초음파 거리 측정기의 기본 원리
1. 초음파 발생기
초음파를 연구하고 활용하기 위해 많은 초음파 발생기가 설계, 제작되어 왔다. 일반적으로 초음파 발생기는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 하나는 전기적 수단으로 초음파를 생성하는 것이고, 다른 하나는 기계적 수단으로 초음파를 생성하는 것입니다. 전기적 방법에는 압전식, 자기변형식, 전기식 등이 있습니다. 기계적 방법에는 수비대 피리, 액체 휘파람 및 기류 휘파람이 포함됩니다. 그들이 생성하는 초음파는 주파수, 전력, 음향 특성이 다양하므로 용도도 다양합니다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 압전 초음파 발생기입니다.
2. 압전 초음파 발생기의 원리
압전 초음파 발생기는 실제로 압전 결정의 공명을 사용하여 작동합니다. 초음파 발생기의 내부 구조는 그림 1에 나와 있습니다. 두 개의 압전 웨이퍼와 공명판이 있습니다. 압전 칩의 고유 진동 주파수와 동일한 주파수의 펄스 신호가 두 극에 인가되면 압전 칩이 공진하고 공명판을 구동하여 진동시켜 초음파를 생성합니다. 반대로, 두 전극 사이에 전압이 가해지지 않으면 공진판이 초음파를 받으면 압전 칩을 눌러 진동하고 기계적 에너지를 전기 신호로 변환한 다음 초음파 수신기가 됩니다.
3. 초음파 거리 측정기의 기본 원리
초음파 발신기는 특정 방향으로 초음파를 방출하고 방출 시간과 동시에 타이밍을 시작합니다. 초음파는 공중에 전파되어 도중에 장애물을 만나면 즉시 돌아오고, 초음파 수신기는 반사파를 수신한 후 즉시 타이밍을 멈춥니다. 공기 중 초음파의 전파 속도는 340m/s이다. 타이머에 기록된 시간 t에 따라 방출 지점과 장애물 사이의 거리(s)를 계산할 수 있습니다. 즉, s=340t/2입니다. 이것이 소위 시차 측정 방법이다.
초음파 거리 측정의 원리는 알려진 공기 중 초음파의 전파 속도를 이용하여 음파가 방출된 후 장애물을 만나고 반사되어 되돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하고 방출 지점으로부터의 실제 거리를 계산하는 것입니다. 방출과 수신 사이의 시간차를 기준으로 장애물을 감지합니다. 초음파 거리측정의 원리는 레이더의 원리와 동일함을 알 수 있다.
범위 지정 공식은 다음과 같이 표현됩니다. L=C×T
공식에서 L은 측정된 거리 길이입니다. C는 공기 중 초음파의 전파 속도이다. T는 측정된 거리 전파의 시간차입니다(T는 전송에서 수신까지의 시간 값의 절반입니다).
초음파 범위는 주로 후진 알림, 건설 현장, 산업 현장 등의 거리 측정에 사용됩니다. 현재 범위 범위는 100미터에 달할 수 있지만 측정 정확도는 센티미터 수준에 불과합니다.
초음파의 방향성 방출이 용이하고 방향성이 양호하며 강도 조절이 용이하고 측정 대상과 직접 접촉하지 않는다는 장점으로 인해 액체 높이 측정에 이상적인 수단입니다. 정밀한 액체 레벨 측정에서는 밀리미터 수준의 측정 정확도가 필요하지만 현재 국내 초음파 거리 측정 ASIC은 센티미터 수준의 측정 정확도만 보유하고 있습니다. 초음파 거리 측정 오류의 원인을 분석하고 측정 시간 차이를 마이크로초 수준으로 개선하며 LM92 온도 센서를 사용하여 음파 전파 속도를 보상함으로써 우리가 설계한 고정밀 초음파 거리 측정기는 밀리미터 수준의 측정 정확도를 달성할 수 있습니다.
