شرح تفصيلي لطريقة قياس مدى الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

في الإنتاج والحياة اليومية، تُستخدم أجهزة استشعار المسافة بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي في رادار عكس السيارة، والمشي التلقائي لتجنب العوائق للروبوتات، ومواقع البناء وبعض المواقع الصناعية، مثل مستوى السائل، وعمق البئر، وطول خط الأنابيب، وما إلى ذلك، والتي تتطلب نطاقًا تلقائيًا لعدم الاتصال. يوجد حاليًا حلان لقياس مدى الموجات فوق الصوتية شائع الاستخدام. الأول هو نظام تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية المعتمد على حاسوب صغير ذو شريحة واحدة أو المعدات المدمجة، والآخر هو نظام تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية المعتمد على CPLD (جهاز منطقي قابل للبرمجة معقد). لفهم تصميم التطبيق ذي الصلة لمستشعر المدى بالموجات فوق الصوتية، يجب علينا أولاً أن نفهم مبدأ عمل مستشعر المدى بالموجات فوق الصوتية.

مبدأ عمل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هي أجهزة استشعار تقوم بتحويل إشارات الموجات فوق الصوتية إلى إشارات طاقة أخرى (عادةً إشارات كهربائية). تشير الموجات فوق الصوتية إلى موجة الصدمة الميكانيكية المتولدة في الوسائط المرنة بتردد أكبر من 20 كيلو هرتز. إنه يتميز بخصائص الاتجاهية القوية، واستهلاك الطاقة البطيء، ومسافة الانتشار الطويلة نسبيًا، لذلك غالبًا ما يستخدم في نطاق عدم الاتصال. لأن الموجات فوق الصوتية لها قدرة كبيرة على اختراق السوائل والمواد الصلبة، خاصة في المواد الصلبة غير الشفافة لأشعة الشمس. عندما تضرب الموجات فوق الصوتية الشوائب أو الواجهة، فإنها ستنتج انعكاسًا كبيرًا لتشكل صدى، ويمكن أن تنتج تأثير دوبلر عندما تضرب جسمًا متحركًا. ، لذا فإن المدى بالموجات فوق الصوتية يتمتع بقدرة أفضل على التكيف مع البيئة.

في الوقت الحاضر، هناك العديد من الأساليب مستشعر مسافة وحدة الموجات فوق الصوتية : مثل طريقة اكتشاف الوقت ذهابًا وإيابًا وطريقة اكتشاف الطور وطريقة اكتشاف سعة الموجة الصوتية. يقوم مبدأ مستشعر الموجات فوق الصوتية بإصدار تردد معين من الموجات فوق الصوتية، التي يتم نشرها بواسطة وسط الهواء، وتنعكس مرة أخرى بعد الوصول إلى هدف القياس أو العائق. بعد الانعكاس، يستقبل جهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية النبض. الوقت الذي يستغرقه هو وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا. يرتبط وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا بانتشار الموجات فوق الصوتية. مسافة الرحلة مرتبطة. يمكن لوقت إرسال الاختبار الحصول على المسافة. على سبيل المثال: بافتراض أن المسافة بين الجسم المقاس وجهاز تحديد المدى، والوقت المقاس هو t/s، ويتم التعبير عن سرعة الانتشار بالموجات فوق الصوتية بواسطة v/m·s-1، ثم هناك تعبير علائقي (1)s=vt／2 (1) 

في حالة متطلبات الدقة العالية، يجب مراعاة تأثير درجة الحرارة على سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية، ويجب تصحيح سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية وفقًا للصيغة (2) لتقليل الخطأ.

v=331.4+0.607T (2) في الصيغة، T هي درجة الحرارة الفعلية بـ ℃، و v هي سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الوسط بوحدة م/ث.

  

مبدأ عمل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

مبدأ النطاق بالموجات فوق الصوتية هو نقل الموجات فوق الصوتية في اتجاه معين من خلال جهاز إرسال بالموجات فوق الصوتية، وبدء التوقيت في نفس وقت الإطلاق. عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية في الهواء، فإنها ستعود فورًا عندما تواجه عقبات. يتوقف جهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية على الفور عن التوقيت عند استقبال الموجة المنعكسة. . يعتمد مستشعر قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية مبدأ قياس مسافة الصدى بالموجات فوق الصوتية ويستخدم تقنية قياس فرق الوقت الدقيقة للكشف عن المسافة بين المستشعر والهدف. إنها تعتمد زاوية صغيرة ومستشعر بالموجات فوق الصوتية للمنطقة العمياء الصغيرة، والذي يتميز بقياس دقيق، وعدم الاتصال، ومقاوم للماء، والتآكل، والتكلفة المنخفضة ومزايا أخرى. تتمثل الطريقة الشائعة الاستخدام لمستشعر المدى بالموجات فوق الصوتية في أن رأس إشعاع واحد يتوافق مع رأس استقبال واحد، ورؤوس إرسال متعددة تتوافق مع رأس استقبال واحد. استنادًا إلى الخصائص البسيطة وسهلة التشغيل وغير الضارة لقياس المسافة بالموجات فوق الصوتية، يجب قياس وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا بالموجات فوق الصوتية. يمكنك الحصول على المسافة. هذا هو مبدأ عمل جهاز استشعار المدى بالموجات فوق الصوتية.

وحدة استشعار قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية ، وحدة استشعار قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية لديها وضعين نقل اختياريين، وهما وضع التشغيل الحر: عندما تكون هناك طاقة، يرسل المستشعر نفسه إشارات الزناد والانفجار (للتطبيقات الأساسية)؛ وضع الزناد الخارجي: إشارة الزناد للتحكم في النظام الخارجي (وحدة التحكم أو دائرة المعالج) للتطبيقات المتقدمة، هذان الوضعان مناسبان لأغراض مختلفة، بالإضافة إلى ذلك، يتضمن المستشعر أيضًا مصدرين للطاقة المدخلة، أحدهما ذو جهد منخفض (5 فولت) مناسب لدوائر المعالج والآخر الجهد العالي (12 فولت) مناسب لوحدة التحكم لقياس المسافة إلى العوائق 3.5 متر (عند 5 فولت)، 5 متر (عند 12 فولت)، واستخدام اتصال UART لإرسال البيانات، الدقة في حدود 5 مم. من ناحية أخرى، في مناسبات مختلفة، يمكن للمستخدمين اختيار أوضاع إعداد مختلفة وفقًا لبيئتهم الخاصة، مثل التشغيل الحر/مشغل UART/إعداد المشغل الخارجي، وما إلى ذلك. وفي الوقت نفسه، يمكنهم أيضًا تحديد ما إذا كانوا يريدون استخدام المخزن المؤقت للحلقة والإخراج وفقًا لإعداد معدل باود اتصال UART للاختبار. تحتوي الإشارة على شريحة ASIC عالية الأداء لضمان نقل مستقر واستقبال حساس. لذلك، يستخدم الاتصال بين المستشعر والكمبيوتر 'لوحة الواجهة' (RS232، منظم الطاقة) لعرض البيانات واستخدام برنامج المراقبة على الكمبيوتر (تتوفر محطة فائقة) لتغيير الفعلي. يستخدم التضخيم الفعلي بالموجات فوق الصوتية المتلقية UART (ASCII، مم) مسافة الإخراج لتحويل إشارة الكشف إلى إشارة مستطيلة على مستوى TTL (موجة مربعة) وفقًا للوقت الحقيقي.