Ultragarsinio nuotolio ieškiklio projektavimas ir pritaikymo analizė
Šiame dokumente naudojamas ultragarsinio perdavimo atstumo ir laiko santykis, valdymui ir duomenų apdorojimui naudojamas AT89C51 vieno lusto mikrokompiuteris, taip pat sukurtas ultragarsinis nuotolio ieškiklis, galintis išmatuoti atstumą tarp dviejų taškų. Tolimatį daugiausia sudaro ultragarso siųstuvo grandinė, ultragarso imtuvo grandinė, vieno lusto mikrokompiuterio valdymo grandinė, aplinkos temperatūros aptikimo grandinė ir ekrano grandinė. Naudojant suprojektuotą ultragarsinį nuotolio ieškiklį, išbandomi skirtingi atstumai, atliekama išsami klaidų analizė.
Ultragarsinis atstumo matavimo mikrovaldiklio temperatūros jutiklis
Visuomenei tobulėjant, žmonėms keliami vis aukštesni atstumo ar ilgio matavimo reikalavimai. Ultragarsiniam nuotolio matavimui skiriama vis daugiau dėmesio dėl bekontakčio matavimo ir gana didelio tikslumo. Šiame darbe sukurtas ultragarsinis diapazono ieškiklis gali išbandyti skirtingus atstumus ir atlikti išsamią klaidų analizę.
1. Projektavimo principas
Ultragarsinis nuotolio ieškiklis yra pagrįstas ultragarso bangų, atsispindinčių atgal susidūrus su kliūtimis, charakteristikomis. Ultragarsinis siųstuvas skleidžia ultragarso bangas tam tikra kryptimi ir pradeda skaičiuoti laiką tuo pačiu metu kaip ir emisija. Ultragarso bangos sklinda ore, o pakeliui susidūrus su kliūtimis iš karto grįžta atgal, o ultragarso imtuvas, gavęs atsispindėjusią bangą, iš karto pertraukia ir sustabdo laiko skaičiavimą. Nuolat fiksuojant kliūčių atspindėtus aidus po generuojamų bangų išskyrimo, išmatuojamas laiko skirtumas T tarp skleidžiamų ultragarso bangų ir gaunamų aidų, o tada apskaičiuojamas atstumas L. Pagrindinė diapazono formulė yra: L=(△t/2)*C
Kur L – atstumas, kurį reikia išmatuoti
T – laiko intervalas tarp perduodamos bangos ir atsispindėjusios bangos
C – ultragarso bangų sklidimo ore greitis, kuris kambario temperatūroje laikomas 340 m/s
Nustačius garso greitį, L galima gauti išmatuojant ultragarso bangų skrydžio pirmyn ir atgal laiką.
2. Ultragarsinio nuotolio ieškiklio projektavimo tikslas
Matavimo atstumas: per 5 metrus; atstumas tarp dviejų taškų gali būti teisingai rodomas per šviesos diodą; paklaida mažesnė nei 5 procentai .
3. Duomenų matavimas ir analizė
1. Duomenų matavimas ir analizė
Dėl realaus matavimo darbų apribojimų, matavimui buvo pasirinkti šeši atstumai 30cm, 50cm, 70cm, 80cm, 90cm ir 100cm žemiau vieno metro ir kiekvienas atstumas buvo matuojamas septynis kartus nepertraukiamai, siekiant gauti matavimo duomenis (temperatūra: 29 laipsnis), kaip parodyta lentelėje. Iš lentelės duomenų matyti, kad išmatuota vertė paprastai yra keliais centimetrais didesnė už tikrąją vertę, tačiau nuolatinio matavimo tikslumas yra gana didelis.
Kiekvienam išmatuotų duomenų rinkiniui pašalinama didžiausia ir mažiausia vertė, tada apskaičiuojama vidutinė vertė, kuri naudojama kaip galutiniai matavimo duomenys, ir galiausiai atliekama lyginamoji analizė. Šis duomenų apdorojimas taip pat turi tam tikrą mokslo ir racionalumo laipsnį. Remiantis lentelėje pateiktais duomenimis, nors temperatūros kompensavimas buvo atliktas ultragarso bangoje, santykinė paklaida yra gana didelė matuojant santykinai trumpą atstumą. Ypač matuojant atstumą 30 cm ir 50 cm santykinės paklaidos siekė atitinkamai 5 ir 4,8 proc. Tačiau pagal visus matavimo rezultatus šios konstrukcijos paklaida yra palyginti maža ir gana stabili. Šio dizaino aklas plotas yra apie 22,6 cm, o tai iš esmės atitinka dizaino reikalavimus.
2. Klaidų analizė
Klaida daugiausia kyla dėl šių aspektų:
(1) Tarp ultragarso perdavimo ir priėmimo zondo ir išmatuoto taško yra tam tikras kampas, kuris tiesiogiai veikia didžiausią matavimo atstumo vertę; (2) Ultragarso aido garso intensyvumas yra tiesiogiai susijęs su atstumu, kurį reikia išmatuoti, todėl tikrasis matavimas Tai nebūtinai yra nulio kirtimo aido paleidiklis; (3) Dėl neapdorotų įrankių faktinis matavimo atstumas taip pat turi klaidų. Yra daug veiksnių, turinčių įtakos matavimo paklaidai, įskaitant lauko aplinkos trikdžius, laiko bazinį impulsų dažnį ir pan.
4. Taikymo analizė
Ultragarso naudojimas atstumui nuo žemės atmosferoje matuoti yra technologija, kuri oficialiai pradėta taikyti tik sukūrus šiuolaikines elektronines technologijas. Kadangi ultragarsinis nuotolio nustatymas yra bekontakčio aptikimo technologija, jo neveikia šviesa, matuojamo objekto spalva ir kt., todėl gali būti naudojamas atšiaurioje aplinkoje. (pvz., turinčių dulkių) turi tam tikrą prisitaikymą. Todėl jis yra itin universalus. Pavyzdžiui: topografinių žemėlapių žvalgymas ir kartografavimas, namų, tiltų, kelių statyba, kasyklų, naftos gręžinių kasimas ir kt., ultragarso bangomis matuojant atstumus nuo žemės pasiekiama naudojant fotoelektrinę technologiją. Ultragarsinių tolimačių privalumai yra šie: prietaiso kaina mažesnė nei šviesos bangų tolimačių Žema, taupanti darbą, paprasta valdyti.
Ultragarsiniai tolimačiai taip pat naudojami pažangiose robotų technologijose. Ultragarso šaltinis yra sumontuotas ant roboto, kuris nuolat skleidžia ultragarso bangas į aplinką ir kartu priima kliūčių atsispindinčius aidus, kad nustatytų paties roboto padėtį, ir naudoja jį kaip jutiklį robotui valdyti. kompiuteris ir pan. Kadangi ultragarso bangos yra lengvai nukreipiamos, geras kryptingumas ir lengvas intensyvumo valdymas, jos taikymo vertė buvo plačiai vertinama.
Žodžiu, iš pirmiau pateiktos analizės matyti, kad ultragarsinis diapazono nustatymas turi daug privalumų daugeliu aspektų. Todėl šios temos tyrimas yra labai praktiškas ir komerciškai vertingas.
