การวิเคราะห์ความถี่การสุ่มตัวอย่างและการเลือกมาตรวัดความหนาของอัลตราโซนิก

ความถี่ความหนาของอัลตราโซนิกความถี่การสุ่มตัวอย่างหมายถึงความถี่ของเครื่องมือในการได้มาดิจิตอลสัญญาณเสียงสะท้อนเสียงอัลตราโซนิกนั่นคือจำนวนครั้งต่อวินาทีในการสุ่มตัวอย่างสัญญาณอะนาล็อก (หน่วย: Hz หรือ MHz)

ตามทฤษฎีบทการสุ่มตัวอย่างของ Nyquist ความถี่การสุ่มตัวอย่างจะต้องมีความถี่สูงสุดอย่างน้อย 2 เท่าของสัญญาณเพื่อเรียกคืนสัญญาณดั้งเดิมโดยไม่บิดเบือน ในการวัดความหนาของอัลตราโซนิกความถี่สูงสุดของสัญญาณส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยความถี่กลางของโพรบอัลตราโซนิก (เช่นความถี่โพรบทั่วไปของ 1-10 MHz) ดังนั้นความถี่ในการสุ่มตัวอย่างของมาตรวัดความหนามักจะต้องเป็น 5-10 คูณความถี่โพรบ (เช่นโพรบ 10MHz ด้วย 50-100 ความถี่การสุ่มตัวอย่าง MHz) เพื่อให้แน่ใจว่ารายละเอียดของสัญญาณสะท้อนถูกจับได้อย่างแม่นยำ

ความละเอียดความละเอียดเวลาและความหนาของการวัดความแม่นยำ

ความละเอียดเวลา: ยิ่งความถี่การสุ่มตัวอย่างสูงขึ้นเท่าใดช่วงเวลาที่เล็กลงระหว่างจุดสุ่มตัวอย่างที่อยู่ติดกันสองจุด ตัวอย่างเช่นความถี่การสุ่มตัวอย่าง 100MHz มีช่วงเวลา 10ns ในขณะที่ความถี่การสุ่มตัวอย่าง 50MHz มีช่วงเวลา 20ns

ความแม่นยำความหนา: การคำนวณความหนาขึ้นอยู่กับเวลาของการบินอัลตร้าซาวด์ผ่านวัสดุ ยิ่งความละเอียดของเวลาสูงขึ้นเท่าใดก็ยิ่งมีข้อผิดพลาดในการวัดน้อยลงและความแม่นยำของความหนาก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ความละเอียดระยะทาง

ความละเอียดระยะทางคือระยะทางขั้นต่ำระหว่างอินเทอร์เฟซที่อยู่ใกล้เคียงสองตัวที่มาตรวัดสามารถแยกแยะได้ การสุ่มตัวอย่างความถี่สูงช่วยให้การระบุที่แม่นยำยิ่งขึ้นของขอบที่เพิ่มขึ้นและลดลงของสัญญาณเสียงสะท้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อวัดวัสดุผนังบางหรือโครงสร้างหลายชั้นหลีกเลี่ยงการตรวจสอบเท็จเนื่องจากเสียงสะท้อนซ้อนกัน

ความสามารถในการประมวลผลสัญญาณและภูมิคุ้มกันของเสียงรบกวน

รายละเอียดสัญญาณ: ความถี่การสุ่มตัวอย่างสูงยังคงมีรายละเอียดของรูปคลื่นมากขึ้น (เช่นแอมพลิจูดเฟส) ของสัญญาณเสียงสะท้อนซึ่งอำนวยความสะดวกในการประมวลผลสัญญาณที่ตามมา (เช่นการกรองการตรวจจับสูงสุดการระบุข้อบกพร่อง)

เอฟเฟกต์เสียงรบกวน: ในทางทฤษฎียิ่งมีความถี่ในการสุ่มตัวอย่างสูงเท่าใดเสียงรบกวนที่มีความถี่สูงมากขึ้น (เช่นสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า) แต่เครื่องมือที่ทันสมัยมักจะติดตั้งตัวกรองต่อต้านอะเลียสซึ่งสามารถกรองเสียงรบกวนความถี่สูงไม่ถูกต้องก่อนการสุ่มตัวอย่าง

ข้อ จำกัด ด้านฮาร์ดแวร์และข้อมูล

ค่าใช้จ่ายฮาร์ดแวร์: การสุ่มตัวอย่างความถี่สูงต้องใช้ ADCs ความเร็วสูง (ตัวแปลงแบบอะนาล็อกเป็นดิจิตอล) โปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงและหน่วยความจำจำนวนมากส่งผลให้ต้นทุนเครื่องมือสูงขึ้น

การถ่ายโอนข้อมูลและการจัดเก็บข้อมูล: ความถี่การสุ่มตัวอย่างที่สูงขึ้นจะสร้างข้อมูลจำนวนมากขึ้นซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อความเร็วการแสดงผลแบบเรียลไทม์หรือต้องการอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลภายนอก

การใช้พลังงาน: ฮาร์ดแวร์ความเร็วสูงมักใช้พลังงานมากขึ้นซึ่งส่งผลต่อความอดทนของอุปกรณ์พกพา

1.Scenarios ที่แนะนำความถี่การสุ่มตัวอย่างสูง

การวัดผนังบาง (เช่นชิ้นส่วนโลหะ/พลาสติก<1mm thick): multiple echoes over a short period of time need to be accurately captured.

การตรวจสอบความแม่นยำสูง (เช่นการวัดความหนาของส่วนประกอบการบินและอวกาศที่ต้องการ± 0 01 มม. ความแม่นยำ): ความละเอียดเวลาส่งผลโดยตรงต่อผลลัพธ์โดยตรง

วัสดุที่ซับซ้อน (เช่นวัสดุหยาบหยาบโครงสร้างคอมโพสิตหลายชั้น): สัญญาณสะท้อนอาจอ่อนแอหรือบิดเบี้ยวซึ่งต้องมีการสุ่มตัวอย่างความถี่สูงเพื่อรักษารายละเอียด

2. การจำกัดความถี่การสุ่มตัวอย่างสูง

การวัดวัสดุหนา: เมื่อความหนามีขนาดใหญ่ช่วงเวลาเสียงสะท้อนมีความยาว (เช่นเหล็ก 100 มม. เวลาเที่ยวบินประมาณ40μs) ความถี่การสุ่มตัวอย่างต่ำ (เช่น 50MHz) สามารถตอบสนองความต้องการความละเอียดเวลา (ช่วงเวลาการสุ่มตัวอย่าง 50MHz ที่เพิ่มขึ้น 20Ns

ค่าใช้จ่ายและการปฏิบัติ: สำหรับการวัดความหนาตามปกติ (เช่น 1-100 มม.) สูงเกินไปความถี่การสุ่มตัวอย่าง (เช่น 200MHz หรือมากกว่า) อาจส่งผลให้ประสิทธิภาพมากเกินไปการเพิ่มความซับซ้อนในการปฏิบัติงานและค่าใช้จ่ายอุปกรณ์

การจับคู่โพรบ: ความถี่การสุ่มตัวอย่างจำเป็นต้องจับคู่ความถี่โพรบ (โดยปกติจะแนะนำมากกว่าหรือเท่ากับ 5 เท่าของความถี่โพรบ) หากความถี่โพรบต่ำ (เช่น 1MHz) เพิ่มความถี่การสุ่มตัวอย่างแบบสุ่มสี่สุ่มห้า (เช่น 100MHz)

3. การปฏิบัติที่เหมาะสมที่สุด

เลือกตามช่วงการวัดและข้อกำหนดความแม่นยำ: ความแม่นยำของผนังบาง/สูง→ความถี่การสุ่มตัวอย่างสูง (มากกว่าหรือเท่ากับ 100MHz); ความแม่นยำของผนังหนา/ปกติ→ความถี่การสุ่มตัวอย่างปานกลาง (50-100 MHz)

ให้ความสนใจกับความร่วมมือระหว่างโพรบและเครื่องมือ: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าความถี่ในการสุ่มตัวอย่างตรงตามความต้องการของแบนด์วิดท์โพรบและในเวลาเดียวกันพิจารณาอัลกอริธึมการประมวลผลสัญญาณของเครื่องมือ (เช่นการเพิ่มประสิทธิภาพของการตรวจจับสูงสุด