[Palabras clave] Medición de nivel de líquido con sensor ultrasónico, diagnóstico de enfermedades y sistema de medición
1. Descripción general de los sensores ultrasónicos
1. >Las ondas sonoras son la forma de propagación del estado de vibración mecánica de un objeto. El ultrasonido se refiere a ondas sonoras con una frecuencia de vibración superior a 20.000 Hz. Su frecuencia de vibración por segundo es muy alta, superando el límite superior de la audición humana. La gente llama a esta onda sonora inaudible ultrasonido. El ultrasonido es un tipo de vibración mecánica en medios elásticos, que tiene dos formas: vibración transversal (onda transversal) y vibración longitudinal (onda longitudinal). Las oscilaciones longitudinales se utilizan principalmente en aplicaciones industriales. Las ondas ultrasónicas pueden propagarse en gases, líquidos y sólidos a diferentes velocidades. Además, presenta fenómenos de refracción y reflexión, y se atenúa durante la propagación. Las reglas de propagación de la reflexión, refracción, difracción y dispersión de las ondas ultrasónicas en los medios no son esencialmente diferentes de las de las ondas sonoras audibles. En comparación con las ondas sonoras audibles, las ondas ultrasónicas tienen muchas características extrañas: Características de propagación: las ondas ultrasónicas tienen poca capacidad de difracción y pueden propagarse en líneas rectas en medios uniformes. Cuanto más corta es la longitud de onda del ultrasonido, más significativa es esta característica. Características de potencia: cuando el sonido se propaga en el aire, empuja las partículas en el aire para que vibren hacia adelante y hacia atrás, ejerciendo un trabajo sobre ellas. A la misma intensidad, cuanto mayor sea la frecuencia de la onda sonora, mayor será su potencia. Debido a que la frecuencia de las ondas ultrasónicas es muy alta, su potencia es muy grande en comparación con las ondas sonoras ordinarias. Cavitación: cuando las ondas ultrasónicas se propagan en líquidos, se generarán pequeñas cavidades en el líquido debido a la violenta vibración de las partículas del líquido. La rápida expansión y cierre de estas pequeñas cavidades puede provocar colisiones violentas entre partículas líquidas, generando así presiones de miles a decenas de miles de atmósferas. Esta fuerte interacción entre partículas aumentará repentinamente la temperatura del líquido, emulsionando así dos líquidos inmiscibles (como agua y aceite), acelerando la disolución de solutos y acelerando reacciones químicas. Este efecto producido por la acción de las ondas ultrasónicas en los líquidos se denomina cavitación ultrasónica.
Las características de las ondas ultrasónicas: (1) Cuando las ondas ultrasónicas se propagan, tienen una fuerte directividad y la energía es fácil de concentrar; (2) las ondas ultrasónicas pueden propagarse en diferentes medios y pueden propagarse lo suficientemente lejos ( 3) Ondas ultrasónicas y transmisión de sonido La interacción del medio es moderada y es fácil transportar información sobre el estado del medio de transmisión de sonido (diagnóstico o efecto sobre el medio de transmisión de sonido).
2. Sensor ultrasónico
El sensor ultrasónico es un sensor desarrollado utilizando las características de las ondas ultrasónicas. El uso de ondas ultrasónicas como método de detección requiere generar ondas ultrasónicas y recibir ondas ultrasónicas. El dispositivo que hace esto es un sensor ultrasónico, a menudo llamado transductor ultrasónico o sonda ultrasónica.
Las sondas ultrasónicas están compuestas principalmente por obleas piezoeléctricas que pueden emitir y recibir ondas ultrasónicas. El núcleo de una sonda ultrasónica es un chip piezoeléctrico en una carcasa de plástico o metal. Hay muchos tipos de materiales que forman las obleas. Los principales materiales de los sensores ultrasónicos son el cristal piezoeléctrico (electrostrictivo) y la aleación de níquel-hierro-aluminio (magnetostrictivo). Los materiales electroestrictivos incluyen titanato de circonato de plomo (PZT). El sensor ultrasónico compuesto de cristal piezoeléctrico es un sensor reversible que puede convertir la energía eléctrica en oscilación mecánica para generar ondas ultrasónicas. Cuando recibe ondas ultrasónicas, también se puede convertir en energía eléctrica, por lo que se divide en un transmisor o un receptor. Algunos sensores ultrasónicos pueden enviar y recibir. El sensor ultrasónico consta de un sensor transmisor (o transmisor de ondas), un sensor receptor (o receptor de ondas), una parte de control y una parte de suministro de energía. El sensor transmisor consta de un transmisor y un transductor vibrador cerámico con un diámetro de aproximadamente 15 mm. La función del transductor es convertir la energía de vibración eléctrica del vibrador cerámico en superenergía e irradiarla al aire. El sensor receptor consta de un sensor de vibración cerámico y un circuito amplificador. El transductor recibe las ondas y genera vibraciones mecánicas, que se convierten en energía eléctrica como salida del receptor del sensor, detectando así las ondas ultrasónicas emitidas. La parte de control controla principalmente la frecuencia de la cadena de pulsos, el ciclo de trabajo, la modulación escasa, el conteo y la distancia de detección emitida por el transmisor. 2. Aplicación del sensor ultrasónico
Aplicación de la tecnología del sensor de distancia ultrasónico
El sensor ultrasónico consta de tres partes: transductor ultrasónico, unidad de procesamiento y etapa de salida.
Primero, la unidad de procesamiento aplica excitación de voltaje al transductor ultrasónico. Después de ser excitado, el transductor ultrasónico emite ondas ultrasónicas en forma de pulsos. Luego, el transductor ultrasónico ingresa al estado de recepción. La unidad de procesamiento analiza los pulsos ultrasónicos recibidos y determina la recepción. Si la señal recibida es el eco de la onda ultrasónica transmitida. Si es así, mida el tiempo de propagación de la onda ultrasónica, convierta el tiempo medido y divídalo por 2, que es la distancia a la que el objeto refleja la onda ultrasónica. Al instalar un sensor ultrasónico en una ubicación adecuada y emitir ondas ultrasónicas en la dirección cambiante del objeto que se está midiendo, se puede medir la distancia entre la superficie del objeto y el sensor. Los sensores ultrasónicos tienen un transmisor y un receptor, pero los sensores ultrasónicos también pueden tener la doble función de enviar y recibir ondas sonoras. Los sensores ultrasónicos utilizan el principio del efecto piezoeléctrico para convertir la energía eléctrica y las ondas ultrasónicas entre sí, es decir, cuando emiten ondas ultrasónicas, convierten la energía eléctrica y emiten ondas ultrasónicas, cuando reciben ecos, las vibraciones ultrasónicas se convierten en señales eléctricas;
2. Aplicación de sensores ultrasónicos en medicina.
La aplicación de la ecografía en medicina es principalmente para diagnosticar enfermedades, y se ha convertido en un método de diagnóstico indispensable en la medicina clínica. Las ventajas del diagnóstico ultrasónico son: sin dolor, sin daños, método simple, imágenes claras y alta precisión diagnóstica.
3. Aplicación de sensores ultrasónicos en la medición de nivel de líquidos.
El principio básico de la medición ultrasónica del nivel de líquido es que la señal de pulso ultrasónico emitida por la sonda ultrasónica se propaga en el gas y se refleja cuando encuentra la interfaz entre el aire y el líquido. Después de recibir la señal de eco, la distancia o la altura del nivel del líquido se puede calcular calculando el tiempo que tarda la onda ultrasónica en viajar de un lado a otro. El método de medición ultrasónico tiene muchas ventajas que no se pueden comparar con otros métodos: (1) No tiene piezas de transmisión mecánica y no entra en contacto con el líquido que se mide. Es una medición sin contacto y no teme a las interferencias electromagnéticas. o líquidos corrosivos fuertes como ácidos y álcalis, por lo que su rendimiento es estable Alta confiabilidad y larga vida útil (2) Tiempo de respuesta corto, que puede lograr fácilmente mediciones en tiempo real sin demoras.
4. Aplicación de sensores ultrasónicos en sistemas de medición.
Existen aproximadamente los siguientes métodos para medir la distancia ultrasónica: ① Tome el voltaje promedio del pulso de salida, el voltaje (su amplitud es básicamente fija) es proporcional a la distancia, y la distancia se puede medir mediante medir el voltaje; ② Mida el pulso de salida. El ancho es el intervalo de tiempo t entre la transmisión y la recepción de ondas ultrasónicas, por lo que la distancia medida es S=1/2vt. Si la precisión de la medición de la distancia es alta, es necesaria la corrección de la compensación de temperatura. El alcance ultrasónico es adecuado para mediciones de alta precisión a media y larga distancia.
Tres. Resumen
Resumen: Basado en las características de las ondas ultrasónicas en comparación con las ondas sonoras audibles, se analizan los principios y características de los sensores ultrasónicos y se resume la amplia aplicación de los sensores ultrasónicos en todos los aspectos de la producción y la vida. Sin embargo, los sensores ultrasónicos también tienen sus propias desventajas, como problemas de reflexión, problemas de ruido, etc. Por lo tanto, seguir investigando y debatiendo sobre sensores ultrasónicos todavía tiene un valor importante.
Materiales de referencia:
[1] Principios de los microcontroladores y su tecnología de interfaz. Prensa de la Universidad de Tsinghua.
Li Guifeng, Zhou Donghui, Wang Guangxin. Sistema de detección de entorno robótico basado en sensores ultrasónicos. 2005,(04).
Tong Minming, Tang Shoufeng. Tecnología de detección y conversión. Prensa de la Universidad de Minería y Tecnología de China.
Wang Song, Zheng Zhengqi, Zou. Diseño de sistema de seguimiento de trayectoria de vehículos por posicionamiento ultrasónico. 2006, (10).
[5]Yu Zhigen, Li Tianzhen, Tong Bingjin. Curso de formación en tecnología de detección automática. Prensa de la Universidad de Tsinghua.
Publicado en el Centro de descarga de papel de China.