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超音波測距センサーとは
超音波は指向性が強く、エネルギー消費が遅く、媒質中での距離が長いため、距離測定によく使用されます。例えば、超音波距離計やレベル測定器は超音波によって実現できます。 超音波距離センサーモジュールは 、多くの場合、迅速で便利で、計算が簡単で、リアルタイム制御の実現が容易で、測定精度の点で産業の実際の要件を満たすことができるため、移動ロボットの開発にも広く使用されています。
移動ロボットが障害物を自動的に回避して歩行するためには、障害物との距離情報（距離と方向）を適時に取得できる距離測定システムを搭載する必要があります。 3方向（前方、左方、右方）の超音波距離測定センサーは、ロボットが前方、左方、右方の環境を把握するための移動距離情報を提供するために導入されています。
超音波測距センサーの原理
1、超音波発生器
超音波を研究し、利用するために、多くの超音波発生器が設計、製造されてきました。一般に、超音波発生器は電気的に超音波を発生させるものと、機械的に超音波を発生させるものの２つに分類できます。電気的方法には、圧電、磁歪、電気などが含まれます。機械的な方法には、ゴルトンフルート、液体ホイッスル、空気ホイッスルなどがあります。発生する超音波の周波数、パワー、特性が異なるため、用途も異なります。現在、圧電 超音波距離センサー がより一般的に使用されます。
2、圧電超音波発生器の原理
圧電超音波発生器は、実際には圧電結晶の共振を利用して動作します。超音波発生器の内部構造を図に示します。 2 枚の圧電ウェハーと 1 つの共振プレートを備えています。パルス信号がその 2 つの極に印加され、その周波数が圧電ウエハーの固有振動周波数と等しい場合、圧電ウエハーは共振し、共振プレートを振動させて超音波を生成します。逆に、2つの電極間に電圧が印加されていない場合、共振板が超音波を受信すると、圧電チップが押されて振動し、機械エネルギーが電気信号に変換されます。すると超音波受信機になります。
3、超音波測距センサーの原理
超音波発信機は一定方向に超音波を発信し、発射時刻と同時に計時を開始します。超音波は空中を伝播し、途中で障害物に遭遇するとすぐに戻ってきます。超音波受信機は反射波を受信すると即座に計時を停止します。超音波の空気中の伝播速度は340m/sです。タイマーによって記録された時間 t に従って、発射点と障害物との間の距離 (s) を計算できます。つまり、s = 340t/2 です。いわゆる時差測距方式である。
超音波測距センサーの原理は、空気中の超音波の既知の伝播速度を利用して、音波が障害物に衝突して送信後に反射する時間を測定し、送信と受信の時間差に基づいて送信点から障害物までの実際の距離を計算することです。超音波測距の原理はレーダーの原理と同じであることがわかります。
式中、L は測定された距離の長さです。 C は空気中の超音波の伝播速度です。 T は測定距離の伝播の時間差です (T は送信から受信までの時間値の半分です)。
Arduinoの超音波距離センサーは 、主に後退リマインダー、建設現場、工業現場などでの距離測定に使用されます。現在の距離測定範囲は100メートルに達しますが、測定精度はセンチメートルのオーダーにまで達します。
超音波は、指向性の放射が容易で、指向性が良好で、強度の制御が容易で、測定対象物に直接接触しないという利点があるため、液高測定には理想的な方法です。精密な液面レベル測定にはミリ単位の測定精度が必要ですが、現在の国内の超音波測距専用集積回路はセンチメートル単位の測定精度しかありません。当社が設計した高精度超音波距離測定器は、超音波測距誤差の原因を分析し、測定時間差をマイクロ秒レベルまで改善し、LM92温度センサーを使用して音波伝播速度を補正することにより、ミリメートルレベルの測定精度を実現します。
