طراحی فاصله سنج اولتراسونیک و تجزیه و تحلیل کاربرد

طراحی فاصله سنج اولتراسونیک و تجزیه و تحلیل کاربرد

1. اصول طراحی
فاصله یاب های اولتراسونیک بر اساس ویژگی های امواج اولتراسونیک که هنگام برخورد با موانع به عقب بازتاب می شوند اندازه گیری می کنند. فرستنده اولتراسونیک امواج مافوق صوت را در جهت خاصی ساطع می کند و همزمان شروع به زمان بندی می کند. امواج مافوق صوت در هوا منتشر می شوند و با برخورد با موانع در راه بلافاصله برمی گردند. هنگامی که گیرنده اولتراسونیک امواج منعکس شده را دریافت می کند، بلافاصله زمان بندی را قطع کرده و متوقف می کند. با تشخیص مداوم پژواک منعکس شده توسط مانع پس از انتشار موج تولید شده، اختلاف زمانی T بین ارسال موج اولتراسونیک و دریافت اکو اندازه گیری می شود و سپس فاصله L محاسبه می شود. فرمول پایه محدوده بندی این است: L=(△t/2)*C
جایی که L--فاصله اندازه‌گیری می‌شود
T{0}}فاصله زمانی بین موج ارسالی و موج منعکس شده
ج{0}}سرعت صدای امواج اولتراسونیک در هوا که در دمای اتاق 340 متر بر ثانیه در نظر گرفته می‌شود.
پس از تعیین سرعت صوت، L را می توان با اندازه گیری زمان رفت و برگشت موج اولتراسونیک به دست آورد.

2. اهداف طراحی فاصله یاب اولتراسونیک
فاصله اندازه گیری: در محدوده 5 متر. فاصله بین دو نقطه را می توان به درستی از طریق LED نمایش داد. خطا کمتر از 5 درصد است.

3. اندازه گیری و تجزیه و تحلیل داده ها
اندازه گیری و تجزیه و تحلیل داده ها
با توجه به محدودیت های کار اندازه گیری واقعی، در نهایت شش فاصله 30 سانتی متری، 50 سانتی متری، 70 سانتی متری، 80 سانتی متری، 90 سانتی متری و 100 سانتی متری زیر یک متر برای اندازه گیری انتخاب شد. همانطور که در جدول نشان داده شده است، هر فاصله هفت بار متوالی اندازه گیری شد تا داده های اندازه گیری به دست آید (دما: 29 درجه). از داده های جدول می توان دریافت که مقادیر اندازه گیری شده عموماً چندین سانتی متر بزرگتر از مقادیر واقعی هستند، اما دقت اندازه گیری های پیوسته همچنان نسبتاً بالا است.
یک مقدار حداکثر و یک مقدار حداقل را از هر مجموعه ای از داده های اندازه گیری شده حذف کنید و سپس مقدار متوسط ​​را که به عنوان داده های اندازه گیری نهایی استفاده می شود، پیدا کنید و در نهایت تجزیه و تحلیل مقایسه ای انجام دهید. پردازش داده ها به این روش نیز دارای درجه خاصی از علمی بودن و عقلانیت است. با قضاوت از داده های جدول، اگرچه موج اولتراسونیک با دما جبران می شود، خطای نسبی آن در اندازه گیری در فواصل نسبتا نزدیک نسبتاً زیاد است. به خصوص برای اندازه گیری فاصله 30 سانتی متر و 50 سانتی متر، خطاهای نسبی به ترتیب به 5 درصد و 8/4 درصد رسید. با این حال، با قضاوت از تمام نتایج اندازه گیری، خطاهای این طراحی نسبتا کوچک و نسبتاً پایدار هستند. مساحت کور این طرح حدود 22.6 سانتی متر است که اساساً الزامات طراحی را برآورده می کند.

تجزیه و تحلیل خطا
خطاهای رتبه بندی عمدتاً از جنبه های زیر ناشی می شوند:
(1) یک زاویه مشخص بین پروب فرستنده و دریافت کننده اولتراسونیک و نقطه اندازه گیری شده وجود دارد که مستقیماً بر مقدار فاصله اندازه گیری شده تأثیر می گذارد. (2) شدت پژواک اولتراسونیک مستقیماً با فاصله ای که باید اندازه گیری شود، مرتبط است، بنابراین در طول اندازه گیری واقعی، لزوماً توسط نقطه تلاقی صفر اولین اکو ایجاد نمی شود. (3) با توجه به ابزارهای ابتدایی، فاصله اندازه گیری شده واقعی نیز دارای خطا است. عوامل زیادی وجود دارد که بر خطاهای اندازه گیری تأثیر می گذارد، از جمله تداخل محیطی در محل، فرکانس پالس پایه زمانی و غیره.