Princip och introduktion av ultraljudsavståndssensor

Vad är ultraljudsavståndssensor

På grund av den starka riktningen hos ultraljudsvågor, långsam energiförbrukning och långa avstånd i mediet används ultraljudsvågor ofta för avståndsmätning. Till exempel kan ultraljudsavståndsmätare och nivåmätningsinstrument realiseras med ultraljudsvågor. ultraljudsavståndssensormodulen är ofta snabb, bekväm, enkel att beräkna, lätt att uppnå realtidskontroll och kan uppfylla industriella praktiska krav när det gäller mätnoggrannhet, så den har också använts i stor utsträckning i utvecklingen av mobila robotar.

För att en mobil robot automatiskt ska kunna undvika hinder och gå måste den vara utrustad med ett avståndsmätningssystem så att den kan få avståndsinformationen (avstånd och riktning) från hindret i tid. Den treriktade (främre, vänster och höger) ultraljudsavståndsmätningssensorn introduceras för att ge en rörelseavståndsinformation för roboten att förstå dess främre, vänstra och högra miljö.

Principen för ultraljudsavståndssensor

1, ultraljudsgenerator

 För att forska och använda ultraljudsvågor har många ultraljudsgeneratorer designats och tillverkats. Generellt sett kan ultraljudsgeneratorer delas in i två kategorier: den ena är att generera ultraljudsvågor elektriskt och den andra är att generera ultraljudsvågor mekaniskt. Elektriska metoder inkluderar piezoelektriska, magnetostriktiva och elektriska, etc.; mekaniska metoder inkluderar galtonflöjt, flytande visselpipa och luftvissling. Frekvensen, kraften och egenskaperna hos de ultraljudsvågor de producerar är olika, så deras användningsområden är också olika. För närvarande den piezoelektriska ultraljudsavståndssensor används oftare.

2, principen om piezoelektrisk ultraljudsgenerator

Piezoelektrisk ultraljudsgenerator använder faktiskt resonansen från piezoelektrisk kristall för att fungera. Den interna strukturen hos ultraljudsgeneratorn visas i figuren. Den har två piezoelektriska skivor och en resonansplatta. När en pulssignal appliceras på dess två poler och frekvensen är lika med den piezoelektriska skivans naturliga oscillationsfrekvens, kommer den piezoelektriska skivan att resonera och driva resonansplattan att vibrera för att generera ultraljudsvågor. Tvärtom, om ingen spänning appliceras mellan de två elektroderna, när resonansplattan tar emot ultraljudsvågor, kommer den att pressa det piezoelektriska chipet för att vibrera och omvandla den mekaniska energin till elektriska signaler. Då blir det en ultraljudsmottagare.

3, principen om ultraljud avståndssensor

 Ultraljudssändaren sänder ut ultraljudsvågor i en viss riktning och börjar tajma samtidigt som starttiden. Ultraljudsvågorna fortplantar sig i luften och återkommer omedelbart när de stöter på hinder på vägen. Ultraljudsmottagaren stoppar omedelbart tajmingen när den tar emot de reflekterade vågorna. Utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i luften är 340m/s. Enligt tiden t som registreras av timern kan avståndet (s) mellan startpunkten och hindret beräknas, nämligen: s=340t/2. Detta är den så kallade tidsskillnadsmetoden.

Principen för ultraljudsavståndssensor är att använda den kända utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i luften för att mäta tiden när ljudvågen stöter på hinder och reflekteras tillbaka efter sändning, och beräkna det faktiska avståndet från sändningspunkten till hindret baserat på tidsskillnaden mellan sändning och mottagning. Det kan ses att principen för ultraljudsavståndsbestämning är densamma som för radar.

I formeln är L den uppmätta avståndslängden; C är utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i luften; T är tidsskillnaden för mätsträckans utbredning (T är hälften av tidsvärdet för sändning till mottagning).

Arduino ultraljudsavståndssensorer används främst för avståndsmätning vid backningspåminnelser, byggarbetsplatser, industriplatser etc. Även om det aktuella avståndsmätområdet kan nå 100 meter, kan mätnoggrannheten bara nå storleksordningen centimeter.

På grund av fördelarna med enkel riktad emission, bra riktning, enkel kontroll av intensiteten och ingen direkt kontakt med objektet som mäts, är ultraljudsvågor en idealisk metod för mätning av vätskehöjd. Det är nödvändigt att uppnå mätnoggrannhet på millimeternivå i exakt vätskenivåmätning, men de nuvarande inhemska ultraljudsintervallen speciella integrerade kretsar är endast centimeternivåmätnoggrannhet. Genom att analysera orsakerna till ultraljudsavståndsfelet, förbättra mättidsskillnaden till mikrosekundsnivån och använda LM92-temperatursensorn för att kompensera ljudvågens utbredningshastighet, kan ultraljudsavståndsmätaren med hög precision som vi designade uppnå mätnoggrannhet på millimeternivå.