Metodo di analisi e correzione del sensore di portata a ultrasuoni

1.Influenza della velocità di propagazione degli ultrasuoni sulla portata

Una velocità di propagazione degli ultrasuoni stabile e accurata è una condizione necessaria per garantire l'accuratezza della misurazione. La velocità di propagazione di un'onda dipende dalle caratteristiche del mezzo di propagazione. La temperatura, la pressione e la densità del mezzo di propagazione avranno tutte un effetto diretto sulla velocità del suono. Per la misura della distanza, la causa principale della variazione della velocità del suono è la variazione della temperatura del mezzo, che rappresenta una delle principali fonti di errori nella misurazione della distanza. sensore di misurazione della distanza ad ultrasuoni . Pertanto, nel processo di misurazione, la velocità ultrasonica deve essere corretta. La relazione tra la velocità di propagazione degli ultrasuoni nell'aria e la temperatura può essere espressa come c=331,4×1+t/273u33114+01607t (m/s), dove t è la temperatura ambiente. Pertanto, utilizzare la velocità ultrasonica di 341 m/s a temperatura normale per calcolare la distanza degli ultrasuoni in ambienti con temperature diverse comporta un errore significativo. Per migliorare la precisione della misurazione della distanza, è necessario eseguire una compensazione della temperatura sulla velocità degli ultrasuoni e utilizzare sensori di temperatura e altri dispositivi di misurazione della temperatura per misurare il valore della temperatura ambientale, ottenendo così la velocità degli ultrasuoni nell'ambiente. È anche possibile utilizzare una combinazione di velocità del suono preimpostata e compensazione della temperatura per correggere la velocità del suono, riducendo così in modo più efficace l'errore causato dai cambiamenti di temperatura.

2. Fattori che influenzano la determinazione del tempo di eco te metodi per ridurre gli errori

Nel processo di misurazione, per prevenire l'interferenza di altri segnali e migliorare l'affidabilità della misurazione, quando il computer a chip singolo inizia a contare, il sensore a ultrasuoni spesso trasmette un treno di impulsi composto da più onde quadre (come 5-9 impulsi come treno) come misurazione. Se la tensione di soglia del comparatore nel circuito ricevente di la misurazione della distanza del trasduttore a ultrasuoni ha un determinato valore, a causa dell'influenza della polvere e di altre sostanze, la misurazione effettiva potrebbe non essere necessariamente l'innesco del passaggio per lo zero del primo eco. Attraverso l'osservazione e l'analisi dell'eco di ricezione ultrasonico, si è scoperto che dopo che l'eco ricevuto è stato rilevato dall'inviluppo, la parte anteriore della curva dell'inviluppo è una curva in aumento esponenziale, approssimativamente al picco della nona onda dell'inviluppo, e la terza L'onda è circa il 75% del picco. Pertanto, il circuito di ricezione è spesso progettato per interrompere il conteggio quando viene ricevuta la terza eco. Pertanto, il tempo finale misurato è 3 impulsi più lungo della distanza effettiva corrispondente al tempo di invio, il che provoca l'errore di misurazione del tempo di eco t.

Per migliorare la precisione della temporizzazione è necessario rilevare con precisione l'orario di arrivo del sensore trasduttore ad ultrasuoni . Per rilevare l'eco viene utilizzato un unico comparatore con soglia fissa. A causa dell'attenuazione dell'assorbimento e della perdita di diffusione dell'onda sonora durante la trasmissione, l'intensità del suono decade in modo esponenziale all'aumentare della distanza del bersaglio. All'interno dell'intervallo, la distanza tra il bersaglio più vicino e il bersaglio più lontano. La grande differenza nell'ampiezza dell'eco può far sì che il tempo di attraversamento della soglia si sposti avanti e indietro, influenzando così la precisione della temporizzazione.

Il metodo per risolvere questo problema: il primo metodo consiste nell'utilizzare un circuito di modellazione a doppio comparatore, che può determinare in modo più accurato il tempo di arrivo del fronte dell'eco. Come mostrato nella Figura 2, vm è la tensione di picco, sia v1 la tensione di soglia del comparatore 1, v2 è la tensione di soglia del comparatore 2, (dove (v2>v1, il suo valore è impostato sperimentalmente), quando il sensore a ultrasuoni emette ultrasuoni. Quando i timer t1 e t0 del microcomputer a chip singolo iniziano a cronometrare contemporaneamente, quando il comparatore 1 si capovolge, t0 interrompe il cronometraggio. In questo momento, il tempo contato da t0 è t1. Quando il comparatore 2 si capovolge, t1 interrompe il cronometraggio. A questo punto, il tempo contato da t1 è t2, ovviamente t2>t1, t è il tempo di propagazione corrispondente al bordo anteriore dell'eco, quindi la distanza calcolata da t è più precisa di t1 e t2.

Il secondo metodo consiste nel collegare in serie il circuito di controllo automatico del guadagno (agc) nel circuito di ricezione dell'eco, in modo che durante il tempo di ricezione del circuito di amplificazione, il fattore di amplificazione della tensione aumenti esponenzialmente con l'aumento della distanza di misurazione per compensare l'attenuazione dell'assorbimento e la perdita di diffusione mantenga costante l'ampiezza dell'eco ricevuto o cambi solo in un piccolo intervallo per soddisfare i requisiti del circuito di modellatura, e quindi emesso attraverso il circuito di modellatura, che può migliorare notevolmente la precisione della misurazione. Naturalmente, poiché il circuito aGC (incluso l'amplificatore stesso) ha un ritardo nella risposta al gradino del segnale, il tracciamento istantaneo potrebbe non essere molto buono e il segnale dell'eco è semplicemente esplosivo, quindi c'è un certo errore, ma questo è trascurabile.

Il terzo metodo consiste nel progettare un circuito che diminuisca gradualmente la tensione di soglia all'aumentare del tempo durante il tempo di misurazione e generi un segnale di soglia che aumenta in qualsiasi momento e diminuisce in modo esponenziale e viene aggiunto al comparatore. Ciò compenserà il ritorno causato dall'aumento della distanza di misurazione. L'ampiezza dell'onda viene ridotta per migliorare la precisione e la ripetibilità della misurazione. Utilizzando amplificatori programmabili, potenziometri digitali e altri dispositivi, attraverso la combinazione di software e hardware, è possibile progettare una varietà di tali circuiti. È anche possibile combinare un amplificatore operazionale e un tubo ad effetto di campo per formare un amplificatore controllato. Il tubo ad effetto di campo viene utilizzato come resistore controllato in tensione per formare un circuito di regolazione del feedback. Ma la seguibilità di questo circuito non è buona quanto quella del circuito digitale sopra menzionato.

3. L'influenza dell'angolo di incidenza del raggio ultrasonico sul bersaglio di rilevamento sulla portata. Se il sistema viene utilizzato per misurare la distanza tra la superficie e il punto, quando l'angolo di incidenza dell'onda ultrasonica (o l'angolo dell'onda riflessa incidente sul trasduttore ricevente) è inferiore a 90b, la distanza misurata dal sistema è il punto misurato (oggetto) e il trasduttore. Ciò causerà errori di misurazione anziché la distanza verticale d tra il piano di misurazione e l'oggetto da misurare. Il modo per risolvere questo problema è utilizzare la conoscenza pertinente dei triangoli per calcolare e correggere.

4. Zona morta

Durante la misurazione della distanza, il il trasduttore ultrasonico ad alta frequenza utilizza una serie di onde ultrasoniche come portante di misurazione per un periodo di tempo, quindi la ricezione può essere avviata solo dopo il completamento della trasmissione. Impostare il tempo di invio del raggio su t, quindi il segnale riflesso dall'oggetto entro t tempo non può essere catturato. Inoltre, il sensore a ultrasuoni ha una certa inerzia, ovvero esiste un processo dalla vibrazione forzata alla vibrazione bilanciata alla vibrazione smorzata. Pertanto, si verificherà una certa vibrazione dopo il completamento della trasmissione. Questo dopo la vibrazione genera anche un segnale di tensione attraverso il trasduttore. Il segnale è sovrapposto al segnale dell'eco, in modo che il circuito non possa identificare l'eco reale, il che disturba il lavoro del sistema di acquisizione del segnale di ritorno. Pertanto, il sistema non può essere attivato per la ricezione dell'eco prima che la vibrazione successiva scompaia. I due motivi sopra indicati fanno sì che il sensore a ultrasuoni abbia un determinato intervallo di misurazione, ovvero esiste una cosiddetta zona cieca.

Inoltre, ci sono molte altre cause di errori di misurazione, come la durata dell'operazione di comando, che rende i dati di misurazione troppo grandi, la stabilità e la precisione della frequenza degli impulsi della base temporale e altre interferenze materiali nell'ambiente del campo.