Файл: Реферат на тему Ультразвуковые датчики по учебной дисциплине.doc
Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 283
Скачиваний: 16
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
При этом относительное изменение толщины пластины
Формула 2.2
Поперечный обратный пьезоэффект заключается в деформации пластины в направлении механической оси Y. При этом относительное изменение длины пластины.
Формула 2.3
Как видно из (13.3), продольная деформация не зависит от размеров пластины, а поперечная деформация, как следует из (13.4), увеличивается с ростом отношения l/а. При напряжениях до 2,5 кВ сохраняется прямая пропорциональность между величиной деформации и напряжением. При больших напряжениях деформация увеличивается не столь быстро и при Ux=25 кВ оказывается на 30 % меньшей, чем рассчитанная по (13.3) и (13.4). Амплитуда колебаний достигает максимума при равенстве частоты приложенного напряжения и частоты собственных колебаний пластины.
Частота собственных продольных колебаний определяется по формуле, аналогичной (13.4), где модуль упругости берется в направлении оси X:
Формула 2.4
Частота собственных поперечных колебаний зависит от модуля упругости в направлении оси Y:
Формула 2.5
Для кварцевых пластин fa=285/а [кГц] и f1= 272,6/l [кГц], где размеры пластины выражены в сантиметрах.
По сравнению с магнитострикционными пьезоэлектрические излучатели обеспечивают значительно большую (на 1—2 порядка) частоту ультразвуковых колебаний.
2.2 Применение ультразвуковых датчиков
В ультразвуковых уровнемерах и дефектоскопах используется свойство ультразвука отражаться от границы двух сред. Соотношение между энергиями отраженных и падающих колебаний называется коэффициентом отражения. Этот коэффициент весьма велик для сред, существенно отличающихся по плотности и скорости распространения звука. Например, коэффициент отражения на границе вода — сталь составляет 88, а на границе вода — трансформаторное масло он равен 0,6.
Но даже и при малых коэффициентах отражения полученный отраженный сигнал вполне достаточен для измерения положения уровня раздела двух сред. Мерой уровня является время распространения колебаний от источника излучения к границе раздела и обратно к приемнику. Эти величины уровня и времени связаны между собой соотношением. Благодаря свойству ультразвуковых колебаний распространяться в любых упругих средах между излучателем и измеряемой средой может находиться металлическая стенка, что позволяет вести измерение без контакта измерительных элементов с контролируемой средой и без электрических вводов в резервуар.
В ультразвуковых уровнемерах используется в основном импульсный режим передачи колебаний в среду. При этом пьезоэлемент может попеременно работать то излучателем, то приемником ультразвука. Схема ультразвукового уровнемера показана на рис. 13.5. Электрические высокочастотные импульсы от генератора 2 подаются по кабелю к пьезоэлементу датчика 1, который излучает ультразвуковые колебания в измеряемую среду.
Эти колебания отражаются от границы раздела сред и возвращаются к пьезоэлементу, который преобразует их в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается усилителем З и подается на измерительное устройство 4, определяющее время между посылкой импульса генератором 2 и приходом импульса в усилитель 3.
В результате многократного отражения посланного импульса могут вернуться три-четыре сигнала, убывающие по амплитуде и запаздывающие друг относительно друга на одинаковое время. Частота посылаемых импульсов должна быть не слишком большой, чтобы все отраженные сигналы успели вернуться до посылки следующего импульса. Ультразвуковые уровнемеры обеспечивают точность в 1 % при измерениях уровня в 5—10 м в условиях высокой температуры, высокого давления, большой химической активности контролируемой среды. В воздухе ультразвуковые колебания затухают во много раз быстрее, чем в жидких (и вообще в более плотных) средах. Поэтому предпочтительнее располагать излучатель и приемник под резервуаром, а не сверху.
В ультразвуковом расходомере используется эффект сложения скорости распространения ультразвука в упругой среде со скоростью движения этой среды. Пьезоэлементы 7 и 2 располагаются вдоль трубопровода и возбуждаются от генератора 3 на частоте в несколько сотен килогерц. Каждый из пьезоэлементов попеременно с помощью переключателя сработает то излучателем, то приемником.
Таким образом, ультразвуковые колебания посылаются то по потоку среды, то навстречу ему. В первом случае скорости колебаний и потока складываются, во втором случае — вычитаются. После прохождения по среде сигналы, принятые пьезоэлементами, усиливаются усилителем 5 и поступают попеременно на измерительное устройство 6. Разность фаз принятых колебаний будет пропорциональна скорости среды. Градуировка прибора выполняется для определенной среды. При использовании прибора для измерений расхода среды с другим значением скорости распространения ультразвука изменяется и градуировка.
Следует отметить, что измерительные схемы для ультразвуковых датчиков довольно сложны.
Заключение
Целью данного реферата является изучение а также объяснений «Ультразвуковых датчиков» их видов особенностей и их применений.
Использование ультразвуковых датчиков - это поиск способов удовлетворения функциональных требований средствами имеющейся компьютерной технологии с учетом заданных ограничений.
Ультразвуковой датчик может использоваться для измерения скорости расстояния и угла направления, Для измерения расстояния или направления устройство использует несколько детекторов и вычисляет скорость по относительным расстояниям. Для измерения уровня. Другие области применения включают: увлажнители воздуха, гидролокаторы, медицинское ультразвуковое исследование, охранную сигнализацию, неразрушающий контроль и беспроводную зарядку.
Эта технология также может обнаруживать приближающиеся объекты и отслеживать их местоположение.
Ультразвукой датчик может использоваться для измерения расстояния от точки до точки путем передачи и приема дискретных пакетов ультразвука между преобразователями. Этот метод известен как сономикрометрия, при котором время прохождения ультразвукового сигнала измеряется электронным (то есть цифровым) способом и математически преобразуется в расстояние между преобразователями, предполагая, что скорость звука среды между преобразователями известна. Этот метод может быть очень точным с точки зрения временного и пространственного разрешения, поскольку измерение времени пролета может быть получено из отслеживания одного и того же падающего (принятого) сигнала либо по опорному уровню, либо по пересечению нуля. Это позволяет разрешающей способности измерений намного превышать длину волны звуковой частоты, генерируемой преобразователями
Список использованных источников
-
Брук, Карен (2020-07-22)."Советы по уходу и обращению с ультразвуковым преобразователем". Ультразвук. Проверено 2022-02-20. [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://osensorax.ru/posiciya/ultrazvukovoj-datchik -
Carotenuto, Riccardo; Merenda, Massimo; Iero, Demetrio; Della Corte, Francesco G. (Июль 2019). "Ультразвуковая система для автономного трехмерного позиционирования в помещении". IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 68 (7): 2507-2518. doi: 10.1109/TIM.2018.2866358. S2CID116511976. [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://mirrobo.ru/micro/ultrazvukovye-datchiki/ -
Вестервельд, Ваутер Дж. (2014). Кремниевые фотонные микрокольцевые резонаторы для измерения деформации и ультразвука (доктор философии). Технологический университет Делфта. doi:10.4233/uuid:22ccedfa-545a-4a34-bd03-64a40ede90ac. ISBN9789462590793. [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://electricalschool.info/automation/1548-ultrazvukovye-datchiki.html -
С.М. Лейндерс, У.Дж. Вестервельд, Дж. Позо, П.Л.М.Дж. Ван Нир, Б. Снайдер, П. О'Брайен, Х.П. Урбах, Н. де Йонг и М.Д. Вервейдж (2015). "Чувствительный оптический ультразвуковой датчик с микрообработкой (OMUS) на основе кремниевого фотонного кольцевого резонатора на акустической мембране". Научные отчеты. 5: 14328. Bibcode:2015NatSR...514328L. doi:10.1038/srep14328. PMC4585719. PMID 26392386. [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://rusautomation.kz/datchiki_urovnya/ultrazvukovie-datchiki-urovnya -
Vieira, Silvio L.; Andrade, Marco A.B. (2020). "Поступательные и вращательные резонансные частоты диска в одноосном акустическом левитаторе". Дщд. 127 (22): 224901. Bibcode:2020JAP...127v4901V. doi: 10.1063/5.0007149. S2CID225744617. [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://studme.org/356825/tehnika/ultrazvukovye_opticheskie_datchiki -
"Эхо-зондирование / Ранние звуковые методы". Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA). Центральная библиотека NOAA. 2006. [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://rusautomation.ru/articles/ultrazvukovye-datchiki-urovnya-osobennosti-primeneniya/ -
SCHNEIDER, MICHEL (1999). "Характеристики SonoVue™". Эхокардиография. Уайли. 16 (s1):743-746. doi: 10.1111/j.1540-8175.1999.tb00144.x. ISSN 0742-2822. [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://ruelectronics.com/elektronnye-ustrojstva/elektronnye-moduli-arduino/hc-sr04/?yclid=7186278680627827686 -
Шривастав, А.; Бхоги, К.; Мандал, С.; Шарад, М. (август 2019). "Адаптивная схема обнаружения аномалий низкой сложности для носимого ультразвукового исследования". IEEE Transactions on Circuits and Systems. 66 (8): 1466-1470. doi:10.1109/TCSII.2018.2881612. S2CID 117391787. [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://uzimir.ru/news-events-reviews/tipyi-ultrazvukovyix-datchikov-i-ix-naznachenie.