Kaedah Analisis dan Pembetulan Penderia Ranging Ultrasonik

1. Pengaruh kelajuan perambatan ultrasonik pada julat

Halaju perambatan ultrasonik yang stabil dan tepat adalah syarat yang diperlukan untuk memastikan ketepatan pengukuran. Kelajuan perambatan gelombang bergantung pada ciri-ciri medium perambatan. Suhu, tekanan, dan ketumpatan medium perambatan semuanya akan mempunyai kesan langsung pada kelajuan bunyi. Bagi pengukuran jarak, punca utama perubahan halaju bunyi adalah perubahan suhu medium, yang merupakan salah satu punca utama ralat dalam sensor pengukuran jarak ultrasonik . Oleh itu, dalam proses julat, halaju ultrasonik mesti diperbetulkan. Hubungan antara halaju perambatan ultrasonik di udara dan suhu boleh dinyatakan sebagai c=331.4×1+t/273u33114+01607t (m/s), dengan t ialah suhu ambien. Oleh itu, menggunakan halaju ultrasonik 341m/s pada suhu normal untuk mengira jarak julat ultrasonik di bawah persekitaran suhu yang berbeza mempunyai ralat yang besar. Untuk meningkatkan ketepatan pengukuran jarak, adalah perlu untuk melakukan pampasan suhu pada kelajuan ultrasonik, dan menggunakan penderia suhu dan peranti pengukur suhu lain untuk mengukur nilai suhu persekitaran, dengan itu mendapatkan kelajuan ultrasonik dalam persekitaran. Anda juga boleh menggunakan gabungan pratetap kelajuan bunyi dan pampasan suhu untuk membetulkan kelajuan bunyi, yang akan mengurangkan ralat yang disebabkan oleh perubahan suhu dengan lebih berkesan.

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi penentuan masa gema t dan kaedah untuk mengurangkan ralat

Dalam proses pengukuran, untuk mengelakkan gangguan isyarat lain dan meningkatkan kebolehpercayaan pengukuran, apabila komputer cip tunggal mula mengira, sensor ultrasonik sering menghantar kereta api nadi yang terdiri daripada berbilang gelombang persegi (seperti 5-9 denyutan sebagai kereta api) sebagai pengukuran. Jika voltan ambang pembanding dalam litar penerima bagi pengukuran jarak transduser ultrasonik adalah nilai tertentu, disebabkan oleh pengaruh habuk dan bahan lain, ukuran sebenar mungkin tidak semestinya menjadi pencetus lintasan sifar gema pertama. Melalui pemerhatian dan analisis gema penerima ultrasonik, didapati bahawa selepas gema yang diterima dikesan oleh sampul surat, bahagian hadapan lengkung sampul surat adalah lengkung yang meningkat secara eksponen, kira-kira pada puncak gelombang kesembilan ke sampul surat, dan ketiga Gelombang adalah lebih kurang 75% daripada puncak. Oleh itu, litar penerima sering direka untuk berhenti mengira apabila gema ketiga diterima. Oleh itu, masa yang diukur akhir adalah 3 denyutan lebih lama daripada jarak sebenar yang sepadan dengan masa penghantaran, yang menyebabkan ralat pengukuran masa gema t.

Untuk meningkatkan ketepatan masa, adalah perlu untuk mengesan masa ketibaan dengan tepat sensor transduser ultrasonik . Pembanding tunggal dengan ambang tetap digunakan untuk mengesan gema. Disebabkan oleh pengecilan penyerapan dan kehilangan resapan gelombang bunyi semasa penghantaran, keamatan bunyi mereput secara eksponen apabila jarak sasaran meningkat. Dalam julat, jarak antara sasaran terdekat dan sasaran paling jauh Perbezaan besar dalam amplitud gema boleh menyebabkan masa melintasi ambang bergerak ke sana ke mari, sekali gus menjejaskan ketepatan pemasaan.

Kaedah untuk menyelesaikan masalah ini: Kaedah pertama ialah menggunakan litar pembentuk dwi-pembanding, yang boleh menentukan dengan lebih tepat masa ketibaan hadapan gema. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2, vm ialah voltan puncak, biarkan v1 sebagai voltan ambang pembanding 1, v2 ialah voltan ambang pembanding 2, (di mana (v2>v1, nilainya ditetapkan oleh eksperimen), apabila sensor ultrasonik memancarkan ultrasonik .Apabila pemasa t1 dan t0 mikrokomputer cip tunggal pada masa yang sama mula menterbalikkan masa pada masa yang sama. pemasaan. Pada masa ini, masa yang dikira dengan t0 ialah t1 Apabila pembanding 2 terbalik, t1 menghentikan pemasaan Pada masa ini, masa yang dikira dengan t1 Adalah t2, jelas t2>t1, t ialah masa perambatan yang sepadan dengan tepi hadapan gema, maka jarak yang dikira dengan t adalah lebih tepat daripada t1 dan t2.

Kaedah kedua adalah untuk menyambung secara bersiri litar kawalan keuntungan automatik (agc) dalam litar penerima gema, supaya semasa masa penerimaan litar penguat, faktor penguatan voltan meningkat secara eksponen dengan peningkatan jarak pengukur untuk mengimbangi pengecilan penyerapan dan Kehilangan resapan mengekalkan amplitud bagi litar penguat yang diterima dan hanya melalui perubahan dalam litar gema yang diterima atau hanya melalui perubahan yang diterima. litar membentuk, yang boleh meningkatkan ketepatan julat. Sudah tentu, kerana litar aGC (termasuk penguat itu sendiri) mempunyai ketinggalan dalam tindak balas langkah isyarat, penjejakan serta-merta mungkin tidak begitu baik, dan isyarat gema hanya meletup, jadi terdapat ralat tertentu, tetapi ini boleh diabaikan .

Kaedah ketiga adalah untuk mereka bentuk litar yang mengurangkan voltan ambang secara beransur-ansur apabila masa meningkat semasa masa pengukuran, dan menjana isyarat ambang yang meningkat pada bila-bila masa dan berkurangan secara eksponen dan ditambah kepada pembanding. Ini akan mengimbangi pulangan yang disebabkan oleh peningkatan dalam jarak pengukuran. Amplitud gelombang dikurangkan untuk meningkatkan ketepatan dan kebolehulangan pengukuran.Menggunakan penguat boleh atur cara dan potensiometer digital dan peranti lain, melalui gabungan perisian dan perkakasan, pelbagai litar sedemikian boleh direka bentuk. Ia juga mungkin untuk menggabungkan penguat operasi dan tiub kesan medan untuk membentuk penguat terkawal. Tiub kesan medan digunakan sebagai perintang terkawal voltan untuk membentuk gelung peraturan maklum balas. Tetapi kebolehikutan litar ini tidak sebaik litar digital yang disebutkan di atas.

3. Pengaruh sudut kejadian pancaran ultrasonik pada sasaran pengesanan pada julat.Jika sistem digunakan untuk mengukur jarak antara permukaan dan titik, apabila sudut kejadian gelombang ultrasonik (atau sudut kejadian gelombang pantulan pada transduser penerima) adalah kurang daripada 90b, jarak yang diukur oleh sistem ialah titik yang diukur (objek) dan titik terukur. Daripada jarak menegak d antara satah ukuran dan objek pengukur, ini akan menyebabkan ralat pengukuran. Cara untuk menyelesaikan masalah ini ialah menggunakan pengetahuan segi tiga yang berkaitan untuk mengira dan membetulkan.

4. Zon mati

Semasa pengukuran jarak, transduser ultrasonik frekuensi tinggi menggunakan satu siri gelombang ultrasonik sebagai pembawa ukuran untuk satu tempoh masa, jadi penerimaan hanya boleh dimulakan selepas penghantaran selesai. Tetapkan masa menghantar rasuk kepada t, maka isyarat yang dipantulkan daripada objek dalam masa t tidak boleh ditangkap. Di samping itu, sensor ultrasonik mempunyai inersia tertentu, iaitu, terdapat proses daripada getaran paksa kepada getaran seimbang kepada getaran yang dilembapkan. Oleh itu, akan ada getaran tertentu selepas penghantaran selesai. Ini selepas getaran juga menghasilkan isyarat voltan melalui transduser. Isyarat ditumpangkan pada isyarat gema, supaya litar tidak dapat mengenal pasti gema sebenar, yang mengganggu kerja sistem menangkap isyarat pulangan. Oleh itu, sistem tidak boleh diaktifkan untuk penerimaan gema sebelum getaran selepas hilang. Dua sebab di atas menyebabkan sensor ultrasonik mempunyai julat ukuran tertentu, iaitu terdapat zon buta yang dipanggil.

Di samping itu, terdapat banyak lagi punca ralat pengukuran, seperti operasi arahan mengambil masa tertentu, yang menjadikan data pengukuran terlalu besar, kestabilan dan ketepatan frekuensi nadi asas masa, dan gangguan bahan lain dalam persekitaran medan.