Princip a zavedení ultrazvukového snímače vzdálenosti

Co je ultrazvukový snímač vzdálenosti

Vzhledem k silné směrovosti ultrazvukových vln, pomalé spotřebě energie a velkým vzdálenostem v médiu se ultrazvukové vlny často používají pro měření vzdálenosti. Například ultrazvukové dálkoměry a přístroje na měření hladiny mohou být realizovány pomocí ultrazvukových vln. Modul ultrazvukového snímače vzdálenosti je často rychlý, pohodlný, snadno se počítá, snadno se ovládá v reálném čase a může splňovat průmyslové praktické požadavky z hlediska přesnosti měření, takže se také široce používá při vývoji mobilních robotů.

Aby se mobilní robot automaticky vyhýbal překážkám a šel, musí být vybaven systémem měření vzdálenosti, aby mohl včas získat informace o vzdálenosti (vzdálenosti a směru) od překážky. Je představen třísměrný (přední, levý a pravý) ultrazvukový senzor pro měření vzdálenosti, který má robotovi poskytnout informace o vzdálenosti pohybu, aby porozuměl svému přednímu, levému a pravému prostředí.

Princip ultrazvukového snímače vzdálenosti

1, ultrazvukový generátor

 Za účelem výzkumu a použití ultrazvukových vln bylo navrženo a vyrobeno mnoho ultrazvukových generátorů. Obecně lze říci, že ultrazvukové generátory lze rozdělit do dvou kategorií: jedna je generovat ultrazvukové vlny elektricky a druhá je generovat ultrazvukové vlny mechanicky. Elektrické metody zahrnují piezoelektrické, magnetostriktivní a elektrické atd.; mechanické metody zahrnují galtonovou flétnu, kapalinovou píšťalu a vzduchovou píšťalu. Frekvence, výkon a charakteristiky ultrazvukových vln, které produkují, jsou různé, takže jejich použití je také odlišné. V současné době piezoelektr ultrazvukový snímač vzdálenosti . Nejčastěji se používá

2, princip piezoelektrického ultrazvukového generátoru

Piezoelektrický ultrazvukový generátor ve skutečnosti využívá k práci rezonanci piezoelektrického krystalu. Vnitřní struktura ultrazvukového generátoru je znázorněna na obrázku . Má dvě piezoelektrické destičky a rezonanční destičku. Když je pulzní signál aplikován na jeho dva póly a frekvence je rovna vlastní frekvenci kmitání piezoelektrického plátku, piezoelektrický plátek bude rezonovat a pohání rezonanční desku, aby vibrovala a generovala ultrazvukové vlny. Naopak, pokud mezi dvě elektrody není přivedeno žádné napětí, když rezonanční deska přijímá ultrazvukové vlny, přitlačí piezoelektrický čip, aby vibroval a přeměnil mechanickou energii na elektrické signály. Pak se stane ultrazvukovým přijímačem.

3, princip ultrazvukového senzoru

 Ultrazvukový vysílač vysílá ultrazvukové vlny v určitém směru a začíná měřit čas ve stejnou dobu jako čas spuštění. Ultrazvukové vlny se šíří vzduchem a při střetu s překážkami na cestě se okamžitě vracejí. Ultrazvukový přijímač okamžitě zastaví časování, když přijme odražené vlny. Rychlost šíření ultrazvukových vln ve vzduchu je 340 m/s. Podle času t zaznamenaného časovačem lze vypočítat vzdálenost (s) mezi místem startu a překážkou, a to: s=340t/2. Jedná se o tzv. metodu časového rozdílu.

Principem ultrazvukového snímače vzdálenosti je využití známé rychlosti šíření ultrazvukových vln vzduchem k měření času, kdy zvuková vlna narazí na překážky a po přenosu se odrazí zpět, a na základě časového rozdílu mezi vysíláním a příjmem vypočítá skutečnou vzdálenost od vysílacího bodu k překážce. Je vidět, že princip ultrazvukového určování vzdálenosti je stejný jako u radaru.

Ve vzorci je L změřená délka vzdálenosti; C je rychlost šíření ultrazvukových vln ve vzduchu; T je časový rozdíl šíření měřící vzdálenosti (T je polovina časové hodnoty přenosu do příjmu).

Ultrazvukové snímače vzdálenosti Arduino se používají především pro měření vzdálenosti v upomínkách na couvání, na stavbách, v průmyslových areálech atd. I když současný rozsah měření vzdálenosti může dosahovat 100 metrů, přesnost měření může dosahovat pouze v řádu centimetrů.

Díky výhodám snadného směrového vyzařování, dobré směrovosti, snadnému ovládání intenzity a žádnému přímému kontaktu s měřeným objektem jsou ultrazvukové vlny ideální metodou pro měření výšky kapaliny. Při přesném měření hladiny kapalin je nutné dosáhnout milimetrové přesnosti měření, ale současné domácí ultrazvukové speciální integrované obvody dosahují pouze centimetrové přesnosti měření. Analýzou příčin chyby ultrazvukového určování vzdálenosti, zlepšením časového rozdílu měření na mikrosekundovou úroveň a použitím teplotního senzoru LM92 pro kompenzaci rychlosti šíření zvukové vlny může námi navržený vysoce přesný ultrazvukový dálkoměr dosáhnout přesnosti měření na milimetrové úrovni.