوالکتریک، مغناطیسی و الکتریکی است. روش های مکانیکی شامل فلوت های پادگانی، سوت های مایع و سوت های جریان هوا می باشد. امواج اولتراسونیک که تولید می کنند از نظر فرکانس، قدرت و ویژگی های صوتی متفاوت است و بنابراین کاربردهای متفاوتی دارند. رایج ترین مورد استفاده، ژنراتور اولتراسونیک پیزوالکتریک است.
2. اصل ژنراتور اولتراسونیک پیزوالکتریک
ژنراتورهای اولتراسونیک پیزوالکتریک در واقع از رزونانس کریستال های پیزوالکتریک برای کار استفاده می کنند. ساختار داخلی ژنراتور اولتراسونیک در شکل 1 نشان داده شده است. دارای دو ویفر پیزوالکتریک و یک صفحه رزونانس است. هنگامی که یک سیگنال پالسی به دو قطب آن اعمال می شود که فرکانس آن برابر با فرکانس نوسان طبیعی تراشه پیزوالکتریک است، تراشه پیزوالکتریک طنین انداز می شود و صفحه تشدید را به سمت ارتعاش سوق می دهد و در نتیجه امواج اولتراسونیک تولید می کند. برعکس، اگر ولتاژی بین دو الکترود اعمال نشود، هنگامی که صفحه تشدید امواج مافوق صوت را دریافت میکند، تراشه پیزوالکتریک را فشار میدهد تا ارتعاش کند، انرژی مکانیکی را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکند و سپس به گیرنده اولتراسونیک تبدیل میشود.
3. اصل اساسی فاصله یاب اولتراسونیک
فرستنده اولتراسونیک امواج اولتراسونیک را در جهت خاصی ساطع می کند و همزمان با زمان انتشار شروع به زمان بندی می کند. امواج مافوق صوت در هوا منتشر می شوند و با برخورد با موانع سر راه بلافاصله برمی گردند و گیرنده اولتراسونیک بلافاصله پس از دریافت امواج منعکس شده زمان بندی را متوقف می کند. سرعت انتشار امواج اولتراسونیک در هوا 340 متر بر ثانیه است. با توجه به زمان t ثبت شده توسط تایمر، فاصله (s) بین نقطه انتشار و مانع را می توان محاسبه کرد، یعنی: s=340t/2. این روش به اصطلاح دامنه اختلاف زمانی است.
اصل اندازهگیری فاصله اولتراسونیک استفاده از سرعت انتشار شناخته شده امواج مافوق صوت در هوا برای اندازهگیری زمان برخورد امواج صوتی با موانع و انعکاس آنها پس از گسیل، و محاسبه فاصله واقعی از نقطه انتشار است. به مانع بر اساس اختلاف زمانی بین انتشار و دریافت. مشاهده می شود که اصل برد اولتراسونیک مانند رادار است.
فرمول محدوده بندی به صورت زیر بیان می شود: L=C×T
در فرمول، L طول فاصله اندازه گیری شده است. C سرعت انتشار امواج اولتراسونیک در هوا است. T اختلاف زمانی انتشار فاصله اندازه گیری شده است (T نیمی از مقدار زمانی از ارسال تا دریافت است).
محدوده التراسونیک عمدتاً برای اندازهگیری فاصله یادآورهای معکوس، سایتهای ساختوساز، سایتهای صنعتی و غیره استفاده میشود. اگرچه محدوده محدوده فعلی میتواند به 100 متر برسد، دقت اندازهگیری فقط میتواند به حدود سانتیمتر برسد.
با توجه به مزایای انتشار جهت آسان امواج اولتراسونیک، جهت گیری خوب، کنترل آسان شدت و عدم تماس مستقیم با جسم اندازه گیری شده، وسیله ای ایده آل برای اندازه گیری ارتفاع مایع است. در اندازهگیری دقیق سطح مایع، دستیابی به دقت اندازهگیری در سطح میلیمتر ضروری است، اما در حال حاضر، ASICهای محدوده اولتراسونیک داخلی فقط دقت اندازهگیری در سطح سانتیمتری دارند. با تجزیه و تحلیل علل خطاهای محدوده اولتراسونیک، بهبود اختلاف زمان اندازهگیری تا سطح میکروثانیه، و استفاده از حسگر دمای LM92 برای جبران سرعت انتشار امواج صوتی، فاصله یاب اولتراسونیک با دقت بالا که ما طراحی کردیم میتواند به دقت اندازهگیری در سطح میلیمتر دست یابد.
