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1. Generatore di ultrasuoni
Per studiare e utilizzare gli ultrasuoni, sono stati progettati e realizzati numerosi generatori di ultrasuoni. Nel complesso, i generatori di ultrasuoni possono essere suddivisi in due categorie: una è quella che genera onde ultrasoniche tramite mezzi elettrici, e l'altra è quella che genera onde ultrasoniche tramite mezzi meccanici. I metodi elettrici includono tipi piezoelettrici, magnetostrittivi ed elettrici, ecc.; I metodi meccanici includono il flauto Galt, il fischio liquido e il flauto rotante a flusso d'aria. La frequenza, la potenza e le caratteristiche acustiche delle onde ultrasoniche che generano sono diverse, quindi anche i loro usi sono diversi. Attualmente, il tipo più comunemente utilizzato è il generatore di ultrasuoni piezoelettrico.
2. Principio del generatore di ultrasuoni piezoelettrico
Il generatore di ultrasuoni piezoelettrico funziona effettivamente utilizzando la risonanza dei cristalli piezoelettrici. La struttura interna del generatore di ultrasuoni è mostrata nella Figura 1, che consiste in due chip piezoelettrici e una piastra risonante. Quando un segnale di impulso viene applicato ai suoi due poli con una frequenza pari alla frequenza di oscillazione naturale del chip piezoelettrico, il chip piezoelettrico entra in risonanza e fa vibrare la piastra risonante, producendo onde ultrasoniche. Al contrario, se non viene applicata alcuna tensione tra i due elettrodi, quando la piastra risonante riceve onde ultrasoniche, comprimerà il chip piezoelettrico per farlo vibrare, convertendo l'energia meccanica in segnali elettrici, e quindi diventerà un ricevitore ultrasonico.
3. Il principio di base del telemetro ad ultrasuoni
Il trasmettitore a ultrasuoni emette onde ultrasoniche in una determinata direzione e avvia contemporaneamente il cronometraggio. Le onde ultrasoniche si propagano nell'aria e ritornano immediatamente quando incontrano ostacoli. Il ricevitore a ultrasuoni interrompe immediatamente il cronometraggio quando riceve le onde riflesse. La velocità di propagazione degli ultrasuoni nell'aria è di 340 m/s. In base al tempo t registrato dal timer si può calcolare la distanza (s) tra il punto di emissione e l'ostacolo che vale s=340t/2. Questo è il cosiddetto metodo di misurazione della distanza con differenza di tempo.
Il principio della misurazione della distanza a ultrasuoni consiste nell'utilizzare la velocità di propagazione nota delle onde ultrasoniche nell'aria per misurare il tempo impiegato dalle onde sonore per riflettere indietro dagli ostacoli dopo essere state emesse. In base alla differenza temporale tra emissione e ricezione viene calcolata la distanza effettiva dal punto di emissione all'ostacolo. Si può vedere che il principio della misurazione ultrasonica è lo stesso di quello del radar.
