Progettazione e analisi delle applicazioni dei misuratori di distanza ad ultrasuoni
1. Principi di progettazione
I telemetri a ultrasuoni misurano in base alle caratteristiche delle onde ultrasoniche riflesse quando incontrano ostacoli. Il trasmettitore a ultrasuoni emette onde ultrasoniche in una determinata direzione e avvia contemporaneamente il cronometraggio. Le onde ultrasoniche si propagano nell'aria e ritornano immediatamente quando incontrano ostacoli sul percorso. Quando il ricevitore ad ultrasuoni riceve le onde riflesse, interrompe immediatamente e ferma il cronometraggio. Rilevando continuamente l'eco riflesso dall'ostacolo dopo l'emissione dell'onda generata, viene misurata la differenza di tempo T tra la trasmissione dell'onda ultrasonica e la ricezione dell'eco, quindi viene calcolata la distanza L. La formula base per l'intervallo è: L=(△t/2)*C
Dove L--la distanza da misurare
T--L'intervallo di tempo tra l'onda trasmessa e l'onda riflessa
C--La velocità del suono delle onde ultrasoniche nell'aria, considerata pari a 340 m/s a temperatura ambiente.
Dopo aver determinato la velocità del suono, L può essere ottenuto misurando il tempo di andata e ritorno dell'onda ultrasonica.
2. Obiettivi di progettazione del telemetro a ultrasuoni
Distanza di misurazione: entro un raggio di 5 metri; la distanza tra due punti può essere visualizzata correttamente tramite LED; l'errore è inferiore al 5%.
3. Misurazione e analisi dei dati
Misurazione e analisi dei dati
A causa delle limitazioni del lavoro di misurazione effettivo, alla fine sono state selezionate per la misurazione sei distanze di 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm e 100 cm sotto un metro. Ciascuna distanza è stata misurata sette volte in successione per ottenere i dati di misurazione (temperatura: 29 gradi), come mostrato nella tabella. Dai dati nella tabella si può vedere che i valori misurati sono generalmente più grandi di diversi centimetri rispetto ai valori reali, ma la precisione delle misurazioni continue è ancora relativamente elevata.
Rimuovere un valore massimo e un valore minimo da ciascun set di dati misurati, quindi trovare il valore medio, che viene utilizzato come dati di misurazione finali, e infine condurre un'analisi comparativa. Trattare i dati in questo modo ha anche un certo grado di scientificità e razionalità. A giudicare dai dati nella tabella, sebbene l'onda ultrasonica sia compensata in temperatura, il suo errore relativo è relativamente grande nelle misurazioni a distanze relativamente ravvicinate. Soprattutto per la misurazione della distanza di 30 cm e 50 cm, gli errori relativi hanno raggiunto rispettivamente il 5% e il 4,8%. Tuttavia, a giudicare da tutti i risultati delle misurazioni, gli errori di questo progetto sono relativamente piccoli e relativamente stabili. L'area cieca di questo modello è di circa 22,6 cm, il che soddisfa sostanzialmente i requisiti di progettazione.
Analisi degli errori
Gli errori di intervallo derivano principalmente dai seguenti aspetti:
(1) Esiste un certo angolo tra la sonda di trasmissione e ricezione a ultrasuoni e il punto misurato, che influisce direttamente sul valore della distanza misurata; (2) L'intensità dell'eco ultrasonico è direttamente correlata alla distanza da misurare, quindi durante la misurazione effettiva, non è necessariamente innescata dal punto di passaggio per lo zero del primo eco; (3) A causa degli strumenti rudimentali, anche la distanza misurata effettiva presenta errori. Esistono molti fattori che influiscono sugli errori di misurazione, tra cui le interferenze ambientali in loco, la frequenza degli impulsi della base temporale, ecc.
