Ultraäänietäisyysanturin analyysi- ja korjausmenetelmä

1.Ultraäänen etenemisnopeuden vaikutus etäisyyteen

Vakaa ja tarkka ultraäänen etenemisnopeus on välttämätön ehto mittaustarkkuuden varmistamiseksi. Aallon etenemisnopeus riippuu etenemisväliaineen ominaisuuksista. Etenemisväliaineen lämpötila, paine ja tiheys vaikuttavat kaikki suoraan äänen nopeuteen. Etäisyyden mittauksessa äänen nopeuden muutoksen pääasiallinen syy on väliaineen lämpötilan muutos, joka on yksi tärkeimmistä virheiden lähteistä. ultraäänietäisyysmittausanturi . Siksi etäisyysmittausprosessissa ultraääninopeus on korjattava. Ultraäänen etenemisnopeuden ilmassa ja lämpötilan välinen suhde voidaan ilmaista muodossa c=331,4×1+t/273u33114+01607t (m/s), missä t on ympäristön lämpötila. Siksi ultraääninopeuden 341 m/s käyttäminen normaalilämpötilassa ultraäänietäisyyden laskemiseen eri lämpötiloissa on suuri virhe. Etäisyysmittauksen tarkkuuden parantamiseksi on tarpeen suorittaa ultraääninopeuden lämpötilakompensointi ja käyttää lämpötila-antureita ja muita lämpötilan mittauslaitteita ympäristön lämpötilan arvon mittaamiseen, jolloin saadaan ultraääninopeus ympäristössä. On myös mahdollista käyttää äänennopeuden esiasetuksen ja lämpötilakompensoinnin yhdistelmää äänen nopeuden korjaamiseen, mikä vähentää tehokkaammin lämpötilamuutosten aiheuttamaa virhettä.

2. Kaikuajan t määritykseen vaikuttavat tekijät ja menetelmät virheiden vähentämiseksi

Mittausprosessissa muiden signaalien häiriöiden estämiseksi ja mittauksen luotettavuuden parantamiseksi, kun yksisiruinen tietokone alkaa laskea, ultraäänianturi lähettää usein mittauksena useista neliöaalloista koostuvan pulssijonon (esim. 5-9 pulssia junana). Jos komparaattorin kynnysjännite vastaanottopiirissä Ultraäänimuuntimen etäisyysmittaus on tietty arvo, pölyn ja muiden aineiden vaikutuksen vuoksi varsinainen mittaus ei välttämättä ole ensimmäisen kaiun nollan ylitys laukaisin. Ultraäänen vastaanottavan kaiun havainnoinnin ja analyysin avulla havaitaan, että sen jälkeen kun verhokäyrä on havainnut vastaanotetun kaiun, verhokäyrän etuosa on eksponentiaalisesti nouseva käyrä, suunnilleen yhdeksännen aallon huipulla verhokäyrälle, ja kolmas Aalto on noin 75 % huipusta. Siksi vastaanottopiiri on usein suunniteltu lopettamaan laskenta, kun kolmas kaiku vastaanotetaan. Näin ollen lopullinen mitattu aika on 3 pulssia pidempi kuin lähetysaikaa vastaava todellinen etäisyys, mikä aiheuttaa kaikuajan t mittausvirheen.

Ajoitustarkkuuden parantamiseksi on tarpeen havaita tarkasti saapumisaika ultraäänianturi anturi . Kaiun havaitsemiseen käytetään yhtä komparaattoria, jolla on kiinteä kynnys. Lähetyksen aikana tapahtuvasta ääniaallon absorption vaimenemisesta ja diffuusiohäviöstä johtuen äänen intensiteetti heikkenee eksponentiaalisesti kohteen etäisyyden kasvaessa. Alueen sisällä lähimmän kohteen ja kaukaisimman kohteen välinen etäisyys Kaiun amplitudin suuri ero voi aiheuttaa kynnyksen ylityksen ajan siirtymisen edestakaisin, mikä vaikuttaa ajoituksen tarkkuuteen.

Menetelmä tämän ongelman ratkaisemiseksi: Menetelmä yksi on käyttää kahden komparaattorin muotoilupiiriä, joka voi määrittää tarkemmin kaikurintaman saapumisajan. Kuten kuvasta 2 näkyy, vm on huippujännite, olkoon v1 komparaattorin 1 kynnysjännite, v2 on vertailijan 2 kynnysjännite, (missä (v2>v1, sen arvo asetetaan kokeella), kun ultraäänianturi lähettää ultraäänisignaalia. Kun ajastin t1 ja starttip0mming samat t1 aika, kun vertailija 1 kääntää, t0 lopettaa ajoituksen. Tällä hetkellä t0:n laskema aika on t1. Kun vertailija 2 kääntää, t1 lopettaa ajoituksen. kuin t1 ja t2.

Toinen tapa on kytkeä automaattinen vahvistuksen säätöpiiri (agc) sarjaan kaiun vastaanottopiiriin siten, että vahvistinpiirin vastaanottoaikana jännitteen vahvistuskerroin kasvaa eksponentiaalisesti mittausetäisyyden kasvaessa kompensoimaan absorption vaimennusta ja diffuusiohäviö pitää piirin amplitudin vakiona tai vastaa vastaanotetun piirin amplitudia tai vain pieniä muutoksia. sitten ulostulo muotoilupiirin kautta, mikä voi parantaa huomattavasti etäisyyden tarkkuutta. Tietenkin, koska aGC-piirissä (mukaan lukien itse vahvistin) on viive signaalin askelvasteessa, hetkellinen seuranta ei välttämättä ole kovin hyvä ja kaikusignaali on vain räjähdysherkkä, joten siinä on tietty virhe, mutta tämä on merkityksetön .

Kolmas menetelmä on suunnitella piiri, joka pienentää vähitellen kynnysjännitettä ajan pidennetyssä mittausajan kuluessa, ja generoi kynnyssignaalin, joka kasvaa milloin tahansa ja laskee eksponentiaalisesti ja lisätään komparaattoriin. Tämä kompensoi mittausetäisyyden kasvamisesta aiheutuvaa tuottoa. Aallon amplitudia pienennetään mittauksen tarkkuuden ja toistettavuuden parantamiseksi. Ohjelmoitavien vahvistimien ja digitaalisten potentiometrien ja muiden laitteiden avulla ohjelmiston ja laitteiston yhdistelmällä voidaan suunnitella erilaisia ​​tällaisia ​​piirejä. On myös mahdollista yhdistää operaatiovahvistin ja kenttäefektiputki ohjatuksi vahvistimeksi. Kenttäefektiputkea käytetään jänniteohjattavana vastuksena takaisinkytkentäsäätösilmukan muodostamiseksi. Mutta tämän piirin seurattavuus ei ole yhtä hyvä kuin edellä mainitun digitaalisen piirin.

3. Ultraäänisäteen tulokulman vaikutus havaintokohteeseen. Jos järjestelmää käytetään pinnan ja pisteen välisen etäisyyden mittaamiseen, kun ultraääniaallon tulokulma (tai vastaanottavaan muuntimeen tulevan heijastuneen aallon kulma) on pienempi kuin 90b, järjestelmän mittaama etäisyys on mitattu piste (objekti) ja anturi. Mittaustason ja mittauskohteen välisen pystyetäisyyden d sijaan tämä aiheuttaa mittausvirheitä. Tapa ratkaista tämä ongelma on käyttää asianmukaista tietoa kolmioista laskemiseen ja korjaamiseen.

4. Kuollut alue

Etäisyyden mittauksen aikana suurtaajuinen ultraäänianturi käyttää sarjaa ultraääniaaltoja mittauksen kantajana tietyn ajan, joten vastaanotto voidaan aloittaa vasta lähetyksen päätyttyä. Aseta säteen lähetysaika t, jolloin kohteesta t ajassa heijastuvaa signaalia ei voida siepata. Lisäksi ultraäänianturilla on tietty inertia, toisin sanoen prosessi pakotetusta tärinästä tasapainoiseen tärinään vaimennettuun tärinään. Siksi lähetyksen päätyttyä esiintyy tiettyä jälkivärähtelyä. Tämä värinän jälkeen tuottaa myös jännitesignaalin anturin kautta. Signaali asetetaan kaikusignaalin päälle, joten piiri ei pysty tunnistamaan todellista kaikua, mikä häiritsee järjestelmän työtä paluusignaalin sieppaamisessa. Tästä syystä järjestelmää ei voida aktivoida kaikuvastaanottoa varten, ennen kuin jälkivärinä katoaa. Edellä mainitut kaksi syytä aiheuttavat sen, että ultraäänianturilla on tietty mittausalue, eli siellä on ns. sokea vyöhyke.

Lisäksi mittausvirheisiin on monia muita syitä, kuten komentotoiminta vie tietyn ajan, mikä tekee mittaustiedoista liian suuren, aikaperuspulssitaajuuden stabiilius ja tarkkuus sekä muut materiaaliset häiriöt kenttäympäristössä.