Osnovni principi ultrazvučnog daljinomjera
1. Ultrazvučni generator
Da bi se proučavali i koristili ultrazvučni talasi, dizajnirani su i proizvedeni mnogi ultrazvučni generatori. Općenito govoreći, ultrazvučni generatori se mogu podijeliti u dvije kategorije: jedna je za generiranje ultrazvučnih valova električnim sredstvima, a druga za generiranje ultrazvučnih valova mehaničkim sredstvima. Električne metode uključuju piezoelektrične, magnetostriktivne i električne; mehaničke metode uključuju garnizonske svirale, tečne zviždaljke i zviždaljke protoka zraka. Ultrazvučni valovi koje generiraju razlikuju se po frekvenciji, snazi i zvučnim karakteristikama, te stoga imaju različite namjene. Najčešće se koristi piezoelektrični ultrazvučni generator.
2. Princip piezoelektričnog ultrazvučnog generatora
Piezoelektrični ultrazvučni generatori zapravo koriste rezonanciju piezoelektričnih kristala za rad. Unutrašnja struktura ultrazvučnog generatora prikazana je na slici 1. Ima dvije piezoelektrične pločice i rezonantnu ploču. Kada se impulsni signal primijeni na njegova dva pola, čija je frekvencija jednaka prirodnoj frekvenciji oscilacija piezoelektričnog čipa, piezoelektrični čip će rezonirati i pokrenuti rezonantnu ploču da vibrira, stvarajući tako ultrazvučne valove. Suprotno tome, ako se između dvije elektrode ne primjenjuje napon, kada rezonantna ploča primi ultrazvučne valove, ona će pritisnuti piezoelektrični čip da vibrira, pretvarajući mehaničku energiju u električne signale, a zatim postaje ultrazvučni prijemnik.
3. Osnovni princip ultrazvučnog daljinomjera
Ultrazvučni odašiljač emituje ultrazvučne talase u određenom pravcu i počinje da meri vreme u isto vreme kada i vreme emisije. Ultrazvučni talasi se šire u vazduhu i vraćaju se odmah kada naiđu na prepreke na putu, a ultrazvučni prijemnik prestaje da meri vreme odmah nakon što primi reflektovane talase. Brzina širenja ultrazvučnih talasa u vazduhu je 340m/s. Prema vremenu t koje bilježi tajmer, može se izračunati udaljenost (s) između tačke emisije i prepreke, i to: s=340t/2. Ovo je takozvana metoda mjerenja vremenske razlike.
Princip ultrazvučnog mjerenja udaljenosti je korištenje poznate brzine širenja ultrazvučnih valova u zraku za mjerenje vremena koje je potrebno da zvučni valovi naiđu na prepreke i reflektiraju se nazad nakon što se emituju, te za izračunavanje stvarne udaljenosti od točke emisije. na prepreku na osnovu vremenske razlike između emisije i prijema. Može se vidjeti da je princip ultrazvučnog dometa isti kao kod radara.
Formula za rangiranje je izražena kao: L=C×T
U formuli, L je izmjerena dužina udaljenosti; C je brzina širenja ultrazvučnih talasa u vazduhu; T je vremenska razlika izmjerene udaljenosti širenja (T je polovina vrijednosti vremena od prijenosa do prijema).
Ultrazvučni raspon se uglavnom koristi za mjerenje udaljenosti podsjetnika za vožnju unazad, gradilišta, industrijskih lokacija, itd. Iako trenutni raspon raspona može doseći 100 metara, tačnost mjerenja može doseći samo nekoliko centimetara.
Zbog prednosti lake usmerene emisije ultrazvučnih talasa, dobre usmerenosti, lake kontrole intenziteta i bez direktnog kontakta sa merenim objektom, idealno je sredstvo za merenje visine tečnosti. U preciznom mjerenju nivoa tečnosti potrebno je postići tačnost mjerenja na nivou milimetra, ali trenutno domaći ultrazvučni ASIC-i imaju samo centimetarsku tačnost mjerenja. Analizom uzroka grešaka ultrazvučnog dometa, poboljšanjem vremenske razlike mjerenja na nivo od mikrosekunde i korištenjem temperaturnog senzora LM92 za kompenzaciju brzine širenja zvučnog talasa, visokoprecizni ultrazvučni daljinomjer koji smo dizajnirali može postići milimetarsku preciznost mjerenja.
