Ультразвуковые датчики расстояний, уровня

Для проведения измерения расстояния до объекта необходимо использовать активный датчик, который бы мог одновременно передавать, и принимать отраженный сигнал. Энергия излучения может быть не только электромагнитной, но и акустической. Принцип передачи и приема ультразвуковых волн лежит в основе широко распространенных акустических датчиков для измерения расстояний и скорости движения объектов. Отраженная волна почти равномерно распределяется внутри широкого пространственного угла, который может достигать 180°. При перемещении объекта частота отраженных волн будет отличаться от эталонной. При этом расстояние до объекта можно определить по формуле:

(2.6)

Если излучатель и приемник расположены недалеко друг от друга по сравнению с объектом, то сosθ приблизительно равен единице.

Преимущество ультразвуковых датчиков по сравнению с микроволновыми заключается в том, что они распространяются со значительно меньшей скоростью. Поэтому интервалы времени значительно больше, что упрощает их измерение.

Рис. 2.12 Ультразвуковые измерители расстояний: А – принципиальная схема; Б – импедансная характеристика преобразователя.

На рисунке представлена типовая конструкция ультразвукового преобразователя перемещений, работающего в воздушной среде. На практике важно знать вид диаграммы направленности датчика. Чем уже диаграмма, тем выше будет чувствительность преобразователя.

Рис. 2.13 Конструкция пьезоэлектрического ультразвукового преобразователя и диаграмма направленности излучения.