Prinsipp og introduksjon av ultrasonisk avstandssensor

Hva er ultrasonisk avstandssensor

På grunn av den sterke retningsvirkningen til ultralydbølger, sakte energiforbruk og lange avstander i mediet, brukes ultralydbølger ofte til avstandsmåling. For eksempel kan ultralydavstandsmålere og nivåmåleinstrumenter realiseres ved hjelp av ultralydbølger. ultrasonisk avstandssensormodul er ofte rask, praktisk, enkel å beregne, lett å oppnå sanntidskontroll og kan møte industrielle praktiske krav når det gjelder målenøyaktighet, så den har også blitt mye brukt i utviklingen av mobile roboter.

For at en mobil robot automatisk skal unngå hindringer og gå, må den være utstyrt med et avstandsmålesystem slik at den kan hente avstandsinformasjonen (avstand og retning) fra hindringen i tide. Den treveis (front, venstre og høyre) ultralydavstandsmålingssensoren er introdusert for å gi en bevegelsesavstandsinformasjon slik at roboten kan forstå omgivelsene foran, venstre og høyre.

Prinsippet for ultralydavstandssensor

1, ultralyd generator

 For å forske på og bruke ultralydbølger har mange ultralydgeneratorer blitt designet og laget. Generelt sett kan ultralydgeneratorer deles inn i to kategorier: den ene er å generere ultralydbølger elektrisk, og den andre er å generere ultralydbølger mekanisk. Elektriske metoder inkluderer piezoelektriske, magnetostriktive og elektriske, etc.; mekaniske metoder inkluderer galtonfløyte, flytende fløyte og luftfløyte. Frekvensen, kraften og egenskapene til ultralydbølgene de produserer er forskjellige, så bruken deres er også forskjellig. I dag er piezoelektriske ultralyd avstandssensor er mer vanlig brukt.

2, prinsippet om piezoelektrisk ultralyd generator

Piezoelektrisk ultralydgenerator bruker faktisk resonansen til piezoelektrisk krystall for å fungere. Den interne strukturen til ultralydgeneratoren er vist i figuren. Den har to piezoelektriske skiver og en resonansplate. Når et pulssignal påføres de to polene og frekvensen er lik den naturlige oscillasjonsfrekvensen til den piezoelektriske skiven, vil den piezoelektriske skiven gi resonans og drive resonansplaten til å vibrere for å generere ultralydbølger. Tvert imot, hvis det ikke påføres spenning mellom de to elektrodene, når resonansplaten mottar ultralydbølger, vil den trykke den piezoelektriske brikken for å vibrere og konvertere den mekaniske energien til elektriske signaler. Da blir det en ultralydmottaker.

3, prinsippet om ultrasonisk avstandssensor

 Ultralydsenderen sender ut ultralydbølger i en bestemt retning, og starter timingen samtidig som lanseringstidspunktet. Ultralydbølgene forplanter seg i luften og returnerer umiddelbart når de møter hindringer på veien. Ultralydmottakeren stopper umiddelbart timingen når den mottar de reflekterte bølgene. Utbredelseshastigheten til ultralydbølger i luften er 340m/s. I henhold til tiden t registrert av tidtakeren, kan avstanden (s) mellom utskytningspunktet og hindringen beregnes, nemlig: s=340t/2. Dette er den såkalte tidsdifferansemetoden.

Prinsippet for ultralydavstandssensor er å bruke den kjente forplantningshastigheten til ultralydbølger i luften for å måle tiden når lydbølgen møter hindringer og reflekterer tilbake etter sending, og beregne den faktiske avstanden fra sendepunktet til hindringen basert på tidsforskjellen mellom sending og mottak. Det kan sees at prinsippet for ultralydavstand er det samme som for radar.

I formelen er L den målte avstandslengden; C er forplantningshastigheten til ultralydbølger i luften; T er tidsforskjellen til måleavstandens utbredelse (T er ​​halvparten av tidsverdien for sending til mottak).

Arduino ultralydavstandssensorer brukes hovedsakelig til avstandsmåling i ryggepåminnelser, byggeplasser, industriplasser osv. Selv om det nåværende avstandsmåleområdet kan nå 100 meter, kan målenøyaktigheten bare nå størrelsesordenen centimeter.

På grunn av fordelene med enkel retningsbestemt emisjon, god retningsevne, enkel kontroll av intensiteten og ingen direkte kontakt med objektet som måles, er ultralydbølger en ideell metode for væskehøydemåling. Det er nødvendig å oppnå målenøyaktighet på millimeternivå i presis væskenivåmåling, men de nåværende innenlandske ultralydspennende spesielle integrerte kretsene er kun på centimeternivå målenøyaktighet. Ved å analysere årsakene til ultralydavstandsfeilen, forbedre måletidsforskjellen til mikrosekundnivået og bruke LM92-temperatursensoren for å kompensere lydbølgeutbredelseshastigheten, kan den høypresisjons-ultralydavstandsmåleren vi har designet oppnå målenøyaktighet på millimeternivå.