Szczegółowe wyjaśnienie metody pomiaru zasięgu czujnika ultradźwiękowego

W codziennej produkcji i życiu, ultradźwiękowe czujniki odległości są stosowane głównie w radarach cofania samochodów, automatycznym omijaniu przeszkód podczas chodzenia robotów, na placach budowy i w niektórych obiektach przemysłowych, takich jak poziom cieczy, głębokość studni, długość rurociągu itp., które wymagają automatycznego bezdotykowego pomiaru odległości. Obecnie istnieją dwa powszechnie stosowane rozwiązania w zakresie pomiaru ultradźwiękowego. Jeden to ultradźwiękowy system ustalania odległości oparty na jednoukładowym mikrokomputerze lub sprzęcie wbudowanym, a drugi to ultradźwiękowy system ustalania odległości oparty na CPLD (Complex Programmable Logic Device). Aby zrozumieć powiązany projekt zastosowania ultradźwiękowego czujnika odległości, musimy najpierw zrozumieć zasadę działania ultradźwiękowego czujnika odległości.

Zasada działania czujnika ultradźwiękowego

Czujniki ultradźwiękowe to czujniki, które przekształcają sygnały ultradźwiękowe w inne sygnały energetyczne (zwykle sygnały elektryczne). Ultradźwięki to mechaniczna fala uderzeniowa wytwarzana w ośrodkach elastycznych o częstotliwości większej niż 20 kHz. Charakteryzuje się silną kierunkowością, niskim zużyciem energii i stosunkowo dużą odległością propagacji, dlatego często jest używany do bezdotykowego pomiaru odległości. Ponieważ fala ultradźwiękowa ma dużą zdolność przenikania cieczy i ciał stałych, zwłaszcza ciał stałych, które są nieprzezroczyste dla światła słonecznego. Kiedy fala ultradźwiękowa uderza w zanieczyszczenie lub powierzchnię styku, powoduje znaczne odbicie, tworząc echo, a gdy uderza w poruszający się obiekt, może wywołać efekt Dopplera. , Zatem zakres ultradźwiękowy ma lepszą zdolność dostosowywania się do środowiska.

Obecnie istnieje wiele metod ultradźwiękowy czujnik odległości modułu : taki jak metoda wykrywania czasu w obie strony, metoda wykrywania fazy i metoda wykrywania amplitudy fali akustycznej. Zasada działania czujnika ultradźwiękowego polega na emitowaniu fal ultradźwiękowych o określonej częstotliwości, propagowanych przez powietrze, które po dotarciu do obiektu pomiarowego lub przeszkody odbijają się z powrotem. Po odbiciu odbiornik ultradźwiękowy odbiera impuls. Czas potrzebny to czas podróży w obie strony. Czas podróży w obie strony jest związany z propagacją fal ultradźwiękowych. Odległość podróży jest powiązana. Czas transmisji testowej może uzyskać odległość. Na przykład: Zakładając, że odległość pomiędzy mierzonym obiektem a dalmierzem wynosi t/s, a prędkość propagacji ultradźwięków jest wyrażona jako v/m·s-1, wówczas istnieje wyrażenie relacyjne (1)s=vt／2 (1) 

W przypadku wymagań dużej dokładności należy uwzględnić wpływ temperatury na prędkość propagacji ultradźwięków i skorygować prędkość propagacji ultradźwięków zgodnie ze wzorem (2), aby zmniejszyć błąd.

v=331,4+0,607T (2) We wzorze T oznacza rzeczywistą temperaturę w °C, a v oznacza prędkość propagacji ultradźwięków w ośrodku w m/s.

  

Zasada działania ultradźwiękowego czujnika odległości

Zasada pomiaru odległości ultradźwiękowej polega na przesyłaniu fal ultradźwiękowych w określonym kierunku przez nadajnik ultradźwiękowy i rozpoczynaniu pomiaru czasu w tym samym czasie, co czas uruchomienia. Kiedy fale ultradźwiękowe rozchodzą się w powietrzu, natychmiast powrócą, gdy napotkają przeszkodę. Odbiornik ultradźwiękowy natychmiast zatrzymuje odmierzanie czasu po odebraniu fali odbitej. . Ultradźwiękowy czujnik pomiaru odległości wykorzystuje zasadę ultradźwiękowego pomiaru odległości echa i wykorzystuje precyzyjną technologię pomiaru różnicy czasu w celu wykrycia odległości między czujnikiem a celem. Wykorzystuje czujnik ultradźwiękowy o małym kącie i małym obszarze ślepym, który ma dokładny pomiar, brak kontaktu, wodoodporność i korozję, niski koszt i inne zalety. Powszechnie stosowaną metodą ultradźwiękowego czujnika odległości jest to, że jedna głowica promieniująca odpowiada jednej głowicy odbiorczej, a wiele głowic nadawczych odpowiada jednej głowicy odbiorczej. W oparciu o proste, łatwe w obsłudze i nieniszczące właściwości ultradźwiękowego pomiaru odległości, należy zmierzyć czas ultradźwiękowego pomiaru w obie strony. , Można nabrać dystansu. Taka jest zasada działania ultradźwiękowego czujnika odległości.

Moduł ultradźwiękowego pomiaru odległości , moduł ultradźwiękowego czujnika pomiaru odległości ma dwa opcjonalne tryby transmisji, a mianowicie tryb swobodnej pracy: gdy jest zasilanie, sam czujnik wysyła sygnały wyzwalające i impulsowe (do podstawowych zastosowań); tryb wyzwalania zewnętrznego: system zewnętrzny (kontroler lub obwód procesora) sygnał wyzwalający sterowanie dla zaawansowanych zastosowań, te dwa tryby są odpowiednie do różnych celów, ponadto czujnik wykorzystuje również dwa źródła zasilania wejściowego, jedno niskonapięciowe (5 V) odpowiednie dla obwodów procesora, a drugie wysokie napięcie (12 V) jest odpowiednie dla kontrolera do pomiaru odległości do przeszkód 3,5 m (przy 5 V), 5 m (przy 12 V) i korzystania z komunikacji UART do przesyłania danych, rozdzielczość mieści się w granicach 5 mm. Z drugiej strony, przy różnych okazjach użytkownicy mogą wybierać różne tryby ustawień w zależności od własnego środowiska, takie jak tryb pracy swobodnej/wyzwalanie UART/ustawianie wyzwalania zewnętrznego itp. Jednocześnie mogą również zdecydować, czy używać bufora pierścieniowego i wyjścia zgodnie z ustawieniem testowej szybkości transmisji komunikacji UART. Sygnał posiada wysokowydajny układ ASIC zapewniający stabilną transmisję i czuły odbiór. Dlatego komunikacja między czujnikiem a komputerem PC wykorzystuje „płytę interfejsu” (RS232, regulator mocy) do wyświetlania danych i wykorzystuje program monitorujący na komputerze (dostępny jest superterminal) do zmiany rzeczywistej wartości. Odbiorcze ultradźwiękowe wzmocnienie w czasie rzeczywistym wykorzystuje odległość wyjściową UART (ASCII, mm) do konwersji sygnału detekcji na sygnał prostokątny o poziomie TTL (fala prostokątna) zgodnie z czasem rzeczywistym.