Ontwerp en toepassingsanalyse van ultrasone afstandsmeters
1. Ontwerpprincipes
Ultrasone afstandsmeters meten op basis van de kenmerken van ultrasone golven die worden teruggekaatst wanneer ze obstakels tegenkomen. De ultrasone zender zendt ultrasone golven uit in een bepaalde richting en begint tegelijkertijd met timen. De ultrasone golven planten zich voort in de lucht en keren onmiddellijk terug als ze onderweg obstakels tegenkomen. Wanneer de ultrasone ontvanger de gereflecteerde golven ontvangt, onderbreekt en stopt deze onmiddellijk de timing. Door continu de door het obstakel gereflecteerde echo te detecteren nadat de gegenereerde golf is uitgezonden, wordt het tijdsverschil T tussen het uitzenden van de ultrasone golf en het ontvangen van de echo gemeten, en vervolgens wordt de afstand L berekend. De basisformule voor bereik is: L=(△t/2)*C
Waar L--de te meten afstand
T--Het tijdsinterval tussen de uitgezonden golf en de gereflecteerde golf
C--De geluidssnelheid van ultrasone golven in de lucht, vastgesteld op 340 m/s bij kamertemperatuur.
Nadat de geluidssnelheid is bepaald, kan L worden verkregen door de retourtijd van de ultrasone golf te meten.
2. Ontwerpdoelen van ultrasone afstandsmeter
Meetafstand: binnen een bereik van 5 meter; de afstand tussen twee punten kan via LED correct worden weergegeven; de fout is minder dan 5%.
3. Gegevensmeting en -analyse
Gegevensmeting en -analyse
Vanwege de beperkingen van het daadwerkelijke meetwerk werden uiteindelijk zes afstanden van 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm en 100 cm onder één meter geselecteerd voor meting. Elke afstand werd zeven keer achter elkaar gemeten om de meetgegevens te verkrijgen (temperatuur: 29 graden), zoals weergegeven in de tabel. Uit de gegevens in de tabel blijkt dat de gemeten waarden over het algemeen enkele centimeters groter zijn dan de werkelijke waarden, maar dat de nauwkeurigheid van continue metingen nog steeds relatief hoog is.
Verwijder een maximumwaarde en een minimumwaarde uit elke set meetgegevens, zoek vervolgens de gemiddelde waarde, die wordt gebruikt als de uiteindelijke meetgegevens, en voer ten slotte een vergelijkende analyse uit. Het op deze manier verwerken van data heeft ook een zekere mate van wetenschappelijkheid en rationaliteit. Afgaande op de gegevens in de tabel is de relatieve fout van de ultrasone golf weliswaar temperatuurgecompenseerd, maar relatief groot bij metingen op relatief korte afstanden. Vooral voor afstandsmetingen van 30 cm en 50 cm bereikten de relatieve fouten respectievelijk 5% en 4,8%. Afgaande op alle meetresultaten zijn de fouten van dit ontwerp echter relatief klein en relatief stabiel. Het blinde gebied van dit ontwerp is ongeveer 22,6 cm, wat in principe voldoet aan de ontwerpvereisten.
Foutenanalyse
Afstandsfouten komen voornamelijk voort uit de volgende aspecten:
(1) Er is een bepaalde hoek tussen de ultrasone zend- en ontvangstsonde en het gemeten punt, die rechtstreeks van invloed is op de waarde van de gemeten afstand; (2) De intensiteit van de ultrasone echo houdt rechtstreeks verband met de te meten afstand, dus tijdens de daadwerkelijke meting wordt deze niet noodzakelijkerwijs geactiveerd door het nuldoorgangspunt van de eerste echo; (3) Vanwege de rudimentaire hulpmiddelen bevat de daadwerkelijk gemeten afstand ook fouten. Er zijn veel factoren die meetfouten beïnvloeden, waaronder omgevingsinterferentie ter plaatse, tijdbasispulsfrequentie, enz.
