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Errore e precauzioni del sensore di distanza ad ultrasuoni

Visualizzazioni: 7 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 21/09/2018 Origine: Sito

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Nell'industria, l'applicazione tipica dei trasduttori di distanza ad ultrasuoni sono i controlli non distruttivi sui metalli e la misurazione dello spessore ad ultrasuoni. In passato, molte tecnologie erano ostacolate dall’incapacità di rilevare l’interno degli oggetti e l’emergere della tecnologia di rilevamento a ultrasuoni ha cambiato questa situazione. Naturalmente, sui diversi dispositivi vengono montati in modo fisso più sensori a ultrasuoni per catturare i segnali di cui le persone hanno bisogno. Nelle applicazioni future, gli ultrasuoni saranno combinati con la tecnologia dell'informazione e con le nuove tecnologie dei materiali e appariranno sensori a ultrasuoni più intelligenti e altamente sensibili.

Il telecomando ad ultrasuoni può controllare elettrodomestici e illuminazione. Piccolo sensore a ultrasuoni (Φ12-Φ16), la frequenza di lavoro è 40 KHZ, la distanza del telecomando è di circa 10 metri. Trasmissione del telecomando, si tratta di un oscillatore composto da un circuito di base dei tempi 555, per regolare il potenziometro da 10K, rendendo la frequenza di oscillazione del sensore 40KHZ collegata al 3° piede, quando si preme il pulsante, l'onda ultrasonica viene inviata e il circuito viene ricevuto. L'alimentazione viene decrementata di 220V, raddrizzata, filtrata e regolata per ottenere una tensione di funzionamento di 12V. Trattandosi di un alimentatore non isolato, l'intero circuito dovrebbe essere imballato nella custodia di plastica per evitare scosse elettriche (prestare attenzione anche durante il debug). Il segnale viene ricevuto dal ricevitore ad ultrasuoni e amplificato da Q1 e Q2 (i serbatoi risonanti L e C sono sintonizzati a 40 kHz). Il segnale amplificato attiva un circuito bistabile composto da Q3 e Q4, mentre Q5 e LED vengono utilizzati come isolamento del trigger e possono essere illuminati. Poiché lo stato bistabile è casuale all'avvio, viene aggiunto un pulsante di cancellazione.

Il segnale di trigger dell'uscita Q5 accende il triac e il carico è acceso. Per caricare un circuito aperto, premere una volta il pulsante di invio. Indicazione e controller del livello del liquido. Poiché l'onda ultrasonica ha una certa attenuazione nell'aria, il segnale del trasduttore del sensore di distanza a ultrasuoni inviato alla superficie del liquido e riflesso dalla superficie del liquido è correlato al livello del liquido. Maggiore è la posizione del livello del liquido, maggiore è il segnale; più basso è il livello del liquido. Il segnale è piccolo. Il segnale ricevuto viene amplificato da BG1 e BG2 e raddrizzato in tensione CC da D1 e D2. Quando la tensione è 4,7 KΩ, che supera la tensione di accensione di BG3, una corrente scorre attraverso BG3 e l'amperometro indica che la corrente è correlata al livello del liquido. Quando il livello del liquido è inferiore al valore impostato, l'uscita del comparatore è bassa. BG non conduce. Se il livello del liquido sale alla posizione specificata, il comparatore si ribalta e restituisce un livello alto. BG è acceso, J viene aspirato e l'interruttore di infusione può essere disattivato da un'elettrovalvola per raggiungere lo scopo di controllo.

Il test del livello del liquido è il principio di base della misurazione a ultrasuoni del livello del liquido: il segnale dell'impulso ultrasonico emesso dal sensore di misurazione della distanza a ultrasuoni si propaga nel gas, che si riflette dopo l'interfaccia tra aria e liquido, e riceve il segnale dell'eco dopo aver ricevuto il segnale dell'eco. Tempo, puoi convertire la distanza o il livello del liquido. I metodi di misurazione a ultrasuoni presentano molti vantaggi ineguagliati da altri metodi: (1) senza componenti di trasmissione meccanica, né con il liquido da testare, è una misurazione senza contatto, che non teme interferenze elettromagnetiche e liquidi fortemente corrosivi come acidi e alcali, quindi prestazioni stabili, alta affidabilità e lunga durata; (2) Il breve tempo di risposta facilita la realizzazione di misurazioni in tempo reale senza isteresi.

Il sensore del convertitore di misura della distanza viene utilizzato nel funzionamento del sistema con una frequenza di circa 40 kHz. L'impulso ultrasonico viene emesso dal sensore trasmittente e la superficie del liquido viene riflessa e restituita al sensore ricevente per misurare il tempo necessario affinché l'impulso ultrasonico venga trasmesso dal ricevitore al ricevente. In base alla velocità del suono nel mezzo è possibile ottenere la distanza dal sensore alla superficie del liquido. Per determinare il livello del liquido. Tenendo conto dell'influenza della temperatura ambiente sulla velocità di propagazione degli ultrasuoni, la velocità di propagazione viene corretta mediante il metodo di compensazione della temperatura per migliorare la precisione della misurazione. La formula di calcolo è: V=331,5+0,607T .Dove: V è la velocità di propagazione dell'onda ultrasonica nell'aria; T è la temperatura ambiente. S=V ×t/2=V×(t1-t0)/2 Dove: S è la distanza di misurazione; t è la differenza di tempo tra la trasmissione dell'impulso ultrasonico e la ricezione del suo eco; t1 è il tempo di ricezione dell'eco ultrasonico; t0 è il tempo di trasmissione dell'impulso ultrasonico. Utilizzando la funzione di cattura dell'MCU, è conveniente misurare il tempo t0 e il tempo t1. Secondo la formula sopra riportata, la distanza di misurazione S può essere ottenuta mediante programmazione software. Poiché l'MCU del sistema seleziona un processore di segnali misti con caratteristiche SOC e integra al suo interno un sensore di temperatura, la compensazione della temperatura del sensore può essere convenientemente realizzata utilizzando il software.

Precauzioni:

1: Per garantire affidabilità e lunga durata, non utilizzare il sensore all'aperto o al di sopra della temperatura nominale.
2: Poiché il sensore a ultrasuoni utilizza l'aria come mezzo di trasmissione, la riflessione e la rifrazione al confine possono causare malfunzionamenti quando la temperatura locale è diversa e la distanza di rilevamento può anche cambiare quando soffia il vento. Pertanto, i sensori non devono essere utilizzati accanto a dispositivi come ventilatori forzati.
3: I getti emessi dagli ugelli dell'aria hanno frequenze multiple e pertanto influenzano il sensore e non devono essere utilizzati vicino al sensore.
4: Le gocce d'acqua sulla superficie del sensore riducono la distanza di rilevamento.
5: Materiali come polvere fine e filati di cotone non possono essere rilevati quando assorbono il suono (sensore riflettente).
6: I sensori non possono essere utilizzati in aree a vuoto o a prova di esplosione.
7: Non utilizzare il sensore in zone con vapore; l'atmosfera in quest'area non è uniforme e ciò produrrà un gradiente di temperatura che causerà errori di misurazione.

Problema di esposizione:

L'applicazione del funzionamento del sensore di distanza a ultrasuoni è semplice, conveniente ed economica. Tuttavia, gli attuali sensori a ultrasuoni presentano alcuni svantaggi, come problemi di riflessione, rumore e problemi di crossover. Il problema con la riflessione è che se l'oggetto rilevato è sempre ad angolo retto, il sensore a ultrasuoni otterrà l'angolo corretto. Ma sfortunatamente, nell'uso reale, pochi oggetti rilevati possono essere rilevati correttamente.

Materiale e principio di funzionamento del sensore di distanza a ultrasuoni

Potrebbero esserci diversi errori nel trasduttore:

1.Errore triangolare
Quando l'oggetto da misurare si trova ad angolo rispetto al sensore, la distanza di rilevamento e la distanza effettiva presentano un errore triangolare.

2. Riflessione speculare
Questo problema è lo stesso della riflessione della luce in fisica elevata. Ad un certo angolo, le onde sonore emesse vengono riflesse specularmente dall'oggetto liscio, quindi l'eco non può essere generato e la lettura della distanza non può essere prodotta. In questo momento, il sensore a ultrasuoni ignorerà l'esistenza di questo oggetto.

3. Riflessioni multiple
Questo fenomeno è comune quando si rilevano angoli o oggetti con struttura simile. L'onda sonora viene ricevuta dal sensore dopo più rimbalzi, quindi il valore di rilevamento effettivo non è il valore di distanza reale. Questi problemi possono essere risolti utilizzando più bobine ad ultrasuoni disposte ad angolo. Rilevando il valore di ritorno di più onde ultrasoniche, viene utilizzato per escludere la lettura corretta.

4. Rumore
Sebbene la maggior parte dei trasduttori a ultrasuoni per la misurazione della distanza operino frequenze di 40-45 Khz, queste sono molto più alte delle frequenze che gli esseri umani possono sentire. Tuttavia, anche l’ambiente circostante produce rumore di frequenza simile. Ad esempio, il motore genera una certa alta frequenza durante il processo di rotazione, i rumori ad alta frequenza generati dall'attrito della ruota sul terreno duro, sono la vibrazione del robot stesso e, anche quando sono presenti più robot, le onde sonore vengono emesse dai sensori a ultrasuoni di altri robot. Ciò farà sì che il sensore riceva un segnale errato. Questo problema può essere risolto codificando le onde ultrasoniche trasmesse, ad esempio trasmettendo un insieme di onde sonore di diverse lunghezze, e calcolando la distanza solo quando la sonda rileva la stessa onda sonora combinata. Ciò può efficacemente evitare la lettura errata causata dal rumore ambientale.
5. Problema incrociato
Il problema incrociato si verifica quando una pluralità di sensori a ultrasuoni sono montati obliquamente sul robot. Le onde sonore emesse dall'ultrasuono X vengono riflesse specularmente e ottenute dai sensori Z e Y. A questo punto, Z e Y calcolano il valore della distanza in base a questo segnale, in modo che non sia possibile ottenere la misurazione corretta. La soluzione è codificare il segnale di ciascun sensore. Lascia che ciascun sensore a ultrasuoni ascolti solo la propria voce.