전원 어댑터를 선택할 때 고려해야 할 중요한 요소

초음파 시스템 설계자는 초음파 트랜스듀서를 사용할 때 주파수, 하우징 설계 및 장착 옵션을 포함하여 여러 가지 옵션이 있습니다. 시스템 설계 프로세스의 중요한 측면은 트랜스듀서 성능, 음향 빔 특성 및 통합 전자 장치 간의 절충 균형을 맞추는 것입니다.

전파 매체 특성, 환경 조건 및 전자 장치와 같은 다양한 요인이 변환기 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 특정 애플리케이션을 위한 전력 변압기를 선택할 때 여러 매개변수를 고려해야 합니다. 이 기사는 고려해야 할 주요 요소를 식별하는 것을 목표로 합니다.

최대 감지 범위

초음파 시스템을 설계할 때 트랜스듀서의 최대 감지 범위에 영향을 줄 수 있는 몇 가지 요소를 고려해야 합니다.

트랜스듀서 자체 외에도 기상 조건, 전자 장치의 작동 및 수신, 신호 처리는 반드시 고려해야 하는 중요한 요소 중 하나입니다. 이와 관련하여 이러한 요소 중 일부에 대해 논의할 필요가 있습니다.

온도와 습도

온도 변화는 초음파 트랜스듀서의 재료뿐만 아니라 공기 중 소리의 속도에 영향을 미칠 수 있습니다.

최적 범위보다 훨씬 높거나 낮은 온도에서 변환기를 작동하면 음향 매칭 레이어와 공진 주파수 편이가 “분리”되어 성능이 저하될 수 있습니다.

공진 주파수는 10°C당 약 -0.8%(-10°C당 -0.8%) 이동하여 대부분의 응용 분야에서 일반적으로 허용되는 감도 저하를 초래할 수 있습니다. 그러나 온도 범위가 넓은 애플리케이션의 경우 보정이 필요할 수 있습니다.

그림 1. 100kHz에서 1atm의 공기 중 신호 감쇠. 이미지 제공: AIRMAR Technology Corporation

환경 조건은 공기의 특성을 극적으로 변화시킬 수 있습니다. 그림 1은 신호 감쇠가 온도, 습도, 주파수 및 기압과 같은 요인에 따라 달라진다는 것을 보여줍니다. 한편 소리의 속도는 주로 온도에 따라 달라집니다(그림 2 참조).

습도는 소리의 속도에 약간의 영향을 미치므로 표시된 온도 범위 내에서 속도 변화가 0.6% 미만이지만 일부 트랜스듀서는 소리의 속도를 보상하기 위해 옵션으로 내부 열 저항기를 갖추고 있습니다. 더 넓은 범위에서 정확한 교정을 위해 외부 온도 센서를 사용할 수도 있습니다.

그림 2. 공기 중에서 소리의 속도. 이미지 제공: AIRMAR Technology Corporation

기류 및 대기 효과

난기류는 음파를 편향시키거나 감쇠시켜 궁극적으로 에코 신호를 감소시키기 때문에 최대 측정 범위를 방해할 수 있습니다. 기류는 바람을 타고 소리를 전달하며 큰 기류는 소리를 너무 왜곡하여 의도한 목표를 놓칠 수 있습니다. 급격한 온도 변화도 소리를 반사할 수 있습니다.

음파 경로에 약간의 눈이나 비가 내리면 음파가 부드러워져 범위가 줄어들 수 있습니다. 낮은 주파수 변환기는 더 긴 파장을 방출하므로 눈과 비의 저하 효과가 높은 주파수보다 덜 중요합니다.

착란
(전기 및 음향)

RFI 및 EMI 간섭에 취약할 수 있는 공기 범위 초음파 트랜스듀서는 표준 예방 조치로 내부 실드를 장착할 수 있습니다. 그러나 일부 환경에서는 추가 보호를 사용해야 할 수 있습니다.

블라스팅 건과 같은 고압 공기 노즐은 주파수가 광범위하고 걸러내기 어려운 상당한 수준의 초음파 소음을 생성합니다. 따라서 통풍구 근처에 트랜스듀서를 설치하지 않는 것이 좋습니다.

트랜스듀서를 진동 장비에 설치하면 기계적으로 결합된 간섭이 발생할 수 있습니다. 트랜스듀서로의 진동 전달을 줄이려면 호환성이 높은 장착 재료를 사용해야 합니다.

목표군

전송된 빔에 수직으로 장착된 단단하고 매끄럽고 평평한 표적은 가장 강한 신호를 제공하므로 더 먼 거리에서도 감지할 수 있습니다. 이러한 대상의 예로는 액체, 유리 또는 금속이 있습니다.

빔이 수직이 아닌 경우 입사각에 의해 반사되고 변환기에서 수신되지 않습니다. 예를 들어 빔 각도가 10°인 트랜스듀서는 대상이 2.5° 잘못 정렬되면 3dB의 신호 저하가 발생합니다.

그림 3. 각진 사운드 리플렉터. 이미지 제공: AIRMAR Technology Corporation

표면이 거칠고 불규칙한 경우 사운드 분산으로 인해 반환된 신호의 진폭이 가변적입니다. 이러한 타겟은 반환 신호가 더 작다는 단점이 있지만 타겟 정렬의 이점은 덜 중요합니다.

재료마다 소리를 반사하는 능력이 매우 다양합니다. 천 및 폼과 같은 표면은 반사율이 낮기 때문에 진폭 공진이 낮아지고 변환기의 유효 범위가 크게 줄어듭니다.

빔 각도

트랜스듀서는 특정 빔 패턴으로 방출하며 대부분의 에너지는 빔폭을 정의하는 메인 로브에 집중되어 있습니다. 그러나 메인 로브 외부의 에너지는 사이드 로브에 집중됩니다.

이러한 사이드 로브는 대상의 실제 위치를 가릴 수 있는 팬텀 에코를 생성할 수 있습니다. 트랜스듀서에 사이드 로브가 완전히 없을 수는 없지만 대부분의 공기 범위 초음파 트랜스듀서는 메인 로브보다 최소 17dB 낮은 사이드 로브 레벨을 갖도록 설계되었습니다.

그림 4. 전형적인 빔 패턴. 이미지 제공: AIRMAR Technology Corporation

넓은 빔 각도 트랜스듀서는 감지 범위가 좁고 좁은 빔 모델보다 대상 식별력이 낮습니다. 이것은 더 넓은 빔이 더 큰 볼륨에 걸쳐 음향 에너지를 확산시켜 더 좁고 더 집중된 빔보다 잠재적인 대상에서 반사되는 에너지가 적기 때문입니다.

반대로 좁은 빔 각도는 넓은 빔보다 파형 유체 타겟과 같은 불규칙한 표면에서 더 큰 공진 진폭 차이를 갖는 경향이 있습니다.

최소 감지 범위

활성 표면에서 측정된 트랜스듀서의 최소 감지 범위를 블랭킹 영역이라고 합니다. 이 영역 내에서는 반향 신호를 수신할 수 없으며 이상적으로는 이 거리가 0이어야 합니다.

그림 5. 루프 예제를 보냅니다. 이미지 제공: AIRMAR Technology Corporation

블랭킹 영역은 전기 여기 펄스 뒤에 있는 압전 변환기 요소의 지속적인 진동인 공진이라는 현상에 의해 발생합니다.

압전 세라믹의 특성과 트랜스듀서 설계의 한계로 인해 여기가 멈춘 후 기계 및 전기 에너지가 소산되는 데 어느 정도의 루프 시간이 불가피합니다.

변환기 루프의 범위는 설계에 따라 다릅니다. 링 양은 제조 공차로 인해 동일한 디자인의 어댑터마다 약간씩 다를 수 있습니다.

그림 6. 인접한 응답을 보여주는 응답을 제출하십시오. 이미지 제공: AIRMAR Technology Corporation

변환기가 표시하는 루프의 양은 변환기를 구동하는 데 사용되는 전기 펄스의 유형에 따라 영향을 받을 수 있습니다. 최적의 작동 주파수에서 10주기로 구성된 토널 버스트 엔진을 사용할 때 루프 시간의 양을 지정할 수 있습니다. 트랜스듀서에는 여러 진동 모드가 있으며, 그 중 일부는 공기와 강하게 결합되는 반면 나머지는 그렇지 않습니다.

공기에 강하게 결합된 주파수에서 트랜스듀서를 구동하고 시스템 설계 중에 흥분성 외부 공진을 피하는 것이 중요합니다. 따라서 톤 버스트(좁은 대역폭)를 사용하는 것이 유리합니다.

한편, 광대역 전송 시스템은 “펄스” 드라이브 전자 장치에 의해 생성되는 것과 같은 원하지 않는 진동 패턴을 유도할 수 있으며, 이는 변환기에 고전압의 짧은 지속 시간 에너지 버스트를 적용합니다. 원치 않는 주파수가 자극되면 에너지가 더 천천히 소산되기 때문에 루프 시간이 증가합니다.

모든 공기 변환기에는 필요한 공진 주파수 외에 2차 공진이 있습니다. 이 2차 공명은 압전 세라믹 소자와 공기 사이의 결합을 강화하기 위해 음향 정합층을 사용함으로써 발생합니다.

그림 6은 2차 공진이 공기 중에서 더 약하고 원하는 것보다 더 큰 공진을 나타냄을 보여줍니다.

설치

전기 기계 장치인 트랜스듀서는 진동 에너지를 하우징으로 전달합니다. 견고하게 설치하면 진동이 증가하여 링 수명이 길어질 수 있습니다. 전원 어댑터의 성능은 호환되는 설치에 의해 최소한의 영향을 받습니다. 압력에 맞는 위치에 전원 어댑터를 억지로 설치하는 것은 권장하지 않습니다.

그림 7. 장착 예. 이미지 제공: AIRMAR Technology Corporation

그림 8. 절연 부싱의 예. 이미지 제공: AIRMAR Technology Corporation

케이싱의 외경에 트랜스듀서를 장착하면 루프 시간이 늘어날 수 있습니다. 따라서 필요한 경우 추가 절연을 위해 그림과 같이 절연 부싱을 사용하는 것이 좋습니다.

Airmar Technology의 공기 범위 변환기

Airmar는 오늘날의 까다로운 상업 및 산업 응용 분야에서 널리 사용되는 고품질의 공기 접촉식 신뢰할 수 있는 초음파 변환기를 제조합니다.

공기^® 공압 변환기는 액체 또는 고체 레벨, 흐름 제어, 자동 제어, 근접 감지, 장애물 회피, 거리 측정 및 재고 제어를 포함하여 다양한 분야에서 사용되는 많은 측정 시스템의 개발에 중요한 역할을 합니다.

이러한 전원 어댑터는 미국에서 제조되며 모든 구성 요소에서 우수한 품질과 비교할 수 없는 성능을 요구하는 엔지니어 및 시스템 통합자가 선호합니다.

공기 변환기는 안전하고 내구성이 있으며 신뢰할 수 있고 공장에서 조정되어 열악한 환경에서 최적의 성능을 보장합니다. 또한 밀폐된 인클로저가 있고 IP68 등급이며 마모될 수 있는 움직이는 부품이 없습니다.

이 정보는 AIRMAR Technology Corporation에서 제공한 자료에서 입수, 수정 및 조정되었습니다.

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