A definição de frequência de amostragem
A frequência de amostragem de medidor de espessura ultrassônica refere -se à frequência do instrumento na aquisição digital de sinal de eco ultrassônico, ou seja, o número de vezes por segundo na amostragem de sinal analógico (unidade: Hz ou MHz).
De acordo com o teorema da amostragem de Nyquist, a frequência de amostragem deve ser pelo menos 2 vezes a frequência mais alta do sinal para restaurar o sinal original sem distorção. Na medição da espessura ultrassônica, a frequência mais alta do sinal é determinada principalmente pela frequência central da sonda ultrassônica (como a frequência comum da sonda de 1-10 MHz). Portanto, a frequência de amostragem do medidor de espessura geralmente precisa ser 5-10 vezes a frequência da sonda (por exemplo, a sonda de 10MHz com frequência de amostragem 50-100 MHz) para garantir que os detalhes do sinal ecoado sejam capturados com precisão.
Parâmetros de frequência que são afetados pela frequência de amostragem
Precisão de resolução de tempo e medição de espessura
Resolução de tempo: Quanto maior a frequência de amostragem, menor o intervalo de tempo entre dois pontos de amostragem adjacentes. Por exemplo, uma frequência de amostragem de 100 MHz tem um intervalo de tempo de 10ns, enquanto uma frequência de amostragem de 50 MHz tem um intervalo de tempo de 20ns.
Precisão de espessura: os cálculos de espessura são baseados no tempo de fuga do ultrassom através do material. Quanto maior a resolução do tempo, menor o erro de tempo de medição e maior a precisão da espessura.
Resolução da distância
A resolução da distância é a distância mínima entre duas interfaces vizinhas que o medidor pode distinguir. A amostragem de alta frequência permite uma identificação mais precisa das bordas crescentes e quentes do sinal de eco, especialmente ao medir materiais de paredes finas ou estruturas de várias camadas, evitando falsas determinações devido à sobreposição de eco.
Capacidade de processamento de sinal e imunidade ao ruído
Detalhes do sinal: A alta frequência de amostragem mantém mais detalhes da forma de onda (por exemplo, amplitude, fase) do sinal de eco, que facilita o processamento subsequente de sinal (por exemplo, filtragem, detecção de pico, identificação de defeitos).
Efeitos de ruído: teoricamente, quanto maior a frequência de amostragem, mais sensível ao ruído de alta frequência (por exemplo, interferência eletromagnética), mas os instrumentos modernos geralmente são equipados com filtros anti-Alias, que podem filtrar o ruído inválido de alta frequência antes da amostragem.
Limitações de processamento de hardware e dados
Custos de hardware: a amostragem de alta frequência requer ADCs de alta velocidade (conversores analógicos para digitais), processadores de alto desempenho e grandes quantidades de memória, resultando em custos mais altos do instrumento.
Transferência e armazenamento de dados: frequências de amostragem mais altas geram maiores quantidades de dados, o que pode afetar a velocidade de exibição em tempo real ou requer dispositivos de armazenamento externo.
Consumo de energia: o hardware de alta velocidade normalmente consome mais energia, o que afeta a resistência de dispositivos portáteis.
As aplicações de alta frequência de amostragem
1.SCENARIOS, onde são recomendadas frequências de amostragem altas
Medições de parede fina (por exemplo, peças de metal/plástico<1mm thick): multiple echoes over a short period of time need to be accurately captured.
Inspeções de alta precisão (por exemplo, medições de espessura do componente aeroespacial que requerem ± 0. Precisão de 01mm): A resolução do tempo afeta diretamente os resultados.
Materiais complexos (por exemplo, materiais de granulação grossa, estruturas compostas de várias camadas): os sinais de eco podem ser fracos ou distorcidos, exigindo amostragem de alta frequência para preservar os detalhes.
2. Limitações de altas frequências de amostragem
Medição espessa de material: Quando a espessura é grande, o intervalo de tempo do eco é longo (por exemplo, aço de 100 mm, o tempo de vôo é de cerca de 40μs), a baixa frequência de amostragem (por exemplo, 50MHz) também pode atender aos requisitos de resolução de tempo (o intervalo de amostragem de 50 MHz é que o intervalo de 20 anos é que o intervalo de mais de 40 μs é de 40 μs).
Custo e praticidade: para medição de espessura de rotina (por exemplo, 1-100 mm), uma frequência de amostragem muito alta (por exemplo, 200MHz ou mais) pode resultar em desempenho excessivo, aumentando a complexidade operacional e os custos dos equipamentos.
Combinação da sonda: A frequência de amostragem precisa corresponder à frequência da sonda (geralmente recomendada maior ou igual a 5 vezes a frequência da sonda), se a frequência da sonda for baixa (por exemplo, 1MHz), aumentar cegamente a frequência de amostragem (por exemplo, 100MHz) não melhorará a resolução (limitada pela própria largura de sonda).
3.A prática mais adequada
Selecione de acordo com a faixa de medição e os requisitos de precisão: paredes finas/alta frequência de amostragem alta (maior ou igual a 100MHz); Frequência de amostragem média de paredes espessas/com paredes grossas → ({3}} MHz).
Atenção à cooperação entre a investigação e o instrumento: verifique se a frequência de amostragem atende à demanda da largura de banda da sonda e, ao mesmo tempo, considere os algoritmos de processamento de sinal do instrumento (por exemplo, a otimização da detecção de pico e dos algoritmos de reconhecimento de eco).