Paraugu ņemšanas frekvences definīcija
Ultraskaņas biezuma mērierīces paraugu ņemšanas frekvence attiecas uz instrumenta frekvenci ultraskaņas atbalss signāla digitālā iegūšanā, tas ir, reizes sekundē sekundē uz analogā signāla paraugu ņemšanu (vienība: Hz vai MHz).
Saskaņā ar Nyquist paraugu ņemšanas teorēmu, paraugu ņemšanas frekvencei jābūt vismaz 2 reizes lielākai signāla frekvencei, lai sākotnējo signālu atjaunotu bez kropļojumiem. Ultraskaņas biezuma mērījumā signāla augstāko frekvenci galvenokārt nosaka ar ultraskaņas zondes centrālo frekvenci (piemēram, parasto zondes frekvenci 1-10 mHz). Tāpēc biezuma mērierīces paraugu ņemšanas frekvencei parasti jābūt 5-10, kas ir zondes frekvence (piemēram, 10MHz zonde ar 50-100 MHz paraugu ņemšanas frekvenci), lai pārliecinātos, ka tiek precīzi uztvertas atkārtotā signāla detaļas.
Frekvences parametri, kurus ietekmē paraugu ņemšanas frekvence
Laika izšķirtspējas un biezuma mērīšanas precizitāte
Laika izšķirtspēja: jo lielāks paraugu ņemšanas biežums, jo mazāks laika intervāls starp diviem blakus esošajiem paraugu ņemšanas punktiem. Piemēram, 100MHz paraugu ņemšanas frekvences laika intervāls ir 10N, savukārt 50MHz paraugu ņemšanas frekvences laika intervāls ir 20N.
Biezuma precizitāte: biezuma aprēķini ir balstīti uz ultraskaņas lidojuma laiku caur materiālu. Jo augstāka laika izšķirtspēja, jo mazāka ir mērīšanas laika kļūda un jo lielāka ir biezuma precizitāte.
Izšķirtspēja attālumā
Attāluma izšķirtspēja ir minimālais attālums starp divām kaimiņu saskarnēm, kuras var atšķirt mērītājs. Augstas frekvences paraugu ņemšana ļauj precīzāk identificēt atbalss signāla pieaugošās un krītošās malas, it īpaši, ja mēra plānus materiālus vai daudzslāņu struktūras, izvairoties no viltus noteikšanas atbalss pārklāšanās dēļ.
Signāla apstrādes spējas un trokšņa imunitāte
Signāla informācija: Augsta paraugu ņemšanas frekvence saglabā vairāk atbalss signāla viļņu formas detaļas (piemēram, amplitūdu, fāzi), kas atvieglo turpmāko signāla apstrādi (piemēram, filtrēšana, maksimālā noteikšana, defektu identifikācija).
Trokšņa efekti: teorētiski, jo lielāks paraugu ņemšanas frekvence, jo jutīgāks pret augstfrekvences troksni (piemēram, elektromagnētiskiem traucējumiem), bet mūsdienu instrumenti parasti ir aprīkoti ar anti-alias filtriem, kas pirms paraugu ņemšanas var izfiltrēt nederīgu augstfrekvences troksni.
Aparatūras un datu apstrādes ierobežojumi
Aparatūras izmaksas: Augstas frekvences paraugu ņemšanai ir nepieciešami ātrgaitas ADC (analogie-digitālie pārveidotāji), augstas veiktspējas procesori un liels atmiņas daudzums, kā rezultātā rodas augstākas instrumentu izmaksas.
Datu pārsūtīšana un uzglabāšana: augstākas paraugu ņemšanas frekvences ģenerē lielāku datu daudzumu, kas var ietekmēt reālā laika displeja ātrumu vai prasīt ārējas uzglabāšanas ierīces.
Jaudas patēriņš: ātrgaitas aparatūra parasti patērē lielāku jaudu, kas ietekmē portatīvo ierīču izturību.
Augstas paraugu ņemšanas frekvences pielietojums
1.Scenarios, kur ir ieteicamas augstas paraugu ņemšanas frekvences
Plānas sienas mērījumi (piemēram, metāla/plastmasas daļas<1mm thick): multiple echoes over a short period of time need to be accurately captured.
Augstas precizitātes pārbaudes (piemēram, kosmiskās aviācijas komponentu biezuma mērījumi, kuriem nepieciešami ± 0. 01mm precizitāte): Laika izšķirtspēja tieši ietekmē rezultātus.
Kompleksie materiāli (piemēram, rupji graudains materiāli, daudzslāņu kompozītmateriālu struktūras): Echo signāli var būt vāji vai izkropļoti, un, lai saglabātu detaļas, nepieciešama augstfrekvences paraugu ņemšana.
2. Augstas paraugu ņemšanas frekvenču ierobežojumi
Biezs materiāla mērījums: Kad biezums ir liels, atbalss laika intervāls ir garš (piemēram, 100 mm tērauds, lidojuma laiks ir aptuveni 40 μs), zema paraugu ņemšanas frekvence (piemēram, 50MHz) var izpildīt arī laika izšķirtspējas prasības (50MHz paraugu ņemšanas intervāls 20N, 40 μs var būt 2000 punkti), šajā laikā palielina paraugu frekvenci, lai uzlabotu precizitāti.
Izmaksas un praktiskums: Parastā biezuma mērījumā (piemēram, 1-100 mm) pārāk augsts paraugu ņemšanas frekvence (piemēram, 200MHz vai vairāk) var izraisīt pārmērīgu veiktspēju, palielinot darbības sarežģītību un aprīkojuma izmaksas.
Zondes saskaņošana: Paraugu ņemšanas frekvencei ir jāsaskaņo zondes frekvence (parasti ieteicama lielāka vai vienāda ar 5 reizes lielāku zondes frekvenci), ja zondes frekvence ir zema (piemēram, 1MHz), akli palielina paraugu ņemšanas frekvenci (piemēram, 100MHz) neizšķirtu (ierobežotu zondes paša joslu).
3. pareizākā prakse
Izvēlieties atbilstoši mērījumu diapazonam un precizitātes prasībām: plānas sienas/augsta precizitāte → augsta paraugu ņemšanas frekvence (lielāka vai vienāda ar 100MHz); bieza siena/regulāra precizitāte → Vidēja paraugu ņemšanas frekvence (50-100 MHz).
Uzmanība zondes un instrumenta sadarbībai: pārliecinieties, vai paraugu ņemšanas frekvence atbilst zondes joslas platuma pieprasījumam, un tajā pašā laikā apsveriet instrumenta signāla apstrādes algoritmus (piemēram, pīķa noteikšanas optimizācija un atbalss atpazīšanas algoritmi var būt daudz svarīgāka precizitātei nekā paraugu frekvences palielināšana).