Principiul și introducerea senzorului cu ultrasunete

Ce este senzorul cu ultrasunete

Datorită directivității puternice a undelor ultrasonice, consumului lent de energie și distanțelor mari în mediu, undele ultrasonice sunt adesea folosite pentru măsurarea distanței. De exemplu, telemetrul cu ultrasunete și instrumentele de măsurare a nivelului pot fi realizate prin unde ultrasonice. Modulul senzorului de distanță cu ultrasunete este adesea rapid, convenabil, simplu de calculat, ușor de realizat control în timp real și poate îndeplini cerințele practice industriale în ceea ce privește precizia măsurării, așa că a fost, de asemenea, utilizat pe scară largă în dezvoltarea roboților mobili.

Pentru ca un robot mobil să evite automat obstacolele și să meargă, acesta trebuie să fie echipat cu un sistem de măsurare a distanței, astfel încât să poată obține în timp informațiile despre distanță (distanță și direcție) de la obstacol. Senzorul de măsurare a distanței cu ultrasunete în trei direcții (față, stânga și dreapta) este introdus pentru a oferi informații despre distanța de mișcare pentru ca robotul să înțeleagă mediul din față, stânga și dreapta.

Principiul senzorului cu ultrasunete

1, generator de ultrasunete

 Pentru cercetarea și utilizarea undelor ultrasonice, au fost proiectate și realizate multe generatoare de ultrasunete. În general, generatoarele de ultrasunete pot fi împărțite în două categorii: una este de a genera unde ultrasonice electric, iar cealaltă este de a genera unde ultrasonice mecanic. Metodele electrice includ piezoelectrice, magnetostrictive și electrice etc.; metodele mecanice includ fluierul galton, fluierul lichid și fluierul de aer. Frecvența, puterea și caracteristicile undelor ultrasonice pe care le produc sunt diferite, astfel încât utilizările lor sunt și ele diferite. În prezent, piezoelectricul Senzorul ultrasonic de distanță este mai frecvent utilizat.

2, principiul generatorului de ultrasunete piezoelectric

Generatorul de ultrasunete piezoelectric folosește de fapt rezonanța cristalului piezoelectric pentru a funcționa. Structura internă a generatorului de ultrasunete este prezentată în figura . Are două plachete piezoelectrice și o placă de rezonanță. Când un semnal de impuls este aplicat celor doi poli ai săi și frecvența este egală cu frecvența naturală de oscilație a plachetei piezoelectrice, placa piezoelectrică va rezona și va conduce placa de rezonanță să vibreze pentru a genera unde ultrasonice. Dimpotrivă, dacă nu se aplică tensiune între cei doi electrozi, atunci când placa de rezonanță primește unde ultrasonice, aceasta va apăsa cipul piezoelectric pentru a vibra și a transforma energia mecanică în semnale electrice. Apoi devine un receptor cu ultrasunete.

3, principiul senzorului cu ultrasunete

 Emițătorul cu ultrasunete emite unde ultrasonice într-o anumită direcție și începe cronometrarea în același timp cu ora de lansare. Undele ultrasonice se propagă în aer și revin imediat când întâlnesc obstacole pe drum. Receptorul cu ultrasunete oprește imediat cronometrarea când primește undele reflectate. Viteza de propagare a undelor ultrasonice în aer este de 340 m/s. Dupa timpul t inregistrat de cronometru se poate calcula distanta (s) intre punctul de lansare si obstacol si anume: s=340t/2. Aceasta este așa-numita metodă de măsurare a diferențelor de timp.

Principiul senzorului cu ultrasunete este de a utiliza viteza cunoscută de propagare a undelor ultrasonice în aer pentru a măsura timpul în care unda sonoră întâlnește obstacole și se reflectă înapoi după transmitere și pentru a calcula distanța reală de la punctul de transmisie la obstacol pe baza diferenței de timp dintre transmisie și recepție. Se poate observa că principiul distanței cu ultrasunete este același cu cel al radarului.

În formulă, L este lungimea distanței măsurate; C este viteza de propagare a undelor ultrasonice în aer; T este diferența de timp a propagării distanței de măsurare (T este jumătate din valoarea timpului de transmisie până la recepție).

Senzorii de distanță cu ultrasunete Arduino sunt utilizați în principal pentru măsurarea distanței în memento-uri inversare, șantiere de construcții, șantiere industriale etc. Deși intervalul actual de măsurare a distanței poate ajunge la 100 de metri, precizia măsurării poate ajunge doar de ordinul centimetrilor.

Datorită avantajelor emisiei direcționale ușoare, direcționalității bune, controlului ușor al intensității și fără contact direct cu obiectul măsurat, undele ultrasonice sunt o metodă ideală pentru măsurarea înălțimii lichidului. Este necesar să se obțină o precizie de măsurare la nivel de milimetri în măsurarea precisă a nivelului de lichid, dar actualele circuite integrate speciale cu ultrasunete interne sunt doar precizie de măsurare la nivel de centimetru. Analizând cauzele erorii de măsurare cu ultrasunete, îmbunătățind diferența de timp de măsurare la nivelul de microsecunde și folosind senzorul de temperatură LM92 pentru a compensa viteza de propagare a undelor sonore, telemetrul cu ultrasunete de înaltă precizie pe care l-am proiectat poate obține o precizie de măsurare la nivel de milimetri.