Analyse- en correctiemethode van ultrasone afstandssensor

1. De invloed van ultrasone voortplantingssnelheid op het bereik

Stabiele en nauwkeurige ultrasone voortplantingssnelheid is een noodzakelijke voorwaarde om de meetnauwkeurigheid te garanderen. De voortplantingssnelheid van een golf hangt af van de eigenschappen van het voortplantingsmedium. De temperatuur, druk en dichtheid van het voortplantingsmedium hebben allemaal een direct effect op de geluidssnelheid. Bij afstandsmeting is de belangrijkste oorzaak van de verandering in geluidssnelheid de verandering in de temperatuur van het medium, wat een van de belangrijkste bronnen van fouten is bij het meten van afstanden. ultrasone afstandssensor . Daarom moet tijdens het bereikproces de ultrasone snelheid worden gecorrigeerd. De relatie tussen de ultrasone voortplantingssnelheid in de lucht en de temperatuur kan worden uitgedrukt als c=331,4×1+t/273u33114+01607t (m/s), waarbij t de omgevingstemperatuur is. Daarom is er een grote fout bij het gebruik van de ultrasone snelheid van 341 m/s bij normale temperatuur om de afstand van het ultrasone bereik onder verschillende temperatuuromgevingen te berekenen. Om de nauwkeurigheid van de afstandsmeting te verbeteren, is het noodzakelijk om temperatuurcompensatie op de ultrasone snelheid uit te voeren en temperatuursensoren en andere temperatuurmeetapparatuur te gebruiken om de waarde van de omgevingstemperatuur te meten, waardoor de ultrasone snelheid in de omgeving wordt verkregen. Het is ook mogelijk om een ​​combinatie van vooraf ingestelde geluidssnelheid en temperatuurcompensatie te gebruiken om de geluidssnelheid te corrigeren, waardoor de fout veroorzaakt door temperatuurveranderingen effectiever wordt verminderd.

2. Factoren die van invloed zijn op de bepaling van de echotijd t en methoden om fouten te verminderen

Om interferentie van andere signalen te voorkomen en de betrouwbaarheid van de meting te verbeteren, zendt de ultrasone sensor tijdens het meetproces, wanneer de computer met één chip begint te tellen, vaak een pulstrein uit die is samengesteld uit meerdere vierkante golven (zoals 5-9 pulsen als een trein) als meting. Als de drempelspanning van de comparator in het ontvangstcircuit van De afstandsmeting van de ultrasone transducer heeft een bepaalde waarde. Vanwege de invloed van stof en andere stoffen hoeft de daadwerkelijke meting niet noodzakelijkerwijs de nuldoorgangstrigger van de eerste echo te zijn. Door observatie en analyse van de ultrasone ontvangende echo is gebleken dat nadat de ontvangen echo door de omhullende is gedetecteerd, de voorkant van de omhullende curve een exponentieel stijgende curve is, ongeveer op de top van de negende golf naar de omhullende, en de derde. De golf bedraagt ​​ongeveer 75% van de piek. Daarom is het ontvangstcircuit vaak ontworpen om te stoppen met tellen wanneer de derde echo wordt ontvangen. Daarom is de uiteindelijk gemeten tijd 3 pulsen langer dan de werkelijke afstand die overeenkomt met de verzendtijd, wat de meetfout van de echotijd t veroorzaakt.

Om de timingnauwkeurigheid te verbeteren, is het noodzakelijk om de aankomsttijd van de ultrasone transducersensor . Er wordt gebruik gemaakt van een enkele comparator met een vaste drempelwaarde om de echo te detecteren. Als gevolg van de absorptieverzwakking en het diffusieverlies van de geluidsgolf tijdens de transmissie, neemt de geluidsintensiteit exponentieel af naarmate de afstand tot het doel toeneemt. Binnen het bereik, de afstand tussen het dichtstbijzijnde doel en het verste doel. Het grote verschil in echoamplitude kan ervoor zorgen dat de tijd van het overschrijden van de drempel heen en weer beweegt, waardoor de nauwkeurigheid van de timing wordt beïnvloed.

De methode om dit probleem op te lossen: Methode één is het gebruik van een dual-comparator-vormcircuit, dat de aankomsttijd van het echofront nauwkeuriger kan bepalen. Zoals weergegeven in figuur 2 is vm de piekspanning, laat v1 de drempelspanning zijn van comparator 1, v2 is de drempelspanning van comparator 2 (waarbij (v2>v1, de waarde ervan wordt ingesteld door experiment), wanneer de ultrasone sensor ultrasoon geluid uitzendt. Wanneer de timer t1 en t0 van de microcomputer met één chip tegelijkertijd beginnen met timen, wanneer de comparator 1 omdraait, stopt t0 met timen. geteld door t0 is t1. Wanneer comparator 2 omdraait, stopt t1 met timen. Op dit moment is de tijd geteld door t1 gelijk aan t2, uiteraard t2>t1, t is de voortplantingstijd die overeenkomt met de voorkant van de echo, dan is de door t berekende afstand nauwkeuriger dan t1 en t2.

De tweede methode is om het automatische versterkingsregelcircuit (AGC) serieel aan te sluiten in het echo-ontvangstcircuit, zodat tijdens de ontvangsttijd van het versterkingscircuit de spanningsversterkingsfactor exponentieel toeneemt met het vergroten van de meetafstand om te compenseren voor de absorptieverzwakking en diffusieverlies houdt de amplitude van de ontvangen echo constant of verandert slechts in een klein bereik om aan de vereisten van het vormcircuit te voldoen, en vervolgens uit te voeren via het vormcircuit, wat de nauwkeurigheid van het bereik aanzienlijk kan verbeteren. Omdat het aGC-circuit (inclusief de versterker zelf) een vertraging heeft in de staprespons van het signaal, is de momentane tracking mogelijk niet erg goed en is het echosignaal gewoon explosief, dus er is een bepaalde fout, maar deze is te verwaarlozen.

De derde methode is het ontwerpen van een circuit dat de drempelspanning geleidelijk verlaagt naarmate de tijd toeneemt tijdens de meettijd, en een drempelsignaal genereert dat op elk moment toeneemt en exponentieel afneemt en wordt toegevoegd aan de comparator. Dit compenseert het rendement dat ontstaat door het vergroten van de meetafstand. De golfamplitude wordt verminderd om de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van de meting te verbeteren. Met behulp van programmeerbare versterkers en digitale potentiometers en andere apparaten kan door de combinatie van software en hardware een verscheidenheid van dergelijke circuits worden ontworpen. Het is ook mogelijk om een ​​operationele versterker en een veldeffectbuis te combineren tot een geregelde versterker. De veldeffectbuis wordt gebruikt als spanningsgestuurde weerstand om een ​​feedbackregellus te vormen. Maar de volgbaarheid van dit circuit is niet zo goed als het bovengenoemde digitale circuit.

3. De invloed van de invalshoek van de ultrasone straal op het detectiedoel op het bereik. Als het systeem wordt gebruikt om de afstand tussen het oppervlak en het punt te meten, wanneer de invalshoek van de ultrasone golf (of de hoek van de gereflecteerde golf die op de ontvangende transducer valt) kleiner is dan 90b, is de door het systeem gemeten afstand het gemeten punt (object) en de transducer. In plaats van de verticale afstand d tussen het meetvlak en het meetobject zal dit meetfouten veroorzaken. De manier om dit probleem op te lossen is door de relevante kennis van driehoeken te gebruiken om te berekenen en te corrigeren.

4. Dode zone

Tijdens afstandsmeting wordt de hoogfrequente ultrasone transducer gebruikt een reeks ultrasone golven als meetdrager gedurende een bepaalde periode, zodat de ontvangst pas kan worden gestart nadat de verzending is voltooid. Stel het tijdstip in waarop de straal naar t wordt verzonden. Het signaal dat binnen t-tijd door het object wordt gereflecteerd, kan dan niet worden opgevangen. Bovendien heeft de ultrasone sensor een bepaalde traagheid, dat wil zeggen dat er een proces is van geforceerde trillingen via gebalanceerde trillingen naar gedempte trillingen. Daarom zal er een zekere natrilling optreden nadat de transmissie is voltooid. Deze na trilling genereert ook een spanningssignaal via de transducer. Het signaal wordt op het echosignaal gesuperponeerd, zodat het circuit de echte echo niet kan identificeren, wat het werk van het systeem bij het opvangen van het retoursignaal verstoort. Daarom kan het systeem niet worden geactiveerd voor echo-ontvangst voordat de natrilling is verdwenen. De twee bovenstaande redenen zorgen ervoor dat de ultrasone sensor een bepaald meetbereik heeft, dat wil zeggen dat er een zogenaamde blinde zone is.

Bovendien zijn er vele andere oorzaken van meetfouten, zoals de commandobewerking die een bepaalde hoeveelheid tijd in beslag neemt, waardoor de meetgegevens te groot worden, de stabiliteit en nauwkeurigheid van de tijdbasispulsfrequentie en andere materiële interferentie in de veldomgeving.