Analyse- und Korrekturmethode des Ultraschallbereichssensors

1. Der Einfluss der Ultraschallverbreitungsgeschwindigkeit auf die Rangliste

Die stabile und genaue Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeit ist eine notwendige Bedingung, um die Messgenauigkeit sicherzustellen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle hängt von den Eigenschaften des Ausbreitungsmediums ab. Die Temperatur, der Druck und die Dichte des Ausbreitungsmediums haben alle einen direkten Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit. Für die Entfernungsmessung ist die Hauptursache für die Änderung der Schallgeschwindigkeit die Änderung der Temperatur des Mediums, die eine der Hauptquellen für Fehler in istUltraschallabstandssensor. Daher muss im Rahmenprozess die Ultraschallgeschwindigkeit korrigiert werden. Die Beziehung zwischen der Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeit in der Luft und der Temperatur kann als C = 331,4 × 1+T/273U33114+01607T (m/s) ausgedrückt werden, wobei t die Umgebungstemperatur ist. Daher hat die Verwendung der Ultraschallgeschwindigkeit von 341 m/s bei normaler Temperatur zur Berechnung des Abstands der Ultraschallbereiche unter verschiedenen Temperaturumgebungen einen großen Fehler. Um die Genauigkeit der Entfernungsmessung zu verbessern, muss die Temperaturkompensation der Ultraschallgeschwindigkeit durchgeführt und Temperatursensoren und andere Temperaturmessgeräte verwendet werden, um den Wert der Umgebungstemperatur zu messen und so die Ultraschallgeschwindigkeit in der Umgebung zu erhalten. Es ist auch möglich, eine Kombination aus voreingestellter Schallgeschwindigkeit und Temperaturkompensation zu verwenden, um die Schallgeschwindigkeit zu korrigieren, was den durch Temperaturänderungen verursachten Fehler effektiver verringert.

2. Faktoren, die die Bestimmung der Echozeit T und Methoden zur Reduzierung von Fehlern beeinflussen

Im Messprozess überträgt der Ultraschallsensor häufig einen Impulszug, der aus mehreren Quadratwellen besteht (z. B. 5- 9 Impulse als Zug) als Messung. Wenn die Schwellenspannung des Komparators in der Empfangskreis vonUltraschall -Wandlerabstandmessungist ein bestimmter Wert aufgrund des Einflusses von Staub und anderen Substanzen, die tatsächliche Messung ist möglicherweise nicht unbedingt der Auslöser von Nullkreuzungen des ersten Echos. Durch die Beobachtung und Analyse des Ultraschallempfangs -Echos wird festgestellt, dass nach dem empfangenen Echo durch die Hüllkurve erkannt wird Das dritte ist die Welle ungefähr 75% des Peaks. Daher ist die Empfangskreis häufig so konzipiert, dass das dritte Echo eingeht. Daher beträgt die endgültige gemessene Zeit 3 ​​Impulse länger als der tatsächliche Abstand, der der Sendungszeit entspricht, was den Messfehler der Echozeit t verursacht.

Um die Zeitgenauigkeit zu verbessern, ist es erforderlich, die Ankunftszeit der Ankunft genau zu erkennenUltraschall -Wandlersensor. Ein einzelner Komparator mit einem festen Schwellenwert wird verwendet, um das Echo zu erkennen. Aufgrund der Absorptions- und Diffusionsverlust der Schallwelle während der Übertragung zerfällt die Schallintensität exponentiell, wenn der Abstand des Ziels zunimmt. Innerhalb des Bereichs kann der Abstand zwischen dem nächstgelegenen Ziel und dem am weitesten abzielten großen Unterschied in der Echoamplitude dazu führen, dass sich die Schwelle überquert, um sich hin und her zu bewegen, wodurch die Genauigkeit des Timings beeinflusst wird.

Die Methode zur Lösung dieses Problems: Methode One besteht darin, einen Dual-Comparator-Formungsschaltkreis zu verwenden, der die Ankunftszeit der Echo-Front genauer bestimmen kann. Wie in Abbildung 2 gezeigt, ist VM die Spitzenspannung, sei V1 die Schwellenspannung des Komparators 1, V2 ist die Schwellenspannung des Komparators 2 (WO (V2> V1, sein Wert wird durch Experiment eingestellt), wenn der Ultraschallsensor Emitiert Ultraschall. Wenn der Timer T1 und T0 des Single-Chip-Mikrocomputers gleichzeitig mit dem Timing beginnt, wenn der Vergleiche 1 flippt, ist T0 das Timing stoppt. Zu diesem Zeitpunkt ist die von T0 gezählte Zeit T1. Wenn der Komparator 2 flippt, flippt, T1 stoppt das Timing. Zu diesem Zeitpunkt ist die von T1 gezählte Zeit T1 T2, offensichtlich t2> t1, t ist die Ausbreitungszeit, die der vorderen Kante des Echos entspricht, und der von T berechnete Abstand ist genauer als T1 und T2.

Die zweite Methode besteht darin, die automatische Verstärkungssteuerungsschaltung (AGC) in der Echo -Empfangsschaltung seriell zu verbinden, so dass während der Empfangszeit des Verstärkungskreises der Spannungsverstärkungsfaktor exponentiell mit der Erhöhung der Messentfernung zunimmt, um die Absorption auszugleichen Die Dämpfung und Diffusionsverlust halten die Amplitude der empfangenen Echo konstant oder nur Änderungen in einem kleinen Bereich, um die Anforderungen des Formungskreislaufs zu erfüllen, und dann durch den Formungsschaltkreis auszugeben, was die Genauigkeit der Reichweite erheblich verbessern kann. Da der AGC -Schaltkreis (einschließlich des Verstärkers selbst) eine Verzögerung in der Schrittantwort des Signals hat, ist die augenblickliche Verfolgung möglicherweise nicht sehr gut und das Echo -Signal ist nur explosiv, daher gibt es einen bestimmten Fehler, aber dieser Ist vernachlässigbar .

Die dritte Methode besteht darin, eine Schaltung zu entwerfen, die die Schwellenspannung mit zunehmender Zeit während der Messzeit allmählich verringert und ein Schwellensignal erzeugt, das zu jeder Zeit zunimmt und exponentiell abnimmt und zum Komparator hinzugefügt wird. Dies kompensiert die Rückgabe, die durch Erhöhung der Messentfernung verursacht wird. Die Wellenamplitude wird reduziert, um die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Messung zu verbessern. Einsatz programmierbarer Verstärker und digitale Potentiometer und andere Geräte durch die Kombination aus Software und Hardware kann eine Vielzahl solcher Schaltungen entworfen werden. Es ist auch möglich, einen operativen Verstärker und ein Feldeffektröhrchen zu kombinieren, um einen kontrollierten Verstärker zu bilden. Das Feldffektröhrchen wird als spannungsgesteuerter Widerstand verwendet, um eine Rückkopplungsregulierungsschleife zu bilden. Die Followabilität dieser Schaltung ist jedoch nicht so gut wie der oben genannte digitale Schaltkreis.

3. Der Einfluss des einfallenden Winkels des Ultraschallstrahls auf das Erkennungsziel auf die Rangliste. Wenn das System zur Messung des Abstand Die reflektierte Welle, die auf den empfangenden Wandler fällt) beträgt weniger als 90B, der vom System gemessene Abstand ist der gemessene Punkt (Objekt) und der Wandler. Anstelle des vertikalen Abstands D zwischen der Messebene und dem Messobjekt verursacht dies Messfehler. Die Art und Weise, dieses Problem zu lösen, besteht darin, die relevanten Kenntnisse von Dreiecken zu verwenden, um zu berechnen und zu korrigieren.

4. Totezone

Während der Entfernungsmessung dieHochfrequenz -UltraschallwandlerVerwendet eine Reihe von Ultraschallwellen als Messträger für einen bestimmten Zeitraum, sodass der Empfang erst nach Abschluss des Getriebes gestartet werden kann. Legen Sie die Zeit des Sendens des Strahls an t ein, dann kann das vom Objekt innerhalb von t -Zeit reflektierte Signal nicht erfasst werden. Darüber hinaus hat der Ultraschallsensor eine bestimmte Trägheit, dh ein Prozess von erzwungener Schwingung bis hin zur ausgewogenen Vibration bis hin zu gedämpfter Schwingung. Daher wird nach Abschluss der Übertragung eine bestimmte Vibration nach der Vibration sein. Dies nach der Vibration erzeugt auch ein Spannungssignal durch den Wandler. Das Signal ist auf das Echo -Signal überlagert, so dass die Schaltung das wahre Echo nicht identifizieren kann, das die Arbeit des Systems zur Erfassung des Rücklaufsignals stört. Daher kann das System nicht für den Echoempfang aktiviert werden, bevor die Nachschwingung verschwindet. Die beiden oben genannten Gründe verursachen den Ultraschallsensor einen bestimmten Messbereich, dh eine sogenannte blinde Zone.

Darüber hinaus gibt es viele andere Ursachen für Messfehler, beispielsweise der Befehlsvorgang dauert eine gewisse Zeit, wodurch die Messdaten, die Stabilität und Genauigkeit der Zeitbasisimpulsfrequenz und andere Materialstörungen im Feld zu groß sind Umgebung.