Analise en regstellingsmetode van ultrasoniese afstandsensor

1. Die invloed van ultrasoniese voortplanting spoed op reeks

Stabiele en akkurate ultrasoniese voortplantingssnelheid is 'n noodsaaklike voorwaarde om metingsakkuraatheid te verseker. Die voortplantingsspoed van 'n golf hang af van die eienskappe van die voortplantingsmedium. Die temperatuur, druk en digtheid van die voortplantingsmedium sal almal 'n direkte uitwerking op die spoed van klank hê. Vir afstandmeting is die hoofoorsaak van die verandering in klanksnelheid die verandering in die temperatuur van die medium, wat een van die hoofbronne van foute in ultrasoniese afstandmetingsensor . Daarom, in die reeks proses, moet die ultrasoniese snelheid gekorrigeer word. Die verband tussen die ultrasoniese voortplantingsnelheid in die lug en die temperatuur kan uitgedruk word as c=331.4×1+t/273u33114+01607t (m/s), waar t die omgewingstemperatuur is. Daarom, die gebruik van die ultrasoniese snelheid van 341m / s by normale temperatuur om die afstand van ultrasoniese wissel onder verskillende temperatuur omgewings te bereken het 'n groot fout. Om die akkuraatheid van afstandmeting te verbeter, is dit nodig om temperatuurkompensasie op die ultrasoniese spoed uit te voer, en temperatuursensors en ander temperatuurmeettoestelle te gebruik om die waarde van die omgewingstemperatuur te meet, en sodoende die ultrasoniese spoed in die omgewing te verkry. Dit is ook moontlik om 'n kombinasie van voorafingestelde klankspoed en temperatuurkompensasie te gebruik om die klankspoed reg te stel, wat die fout wat deur temperatuurveranderinge veroorsaak word meer effektief sal verminder.

2. Faktore wat die bepaling van eggo tyd t beïnvloed en metodes om foute te verminder

In die metingsproses, om die interferensie van ander seine te voorkom en die betroubaarheid van die meting te verbeter, wanneer die enkelskyfie-rekenaar begin tel, stuur die ultrasoniese sensor dikwels 'n pulstrein wat uit veelvuldige vierkantgolwe bestaan ​​(soos 5-9 pulse as 'n trein) as die meting. As die drumpelspanning van die vergelyker in die ontvangskring van ultrasoniese transducer afstand meting is 'n sekere waarde, as gevolg van die invloed van stof en ander stowwe, die werklike meting kan nie noodwendig wees die nul-kruising sneller van die eerste eggo. Deur die waarneming en ontleding van die ultrasoniese ontvangsecho, word gevind dat nadat die ontvangde eggo deur die omhulsel bespeur is, die voorkant van die omhulselkromme 'n eksponensieel stygende kurwe is, ongeveer op die hoogtepunt van die negende golf na die omhulsel, en die derde Die golf is ongeveer 75% van die piek. Daarom word die ontvangstroombaan dikwels ontwerp om op te hou tel wanneer die derde eggo ontvang word. Daarom is die finale gemete tyd 3 pulse langer as die werklike afstand wat ooreenstem met die stuurtyd, wat die meetfout van die eggo tyd t veroorsaak.

Ten einde die tydsberekening akkuraatheid te verbeter, is dit nodig om die aankoms tyd van die akkuraat op te spoor ultrasoniese transducer sensor . 'n Enkele vergelyker met 'n vaste drempel word gebruik om die eggo op te spoor. As gevolg van die absorpsieverswakking en diffusieverlies van die klankgolf tydens transmissie, verval die klankintensiteit eksponensieel soos die afstand van die teiken toeneem. Binne die reeks, die afstand tussen die naaste teiken en die verste teiken. Die groot verskil in eggo-amplitude kan veroorsaak dat die tyd van oorsteek van die drumpel heen en weer beweeg, en daardeur die akkuraatheid van tydsberekening beïnvloed.

Die metode om hierdie probleem op te los: Metode een is om 'n dubbelvergelyker-vormkring te gebruik, wat die aankomstyd van die eggofront meer akkuraat kan bepaal. Soos in Figuur 2 getoon, is vm die piekspanning, laat v1 die drempelspanning van vergelyker 1 wees, v2 is die drempelspanning van vergelyker 2, (waar (v2>v1, die waarde daarvan deur eksperiment gestel word), wanneer die ultrasoniese sensor ultrasoniese uitstraal uitstraal. t0 stop tydsberekening Op hierdie tydstip is die tyd wat deur t0 getel word t1 Wanneer die vergelyker 2 omdraai, stop t1 tydsberekening.

Die tweede metode is om die outomatiese versterkingsbeheerkring (agc) serieel in die eggo-ontvangkring te koppel, sodat gedurende die ontvangstyd van die versterkerkring, die spanningsversterkingsfaktor eksponensieel toeneem met die verhoging van die meetafstand om te kompenseer vir die absorpsieverswakking en Diffusieverlies hou die eggo-amplitude van die stroombaan in 'n konstante omvang of net die veranderings in die vorm van die ontvangs. en dan uitset deur die vormkring, wat die akkuraatheid van die reeks aansienlik kan verbeter. Natuurlik, omdat die aGC-kring (insluitend die versterker self) 'n vertraging in die staprespons van die sein het, is die oombliklike opsporing moontlik nie baie goed nie, en die eggo-sein is net plofbaar, so daar is 'n sekere fout, maar dit is weglaatbaar .

Die derde metode is om 'n stroombaan te ontwerp wat die drempelspanning geleidelik verlaag soos tyd gedurende die meettyd toeneem, en 'n drempelsein genereer wat te eniger tyd toeneem en eksponensieel afneem en by die vergelyker gevoeg word. Dit sal kompenseer vir die opbrengs wat veroorsaak word deur die toename in die meetafstand. Die golfamplitude word verminder om die akkuraatheid en herhaalbaarheid van die meting te verbeter. Deur gebruik te maak van programmeerbare versterkers en digitale potensiometers en ander toestelle, deur die kombinasie van sagteware en hardeware, kan 'n verskeidenheid van sulke stroombane ontwerp word. Dit is ook moontlik om 'n operasionele versterker en 'n veldeffekbuis te kombineer om 'n beheerde versterker te vorm. Die veldeffekbuis word as 'n spanningsbeheerde weerstand gebruik om 'n terugvoerregulasielus te vorm. Maar die volgbaarheid van hierdie stroombaan is nie so goed soos die bogenoemde digitale stroombaan nie.

3. Die invloed van die invalshoek van die ultrasoniese straal op die opsporingsteiken op die afstand. As die stelsel gebruik word om die afstand tussen die oppervlak en die punt te meet, wanneer die invalshoek van die ultrasoniese golf (of die hoek van die gereflekteerde golf wat inval op die ontvangende transducer) minder as 90b is, is die afstand gemeet deur die sisteem (transduktor) die gemeet punt (transducer). Eerder as die vertikale afstand d tussen die meetvlak en die meetvoorwerp, sal dit meetfoute veroorsaak. Die manier om hierdie probleem op te los, is om die relevante kennis van driehoeke te gebruik om te bereken en reg te stel.

4. Dooie sone

Tydens afstandmeting word die hoëfrekwensie ultrasoniese transducer gebruik 'n reeks ultrasoniese golwe as die metingsdraer vir 'n tydperk, so die ontvangs kan eers begin word nadat die transmissie voltooi is. Stel die tyd van die stuur van die straal na t, dan kan die sein wat binne t tyd van die voorwerp gereflekteer word nie vasgevang word nie. Daarbenewens het die ultrasoniese sensor 'n sekere traagheid, dit wil sê, daar is 'n proses van gedwonge vibrasie tot gebalanseerde vibrasie tot gedempte vibrasie. Daarom sal daar 'n sekere vibrasie wees nadat die oordrag voltooi is. Dit na vibrasie genereer ook 'n spanningsein deur die transducer. Die sein word op die eggo-sein gesuperponeer, sodat die stroombaan nie die ware eggo kan identifiseer nie, wat die stelsel se werk om die terugkeersein vas te vang versteur. Daarom kan die stelsel nie vir eggo-ontvangs geaktiveer word voordat die na-vibrasie verdwyn nie. Bogenoemde twee redes veroorsaak dat die ultrasoniese sensor 'n sekere meetbereik het, dit wil sê daar is 'n sogenaamde blinde sone.

Daarbenewens is daar baie ander oorsake van metingsfoute, soos die opdragbewerking neem 'n sekere hoeveelheid tyd, wat die meetdata te groot maak, die stabiliteit en akkuraatheid van die tydbasis-pulsfrekwensie en ander materiële inmenging in die veldomgewing.