Прагляды: 352 Аўтар: Рэдактар сайта Час публікацыі: 2020-05-22 Паходжанне: Сайт
У паўсядзённым вытворчасці і жыцці, ультрагукавыя датчыкі далёкасці шырока выкарыстоўваюцца для радараў задняга ходу аўтамабіляў, робатаў для ўхілення ад перашкод, вымярэнняў у будаўніцтве, выяўлення ўзроўню вадкасці, вымярэння глыбіні свідравіны, вымярэння даўжыні трубаправода і іншых прыкладанняў бескантактавага вымярэння адлегласці.
Асноўным метадам ультрагукавога датчыка з'яўляецца вымярэнне часу пралёта. Датчык выпраменьвае ультрагукавы імпульс, прымае рэха, адлюстраванае ад мэты, вымярае час абыходу і разлічвае адлегласць па хуткасці гуку.
Звычайныя ультрагукавыя сістэмы вызначэння дальнасці звычайна заснаваныя на адначыпавым мікракампутары, убудаваным кантролеры або CPLD. Незалежна ад таго, якая платформа кіравання выкарыстоўваецца, базавая канструкцыя павінна спачатку разумець дыяпазон ультрагукавога рэха, хуткасць гуку, тэмпературную кампенсацыю, сляпую зону і ўмовы адлюстравання ад мэты.
Ультрагукавы датчык пераўтворыць электрычныя сігналы ў ультрагукавыя хвалі і пераўтворыць атрыманыя ультрагукавыя рэха назад у электрычныя сігналы. Ультрагукавыя хвалі - гэта механічныя хвалі з частатой вышэй за 20 кГц. Яны маюць моцную накіраванасць, павольную страту энергіі і адносна вялікую адлегласць распаўсюджвання ў паветры, вадкіх або цвёрдых асяроддзях.
Калі ультрагукавая хваля дасягае перашкоды, мяжы падзелу, паверхні вадкасці або цвёрдай мішэні, частка хвалі адлюстроўваецца назад у выглядзе рэха. Прыёмны элемент выяўляе гэта рэха, і схема кіравання разлічвае адлегласць з вымеранага часу шляху.
Паколькі ультрагукавое вымярэнне адлегласці з'яўляецца бескантактавым, недарагім і адаптуецца да многіх матэрыялаў, яно забяспечвае карысны баланс паміж рэакцыяй у рэальным часе, дакладнасцю, надзейнасцю і цаной.
Самым распаўсюджаным ультрагукавым метадам вызначэння адлегласці з'яўляецца метад вызначэння часу ў два бакі, які таксама называюць вымярэннем часу пралёта або ToF. Датчык пасылае ультрагукавы імпульс у адным кірунку і пачынае адлік часу. Калі рэха вяртаецца, сістэма спыняе адлік часу і разлічвае адлегласць у адзін бок.
Калі s гэта адлегласць паміж датчыкам і вымеранай цэллю, t - вымераны час абыходу і v - хуткасць распаўсюджвання гуку, формула адлегласці:
s = v × t / 2
Дзяленне на 2 неабходна, таму што ультрагукавы імпульс рухаецца ад датчыка да мэты, а затым вяртаецца ад мэты да датчыка. Вымераны час - гэта агульны час паездкі туды і назад, а не час паездкі ў адзін бок.
Для высокадакладнага ультрагукавога вымярэння адлегласці тэмпературная кампенсацыя важная, таму што хуткасць гуку ў паветры змяняецца з тэмпературай. Цёплае паветра павялічвае хуткасць гуку, а халоднае памяншае.
Звычайна выкарыстоўваецца формула тэмпературнай кампенсацыі:
v = 331,4 + 0,607T
У гэтай формуле T - тэмпература навакольнага асяроддзя ў °C, а v - хуткасць гуку ў м/с. Даданне тэмпературнай кампенсацыі можа паменшыць памылку вымярэнняў, асабліва на адкрытым паветры, у прамысловых умовах або ў асяроддзі з пераменнай тэмпературай.
| метады | Як гэта працуе | Лепш за ўсё выкарыстоўваць |
|---|---|---|
| Часапралётны метад | Вымярае час паміж перадачай ультрагуку і прыёмам рэха. | Вымярэнне адлегласці, выяўленне перашкод, вымярэнне ўзроўню вадкасці. |
| Фазавы метад выяўлення | Вылічвае адлегласць па рознасці фаз паміж выпраменьванай і прыманай хвалямі. | Сістэмы вымярэння блізкага і высокага раздзялення. |
| Метад амплітуды рэха | Аналізуе сілу адлюстраванага ультрагукавога сігналу. | Выяўленне мэты, аналіз адлюстравання матэрыялу, ацэнка якасці сігналу. |
| Фактар | Уплыў на вымярэнне | Савет па аптымізацыі |
|---|---|---|
| тэмпература | Змяняе хуткасць гуку і выклікае памылку адлегласці. | Выкарыстоўвайце тэмпературную кампенсацыю ў алгарытме кіравання. |
| Сляпая зона | Вельмі блізкія мэты могуць быць выяўлены няправільна з-за звону датчыка. | Выберыце ультрагукавой датчык малой сляпой зоны для вымярэння на кароткіх адлегласцях. |
| Мэтавы кут | Нахіленыя паверхні могуць адлюстроўваць рэха ад прымача. | Трымайце датчык як мага перпендыкулярней мэтавай паверхні. |
| Мэтавы матэрыял | Мяккія, порыстыя або гукапаглынальныя матэрыялы зніжаюць сілу рэха. | Праверце фактычны мэтавы матэрыял падчас праверкі прадукту. |
| Экалагічны шум | Іншыя крыніцы ультрагуку або вібрацыя могуць выклікаць памылковыя паказанні. | Выкарыстоўвайце фільтраванне, экранаванне і прыдатную логіку выбаркі. |
| Вада, пыл і карозія | Суровае асяроддзе можа паменшыць тэрмін службы датчыка і якасць сігналу. | Пры неабходнасці выкарыстоўвайце воданепранікальныя і ўстойлівыя да карозіі ультрагукавыя датчыкі. |
Звычайная ультрагукавая структура дальнамеру выкарыстоўвае адну перадаючую і адну прыёмную галоўкі. Перадатчык выпраменьвае ультрагукавыя хвалі, а прымач рэгіструе адлюстраванае рэха. Гэтая структура простая і падыходзіць для многіх агульных прыкладанняў вымярэння адлегласці.
У некаторых сістэмах выкарыстоўваецца некалькі перадаючых галовак з адной прымаючай галоўкай або некалькі модуляў датчыкаў, размешчаных у масіў. Гэтая канструкцыя можа палепшыць ахоп выяўлення, паменшыць сляпыя зоны і падтрымліваць больш складаныя сцэнарыі вымярэнняў, такія як навігацыя робатам або шматкропкавае вызначэнне ўзроўню вадкасці.
Радар задняга ходу аўтамабіля і сістэмы дапамогі пры паркоўцы.
Робат пазбягае перашкод і аўтаматычная навігацыя.
Вымярэнне ўзроўню вадкасці ў рэзервуарах, ёмістасцях і прамысловым абсталяванні.
Вымярэнне глыбіні свідравіны, даўжыні трубаправода і будаўнічай пляцоўкі.
Выяўленне аб'ектаў у аўтаматызаваным абсталяванні і вытворчых лініях.
Воданепранікальны датчык адлегласці на адкрытым паветры або ў вільготным асяроддзі.
Ультрагукавыя датчыкі далёкасці папулярныя, таму што яны падтрымліваюць бескантактавыя вымярэнні, маюць просты прынцып працы і могуць выяўляць мноства цвёрдых і вадкіх мэтаў незалежна ад колеру і празрыстасці. Яны таксама эканамічна эфектыўныя ў параўнанні з некаторымі аптычнымі або лазернымі рашэннямі для вымярэння.
З дапамогай ультрагукавога датчыка з малым вуглом і малой сляпой зонай сістэма можа дасягнуць больш дакладных вымярэнняў у невялікіх памяшканнях. Воданепранікальныя і ўстойлівыя да карозіі канструкцыі таксама робяць ультрагукавыя датчыкі карыснымі ў вадкасцях, на адкрытым паветры і ў прамысловасці.
Прынцып ультрагукавога вымярэння адлегласці заключаецца ў пасыланні ультрагукавых хваль да мэты, атрыманні адлюстраванага рэха, вымярэнні часу абыходу і разліку адлегласці з дапамогай хуткасці гуку. Асноўная формула s = v × t / 2.
Для больш дакладнага ўльтрагукавога дыяпазону дызайнеры павінны ўлічваць тэмпературную кампенсацыю, сляпую зону, вугал мэты, адлюстраванне матэрыялу, шум навакольнага асяроддзя і ўстаноўку датчыка. Правільны выбар датчыка і апрацоўка сігналу могуць палепшыць стабільнасць вымярэнняў у рэальных праграмах.
Метад ультрагукавога датчыка вымярае адлегласць шляхам адпраўкі ультрагукавога імпульсу, атрымання адлюстраванага рэха і вылічэння адлегласці з часу праходжання гуку. Гэта таксама называецца ультрагукавым вызначэннем часу пралёта або рэха.
Асноўная формула ультрагукавой адлегласці s = v × t / 2 . У гэтай формуле s - адлегласць, v - хуткасць гуку, t - вымераны час абыходу ультрагукавога імпульсу туды і назад.
Датчык вымярае агульны час праходжання ультрагукавой хвалі да аб'екта і вяртання. Паколькі гэта кругавая паездка, вынік трэба падзяліць на 2, каб атрымаць адлегласць у адзін бок паміж датчыкам і мэтай.
Тэмпература змяняе хуткасць гуку ў паветры. Калі тэмпература змяняецца, але сістэма па-ранейшаму выкарыстоўвае фіксаваную хуткасць гуку, вылічаная адлегласць будзе мець памылку. Тэмпературная кампенсацыя дапамагае павысіць дакладнасць ультрагукавога дыяпазону.
Сляпая зона - гэта мінімальная адлегласць, на якой датчык не можа надзейна вымераць. Звычайна гэта выклікана звонам датчыка пасля перадачы. Для выяўлення на кароткіх дыстанцыях выбірайце ультрагукавой датчык з невялікай сляпой зонай.
Мяккія, сітаватыя, гукапаглынальныя, вельмі тонкія або вострыя паверхні могуць паменшыць сілу рэха. Пена, тканіна і прадметы пад вуглом могуць выклікаць слабыя або няўстойлівыя ультрагукавыя паказанні адлегласці.
Ультрагукавыя датчыкі дыяпазону звычайна выкарыстоўваюцца ў датчыках паркоўкі, робатах для ўхілення перашкод, вымярэнні ўзроўню вадкасці, прамысловай аўтаматызацыі, будаўнічых вымярэннях, выяўленні трубаправодаў і бескантактавых сістэмах вымярэння адлегласці.
