Prinsip dan Pengenalan Sensor Jarak Ultrasonik

Apa itu sensor jangkauan ultrasonik

Karena directivity gelombang ultrasonik yang kuat, konsumsi energi yang lambat, dan jarak medium yang jauh, gelombang ultrasonik sering digunakan untuk pengukuran jarak. Misalnya, pengukur jarak ultrasonik dan alat pengukur ketinggian dapat diwujudkan dengan gelombang ultrasonik. Modul sensor jarak ultrasonik seringkali cepat, nyaman, mudah dihitung, mudah dicapai kontrol waktu nyata, dan dapat memenuhi persyaratan praktis industri dalam hal akurasi pengukuran, sehingga juga telah banyak digunakan dalam pengembangan robot seluler.

Agar mobile robot dapat menghindari rintangan dan berjalan secara otomatis, maka harus dilengkapi dengan sistem pengukur jarak sehingga dapat memperoleh informasi jarak (jarak dan arah) dari rintangan tersebut secara tepat waktu. Sensor pengukuran jarak ultrasonik tiga arah (depan, kiri, dan kanan) diperkenalkan untuk memberikan informasi jarak pergerakan agar robot dapat memahami lingkungan depan, kiri, dan kanannya.

Prinsip sensor jarak ultrasonik

1, generator ultrasonik

 Untuk meneliti dan memanfaatkan gelombang ultrasonik, telah banyak generator ultrasonik yang dirancang dan dibuat. Secara umum, generator ultrasonik dapat dibagi menjadi dua kategori: satu menghasilkan gelombang ultrasonik secara elektrik, dan yang lainnya adalah menghasilkan gelombang ultrasonik secara mekanis. Metode kelistrikan meliputi piezoelektrik, magnetostriktif, dan listrik, dll.; metode mekanis meliputi seruling galton, peluit cair, dan peluit udara. Frekuensi, daya dan karakteristik gelombang ultrasonik yang dihasilkannya berbeda-beda sehingga kegunaannya juga berbeda. Saat ini, piezoelektrik sensor jarak ultrasonik lebih umum digunakan.

2, prinsip generator ultrasonik piezoelektrik

Generator ultrasonik piezoelektrik sebenarnya menggunakan resonansi kristal piezoelektrik untuk bekerja. Struktur internal generator ultrasonik ditunjukkan pada gambar. Ia memiliki dua wafer piezoelektrik dan pelat resonansi. Ketika sinyal pulsa diterapkan pada kedua kutubnya dan frekuensinya sama dengan frekuensi osilasi alami wafer piezoelektrik, wafer piezoelektrik akan beresonansi dan mendorong pelat resonansi bergetar untuk menghasilkan gelombang ultrasonik. Sebaliknya, jika tidak ada tegangan yang diberikan antara kedua elektroda, ketika pelat resonansi menerima gelombang ultrasonik, ia akan menekan chip piezoelektrik untuk bergetar dan mengubah energi mekanik menjadi sinyal listrik. Kemudian menjadi penerima ultrasonik.

3, prinsip sensor rentang ultrasonik

 Pemancar ultrasonik memancarkan gelombang ultrasonik ke arah tertentu, dan memulai pengaturan waktu bersamaan dengan waktu peluncuran. Gelombang ultrasonik merambat di udara dan segera kembali ketika menemui rintangan di jalan. Penerima ultrasonik segera menghentikan penghitungan waktu ketika menerima gelombang yang dipantulkan. Kecepatan rambat gelombang ultrasonik di udara adalah 340m/s. Berdasarkan waktu t yang dicatat oleh pengatur waktu, dapat dihitung jarak antara titik peluncuran dan rintangan, yaitu: s=340t/2. Inilah yang disebut metode rentang perbedaan waktu.

Prinsip sensor jangkauan ultrasonik adalah menggunakan kecepatan rambat gelombang ultrasonik yang diketahui di udara untuk mengukur waktu ketika gelombang suara menemui hambatan dan dipantulkan kembali setelah transmisi, dan menghitung jarak sebenarnya dari titik transmisi ke hambatan berdasarkan perbedaan waktu antara transmisi dan penerimaan. Terlihat bahwa prinsip jangkauan ultrasonik sama dengan prinsip radar.

Dalam rumusnya, L adalah panjang jarak yang diukur; C adalah kecepatan rambat gelombang ultrasonik di udara; T adalah perbedaan waktu propagasi jarak pengukuran (T adalah setengah dari nilai waktu transmisi ke penerimaan).

Sensor jarak ultrasonik Arduino terutama digunakan untuk pengukuran jarak di pengingat mundur, lokasi konstruksi, lokasi industri, dll. Meskipun rentang pengukuran jarak saat ini dapat mencapai 100 meter, keakuratan pengukuran hanya dapat mencapai urutan sentimeter.

Karena keunggulan emisi terarah yang mudah, arah yang baik, kontrol intensitas yang mudah, dan tidak ada kontak langsung dengan objek yang diukur, gelombang ultrasonik adalah metode ideal untuk pengukuran ketinggian cairan. Hal ini diperlukan untuk mencapai akurasi pengukuran tingkat milimeter dalam pengukuran tingkat cairan yang tepat, tetapi sirkuit terpadu khusus rentang ultrasonik domestik saat ini hanya memiliki akurasi pengukuran tingkat sentimeter. Dengan menganalisis penyebab kesalahan jangkauan ultrasonik, meningkatkan perbedaan waktu pengukuran ke tingkat mikrodetik, dan menggunakan sensor suhu LM92 untuk mengkompensasi kecepatan rambat gelombang suara, pencari jangkauan ultrasonik presisi tinggi yang kami rancang dapat mencapai akurasi pengukuran tingkat milimeter.