Princip og introduktion af ultralydsafstandssensor

Hvad er ultralydsafstandssensor

På grund af ultralydsbølgernes stærke retningsbestemmelse, langsomt energiforbrug og lange afstande i mediet, bruges ultralydsbølger ofte til afstandsmåling. For eksempel kan ultralydsafstandsmålere og niveaumåleinstrumenter realiseres ved hjælp af ultralydsbølger. ultralydsafstandssensormodulet er ofte hurtigt, bekvemt, nemt at beregne, let at opnå realtidsstyring og kan opfylde industrielle praktiske krav med hensyn til målenøjagtighed, så det har også været meget brugt i udviklingen af ​​mobile robotter.

For at en mobil robot automatisk kan undgå forhindringer og gå, skal den være udstyret med et afstandsmålesystem, så den kan indhente afstandsoplysningerne (afstand og retning) fra forhindringen i tide. Den tre-retnings (forreste, venstre og højre) ultralydsafstandsmålingssensor er introduceret for at give en bevægelsesafstandsinformation, så robotten kan forstå dens forreste, venstre og højre miljø.

Princippet for ultralydsafstandssensor

1, ultralydsgenerator

 For at forske og bruge ultralydsbølger er der designet og lavet mange ultralydsgeneratorer. Generelt kan ultralydsgeneratorer opdeles i to kategorier: den ene er til at generere ultralydsbølger elektrisk, og den anden er at generere ultralydsbølger mekanisk. Elektriske metoder omfatter piezoelektriske, magnetostriktive og elektriske osv.; mekaniske metoder omfatter galtonfløjte, flydende fløjte og luftfløjte. Frekvensen, kraften og karakteristikaene for de ultralydsbølger, de producerer, er forskellige, så deres anvendelser er også forskellige. På nuværende tidspunkt er det piezoelektriske ultralydsafstandssensor er mere almindeligt anvendt.

2, princippet om piezoelektrisk ultralydsgenerator

Piezoelektrisk ultralydsgenerator bruger faktisk resonansen fra piezoelektrisk krystal til at fungere. Den interne struktur af ultralydsgeneratoren er vist i figuren. Den har to piezoelektriske wafere og en resonansplade. Når et pulssignal påføres dens to poler, og frekvensen er lig med den piezoelektriske wafers naturlige oscillationsfrekvens, vil den piezoelektriske wafer give resonans og drive resonanspladen til at vibrere for at generere ultralydsbølger. Tværtimod, hvis der ikke påføres spænding mellem de to elektroder, når resonanspladen modtager ultralydsbølger, vil den presse den piezoelektriske chip til at vibrere og konvertere den mekaniske energi til elektriske signaler. Så bliver det til en ultralydsmodtager.

3, princippet om ultralydsområde sensor

 Ultralydssenderen udsender ultralydsbølger i en bestemt retning og starter timingen samtidig med lanceringen. Ultralydsbølgerne forplanter sig i luften og vender straks tilbage, når de støder på forhindringer på vejen. Ultralydsmodtageren stopper øjeblikkeligt timingen, når den modtager de reflekterede bølger. Udbredelseshastigheden af ​​ultralydsbølger i luften er 340m/s. I henhold til tiden t registreret af timeren, kan afstanden (s) mellem startpunktet og forhindringen beregnes, nemlig: s=340t/2. Dette er den såkaldte tidsdifferencemetode.

Princippet for ultralydsafstandssensor er at bruge den kendte udbredelseshastighed af ultralydsbølger i luften til at måle det tidspunkt, hvor lydbølgen støder på forhindringer og reflekterer tilbage efter transmission, og beregne den faktiske afstand fra sendepunktet til forhindringen baseret på tidsforskellen mellem transmission og modtagelse. Det kan ses, at princippet for ultralydsafstandsmåling er det samme som radarens.

I formlen er L den målte afstandslængde; C er udbredelseshastigheden af ​​ultralydsbølger i luften; T er tidsforskellen for måleafstandens udbredelse (T er ​​halvdelen af ​​tidsværdien af ​​transmission til modtagelse).

Arduino ultralydsafstandssensorer bruges hovedsageligt til afstandsmåling i vendepåmindelser, byggepladser, industripladser osv. Selvom det aktuelle afstandsmåleområde kan nå 100 meter, kan målenøjagtigheden kun nå størrelsesordenen centimeter.

På grund af fordelene ved let retningsbestemt emission, god retningsbestemthed, nem kontrol af intensiteten og ingen direkte kontakt med objektet, der måles, er ultralydsbølger en ideel metode til væskehøjdemåling. Det er nødvendigt at opnå målenøjagtighed på millimeterniveau i præcis væskeniveaumåling, men de nuværende indenlandske ultralydsspændende specielle integrerede kredsløb er kun på centimeterniveau målenøjagtighed. Ved at analysere årsagerne til ultralydsafstandsfejlen, forbedre måletidsforskellen til mikrosekundniveauet og bruge LM92 temperatursensoren til at kompensere for lydbølgeudbredelseshastigheden, kan den højpræcisions ultralydsafstandsmåler, vi har designet, opnå målenøjagtighed på millimeterniveau.