Analys och korrigeringsmetod för ultraljudsavståndssensor

1. Inverkan av ultraljuds utbredningshastighet på avståndet

Stabil och exakt ultraljudsutbredningshastighet är ett nödvändigt villkor för att säkerställa mätnoggrannhet. Utbredningshastigheten för en våg beror på utbredningsmediets egenskaper. Temperaturen, trycket och densiteten hos fortplantningsmediet kommer alla att ha en direkt effekt på ljudets hastighet. För avståndsmätning är huvudorsaken till förändringen i ljudhastighet förändringen i mediets temperatur, vilket är en av huvudkällorna till fel i ultraljudssensor för avståndsmätning . Därför måste ultraljudshastigheten korrigeras i avståndsprocessen. Sambandet mellan ultraljudsutbredningshastigheten i luften och temperaturen kan uttryckas som c=331,4×1+t/273u33114+01607t (m/s), där t är omgivningstemperaturen. Att använda ultraljudshastigheten på 341m/s vid normal temperatur för att beräkna avståndet för ultraljudsavstånd under olika temperaturmiljöer har därför ett stort fel. För att förbättra avståndsmätningens noggrannhet är det nödvändigt att utföra temperaturkompensation på ultraljudshastigheten och använda temperatursensorer och andra temperaturmätningsanordningar för att mäta värdet på omgivningstemperaturen och därigenom erhålla ultraljudshastigheten i miljön. Det är också möjligt att använda en kombination av förinställd ljudhastighet och temperaturkompensation för att korrigera ljudhastigheten, vilket mer effektivt kommer att minska felet som orsakas av temperaturförändringar.

2. Faktorer som påverkar bestämning av ekotid t och metoder för att reducera fel

I mätprocessen, för att förhindra störningar av andra signaler och förbättra mätningens tillförlitlighet, när enchipsdatorn börjar räkna, sänder ultraljudssensorn ofta ett pulståg som består av flera fyrkantsvågor (som 5-9 pulser som ett tåg) som mätning. Om tröskelspänningen för komparatorn i den mottagande kretsen av ultraljudsgivarens avståndsmätning är ett visst värde, på grund av påverkan av damm och andra ämnen kan den faktiska mätningen inte nödvändigtvis vara nollgenomgångsutlösaren för det första ekot. Genom observation och analys av det ultraljudsmottagande ekot, visar det sig att efter att det mottagna ekot har detekterats av enveloppen, är fronten av enveloppkurvan en exponentiellt stigande kurva, ungefär vid toppen av den nionde vågen till enveloppen, och den tredje Vågen är ungefär 75% av toppen. Därför är mottagningskretsen ofta utformad för att sluta räkna när det tredje ekot tas emot. Därför är den slutliga uppmätta tiden 3 pulser längre än det faktiska avståndet som motsvarar sändningstiden, vilket orsakar mätfelet för ekotiden t.

För att förbättra timingnoggrannheten är det nödvändigt att noggrant detektera ankomsttiden för den sensor för ultraljudsgivare . En enda komparator med ett fast tröskelvärde används för att detektera ekot. På grund av ljudvågens absorptionsdämpning och diffusionsförlust under överföring avtar ljudintensiteten exponentiellt när avståndet till målet ökar. Inom räckvidden, avståndet mellan det närmaste målet och det längsta målet. Den stora skillnaden i ekoamplitud kan göra att tiden för att passera tröskeln rör sig fram och tillbaka, vilket påverkar timingens noggrannhet.

Metoden för att lösa detta problem: Metod ett är att använda en formningskrets med dubbla komparatorer, som mer exakt kan bestämma ankomsttiden för ekofronten. Som visas i figur 2 är vm toppspänningen, låt v1 vara tröskelspänningen för komparator 1, v2 är tröskelspänningen för komparator 2, (där (v2>v1, dess värde ställs in genom experiment), när ultraljudssensorn sänder ut ultraljud. När timern t1 och t0 för enkelchipsmikrodatorn startar vid samma tidpunkt för komparatorn, f1 t0 stoppar timing. Vid denna tidpunkt är tiden som räknas av t0 t1. När komparatorn 2 vänder, slutar t1 tajming.

Den andra metoden är att seriekoppla den automatiska förstärkningsstyrkretsen (agc) i ekomottagningskretsen, så att spänningsförstärkningsfaktorn under mottagningstiden för förstärkarkretsen ökar exponentiellt med ökningen av mätavståndet för att kompensera för absorptionsdämpningen och diffusionsförlusten håller ekoamplituden konstant eller endast i ett litet amplitudområde för den mottagna kretsen. och sedan matas ut genom formningskretsen, vilket avsevärt kan förbättra noggrannheten i avståndet. Naturligtvis, eftersom aGC-kretsen (inklusive själva förstärkaren) har en fördröjning i stegsvaret för signalen, kan den momentana spårningen inte vara särskilt bra, och ekosignalen är bara explosiv, så det finns ett visst fel, men detta är försumbart .

Den tredje metoden är att designa en krets som gradvis minskar tröskelspänningen när tiden ökar under mättiden, och genererar en tröskelsignal som ökar när som helst och minskar exponentiellt och läggs till komparatorn. Detta kommer att kompensera för returen som orsakas av att mätavståndet ökar. Vågamplituden reduceras för att förbättra mätningens noggrannhet och repeterbarhet. Genom att använda programmerbara förstärkare och digitala potentiometrar och andra enheter, genom kombinationen av mjukvara och hårdvara, kan en mängd olika sådana kretsar utformas. Det är också möjligt att kombinera en operationsförstärkare och ett fälteffektrör för att bilda en kontrollerad förstärkare. Fälteffektröret används som ett spänningsstyrt motstånd för att bilda en återkopplingsregleringsslinga. Men följbarheten för denna krets är inte lika bra som den ovan nämnda digitala kretsen.

3. Inverkan av ultraljudsstrålens infallsvinkel på detekteringsmålet på avståndsavståndet. Om systemet används för att mäta avståndet mellan ytan och punkten, när infallsvinkeln för ultraljudsvågen (eller vinkeln för den reflekterade vågen som infaller på den mottagande givaren) är mindre än 90b, är avståndet som mäts av systemet (givaren) den uppmätta punkten (transduktorn). Snarare än det vertikala avståndet d mellan mätplanet och mätobjektet kommer detta att orsaka mätfel. Sättet att lösa detta problem är att använda relevant kunskap om trianglar för att beräkna och korrigera.

4. Dödzon

Under avståndsmätning, högfrekvent ultraljudsgivare använder en serie ultraljudsvågor som mätbärare under en period, så mottagningen kan bara startas efter att överföringen är klar. Ställ in tiden för att skicka strålen till t, då kan signalen som reflekteras från objektet inom t tid inte fångas. Dessutom har ultraljudssensorn en viss tröghet, det vill säga det finns en process från forcerad vibration till balanserad vibration till dämpad vibration. Därför kommer det att finnas en viss eftervibration efter att överföringen är klar. Detta efter vibration genererar också en spänningssignal genom givaren. Signalen överlagras på ekosignalen, så att kretsen inte kan identifiera det sanna ekot, vilket stör systemets arbete med att fånga retursignalen. Därför kan systemet inte aktiveras för ekomottagning innan eftervibrationen försvinner. Ovanstående två skäl gör att ultraljudssensorn har ett visst mätområde, det vill säga att det finns en så kallad blindzon.

Dessutom finns det många andra orsaker till mätfel, som att kommandooperationen tar en viss tid, vilket gör mätdata för stora, stabiliteten och noggrannheten hos tidsbaspulsfrekvensen och annan materialinterferens i fältmiljön.