Princip i uvođenje ultrazvučnog senzora za mjerenje udaljenosti

Što je ultrazvučni senzor dometa

Zbog jake usmjerenosti ultrazvučnih valova, spore potrošnje energije i velikih udaljenosti u mediju, ultrazvučni valovi se često koriste za mjerenje udaljenosti. Na primjer, ultrazvučni daljinomjeri i instrumenti za mjerenje razine mogu se realizirati pomoću ultrazvučnih valova. Modul ultrazvučnog senzora udaljenosti često je brz, prikladan, jednostavan za izračunavanje, lako se postiže kontrola u stvarnom vremenu i može zadovoljiti industrijske praktične zahtjeve u pogledu točnosti mjerenja, tako da se naširoko koristi u razvoju mobilnih robota.

Kako bi mobilni robot automatski izbjegavao prepreke i hodao, mora biti opremljen sustavom za mjerenje udaljenosti kako bi mogao na vrijeme dobiti informaciju o udaljenosti (udaljenost i smjer) od prepreke. Uvodi se trosmjerni (sprijeda, lijevo i desno) ultrazvučni senzor za mjerenje udaljenosti kako bi robotu pružio informacije o udaljenosti kretanja kako bi razumio svoje prednje, lijevo i desno okruženje.

Princip rada ultrazvučnog senzora za domet

1, ultrazvučni generator

 Za istraživanje i korištenje ultrazvučnih valova dizajnirani su i napravljeni mnogi ultrazvučni generatori. Općenito govoreći, ultrazvučni generatori mogu se podijeliti u dvije kategorije: jedna je za električno generiranje ultrazvučnih valova, a druga za mehaničko generiranje ultrazvučnih valova. Električne metode uključuju piezoelektrične, magnetostrikcijske i električne, itd.; mehaničke metode uključuju galtonovu flautu, zviždaljku za tekućinu i zviždaljku za zrak. Frekvencija, snaga i karakteristike ultrazvučnih valova koje proizvode su različite, pa su im različite i namjene. Trenutno, piezoelektrični ultrazvučni senzor udaljenosti . češće se koristi

2, princip piezoelektričnog ultrazvučnog generatora

Piezoelektrični ultrazvučni generator zapravo koristi rezonanciju piezoelektričnog kristala za rad. Unutarnja struktura ultrazvučnog generatora prikazana je na slici. Ima dvije piezoelektrične pločice i rezonantnu ploču. Kada se pulsni signal primijeni na njegova dva pola, a frekvencija je jednaka prirodnoj frekvenciji oscilacije piezoelektrične pločice, piezoelektrična pločica će rezonirati i pokrenuti rezonantnu ploču da vibrira i generira ultrazvučne valove. Naprotiv, ako nema napona između dvije elektrode, kada rezonantna ploča primi ultrazvučne valove, ona će pritisnuti piezoelektrični čip da vibrira i pretvori mehaničku energiju u električne signale. Tada postaje ultrazvučni prijemnik.

3, princip ultrazvučnog senzora raspona

 Ultrazvučni odašiljač emitira ultrazvučne valove u određenom smjeru i počinje mjeriti vrijeme u isto vrijeme kada i vrijeme lansiranja. Ultrazvučni valovi se šire u zraku i odmah se vraćaju kada naiđu na prepreke na putu. Ultrazvučni prijemnik odmah prestaje mjeriti vrijeme kada primi reflektirane valove. Brzina širenja ultrazvučnih valova u zraku je 340m/s. Prema vremenu t koje je zabilježio mjerač vremena, može se izračunati udaljenost (s) između točke lansiranja i prepreke, i to: s=340t/2. Ovo je takozvana metoda rangiranja vremenske razlike.

Načelo ultrazvučnog senzora za domet je korištenje poznate brzine širenja ultrazvučnih valova u zraku za mjerenje vremena kada zvučni val naiđe na prepreke i reflektira se nakon prijenosa, te izračuna stvarnu udaljenost od točke odašiljanja do prepreke na temelju vremenske razlike između prijenosa i prijema. Može se vidjeti da je princip ultrazvučnog određivanja udaljenosti isti kao kod radara.

U formuli, L je izmjerena duljina udaljenosti; C je brzina širenja ultrazvučnih valova u zraku; T je vremenska razlika širenja mjerne udaljenosti (T je polovica vremenske vrijednosti od prijenosa do prijema).

Arduino ultrazvučni senzori udaljenosti uglavnom se koriste za mjerenje udaljenosti u podsjetnicima za vožnju unazad, na gradilištima, industrijskim lokacijama itd. Iako trenutni raspon mjerenja udaljenosti može doseći 100 metara, točnost mjerenja može doseći samo red centimetra.

Zbog prednosti jednostavne usmjerene emisije, dobre usmjerenosti, jednostavne kontrole intenziteta i nedostatka izravnog kontakta s objektom koji se mjeri, ultrazvučni valovi su idealna metoda za mjerenje visine tekućine. Potrebno je postići milimetarsku točnost mjerenja u preciznom mjerenju razine tekućine, ali trenutni domaći ultrazvučni posebni integrirani krugovi imaju samo centimetarsku točnost mjerenja. Analizom uzroka greške ultrazvučnog određivanja udaljenosti, poboljšanjem vremenske razlike mjerenja na razinu mikrosekunde i upotrebom senzora temperature LM92 za kompenzaciju brzine širenja zvučnog vala, ultrazvučni daljinomjer visoke preciznosti koji smo dizajnirali može postići milimetarsku točnost mjerenja.