Návrh a aplikačná analýza ultrazvukového merača vzdialenosti
1. Princípy dizajnu
Ultrazvukové diaľkomery merajú na základe charakteristík ultrazvukových vĺn odrazených späť pri stretnutí s prekážkami. Ultrazvukový vysielač vysiela ultrazvukové vlny v určitom smere a súčasne spúšťa časovanie. Ultrazvukové vlny sa šíria vzduchom a pri stretnutí s prekážkami na ceste sa okamžite vracajú späť. Keď ultrazvukový prijímač prijme odrazené vlny, okamžite preruší a zastaví časovanie. Nepretržitým zisťovaním ozveny odrazenej prekážkou po vyžarovaní generovanej vlny sa meria časový rozdiel T medzi vysielaním ultrazvukovej vlny a prijímaním ozveny a potom sa vypočíta vzdialenosť L. Základný vzorec pre rozsah je: L=(△t/2)*C
Kde L--vzdialenosť, ktorá sa má merať
T--Časový interval medzi prenesenou vlnou a odrazenou vlnou
C--Rýchlosť zvuku ultrazvukových vĺn vo vzduchu, ktorá sa považuje za 340 m/s pri izbovej teplote.
Po určení rýchlosti zvuku možno hodnotu L získať meraním doby obehu ultrazvukovej vlny.
2. Návrh cieľov ultrazvukového diaľkomeru
Vzdialenosť merania: v rozsahu 5 metrov; vzdialenosť medzi dvoma bodmi môže byť správne zobrazená pomocou LED; chyba je menšia ako 5 %.
3. Meranie a analýza údajov
Meranie a analýza údajov
Kvôli obmedzeniam skutočných meracích prác bolo nakoniec na meranie vybraných šesť vzdialeností 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm a 100 cm pod jeden meter. Každá vzdialenosť sa merala sedemkrát za sebou, aby sa získali namerané údaje (teplota: 29 stupňov), ako je uvedené v tabuľke. Z údajov v tabuľke je vidieť, že namerané hodnoty sú spravidla o niekoľko centimetrov väčšie ako skutočné hodnoty, ale presnosť kontinuálnych meraní je stále pomerne vysoká.
Odstráňte maximálnu hodnotu a minimálnu hodnotu z každého súboru nameraných údajov a potom nájdite priemernú hodnotu, ktorá sa použije ako konečné údaje merania, a nakoniec vykonajte porovnávaciu analýzu. Spracovanie údajov týmto spôsobom má aj istú mieru vedeckosti a racionality. Súdiac podľa údajov v tabuľke, hoci je ultrazvuková vlna teplotne kompenzovaná, jej relatívna chyba je pri meraniach na relatívne krátke vzdialenosti pomerne veľká. Najmä pri meraní vzdialenosti 30 cm a 50 cm dosiahli relatívne chyby 5 % a 4,8 %. Avšak, súdiac zo všetkých výsledkov meraní, chyby tohto návrhu sú relatívne malé a relatívne stabilné. Slepá plocha tohto dizajnu je asi 22,6 cm, čo v podstate spĺňa požiadavky na dizajn.
Analýza chýb
Chyby pri určovaní vzdialenosti pochádzajú najmä z nasledujúcich aspektov:
(1) Medzi ultrazvukovou vysielacou a prijímacou sondou a meraným bodom je určitý uhol, ktorý priamo ovplyvňuje hodnotu meranej vzdialenosti; (2) Intenzita ultrazvukovej ozveny priamo súvisí s meranou vzdialenosťou, takže počas skutočného merania nie je nevyhnutne spustená nulovým bodom prvej ozveny; (3) V dôsledku základných nástrojov má skutočná nameraná vzdialenosť tiež chyby. Existuje mnoho faktorov, ktoré ovplyvňujú chyby merania, vrátane rušenia prostredia na mieste, frekvencie impulzov časovej základne atď.
