Ultrasonik Mesafe Bulucunun Temel Prensipleri
1. Ultrasonik jeneratör
Ultrasonik dalgaları incelemek ve kullanmak amacıyla birçok ultrasonik jeneratör tasarlanmış ve üretilmiştir. Genel olarak ultrasonik jeneratörler iki kategoriye ayrılabilir: biri elektriksel yollarla ultrasonik dalgalar üretir, diğeri ise mekanik yollarla ultrasonik dalgalar üretir. Elektriksel yöntemler arasında piezoelektrik, manyetostriktif ve elektrik türleri yer alır; mekanik yöntemler arasında garnizon flütleri, sıvı düdükleri ve hava akışı düdükleri bulunur. Ürettikleri ultrasonik dalgaların frekansı, gücü ve ses özellikleri farklılık gösterir ve dolayısıyla farklı kullanımlara sahiptir. En yaygın kullanılanı piezoelektrik ultrasonik jeneratördür.
2. Piezoelektrik ultrasonik jeneratörün prensibi
Piezoelektrik ultrasonik jeneratörler aslında çalışmak için piezoelektrik kristallerin rezonansını kullanır. Ultrasonik jeneratörün iç yapısı Şekil 1'de gösterilmektedir. İki adet piezoelektrik levha ve bir rezonans plakasına sahiptir. Frekansı piezoelektrik çipin doğal salınım frekansına eşit olan iki kutbuna bir darbe sinyali uygulandığında, piezoelektrik çip rezonansa girecek ve rezonans plakasını titreşmeye yönlendirecek, böylece ultrasonik dalgalar üretecektir. Tersine, eğer iki elektrot arasına voltaj uygulanmazsa, rezonans plakası ultrasonik dalgalar aldığında piezoelektrik çipi titreştirecek, mekanik enerjiyi elektrik sinyallerine dönüştürecek ve daha sonra ultrasonik bir alıcı haline gelecektir.
3. Ultrasonik telemetrenin temel prensibi
Ultrasonik verici, belirli bir yönde ultrasonik dalgalar yayar ve emisyon süresiyle aynı anda zamanlamayı başlatır. Ultrasonik dalgalar havada yayılır ve yolda engellerle karşılaşıldığında hemen geri döner ve ultrasonik alıcı, yansıyan dalgaları aldıktan hemen sonra zamanlamayı durdurur. Ultrasonik dalgaların havadaki yayılma hızı 340 m/s'dir. Zamanlayıcının kaydettiği t zamanına göre emisyon noktası ile engel arasındaki mesafe(ler) hesaplanabilir, yani: s=340t/2. Bu sözde zaman farkı ölçüm yöntemidir.
Ultrasonik mesafe ölçümünün prensibi, ses dalgalarının engellerle karşılaşması ve yayıldıktan sonra geri yansıması için geçen süreyi ölçmek ve emisyon noktasından gerçek mesafeyi hesaplamak için ultrasonik dalgaların havadaki bilinen yayılma hızını kullanmaktır. Emisyon ve alım arasındaki zaman farkına dayalı olarak engele. Ultrasonik mesafe belirleme ilkesinin radarla aynı olduğu görülebilir.
Uzaklık formülü şu şekilde ifade edilir: L=C×T
Formülde L ölçülen mesafe uzunluğudur; C, ultrasonik dalgaların havadaki yayılma hızıdır; T, ölçülen mesafe yayılımının zaman farkıdır (T, iletimden alıma kadar olan zaman değerinin yarısıdır).
Ultrasonik ölçüm esas olarak geri vites hatırlatıcılarının, şantiyelerin, endüstriyel alanların vb. mesafe ölçümü için kullanılır. Mevcut ölçüm aralığı 100 metreye ulaşabilse de ölçüm doğruluğu yalnızca santimetre mertebesine ulaşabilir.
Ultrasonik dalgaların kolay yönlü emisyonu, iyi yönlülük, yoğunluğun kolay kontrolü ve ölçülen nesneyle doğrudan temasın olmaması gibi avantajlar nedeniyle sıvı yüksekliği ölçümü için ideal bir araçtır. Hassas sıvı seviyesi ölçümünde milimetre düzeyinde ölçüm doğruluğu elde etmek gerekir ancak şu anda yerli ultrasonik ölçüm ASIC'leri yalnızca santimetre düzeyinde ölçüm doğruluğuna sahiptir. Ultrasonik uzaklık hatalarının nedenlerini analiz ederek, ölçüm süresi farkını mikrosaniye düzeyine çıkararak ve ses dalgası yayılma hızını telafi etmek için LM92 sıcaklık sensörünü kullanarak tasarladığımız yüksek hassasiyetli ultrasonik uzaklık ölçer, milimetre düzeyinde ölçüm doğruluğu elde edebilir.
