Die dünnste Taille der Welt
1. Ultraschallgenerator
Zur Untersuchung und Nutzung von Ultraschall wurden zahlreiche Ultraschallgeneratoren entwickelt und hergestellt. Insgesamt lassen sich Ultraschallgeneratoren in zwei Kategorien einteilen: Die eine besteht darin, Ultraschallwellen auf elektrischem Weg zu erzeugen, die andere darin, Ultraschallwellen auf mechanischem Wege zu erzeugen. Zu den elektrischen Methoden gehören piezoelektrische, magnetostriktive und elektrische Methoden usw.; Zu den mechanischen Methoden gehören die Galt-Flöte, die Flüssigpfeife und die Luftstrom-Rotationsflöte. Die Frequenz, Leistung und akustischen Eigenschaften der von ihnen erzeugten Ultraschallwellen sind unterschiedlich, daher sind auch ihre Verwendungszwecke unterschiedlich. Der derzeit am häufigsten verwendete Typ ist der piezoelektrische Ultraschallgenerator.
2. Prinzip des piezoelektrischen Ultraschallgenerators
Der piezoelektrische Ultraschallgenerator nutzt tatsächlich die Resonanz piezoelektrischer Kristalle. Der innere Aufbau des Ultraschallgenerators ist in Abbildung 1 dargestellt, der aus zwei piezoelektrischen Chips und einer Resonanzplatte besteht. Wenn an seine beiden Pole ein Impulssignal mit einer Frequenz angelegt wird, die der natürlichen Schwingungsfrequenz des piezoelektrischen Chips entspricht, schwingt der piezoelektrische Chip mit und versetzt die Resonanzplatte in Schwingungen, wodurch Ultraschallwellen erzeugt werden. Wenn dagegen keine Spannung zwischen den beiden Elektroden angelegt wird und die Resonanzplatte Ultraschallwellen empfängt, komprimiert sie den piezoelektrischen Chip in Schwingungen, wandelt mechanische Energie in elektrische Signale um und wird dann zu einem Ultraschallempfänger.
3. Das Grundprinzip des Ultraschall-Entfernungsmessers
Der Ultraschallsender sendet Ultraschallwellen in eine bestimmte Richtung aus und startet gleichzeitig die Zeitmessung. Die Ultraschallwellen breiten sich in der Luft aus und kehren sofort wieder zurück, wenn sie auf Hindernisse treffen. Der Ultraschallempfänger stoppt die Messung sofort, wenn er die reflektierten Wellen empfängt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschall in Luft beträgt 340 m/s. Basierend auf der vom Timer aufgezeichneten Zeit t kann der Abstand (s) zwischen dem Emissionspunkt und dem Hindernis berechnet werden, der s=340t/2 beträgt. Dabei handelt es sich um das sogenannte Zeitdifferenz-Entfernungsmessverfahren.
Das Prinzip der Ultraschall-Entfernungsmessung besteht darin, die bekannte Ausbreitungsgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in der Luft zu nutzen, um die Zeit zu messen, die Schallwellen nach ihrer Aussendung benötigen, um von Hindernissen zurück zu reflektieren. Anhand der Zeitdifferenz zwischen Ausstrahlung und Empfang wird die tatsächliche Entfernung vom Ausstrahlungsort zum Hindernis berechnet. Es ist ersichtlich, dass das Prinzip der Ultraschall-Entfernungsmessung das gleiche ist wie das des Radars.
