अल्ट्रासोनिक रेंजिंग सेंसर का विश्लेषण और सुधार विधि

1. रेंजिंग पर अल्ट्रासोनिक प्रसार गति का प्रभाव

माप सटीकता सुनिश्चित करने के लिए स्थिर और सटीक अल्ट्रासोनिक प्रसार वेग एक आवश्यक शर्त है। किसी तरंग की प्रसार गति प्रसार माध्यम की विशेषताओं पर निर्भर करती है। प्रसार माध्यम का तापमान, दबाव और घनत्व सभी का ध्वनि की गति पर सीधा प्रभाव पड़ेगा। दूरी माप के लिए, ध्वनि वेग में परिवर्तन का मुख्य कारण माध्यम के तापमान में परिवर्तन है, जो त्रुटियों के मुख्य स्रोतों में से एक है अल्ट्रासोनिक दूरी माप सेंसर । इसलिए, रेंजिंग प्रक्रिया में, अल्ट्रासोनिक वेग को सही किया जाना चाहिए। हवा में अल्ट्रासोनिक प्रसार वेग और तापमान के बीच संबंध को c=331.4×1+t/273u33114+01607t (m/s) के रूप में व्यक्त किया जा सकता है, जहां t परिवेश का तापमान है। इसलिए, विभिन्न तापमान वातावरण के तहत अल्ट्रासोनिक की दूरी की गणना करने के लिए सामान्य तापमान पर 341m/s के अल्ट्रासोनिक वेग का उपयोग करने में एक बड़ी त्रुटि होती है। दूरी माप की सटीकता में सुधार करने के लिए, अल्ट्रासोनिक गति पर तापमान क्षतिपूर्ति करना आवश्यक है, और पर्यावरण के तापमान के मूल्य को मापने के लिए तापमान सेंसर और अन्य तापमान मापने वाले उपकरणों का उपयोग करना आवश्यक है, जिससे पर्यावरण में अल्ट्रासोनिक गति प्राप्त हो सके। ध्वनि की गति को सही करने के लिए ध्वनि गति पूर्व निर्धारित और तापमान मुआवजे के संयोजन का उपयोग करना भी संभव है, जो तापमान परिवर्तन के कारण होने वाली त्रुटि को अधिक प्रभावी ढंग से कम करेगा।

2. प्रतिध्वनि समय t के निर्धारण को प्रभावित करने वाले कारक और त्रुटियों को कम करने की विधियाँ

माप प्रक्रिया में, अन्य संकेतों के हस्तक्षेप को रोकने और माप की विश्वसनीयता में सुधार करने के लिए, जब सिंगल-चिप कंप्यूटर गिनती करना शुरू करता है, तो अल्ट्रासोनिक सेंसर अक्सर माप के रूप में कई वर्ग तरंगों (जैसे ट्रेन के रूप में 5-9 पल्स) से बनी एक पल्स ट्रेन को प्रसारित करता है। यदि प्राप्त सर्किट में तुलनित्र की दहलीज वोल्टेज अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर दूरी माप एक निश्चित मूल्य है, धूल और अन्य पदार्थों के प्रभाव के कारण, वास्तविक माप आवश्यक रूप से पहली प्रतिध्वनि का शून्य-क्रॉसिंग ट्रिगर नहीं हो सकता है। अल्ट्रासोनिक प्राप्त प्रतिध्वनि के अवलोकन और विश्लेषण के माध्यम से, यह पाया गया है कि प्राप्त प्रतिध्वनि को लिफाफे द्वारा पता लगाने के बाद, लिफाफा वक्र के सामने एक तेजी से बढ़ने वाला वक्र है, जो लगभग नौवीं लहर के लिफाफे के शिखर पर है, और तीसरी लहर शिखर का लगभग 75% है। इसलिए, प्राप्तकर्ता सर्किट को अक्सर तीसरी प्रतिध्वनि प्राप्त होने पर गिनती बंद करने के लिए डिज़ाइन किया जाता है। इसलिए, अंतिम मापा गया समय भेजने के समय के अनुरूप वास्तविक दूरी से 3 पल्स अधिक है, जो प्रतिध्वनि समय टी की माप त्रुटि का कारण बनता है।

समय की सटीकता में सुधार करने के लिए, आगमन के समय का सटीक पता लगाना आवश्यक है अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर सेंसर । प्रतिध्वनि का पता लगाने के लिए एक निश्चित सीमा वाले एकल तुलनित्र का उपयोग किया जाता है। संचरण के दौरान ध्वनि तरंग के अवशोषण क्षीणन और प्रसार हानि के कारण, लक्ष्य की दूरी बढ़ने पर ध्वनि की तीव्रता तेजी से कम हो जाती है। सीमा के भीतर, निकटतम लक्ष्य और सबसे दूर के लक्ष्य के बीच की दूरी, प्रतिध्वनि आयाम में बड़े अंतर के कारण सीमा पार करने का समय आगे और पीछे हो सकता है, जिससे समय की सटीकता प्रभावित हो सकती है।

इस समस्या को हल करने की विधि: विधि एक में दोहरे तुलनित्र आकार देने वाले सर्किट का उपयोग करना है, जो इको फ्रंट के आगमन के समय को अधिक सटीक रूप से निर्धारित कर सकता है। जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, vm चरम वोल्टेज है, मान लीजिए v1 तुलनित्र 1 का थ्रेशोल्ड वोल्टेज है, v2 तुलनित्र 2 का थ्रेशोल्ड वोल्टेज है, (जहाँ (v2>v1, इसका मान प्रयोग द्वारा निर्धारित किया गया है), जब अल्ट्रासोनिक सेंसर अल्ट्रासोनिक उत्सर्जित करता है। जब सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर का टाइमर t1 और t0 एक ही समय में शुरू होता है, जब तुलनित्र 1 फ़्लिप करता है, तो t0 समय बंद कर देता है। समय, t0 द्वारा गिना गया समय t1 है। जब तुलनित्र 2 फ़्लिप करता है, t1 समय बंद कर देता है। इस समय, t1 द्वारा गिना गया समय t2 है, स्पष्ट रूप से t2>t1 है, t प्रतिध्वनि के सामने के किनारे के अनुरूप प्रसार समय है, तो t द्वारा गणना की गई दूरी t1 और t2 से अधिक सटीक है।

दूसरी विधि स्वचालित लाभ नियंत्रण सर्किट (एजीसी) को इको प्राप्त सर्किट में क्रमिक रूप से जोड़ना है, ताकि एम्प्लीफाइंग सर्किट के प्राप्त समय के दौरान, अवशोषण क्षीणन और प्रसार हानि की भरपाई के लिए मापने की दूरी बढ़ने के साथ वोल्टेज प्रवर्धन कारक तेजी से बढ़े, प्राप्त इको के आयाम को स्थिर रखता है या आकार देने वाले सर्किट की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए केवल एक छोटी सी सीमा में परिवर्तन करता है, और फिर आकार देने वाले सर्किट के माध्यम से आउटपुट करता है, जो रेंजिंग की सटीकता में काफी सुधार कर सकता है। बेशक, क्योंकि एजीसी सर्किट (एम्प्लीफायर सहित) में सिग्नल की चरण प्रतिक्रिया में अंतराल है, तात्कालिक ट्रैकिंग बहुत अच्छी नहीं हो सकती है, और इको सिग्नल सिर्फ विस्फोटक है, इसलिए एक निश्चित त्रुटि है, लेकिन यह नगण्य है।

तीसरी विधि एक ऐसे सर्किट को डिज़ाइन करना है जो माप समय के दौरान समय बढ़ने पर थ्रेशोल्ड वोल्टेज को धीरे-धीरे कम करता है, और एक थ्रेसहोल्ड सिग्नल उत्पन्न करता है जो किसी भी समय बढ़ता है और तेजी से घटता है और तुलनित्र में जोड़ा जाता है। यह माप दूरी में वृद्धि के कारण होने वाले रिटर्न की भरपाई करेगा। माप की सटीकता और पुनरावृत्ति में सुधार करने के लिए तरंग आयाम को कम किया जाता है। सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर के संयोजन के माध्यम से प्रोग्राम करने योग्य एम्पलीफायरों और डिजिटल पोटेंशियोमीटर और अन्य उपकरणों का उपयोग करके, ऐसे विभिन्न प्रकार के सर्किट डिजाइन किए जा सकते हैं। एक नियंत्रित एम्पलीफायर बनाने के लिए एक परिचालन एम्पलीफायर और एक क्षेत्र प्रभाव ट्यूब को संयोजित करना भी संभव है। फ़ील्ड इफ़ेक्ट ट्यूब का उपयोग फीडबैक विनियमन लूप बनाने के लिए वोल्टेज-नियंत्रित अवरोधक के रूप में किया जाता है। लेकिन इस सर्किट की फॉलोएबिलिटी उपर्युक्त डिजिटल सर्किट जितनी अच्छी नहीं है।

3. रेंजिंग पर पता लगाने के लक्ष्य पर अल्ट्रासोनिक बीम के घटना कोण का प्रभाव। यदि सिस्टम का उपयोग सतह और बिंदु के बीच की दूरी को मापने के लिए किया जाता है, जब अल्ट्रासोनिक तरंग का घटना कोण (या प्राप्त ट्रांसड्यूसर पर प्रतिबिंबित तरंग घटना का कोण) 90 बी से कम है, तो सिस्टम द्वारा मापी गई दूरी मापा बिंदु (वस्तु) और ट्रांसड्यूसर है। माप तल और मापने वाली वस्तु के बीच ऊर्ध्वाधर दूरी d के बजाय, यह माप त्रुटियों का कारण बनेगा। इस समस्या को हल करने का तरीका गणना करने और सही करने के लिए त्रिकोणों के प्रासंगिक ज्ञान का उपयोग करना है।

4. मृत क्षेत्र

दूरी माप के दौरान, उच्च आवृत्ति अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर एक निश्चित अवधि के लिए माप वाहक के रूप में अल्ट्रासोनिक तरंगों की एक श्रृंखला का उपयोग करता है, इसलिए ट्रांसमिशन पूरा होने के बाद ही रिसेप्शन शुरू किया जा सकता है। बीम भेजने का समय t पर सेट करें, फिर t समय के भीतर ऑब्जेक्ट से परावर्तित सिग्नल को कैप्चर नहीं किया जा सकता है। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक सेंसर में एक निश्चित जड़ता होती है, यानी, मजबूर कंपन से संतुलित कंपन से लेकर नम कंपन तक की प्रक्रिया होती है। इसलिए, ट्रांसमिशन पूरा होने के बाद एक निश्चित कंपन होगी। यह कंपन के बाद ट्रांसड्यूसर के माध्यम से एक वोल्टेज सिग्नल भी उत्पन्न करता है। सिग्नल को इको सिग्नल पर सुपरइम्पोज़ किया जाता है, ताकि सर्किट वास्तविक इको की पहचान न कर सके, जो रिटर्न सिग्नल को कैप्चर करने के सिस्टम के काम को बाधित करता है। इसलिए, कंपन के गायब होने से पहले सिस्टम को इको रिसेप्शन के लिए सक्रिय नहीं किया जा सकता है। उपरोक्त दो कारणों से अल्ट्रासोनिक सेंसर की एक निश्चित माप सीमा होती है, यानी एक तथाकथित अंधा क्षेत्र होता है।

इसके अलावा, माप त्रुटियों के कई अन्य कारण भी हैं, जैसे कमांड ऑपरेशन में एक निश्चित समय लगता है, जिससे माप डेटा बहुत बड़ा हो जाता है, समय आधार पल्स आवृत्ति की स्थिरता और सटीकता, और क्षेत्र के वातावरण में अन्य सामग्री हस्तक्षेप।