Principe en introductie van ultrasone afstandssensor

Wat is een ultrasone afstandssensor

Vanwege de sterke gerichtheid van ultrasone golven, het trage energieverbruik en de lange afstanden in het medium, worden ultrasone golven vaak gebruikt voor afstandsmeting. Ultrasone afstandsmeters en niveaumeetinstrumenten kunnen bijvoorbeeld worden gerealiseerd door ultrasone golven. ultrasone afstandssensormodule is vaak snel, handig, eenvoudig te berekenen, gemakkelijk real-time controle te realiseren en kan voldoen aan industriële praktische eisen op het gebied van meetnauwkeurigheid, dus wordt deze ook veel gebruikt bij de ontwikkeling van mobiele robots.

Om een ​​mobiele robot automatisch obstakels te laten ontwijken en te laten lopen, moet hij zijn uitgerust met een afstandsmeetsysteem zodat hij op tijd de afstandsinformatie (afstand en richting) tot het obstakel kan verkrijgen. De ultrasone afstandsmeetsensor in drie richtingen (voor, links en rechts) wordt geïntroduceerd om bewegingsafstandsinformatie te verschaffen zodat de robot de voor-, linker- en rechteromgeving kan begrijpen.

Principe van ultrasone afstandssensor

1, ultrasone generator

 Om ultrasone golven te onderzoeken en te gebruiken zijn er veel ultrasone generatoren ontworpen en gemaakt. Over het algemeen kunnen ultrasone generatoren in twee categorieën worden verdeeld: de ene is bedoeld om ultrasone golven elektrisch te genereren, en de andere is om ultrasone golven mechanisch te genereren. Elektrische methoden omvatten piëzo-elektrisch, magnetostrictief en elektrisch, enz.; mechanische methoden omvatten galtonfluit, vloeistoffluit en luchtfluit. De frequentie, het vermogen en de kenmerken van de ultrasone golven die ze produceren zijn verschillend, dus hun toepassingen zijn ook verschillend. Momenteel is het piëzo-elektrisch ultrasone afstandssensor wordt vaker gebruikt.

2, het principe van piëzo-elektrische ultrasone generator

Piëzo-elektrische ultrasone generator gebruikt feitelijk de resonantie van piëzo-elektrisch kristal om te werken. De interne structuur van de ultrasone generator wordt weergegeven in figuur . Het heeft twee piëzo-elektrische wafels en een resonantieplaat. Wanneer een pulssignaal wordt toegepast op de twee polen en de frequentie gelijk is aan de natuurlijke oscillatiefrequentie van de piëzo-elektrische wafel, zal de piëzo-elektrische wafel resoneren en de resonantieplaat aandrijven om te trillen om ultrasone golven te genereren. Integendeel, als er geen spanning wordt aangelegd tussen de twee elektroden, zal de resonantieplaat, wanneer deze ultrasone golven ontvangt, op de piëzo-elektrische chip drukken om te trillen en de mechanische energie om te zetten in elektrische signalen. Dan wordt het een ultrasone ontvanger.

3, het principe van ultrasone afstandssensor

 De ultrasone zender zendt ultrasone golven uit in een bepaalde richting en begint tegelijkertijd met de lanceringstijd te timen. De ultrasone golven planten zich voort in de lucht en keren onmiddellijk terug als ze onderweg obstakels tegenkomen. De ultrasone ontvanger stopt onmiddellijk met het timen wanneer hij de gereflecteerde golven ontvangt. De voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht bedraagt ​​340 m/s. Op basis van de door de timer geregistreerde tijd t kan de afstand(en) tussen het lanceerpunt en het obstakel worden berekend, namelijk: s=340t/2. Dit is de zogenaamde tijdsverschilvariërende methode.

Het principe van de ultrasone afstandssensor is om de bekende voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht te gebruiken om de tijd te meten waarop de geluidsgolf obstakels tegenkomt en terugkaatst na verzending, en om de werkelijke afstand van het zendpunt tot het obstakel te berekenen op basis van het tijdsverschil tussen verzending en ontvangst. Het is duidelijk dat het principe van ultrasoon bereik hetzelfde is als dat van radar.

In de formule is L de gemeten afstandslengte; C is de voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht; T is het tijdsverschil van de voortplanting van de meetafstand (T is de helft van de tijdswaarde van verzending naar ontvangst).

Arduino ultrasone afstandssensoren worden voornamelijk gebruikt voor afstandsmeting bij achteruitrijhulpen, bouwplaatsen, industriële locaties, enz. Hoewel het huidige afstandsmeetbereik 100 meter kan bereiken, kan de meetnauwkeurigheid slechts de orde van centimeters bereiken.

Vanwege de voordelen van gemakkelijke directionele emissie, goede directionaliteit, gemakkelijke controle van de intensiteit en geen direct contact met het te meten object, zijn ultrasone golven een ideale methode voor het meten van de vloeistofhoogte. Het is noodzakelijk om meetnauwkeurigheid op millimeterniveau te bereiken bij nauwkeurige vloeistofniveaumetingen, maar de huidige binnenlandse ultrasone, speciale geïntegreerde schakelingen zijn slechts meetnauwkeurigheid op centimeterniveau. Door de oorzaken van de ultrasone afstandsfout te analyseren, het meettijdsverschil tot op microsecondeniveau te verbeteren en de LM92-temperatuursensor te gebruiken om de voortplantingssnelheid van de geluidsgolf te compenseren, kan de uiterst nauwkeurige ultrasone afstandsmeter die we hebben ontworpen meetnauwkeurigheid op millimeterniveau bereiken.