หลักการพื้นฐานของเครื่องค้นหาช่วงอัลตราโซนิก

หลักการพื้นฐานของเครื่องค้นหาช่วงอัลตราโซนิก

1. เครื่องกำเนิดอัลตราโซนิก
เพื่อศึกษาและใช้คลื่นอัลตราโซนิก เครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกจำนวนมากจึงได้รับการออกแบบและผลิต โดยทั่วไปแล้ว เครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ประเภทแรกคือการสร้างคลื่นอัลตราโซนิกด้วยวิธีไฟฟ้า และอีกประเภทหนึ่งคือการสร้างคลื่นอัลตราโซนิกด้วยวิธีทางกล วิธีการทางไฟฟ้า ได้แก่ ประเภทเพียโซอิเล็กทริก แมกนีโตสตริกทีฟ และประเภทไฟฟ้า วิธีการทางกล ได้แก่ ขลุ่ยกองทหาร เสียงนกหวีดของเหลว และเสียงนกหวีดการไหลของอากาศ คลื่นอัลตราโซนิคที่เกิดขึ้นจะแตกต่างกันไปตามความถี่ กำลัง และคุณลักษณะทางเสียง จึงมีการใช้ที่แตกต่างกัน ที่ใช้กันมากที่สุดคือเครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกเพียโซอิเล็กทริก

2. หลักการของเครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกเพียโซอิเล็กทริก
เครื่องกำเนิดอัลตราโซนิคแบบเพียโซอิเล็กทริกใช้เสียงสะท้อนของคริสตัลเพียโซอิเล็กทริกในการทำงาน โครงสร้างภายในของเครื่องกำเนิดอัลตราโซนิกแสดงในรูปที่ 1 โดยมีเวเฟอร์เพียโซอิเล็กทริกสองตัวและแผ่นเรโซแนนซ์ เมื่อสัญญาณพัลส์ถูกจ่ายไปที่ขั้วทั้งสองของมัน ซึ่งมีความถี่เท่ากับความถี่การสั่นตามธรรมชาติของชิปเพียโซอิเล็กทริก ชิปเพียโซอิเล็กทริกจะสะท้อนและขับเคลื่อนแผ่นเรโซแนนซ์ให้สั่นสะเทือน ซึ่งทำให้เกิดคลื่นอัลตราโซนิก ในทางกลับกัน หากไม่มีการใช้แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดทั้งสอง เมื่อแผ่นเรโซแนนซ์ได้รับคลื่นอัลตราโซนิก มันจะกดชิปเพียโซอิเล็กทริกให้สั่นสะเทือน แปลงพลังงานกลเป็นสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นจะกลายเป็นเครื่องรับอัลตราโซนิก

3. หลักการพื้นฐานของเครื่องค้นหาระยะอัลตราโซนิก
เครื่องส่งอัลตราโซนิคจะปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกไปในทิศทางที่กำหนด และเริ่มจับเวลาพร้อมกับเวลาที่ปล่อยออกมา คลื่นอัลตราโซนิกแพร่กระจายในอากาศและกลับมาทันทีเมื่อเจอสิ่งกีดขวางระหว่างทาง และเครื่องรับอัลตราโซนิกจะหยุดจับเวลาทันทีหลังจากได้รับคลื่นสะท้อน ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกในอากาศคือ 340 เมตร/วินาที ตามเวลา t ที่บันทึกโดยเครื่องจับเวลา ระยะทางระหว่างจุดที่ปล่อยออกมาและสิ่งกีดขวางสามารถคำนวณได้ กล่าวคือ: s=340t/2 นี่คือสิ่งที่เรียกว่าวิธีการกำหนดความแตกต่างของเวลา
หลักการวัดระยะทางอัลตราโซนิกคือการใช้ความเร็วการแพร่กระจายที่ทราบของคลื่นอัลตราโซนิกในอากาศเพื่อวัดเวลาที่คลื่นเสียงใช้ในการเผชิญกับสิ่งกีดขวางและสะท้อนกลับหลังจากที่ปล่อยออกมา และเพื่อคำนวณระยะทางจริงจากจุดปล่อยก๊าซ ถึงสิ่งกีดขวางตามความแตกต่างของเวลาระหว่างการปล่อยและการรับ จะเห็นได้ว่าหลักการของช่วงอัลตราโซนิคนั้นเหมือนกับหลักการของเรดาร์

สูตรสำหรับการกำหนดช่วงแสดงเป็น: L=C×T
ในสูตร L คือความยาวระยะทางที่วัดได้ C คือความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกในอากาศ T คือผลต่างเวลาของการแพร่กระจายระยะทางที่วัดได้ (T คือครึ่งหนึ่งของค่าเวลาตั้งแต่การส่งไปยังการรับ)
ช่วงอัลตราโซนิกส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการวัดระยะทางของการเตือนการถอยหลัง สถานที่ก่อสร้าง พื้นที่อุตสาหกรรม ฯลฯ แม้ว่าช่วงปัจจุบันสามารถเข้าถึงได้ถึง 100 เมตร แต่ความแม่นยำในการวัดสามารถเข้าถึงได้เพียงระดับเซนติเมตรเท่านั้น

เนื่องจากข้อดีของการปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกในทิศทางที่ง่ายดาย ทิศทางที่ดี ควบคุมความเข้มได้ง่าย และไม่มีการสัมผัสโดยตรงกับวัตถุที่วัด จึงเป็นวิธีที่เหมาะสำหรับการวัดความสูงของของเหลว ในการวัดระดับของเหลวที่แม่นยำ จำเป็นต้องมีความแม่นยำในการวัดระดับมิลลิเมตร แต่ในปัจจุบัน ASIC ที่มีการวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในประเทศมีความแม่นยำในการวัดระดับเซนติเมตรเท่านั้น ด้วยการวิเคราะห์สาเหตุของข้อผิดพลาดในช่วงอัลตราโซนิก ปรับปรุงความแตกต่างของเวลาในการวัดเป็นระดับไมโครวินาที และใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิ LM92 เพื่อชดเชยความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นเสียง ทำให้เครื่องวัดระยะอัลตราโซนิกความแม่นยำสูงที่เราออกแบบสามารถบรรลุความแม่นยำในการวัดระดับมิลลิเมตร