Método de análisis y corrección del sensor de rango ultrasónico.

1.El influencia de la velocidad de propagación de ultrasonidos en que van

velocidad de propagación ultrasónica estable y precisa es una condición necesaria para asegurar la precisión de medición. La velocidad de propagación de una onda depende de las características del medio de propagación. La temperatura, la presión, y la densidad del medio de propagación todos tendrán un efecto directo sobre la velocidad del sonido. Para la medición de distancia, la principal causa del cambio en la velocidad del sonido es el cambio en la temperatura del medio, que es una de las principales fuentes de errores enSensor de medición de distancia ultrasónica. Por lo tanto, en el proceso de rango, la velocidad ultrasónica debe corregirse. La relación entre la velocidad de propagación ultrasónica en el aire y la temperatura se puede expresar como C = 331.4 × 1 + T / 273U3114 + 01607T (m / s), donde T es la temperatura ambiente. Por lo tanto, el uso de la velocidad ultrasónica de 341 m / s a ​​temperatura normal para calcular la distancia de rango ultrasónico en diferentes entornos de temperatura tiene un gran error. Para mejorar la precisión de la medición de la distancia, es necesario realizar una compensación de temperatura en la velocidad ultrasónica, y usar sensores de temperatura y otros dispositivos de medición de temperatura para medir el valor de la temperatura ambiente, obteniendo así la velocidad ultrasónica en el entorno. También es posible usar una combinación de preset de velocidad de sonido y compensación de temperatura para corregir la velocidad de sonido, que reducirá de manera más efectiva el error causado por los cambios de temperatura.

2. Factores que afectan la determinación del tiempo de eco T y los métodos para reducir los errores.

En el proceso de medición, para evitar la interferencia de otras señales y mejorar la confiabilidad de la medición, cuando la computadora de un solo chip comienza a contar, el sensor ultrasónico a menudo transmite un tren de pulso compuesto por múltiples ondas cuadradas (como 5- 9 pulsos como un tren) como la medición. Si el voltaje de umbral del comparador en el circuito receptor deMedición de la distancia del transductor ultrasónicoEs un cierto valor, debido a la influencia del polvo y otras sustancias, la medición real puede no ser necesariamente el gatillo de cruce de cero del primer eco. A través de la observación y análisis del eco de recepción ultrasónico, se encuentra que después de que el sobre recibió ECHO se detecta por el sobre, la parte frontal de la curva del sobre es una curva levantada exponencialmente, aproximadamente en el pico de la novena onda al sobre, y El tercero la ola es de aproximadamente el 75% del pico. Por lo tanto, el circuito de recepción a menudo está diseñado para detener el conteo cuando se recibe el tercer eco. Por lo tanto, el tiempo medido final es de 3 pulsos más largos que la distancia real correspondiente al tiempo de envío, lo que provoca el error de medición del tiempo de eco t.

Para mejorar la precisión del tiempo, es necesario detectar con precisión el tiempo de llegada de laSensor de transductor ultrasónico. Se utiliza un solo comparador con un umbral fijo para detectar el eco. Debido a la atenuación de absorción y la pérdida de difusión de la onda de sonido durante la transmisión, la intensidad de sonido se descompone de manera exponencialmente a medida que aumenta la distancia del objetivo. Dentro del rango, la distancia entre el objetivo más cercano y el objetivo más lejano, la gran diferencia en la amplitud de ECHO puede causar que el tiempo de cruce el umbral se mueva hacia adelante y hacia atrás, lo que afecta a la precisión de la sincronización.

El método para resolver este problema: el método uno es usar un circuito de conformación de doble comparador, que puede determinar con mayor precisión la hora de llegada del frente de eco. Como se muestra en la Figura 2, VM es la tensión de pico, deja v1 ser la tensión de umbral del comparador 1, v2 es la tensión de umbral del comparador 2, (donde (v2> v1, su valor se establece por experimento), cuando el sensor de ultrasonidos Emite ultrasónico. Cuando el temporizador T1 y T0 del microordenador de un solo chip comienzan a momento al mismo tiempo, cuando el comparador 1 le da la vuelta, T0 detiene el tiempo. En este momento, el tiempo contado por T0 es T1. Cuando el comparador 2 se vuelca, T1 detiene el tiempo. En este momento, el tiempo contado por T1 es T2, obviamente T2> T1, T es el tiempo de propagación correspondiente al borde frontal del eco, luego la distancia calculada por T es más precisa que T1 y T2.

El segundo método es conectar en serie el circuito de control de ganancia automático (AGC) en el circuito de recepción de ECHO, de modo que durante el tiempo de recepción del circuito amplificador, el factor de amplificación de voltaje aumenta exponencialmente con el aumento de la distancia de medición para compensar la absorción. La atenuación y la pérdida de difusión mantienen la amplitud de los cambios de eco recibidos constantes o solo los cambios en un pequeño rango para cumplir con los requisitos del circuito de conformación, y luego salgan a través del circuito de conformación, que puede mejorar enormemente la precisión del rango. Por supuesto, debido a que el circuito AGC (incluido el amplificador en sí) tiene un retraso en la respuesta al paso de la señal, el seguimiento instantáneo puede no ser muy bueno, y la señal de eco es simplemente explosiva, por lo que hay un cierto error, pero esto es despreciable .

El tercer método es diseñar un circuito que disminuye gradualmente la tensión de umbral a medida que aumenta el tiempo durante el tiempo de medición, y genera una señal de umbral que aumenta en cualquier momento y disminuye de manera exponencial y se agrega al comparador. Esto compensará la vuelta causada por el aumento de la distancia de medición. La amplitud de la onda se reduce para mejorar la precisión y la repetibilidad de la medición. Use amplificadores programables y potenciómetros digitales y otros dispositivos, a través de la combinación de software y hardware, se puede diseñar una variedad de tales circuitos. También es posible combinar un amplificador operativo y un tubo de efecto de campo para formar un amplificador controlado. El tubo de efecto de campo se utiliza como una resistencia controlada por voltaje para formar un bucle de regulación de retroalimentación. Pero la seguimiento de este circuito no es tan buena como el circuito digital mencionado anteriormente.

3. La influencia del ángulo de incidente del haz ultrasónico en el objetivo de detección en el rango. Si el sistema se usa para medir la distancia entre la superficie y el punto, cuando el ángulo incidente de la onda ultrasónica (o el ángulo de la El incidente de onda reflejado en el transductor de recepción) es inferior a 90b, la distancia medida por el sistema es el punto medido (objeto) y el transductor. En lugar de la distancia vertical D entre el plano de medición y el objeto de medición, esto causará errores de medición. La forma de resolver este problema es utilizar el conocimiento relevante de los triángulos para calcular y corregir.

4. Zona muerta

Durante la medición a distancia, laTransductor ultrasónico de alta frecuenciaUtiliza una serie de ondas ultrasónicas como portador de medición durante un período de tiempo, por lo que la recepción solo se puede iniciar después de que se complete la transmisión. Ajuste el tiempo de enviar la viga a T, luego la señal reflejada desde el objeto dentro de la hora no se puede capturar. Además, el sensor ultrasónico tiene una determinada inercia, es decir, hay un proceso de vibración forzada a vibraciones equilibradas a la vibración amortiguada. Por lo tanto, habrá un cierto después de la vibración después de que se complete la transmisión. Esto después de la vibración también genera una señal de voltaje a través del transductor. La señal se superpone en la señal de eco, de modo que el circuito no puede identificar el verdadero eco, lo que perturba el trabajo del sistema de capturar la señal de retorno. Por lo tanto, el sistema no se puede activar para la recepción de eco antes de que desaparezca la vibración después de la vibración. Las dos razones anteriores hacen que el sensor ultrasónico tenga un cierto rango de medición, es decir, hay una llamada zona ciega.

Además, hay muchas otras causas de errores de medición, como la operación de comando toma una cierta cantidad de tiempo, lo que hace que los datos de medición sean demasiado grandes, la estabilidad y la precisión de la frecuencia de pulso de la base de tiempo, y otras interferencias de material en el campo medio ambiente.