Princípios básicos do telêmetro ultrassônico
1. Gerador ultrassônico
Para estudar e utilizar ondas ultrassônicas, muitos geradores ultrassônicos foram projetados e fabricados. De modo geral, os geradores ultrassônicos podem ser divididos em duas categorias: uma é para gerar ondas ultrassônicas por meios elétricos e a outra é para gerar ondas ultrassônicas por meios mecânicos. Os métodos elétricos incluem os tipos piezoelétrico, magnetostritivo e elétrico; os métodos mecânicos incluem flautas de guarnição, apitos para líquidos e apitos para fluxo de ar. As ondas ultrassônicas que eles geram variam em frequência, potência e características sonoras e, portanto, têm usos diferentes. O mais comumente usado é o gerador ultrassônico piezoelétrico.
2. Princípio do gerador ultrassônico piezoelétrico
Os geradores ultrassônicos piezoelétricos, na verdade, usam a ressonância dos cristais piezoelétricos para funcionar. A estrutura interna do gerador ultrassônico é mostrada na Figura 1. Possui dois wafers piezoelétricos e uma placa de ressonância. Quando um sinal de pulso é aplicado aos seus dois pólos, cuja frequência é igual à frequência de oscilação natural do chip piezoelétrico, o chip piezoelétrico irá ressoar e fazer a placa de ressonância vibrar, gerando assim ondas ultrassônicas. Por outro lado, se nenhuma tensão for aplicada entre os dois eletrodos, quando a placa ressonante receber ondas ultrassônicas, ela pressionará o chip piezoelétrico para vibrar, convertendo energia mecânica em sinais elétricos, e então se tornará um receptor ultrassônico.
3. Princípio básico do telêmetro ultrassônico
O transmissor ultrassônico emite ondas ultrassônicas em uma determinada direção e inicia a cronometragem ao mesmo tempo que o tempo de emissão. As ondas ultrassônicas se propagam no ar e retornam imediatamente ao encontrar obstáculos no caminho, e o receptor ultrassônico para de cronometrar imediatamente após receber as ondas refletidas. A velocidade de propagação das ondas ultrassônicas no ar é de 340m/s. De acordo com o tempo t registrado pelo cronômetro, pode-se calcular a(s) distância(s) entre o ponto de emissão e o obstáculo, a saber: s=340t/2. Este é o chamado método de intervalo de diferença de tempo.
O princípio da medição da distância ultrassônica é usar a velocidade de propagação conhecida das ondas ultrassônicas no ar para medir o tempo que as ondas sonoras levam para encontrar obstáculos e refletir de volta após serem emitidas, e para calcular a distância real do ponto de emissão ao obstáculo com base na diferença horária entre a emissão e a recepção. Pode-se observar que o princípio do alcance ultrassônico é o mesmo do radar.
A fórmula para variação é expressa como: L=C×T
Na fórmula, L é o comprimento da distância medida; C é a velocidade de propagação das ondas ultrassônicas no ar; T é a diferença de tempo da propagação da distância medida (T é metade do valor do tempo desde a transmissão até a recepção).
A faixa ultrassônica é usada principalmente para medição de distância de lembretes de reversão, canteiros de obras, locais industriais, etc. Embora a faixa de alcance atual possa chegar a 100 metros, a precisão da medição só pode atingir a ordem de centímetros.
Devido às vantagens da fácil emissão direcional de ondas ultrassônicas, boa direcionalidade, fácil controle de intensidade e nenhum contato direto com o objeto medido, é um meio ideal para medição de altura de líquidos. Na medição precisa do nível de líquido, é necessário obter precisão de medição em nível milimétrico, mas atualmente, os ASICs de medição ultrassônica domésticos têm apenas precisão de medição em nível centimétrico. Ao analisar as causas dos erros de alcance ultrassônico, melhorar a diferença de tempo de medição para o nível de microssegundos e usar o sensor de temperatura LM92 para compensar a velocidade de propagação da onda sonora, o telêmetro ultrassônico de alta precisão que projetamos pode atingir precisão de medição em nível milimétrico.
