Método de análise e correção do sensor de distância ultra-sônica

1. A influência da velocidade de propagação ultra-sônica em variar

A velocidade de propagação ultra-sônica estável e precisa é uma condição necessária para garantir a precisão da medição. A velocidade de propagação de uma onda depende das características do meio de propagação. A temperatura, pressão e densidade do meio de propagação terão todos um efeito direto na velocidade do som. Para medição à distância, a principal causa da mudança na velocidade de som é a mudança na temperatura do meio, que é uma das principais fontes de errossensor de medição de distância ultra-sônica. Portanto, no processo de alcance, a velocidade ultra-sônica deve ser corrigida. A relação entre a velocidade de propagação ultra-sônica no ar e a temperatura pode ser expressa como c = 331,4 × 1 + T / 273U331114 + 01607T (m / s), onde T é a temperatura ambiente. Portanto, usando a velocidade ultra-sônica de 341m / s na temperatura normal para calcular a distância do desligamento ultra-sônico sob diferentes ambientes de temperatura tem um erro grande. Para melhorar a precisão da medição de distância, é necessário realizar compensação de temperatura na velocidade ultra-sônica e usar sensores de temperatura e outros dispositivos de medição de temperatura para medir o valor da temperatura ambiente, obtendo assim a velocidade ultra-sônica no ambiente. Também é possível usar uma combinação de presságio de velocidade de som e compensação de temperatura para corrigir a velocidade do som, que reduzirá mais efetivamente o erro causado por alterações de temperatura.

2. Fatores que afetam a determinação do tempo ECHO T e métodos para reduzir os erros

No processo de medição, a fim de evitar a interferência de outros sinais e melhorar a confiabilidade da medição, quando o computador de chip único é iniciado a contar, o sensor ultrassônico freqüentemente transmite um trem de pulso composto de várias ondas quadradas (como 5- 9 pulsos como trem) como a medição. Se a tensão limiar do comparador no circuito receptor deMedição de distância do transdutor ultra-sônicoé um certo valor, devido à influência de poeira e outras substâncias, a medição real pode não ser necessariamente ser o gatilho de cruzamento zero do primeiro eco. Através da observação e análise do eco de recebimento ultra-sônico, verifica-se que após o eco recebido é detectado pelo envelope, a frente da curva de envelope é uma curva exponencialmente crescente, aproximadamente no pico da nona onda até o envelope, e O terceiro a onda é de aproximadamente 75% do pico. Portanto, o circuito de recepção é geralmente projetado para parar de contar quando o terceiro eco é recebido. Portanto, o tempo final medido é de 3 pulsos maiores que a distância real correspondente ao tempo de envio, que causa o erro de medição do tempo de eco t.

A fim de melhorar a precisão do tempo, é necessário detectar com precisão a hora de chegada doSensor de transdutor ultra-sônico.. Um único comparador com um limite fixo é usado para detectar o eco. Devido à atenuação de absorção e perda de difusão da onda sonora durante a transmissão, a intensidade sonora decai exponencialmente à medida que a distância do alvo aumenta. Dentro do intervalo, a distância entre a meta mais próxima e a alvo mais distante a grande diferença na amplitude de eco pode causar o tempo de cruzamento do limiar para vir e para trás, afetando assim a precisão do tempo.

O método para resolver este problema: o método é para usar um circuito de modelagem de comparação dupla, que pode determinar com mais precisão a hora de chegada da frente ECHO. Como mostrado na Figura 2, a VM é a tensão de pico, deixe v1 a tensão limite do comparador 1, v2 é a tensão limite do comparador 2, (onde (v2> v1, seu valor é definido por experimento), quando o sensor ultra-sônico Emite ultrassônico. Quando o temporizador T1 e T0 do microcomputador de chip único começam o tempo ao mesmo tempo, quando o comparador 1 flips, T0 interrompe o tempo. Neste momento, o tempo contado pelo T0 é T1. Quando o comparador 2 vira, T1 para o tempo. Neste momento, o tempo contado por T1 é T2, obviamente T2> T1, T é o tempo de propagação correspondente à borda dianteira do eco, então a distância calculada por t é mais precisa do que T1 e T2.

O segundo método é conectar em série o circuito automático de controle de ganho (AGC) no circuito de recebimento de eco, de modo que durante o tempo de recebimento do circuito de amplificação, o fator de amplificação de tensão aumenta exponencialmente com o aumento da distância de medição para compensar a A atenuação e a perda de difusão mantêm a amplitude das constantes de eco recebidas ou apenas alterações em uma pequena faixa para atender aos requisitos do circuito de modelagem e, em seguida, produzir através do circuito de modelagem, o que pode melhorar muito a precisão de alcance. Claro, porque o circuito AGC (incluindo o próprio amplificador) tem um atraso na resposta do sinal, o rastreamento instantâneo pode não ser muito bom, e o sinal de eco é apenas explosivo, então há um certo erro, mas este é insignificante.

O terceiro método é projetar um circuito que reduza gradualmente a tensão limite como o tempo aumenta durante o tempo de medição e gera um sinal limite que aumenta a qualquer momento e diminui exponencialmente e é adicionado ao comparador. Isso compensará o retorno causado pelo aumento da distância de medição. A amplitude de onda é reduzida para melhorar a precisão e repetibilidade da medição.Usando amplificadores programáveis ​​e potenciômetros digitais e outros dispositivos, através da combinação de software e hardware, uma variedade de tais circuitos pode ser projetado. Também é possível combinar um amplificador operacional e um tubo de efeito de campo para formar um amplificador controlado. O tubo de efeito de campo é usado como resistor controlado por tensão para formar um loop de regulamentação de feedback. Mas a seguinte opção deste circuito não é tão boa quanto o circuito digital acima mencionado.

3. A influência do ângulo de incidente do feixe ultra-sônico no alvo de detecção no alcance. Se o sistema for usado para medir a distância entre a superfície e o ponto, quando o ângulo de incidente da onda ultra-sônica (ou o ângulo do ângulo do O incidente de onda refletido no transdutor de recebimento) é inferior a 90b, a distância medida pelo sistema é o ponto medido (objeto) e o transdutor. Em vez da distância vertical D entre o plano de medição e o objeto de medição, isso causará erros de medição. A maneira de resolver esse problema é usar o conhecimento relevante de triângulos para calcular e corrigir.

4. Zona morta

Durante a medição de distância, oTransdutor ultra-sônico de alta freqüênciaUsa uma série de ondas ultra-sônicas como transportadora de medição por um período de tempo, portanto, a recepção só pode ser iniciada após a conclusão da transmissão. Defina o tempo de envio do feixe para t, então o sinal refletido do objeto dentro do tempo não pode ser capturado. Além disso, o sensor ultra-sônico tem uma certa inércia, isto é, há um processo da vibração forçada à vibração equilibrada para a vibração amortecida. Portanto, haverá um certo após a vibração após a conclusão da transmissão. Isso após a vibração também gera um sinal de tensão através do transdutor. O sinal é sobreposto no sinal ECHO, para que o circuito não possa identificar o verdadeiro eco, que perturba o trabalho do sistema de capturar o sinal de retorno. Portanto, o sistema não pode ser ativado para a recepção de eco antes que a vibração após desapareça. As duas razões acima fazem com que o sensor ultra-sônico tenha uma certa faixa de medição, ou seja, há uma chamada zona cega.

Além disso, há muitas outras causas de erros de medição, como a operação de comando leva um determinado período de tempo, o que torna os dados de medição muito grandes, a estabilidade e precisão do tempo de frequência de pulso de base, e outras interferências materiais no campo ambiente.