Ultraskaņas attāluma mērītāju projektēšana un pielietojuma analīze
1. Projektēšanas principi
Ultraskaņas tālmēri mēra, pamatojoties uz ultraskaņas viļņu īpašībām, kas atstarojas, saskaroties ar šķēršļiem. Ultraskaņas raidītājs izstaro ultraskaņas viļņus noteiktā virzienā un tajā pašā laikā sāk noteikt laiku. Ultraskaņas viļņi izplatās gaisā un nekavējoties atgriežas, saskaroties ar šķēršļiem. Kad ultraskaņas uztvērējs saņem atstarotos viļņus, tas nekavējoties pārtrauc un aptur laika skaitīšanu. Nepārtraukti nosakot atbalsi, ko šķērslis atstaro pēc ģenerētā viļņa izstarošanas, tiek mērīta laika starpība T starp ultraskaņas viļņa pārraidi un atbalss uztveršanu, un pēc tam tiek aprēķināts attālums L. Galvenā diapazona formula ir: L=(△t/2)*C
Kur L--mērāmais attālums
T--Laika intervāls starp pārraidīto un atstaroto vilni
C--Ultraskaņas viļņu skaņas ātrums gaisā, kas tiek pieņemts kā 340 m/s istabas temperatūrā.
Pēc skaņas ātruma noteikšanas L var iegūt, izmērot ultraskaņas viļņa turp un atpakaļ laiku.
2. Ultraskaņas diapazona meklētāja dizaina mērķi
Mērīšanas attālums: 5 metru diapazonā; attālumu starp diviem punktiem var pareizi parādīt caur LED; kļūda ir mazāka par 5%.
3. Datu mērīšana un analīze
Datu mērīšana un analīze
Faktiskā mērīšanas darba ierobežojumu dēļ mērījumiem beidzot tika izvēlēti seši attālumi 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm un 100 cm zem viena metra. Katrs attālums tika mērīts septiņas reizes pēc kārtas, lai iegūtu mērījumu datus (temperatūra: 29 grādi), kā parādīts tabulā. No tabulas datiem redzams, ka izmērītās vērtības kopumā ir par vairākiem centimetriem lielākas par faktiskajām vērtībām, taču nepārtraukto mērījumu precizitāte joprojām ir salīdzinoši augsta.
Noņemiet maksimālo vērtību un minimālo vērtību no katras izmērīto datu kopas un pēc tam atrodiet vidējo vērtību, kas tiek izmantota kā galīgie mērījumu dati, un visbeidzot veiciet salīdzinošo analīzi. Datu apstrādei šādā veidā ir arī zināma zinātniskuma un racionalitātes pakāpe. Spriežot pēc tabulas datiem, lai gan ultraskaņas vilnis ir temperatūras kompensēts, tā relatīvā kļūda ir salīdzinoši liela mērījumos salīdzinoši tuvos attālumos. Īpaši attāluma mērīšanai 30 cm un 50 cm relatīvās kļūdas sasniedza attiecīgi 5% un 4,8%. Taču, spriežot pēc visiem mērījumu rezultātiem, šīs konstrukcijas kļūdas ir salīdzinoši nelielas un samērā stabilas. Šī dizaina aklā zona ir aptuveni 22,6 cm, kas būtībā atbilst dizaina prasībām.
Kļūdu analīze
Kļūdas diapazona noteikšanai galvenokārt rodas no šādiem aspektiem:
(1) Starp ultraskaņas raidīšanas un uztveršanas zondi un izmērīto punktu ir noteikts leņķis, kas tieši ietekmē izmērītā attāluma vērtību; (2) Ultraskaņas atbalss intensitāte ir tieši saistīta ar mērāmo attālumu, tāpēc faktiskā mērījuma laikā to ne vienmēr izraisa pirmās atbalss nulles šķērsošanas punkts; (3) Elementāro rīku dēļ arī faktiskajā izmērītajā attālumā ir kļūdas. Mērījumu kļūdas ietekmē daudzi faktori, tostarp vides traucējumi, laika bāzes impulsu frekvence utt.
