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1.超音波の伝播速度が測距に及ぼす影響
測定精度を確保するには、安定した正確な超音波伝播速度が必要条件です。波の伝播速度は伝播媒体の特性に依存します。伝播媒体の温度、圧力、密度はすべて音速に直接影響します。距離測定の場合、音速変化の主な原因は媒体の温度変化であり、これが測定誤差の主な原因の 1 つです。 超音波距離測定センサー。したがって、測距処理においては、超音波速度を補正する必要がある。空気中の超音波の伝播速度と温度の関係は、周囲温度を t とすると、c=331.4×1+t/273u33114+01607t (m/s) で表すことができます。したがって、常温での超音波速度 341m/s を使用して、異なる温度環境下での超音波測距距離を計算すると、大きな誤差が生じます。距離測定の精度を向上させるためには、超音波速度を温度補償し、温度センサーなどの温度測定装置を使用して環境温度の値を測定し、環境内の超音波速度を取得する必要があります。音速のプリセットと温度補償を組み合わせて音速を補正することも可能で、温度変化による誤差をより効果的に低減できます。
2. エコー時間 t の決定に影響を与える要因と誤差を減らす方法
測定プロセスでは、他の信号の干渉を防ぎ、測定の信頼性を向上させるために、シングルチップコンピュータがカウントを開始するときに、超音波センサーが複数の方形波からなるパルス列（例えば、1パルスとして5～9パルス）を送信して測定することがよくあります。受信回路内のコンパレータのしきい値電圧が 超音波振動子の距離測定は 一定の値ですが、塵やその他の物質の影響により、実際の測定値が必ずしも最初のエコーのゼロクロストリガーになるとは限りません。超音波受信エコーの観察と解析により、受信エコーが包絡線で検出された後、包絡線の先頭は包絡線に対する9番目の波のほぼピークで指数関数的に上昇する曲線であり、3番目の波はピークの約75％であることがわかります。したがって、受信回路は 3 回目のエコーを受信するとカウントを停止するように設計されることがよくあります。したがって、最終的な測定時間は、送信時間に相当する実際の距離よりも３パルス長くなり、エコー時間ｔの測定誤差が生じる。
タイミング精度を向上させるためには、信号の到着時刻を正確に検出する必要があります。 超音波トランスデューサーセンサー。エコーの検出には、固定しきい値を持つ単一のコンパレータが使用されます。送信中の音波の吸収減衰と拡散損失により、音の強度はターゲットの距離が増加するにつれて指数関数的に減衰します。範囲内では、最も近いターゲットと最も遠いターゲット間の距離。エコー振幅の差が大きいため、しきい値を超える時間が前後する可能性があり、タイミングの精度に影響を与える可能性があります。
この問題を解決する方法: 方法 1 は、エコー フロントの到着時間をより正確に決定できるデュアル コンパレータ整形回路を使用することです。図2に示すように、超音波センサが超音波を発信したときのピーク電圧をvm、コンパレータ1の閾値電圧をv1、コンパレータ2の閾値電圧をv2とします((v2>v1、その値は実験により設定します)。ワンチップマイコンのタイマt1とt0が同時に計時を開始し、コンパレータ1が反転するとt0が計時を停止します。このとき、コンパレータ 2 が反転すると、t1 は計時を停止します。このとき、t1 が計時する時間は t2 になります。t2 > t1 であるため、t で計算される距離は t1 と t2 よりも正確です。
2番目の方法は、エコー受信回路に自動利得制御回路（agc）を直列に接続することで、増幅回路の受信時間中に、吸収減衰と拡散損失を補償するために測定距離の増加に応じて電圧増幅率が指数関数的に増加し、受信エコーの振幅を一定に保つか、整形回路の要件を満たす小さな範囲でのみ変化し、整形回路を介して出力することで、測距精度を大幅に向上させることができます。もちろん、aGC 回路 (アンプ自体も含む) は信号のステップ応答に遅れがあるため、瞬間的なトラッキングはあまり良くない可能性があり、エコー信号は爆発的なだけであるため、ある程度の誤差はありますが、これは無視できる程度です。
3つ目は、測定時間中の時間の経過とともにしきい値電圧を徐々に下げる回路を設計し、随時増加し指数関数的に減少するしきい値信号を生成してコンパレータに加算する方法です。これにより、測定距離の増加によるリターンが補償されます。波形の振幅を小さくすることで、測定の精度と再現性が向上します。プログラマブルアンプやデジタルポテンショメータなどを使用し、ソフトウェアとハードウェアを組み合わせることで、さまざまな回路を設計できます。オペアンプと電界効果管を組み合わせて制御アンプを構成することも可能です。電界効果管は、フィードバック調整ループを形成するための電圧制御抵抗器として使用されます。ただし、この回路の追従性は上記のデジタル回路ほど良くありません。
3. 検出対象物への超音波ビームの入射角が測距に与える影響。システムが表面と点の間の距離を測定するために使用される場合、超音波の入射角（または受信トランスデューサに入射する反射波の角度）が 90°未満の場合、システムによって測定される距離は測定点（物体）とトランスデューサです。測定面と測定対象物との垂直距離dよりも、測定誤差の原因となります。この問題を解決する方法は、三角形の関連知識を使用して計算し、修正することです。
4. デッドゾーン
距離測定中は、 高周波超音波トランスデューサは、 一定期間の測定搬送波として一連の超音波を使用するため、受信は送信が完了した後にのみ開始できます。ビームを送信する時間を t とすると、t 時間以内に物体から反射された信号は捕捉できません。さらに、超音波センサーには一定の慣性があり、強制振動から平衡振動、そして減衰振動へのプロセスが存在します。そのため、送信完了後に若干の余震が発生します。この後の振動もトランスデューサーを介して電圧信号を生成します。信号はエコー信号に重畳されるため、回路は真のエコーを識別できず、戻り信号を捕捉するシステムの作業が妨げられます。したがって、アフター振動が消えるまでシステムをエコー受信用に起動することはできません。上記の 2 つの理由により、超音波センサーには一定の測定範囲があり、いわゆる不感帯が存在します。
さらに、コマンド操作に一定の時間がかかり、測定データが大きくなりすぎること、タイムベースパルス周波数の安定性と精度、フィールド環境における他の物質の干渉など、測定誤差の原因は他にも多数あります。
