Metoda de analiză și corecție a senzorului cu ultrasunete

1.Influența vitezei de propagare a ultrasunetelor asupra distanței

Viteza stabilă și precisă de propagare a ultrasunetelor este o condiție necesară pentru a asigura acuratețea măsurării. Viteza de propagare a undei depinde de caracteristicile mediului de propagare. Temperatura, presiunea și densitatea mediului de propagare vor avea toate un efect direct asupra vitezei sunetului. Pentru măsurarea distanței, principala cauză a modificării vitezei sunetului este modificarea temperaturii mediului, care este una dintre principalele surse de erori în senzor ultrasonic de măsurare a distanței . Prin urmare, în procesul de măsurare, viteza ultrasonică trebuie corectată. Relația dintre viteza de propagare a ultrasunetelor în aer și temperatură poate fi exprimată ca c=331,4×1+t/273u33114+01607t (m/s), unde t este temperatura ambiantă. Prin urmare, utilizarea vitezei ultrasonice de 341 m/s la temperatură normală pentru a calcula distanța de ultrasunete în diferite medii de temperatură are o eroare mare. Pentru a îmbunătăți acuratețea măsurării distanței, este necesar să se efectueze compensarea temperaturii asupra vitezei ultrasonice și să se utilizeze senzori de temperatură și alte dispozitive de măsurare a temperaturii pentru a măsura valoarea temperaturii mediului, obținând astfel viteza ultrasonică în mediu. De asemenea, este posibil să utilizați o combinație de presetare a vitezei sunetului și compensarea temperaturii pentru a corecta viteza sunetului, ceea ce va reduce mai eficient eroarea cauzată de schimbările de temperatură.

2. Factori care afectează determinarea timpului de eco t și metode de reducere a erorilor

În procesul de măsurare, pentru a preveni interferența altor semnale și pentru a îmbunătăți fiabilitatea măsurării, atunci când computerul cu un singur cip începe să numere, senzorul cu ultrasunete transmite adesea un tren de impulsuri compus din mai multe unde pătrate (cum ar fi 5-9 impulsuri ca un tren) ca măsurătoare. Dacă tensiunea de prag a comparatorului din circuitul de recepție al Măsurarea distanței traductorului cu ultrasunete este o anumită valoare, datorită influenței prafului și a altor substanțe, măsurarea efectivă poate să nu fie neapărat declanșatorul de trecere cu zero al primului ecou. Prin observarea și analiza ecoului de recepție cu ultrasunete, se constată că, după ce ecoul recepționat este detectat de plic, partea din față a curbei anvelopei este o curbă exponențială în creștere, aproximativ la vârful celei de-a noua undă la plic, iar a treia Unda este de aproximativ 75% din vârf. Prin urmare, circuitul de recepție este adesea proiectat pentru a opri numărarea atunci când este recepționat al treilea ecou. Prin urmare, timpul măsurat final este cu 3 impulsuri mai mare decât distanța reală corespunzătoare timpului de trimitere, ceea ce provoacă eroarea de măsurare a timpului de eco t.

Pentru a îmbunătăți acuratețea cronometrarii, este necesar să se detecteze cu precizie ora de sosire a senzor cu traductor ultrasonic . Un singur comparator cu un prag fix este utilizat pentru a detecta ecoul. Datorită atenuării absorbției și pierderii difuziei undei sonore în timpul transmisiei, intensitatea sunetului scade exponențial pe măsură ce distanța țintei crește. În interval, distanța dintre ținta cea mai apropiată și ținta cea mai îndepărtată Diferența mare de amplitudine a ecoului poate face ca timpul de trecere a pragului să se miște înainte și înapoi, afectând astfel acuratețea cronometrajului.

Metoda de rezolvare a acestei probleme: Metoda unu este de a utiliza un circuit de modelare cu dublu comparator, care poate determina mai precis timpul de sosire a frontului ecou. După cum se arată în Figura 2, vm este tensiunea de vârf, fie v1 tensiunea de prag a comparatorului 1, v2 este tensiunea de prag a comparatorului 2, (unde (v2>v1, valoarea sa este stabilită prin experiment), când senzorul ultrasonic emite ultrasunete. oprește temporizarea. În acest moment, timpul numărat de t0 este t1. Când comparatorul 2 se întoarce, t1 oprește temporizarea.

A doua metodă este de a conecta în serie circuitul de control automat al câștigului (agc) în circuitul de recepție a ecoului, astfel încât, în timpul de recepție al circuitului de amplificare, factorul de amplificare a tensiunii să crească exponențial odată cu creșterea distanței de măsurare pentru a compensa atenuarea absorbției, iar pierderea de difuzie menține amplitudinea ecoului recepționat, pentru a satisface doar cerințele de ieșire recepționate sau doar prin modificarea intervalului de ieșire. circuitul de modelare, care poate îmbunătăți considerabil precizia intervalului. Desigur, deoarece circuitul aGC (inclusiv amplificatorul în sine) are o întârziere în răspunsul în trepte al semnalului, urmărirea instantanee poate să nu fie foarte bună, iar semnalul ecou este doar exploziv, deci există o anumită eroare, dar aceasta este neglijabilă.

A treia metodă este de a proiecta un circuit care scade treptat tensiunea de prag pe măsură ce timpul crește în timpul de măsurare și generează un semnal de prag care crește în orice moment și scade exponențial și este adăugat la comparator. Acest lucru va compensa revenirea cauzată de creșterea distanței de măsurare. Amplitudinea undei este redusă pentru a îmbunătăți acuratețea și repetabilitatea măsurării. Folosind amplificatoare programabile și potențiometre digitale și alte dispozitive, prin combinația de software și hardware, pot fi proiectate o varietate de astfel de circuite. De asemenea, este posibil să se combine un amplificator operațional și un tub cu efect de câmp pentru a forma un amplificator controlat. Tubul cu efect de câmp este folosit ca rezistor controlat de tensiune pentru a forma o buclă de reglare a feedback-ului. Dar capacitatea de urmărire a acestui circuit nu este la fel de bună ca circuitul digital menționat mai sus.

3. Influența unghiului incident al fasciculului ultrasonic asupra țintei de detectare asupra distanței. Dacă sistemul este utilizat pentru a măsura distanța dintre suprafață și punct, atunci când unghiul incident al undei ultrasonice (sau unghiul undei reflectate incidente pe traductorul receptor) este mai mic de 90b, distanța măsurată de sistem este punctul măsurat (obiectul) și traductorul. Mai degrabă decât distanța verticală d dintre planul de măsurare și obiectul de măsurat, aceasta va cauza erori de măsurare. Modul de a rezolva această problemă este de a folosi cunoștințele relevante despre triunghiuri pentru a calcula și corecta.

4. Zona moartă

În timpul măsurării distanței, Traductorul cu ultrasunete de înaltă frecvență utilizează o serie de unde ultrasonice ca purtător de măsurare pentru o perioadă de timp, astfel încât recepția poate fi începută numai după finalizarea transmisiei. Setați timpul de trimitere a fasciculului la t, apoi semnalul reflectat de obiect în timpul t nu poate fi captat. În plus, senzorul cu ultrasunete are o anumită inerție, adică există un proces de la vibrație forțată la vibrație echilibrată până la vibrație amortizată. Prin urmare, va exista o anumită vibrație după finalizarea transmisiei. Aceasta după vibrație generează și un semnal de tensiune prin traductor. Semnalul este suprapus semnalului de eco, astfel încât circuitul nu poate identifica ecoul adevărat, ceea ce perturbă activitatea sistemului de captare a semnalului de retur. Prin urmare, sistemul nu poate fi activat pentru recepția ecou înainte ca vibrația ulterioară să dispară. Cele două motive de mai sus fac ca senzorul cu ultrasunete să aibă un anumit domeniu de măsurare, adică există o așa-numită zonă oarbă.

În plus, există multe alte cauze ale erorilor de măsurare, cum ar fi operația de comandă durează o anumită perioadă de timp, ceea ce face ca datele de măsurare să fie prea mari, stabilitatea și acuratețea frecvenței impulsului de bază de timp și alte interferențe materiale în mediul de câmp.