Прынцып і ўвядзенне ультрагукавога датчыка дыяпазону

Што такое ультрагукавой датчык

З-за моцнай накіраванасці ультрагукавых хваль, павольнага спажывання энергіі і вялікіх адлегласцей у асяроддзі ультрагукавыя хвалі часта выкарыстоўваюцца для вымярэння адлегласці. Напрыклад, ультрагукавыя далямеры і ўзровеньвымяральныя прыборы могуць быць рэалізаваны ультрагукавымі хвалямі. Модуль ультрагукавога датчыка адлегласці часта хуткі, зручны, просты ў разліку, лёгкі для кіравання ў рэжыме рэальнага часу і можа адпавядаць прамысловым практычным патрабаванням з пункту гледжання дакладнасці вымярэнняў, таму ён таксама шырока выкарыстоўваецца ў распрацоўцы мабільных робатаў.

Для таго, каб мабільны робат мог аўтаматычна пазбягаць перашкод і ісці, ён павінен быць абсталяваны сістэмай вымярэння адлегласці, каб ён мог своечасова атрымліваць інфармацыю аб адлегласці (адлегласці і кірунку) ад перашкоды. Прадстаўлены ультрагукавы датчык вымярэння адлегласці ў трох кірунках (спераду, злева і справа), каб прадастаўляць робату інфармацыю аб адлегласці перамяшчэння, каб зразумець яго асяроддзе спераду, злева і справа.

Прынцып ультрагукавога датчыка

1, ультрагукавой генератар

 Для таго, каб даследаваць і выкарыстоўваць ультрагукавыя хвалі, многія ультрагукавыя генератары былі распрацаваны і выраблены. Наогул кажучы, ультрагукавыя генератары можна падзяліць на дзве катэгорыі: адна - для генерацыі ультрагукавых хваль электрычным спосабам, а другая - для генерацыі ультрагукавых хваль механічным спосабам. Электрычныя метады: п’езаэлектрычны, магнітастрыкцыйны, электрычны і інш.; механічныя метады ўключаюць флейту Гальтона, вадкі свісток і паветраны свісток. Частата, магутнасць і характарыстыкі ультрагукавых хваль, якія яны вырабляюць, розныя, таму іх выкарыстанне таксама рознае. У цяперашні час п'езаэл ультрагукавой датчык адлегласці выкарыстоўваецца часцей.

2, прынцып п'езаэлектрычнага ультрагукавога генератара

П'езаэлектрычны ультрагукавой генератар фактычна выкарыстоўвае рэзананс п'езаэлектрычнага крышталя для працы. Унутраная структура ультрагукавога генератара паказана на малюнку. Ён мае дзве п'езаэлектрычныя пласціны і рэзанансную пласціну. Калі імпульсны сігнал падаецца на яго два полюсы і частата роўная ўласнай частаце ваганняў п'езаэлектрычнай пласціны, п'езаэлектрычная пласціна будзе рэзанаваць і прымушаць рэзанансную пласціну вібраваць, ствараючы ультрагукавыя хвалі. Наадварот, калі паміж двума электродамі не падаецца напружанне, калі рэзанансная пласціна атрымлівае ультрагукавыя хвалі, яна будзе націскаць на п'езаэлектрычны чып, каб ён вібраваў і пераўтвараў механічную энергію ў электрычныя сігналы. Затым ён становіцца ультрагукавым прыёмнікам.

3, прынцып ультрагукавога датчыка дыяпазону

 Ультрагукавы перадатчык выпраменьвае ультрагукавыя хвалі ў пэўным кірунку і пачынае адлік часу адначасова з часам запуску. Ультрагукавыя хвалі распаўсюджваюцца ў паветры і неадкладна вяртаюцца, калі сустракаюцца перашкоды на шляху. Ультрагукавой прыёмнік неадкладна спыняе адлік часу, калі атрымлівае адлюстраваныя хвалі. Хуткасць распаўсюджвання ультрагукавых хваль у паветры складае 340 м/с. Па часе t, зафіксаваным таймерам, можна вылічыць адлегласць (s) паміж кропкай старту і перашкодай, а менавіта: s=340t/2. Гэта так званы метад ранжыравання розніцы ў часе.

Прынцып ультрагукавога датчыка дальнасці заключаецца ў выкарыстанні вядомай хуткасці распаўсюджвання ультрагукавых хваль у паветры для вымярэння часу, калі гукавая хваля сутыкаецца з перашкодамі і адбіваецца пасля перадачы, і вылічвае фактычную адлегласць ад кропкі перадачы да перашкоды на аснове розніцы ў часе паміж перадачай і прыёмам. Можна заўважыць, што прынцып ультрагукавой даляцыі такі ж, як і ў радара.

У формуле L - вымераная даўжыня адлегласці; С - хуткасць распаўсюджвання ультрагукавых хваль у паветры; T - розніца ў часе распаўсюджвання вымяральнай адлегласці (T - палова значэння часу ад перадачы да прыёму).

Ультрагукавыя датчыкі адлегласці Arduino выкарыстоўваюцца ў асноўным для вымярэння адлегласці ў напамінках для руху заднім ходам, на будаўнічых пляцоўках, прамысловых пляцоўках і г. д. Хоць цяперашні дыяпазон вымярэння адлегласці можа дасягаць 100 метраў, дакладнасць вымярэння можа дасягаць толькі парадку сантыметраў.

Дзякуючы перавагам лёгкага накіраванага выпраменьвання, добрай накіраванасці, лёгкага кантролю інтэнсіўнасці і адсутнасці прамога кантакту з вымяраным аб'ектам, ультрагукавыя хвалі з'яўляюцца ідэальным метадам для вымярэння вышыні вадкасці. Неабходна дасягнуць міліметровай дакладнасці вымярэнняў пры дакладным вымярэнні ўзроўню вадкасці, але сучасныя спецыяльныя інтэгральныя схемы айчыннага ультрагукавога дыяпазону маюць толькі сантыметровую дакладнасць вымярэнняў. Аналізуючы прычыны ультрагукавой памылкі дальнамера, паляпшаючы розніцу ў часе вымярэння да мікрасекунднага ўзроўню і выкарыстоўваючы датчык тэмпературы LM92 для кампенсацыі хуткасці распаўсюджвання гукавой хвалі, распрацаваны намі высокадакладны ультрагукавой далямер можа дасягнуць міліметровай дакладнасці вымярэння.