Principio e introduzione del sensore di portata a ultrasuoni

Cos'è il sensore di portata a ultrasuoni

A causa della forte direttività delle onde ultrasoniche, del lento consumo di energia e delle lunghe distanze nel mezzo, le onde ultrasoniche vengono spesso utilizzate per la misurazione della distanza. Ad esempio, i telemetri a ultrasuoni e gli strumenti di misurazione del livello possono essere realizzati mediante onde ultrasoniche. Il modulo sensore di distanza a ultrasuoni è spesso veloce, conveniente, semplice da calcolare, facile da ottenere un controllo in tempo reale e può soddisfare i requisiti pratici industriali in termini di precisione di misurazione, quindi è stato ampiamente utilizzato anche nello sviluppo di robot mobili.

Affinché un robot mobile possa evitare automaticamente gli ostacoli e camminare, deve essere dotato di un sistema di misurazione della distanza in modo che possa ottenere in tempo le informazioni sulla distanza (distanza e direzione) dall'ostacolo. Viene introdotto il sensore di misurazione della distanza a ultrasuoni in tre direzioni (anteriore, sinistra e destra) per fornire informazioni sulla distanza di movimento affinché il robot possa comprendere il suo ambiente anteriore, sinistro e destro.

Principio del sensore di portata a ultrasuoni

1, generatore di ultrasuoni

 Per ricercare e utilizzare le onde ultrasoniche, sono stati progettati e realizzati molti generatori di ultrasuoni. In generale, i generatori di ultrasuoni possono essere suddivisi in due categorie: uno è quello che genera onde ultrasoniche elettricamente e l'altro che genera onde ultrasoniche meccanicamente. I metodi elettrici includono piezoelettrico, magnetostrittivo ed elettrico, ecc.; i metodi meccanici includono il flauto Galton, il fischio liquido e il fischio d'aria. La frequenza, la potenza e le caratteristiche delle onde ultrasoniche che producono sono diverse, quindi anche i loro usi sono diversi. Attualmente, il piezoelettrico il sensore di distanza ad ultrasuoni è più comunemente usato.

2, il principio del generatore di ultrasuoni piezoelettrico

Il generatore di ultrasuoni piezoelettrico utilizza effettivamente la risonanza del cristallo piezoelettrico per funzionare. La struttura interna del generatore di ultrasuoni è mostrata in figura . Ha due wafer piezoelettrici e una piastra di risonanza. Quando un segnale di impulso viene applicato ai suoi due poli e la frequenza è uguale alla frequenza di oscillazione naturale del wafer piezoelettrico, il wafer piezoelettrico entra in risonanza e fa vibrare la piastra di risonanza per generare onde ultrasoniche. Al contrario, se non viene applicata alcuna tensione tra i due elettrodi, quando la piastra di risonanza riceve onde ultrasoniche, spingerà il chip piezoelettrico a vibrare e convertirà l'energia meccanica in segnali elettrici. Quindi diventa un ricevitore ad ultrasuoni.

3, il principio del sensore di portata ultrasonico

 Il trasmettitore a ultrasuoni emette onde ultrasoniche in una determinata direzione e inizia a cronometrare contemporaneamente al momento del lancio. Le onde ultrasoniche si propagano nell'aria e ritornano immediatamente quando incontrano ostacoli sul percorso. Il ricevitore a ultrasuoni interrompe immediatamente il cronometraggio quando riceve le onde riflesse. La velocità di propagazione delle onde ultrasoniche nell'aria è di 340 m/s. In base al tempo t registrato dal timer si può calcolare la distanza (s) tra il punto di lancio e l'ostacolo, ovvero: s=340t/2. Questo è il cosiddetto metodo della differenza di tempo.

Il principio del sensore di portata a ultrasuoni consiste nell'utilizzare la velocità di propagazione nota delle onde ultrasoniche nell'aria per misurare il tempo in cui l'onda sonora incontra ostacoli e si riflette dopo la trasmissione e calcolare la distanza effettiva dal punto di trasmissione all'ostacolo in base alla differenza di tempo tra trasmissione e ricezione. Si può vedere che il principio della misurazione ultrasonica è lo stesso di quello del radar.

Nella formula, L è la lunghezza della distanza misurata; C è la velocità di propagazione delle onde ultrasoniche nell'aria; T è la differenza temporale della propagazione della distanza di misura (T è la metà del valore temporale dalla trasmissione alla ricezione).

I sensori di distanza a ultrasuoni Arduino vengono utilizzati principalmente per la misurazione della distanza in promemoria di retromarcia, cantieri, siti industriali, ecc. Sebbene l'intervallo di misurazione della distanza attuale possa raggiungere i 100 metri, la precisione della misurazione può raggiungere solo l'ordine dei centimetri.

Grazie ai vantaggi di una facile emissione direzionale, di una buona direzionalità, di un facile controllo dell'intensità e dell'assenza di contatto diretto con l'oggetto da misurare, le onde ultrasoniche sono un metodo ideale per la misurazione dell'altezza dei liquidi. È necessario ottenere una precisione di misurazione a livello millimetrico nella misurazione precisa del livello del liquido, ma gli attuali circuiti integrati speciali a portata di ultrasuoni domestici hanno solo una precisione di misurazione a livello centimetrico. Analizzando le cause dell'errore di portata ultrasonica, migliorando la differenza temporale di misurazione al livello dei microsecondi e utilizzando il sensore di temperatura LM92 per compensare la velocità di propagazione dell'onda sonora, il telemetro ultrasonico ad alta precisione da noi progettato può raggiungere una precisione di misurazione a livello millimetrico.