Phân tích ứng dụng và thiết kế phạm vi siêu âm
Bài báo này sử dụng mối quan hệ giữa khoảng cách và thời gian trong truyền siêu âm và sử dụng máy vi tính chip đơn AT89C51 để điều khiển và xử lý dữ liệu, đồng thời thiết kế một máy đo khoảng cách siêu âm có thể đo khoảng cách giữa hai điểm. Máy đo khoảng cách chủ yếu bao gồm mạch phát siêu âm, mạch thu siêu âm, mạch điều khiển máy vi tính đơn chip, mạch phát hiện nhiệt độ môi trường và mạch hiển thị. Sử dụng máy đo khoảng cách siêu âm được thiết kế, các khoảng cách khác nhau được kiểm tra và phân tích lỗi chi tiết được thực hiện.
Cảm biến nhiệt độ vi điều khiển đo khoảng cách siêu âm
Với sự phát triển của xã hội, con người ngày càng có những yêu cầu cao hơn đối với việc đo khoảng cách hoặc độ dài. Phạm vi siêu âm ngày càng được chú ý nhiều hơn do phép đo không tiếp xúc và độ chính xác tương đối cao. Công cụ tìm phạm vi siêu âm được thiết kế trong bài báo này có thể kiểm tra các khoảng cách khác nhau và thực hiện phân tích lỗi chi tiết.
1. Nguyên tắc thiết kế
Máy đo khoảng cách siêu âm hoạt động dựa trên đặc tính sóng siêu âm phản xạ trở lại khi gặp vật cản. Máy phát siêu âm phát ra sóng siêu âm theo một hướng nhất định và bắt đầu tính thời gian cùng lúc với quá trình phát xạ. Sóng siêu âm lan truyền trong không khí và quay trở lại ngay lập tức khi gặp chướng ngại vật trên đường đi, và máy thu siêu âm ngay lập tức ngắt và dừng thời gian khi nhận được sóng phản xạ. Bằng cách liên tục phát hiện tiếng vang phản xạ bởi các chướng ngại vật sau khi sóng được tạo ra được phát ra, chênh lệch thời gian T giữa sóng siêu âm phát ra và tiếng vang nhận được sẽ được đo, sau đó tính toán khoảng cách L. Công thức phạm vi cơ bản là: L=(△t/2)*C
Trong đó L - khoảng cách cần đo
T - khoảng thời gian giữa sóng truyền và sóng phản xạ
C——Tốc độ âm thanh của sóng siêu âm trong không khí, được lấy bằng 340m/s ở nhiệt độ phòng
Sau khi tốc độ âm thanh được xác định, L có thể thu được bằng cách đo thời gian khứ hồi của sóng siêu âm.
2. Mục tiêu thiết kế công cụ tìm phạm vi siêu âm
Khoảng cách đo: trong vòng 5 mét; khoảng cách giữa hai điểm có thể được hiển thị chính xác thông qua đèn LED; sai số nhỏ hơn 5 phần trăm.
3. Đo lường và phân tích dữ liệu
1. Đo lường và phân tích dữ liệu
Do những hạn chế của công việc đo lường thực tế, sáu khoảng cách 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm và 100 cm dưới một mét đã được chọn để đo và mỗi khoảng cách được đo bảy lần liên tục để thu được dữ liệu đo (nhiệt độ: 29 độ ), như thể hiện trong bảng. Từ dữ liệu trong bảng có thể thấy rằng giá trị đo được thường lớn hơn giá trị thực tế vài cm, nhưng độ chính xác của phép đo liên tục tương đối cao.
Đối với mỗi bộ dữ liệu đo được, giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất được loại bỏ, sau đó giá trị trung bình được tính toán, giá trị này được sử dụng làm dữ liệu đo cuối cùng và cuối cùng tiến hành phân tích so sánh. Việc xử lý số liệu này cũng có tính khoa học và hợp lý nhất định. Từ dữ liệu trong bảng, mặc dù việc bù nhiệt độ đã được thực hiện trên sóng siêu âm, nhưng sai số tương đối lớn khi đo khoảng cách tương đối ngắn. Đặc biệt đối với phép đo khoảng cách 30cm và 50cm, sai số tương đối lần lượt đạt 5% và 4,8%. Nhưng từ tất cả các kết quả đo đạc, sai số của thiết kế này tương đối nhỏ và tương đối ổn định. Vùng mù của thiết kế này là khoảng 22,6cm, về cơ bản đáp ứng các yêu cầu thiết kế.
2. Phân tích lỗi
Lỗi phạm vi chủ yếu xuất phát từ các khía cạnh sau:
(1) Có một góc nhất định giữa đầu dò truyền và nhận siêu âm và điểm đo, ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị tối đa của khoảng cách đo; (2) Cường độ âm thanh dội lại siêu âm có liên quan trực tiếp đến khoảng cách cần đo, do đó, phép đo thực tế Nó không nhất thiết phải là kích hoạt vượt qua 0 của tiếng vang; (3) Do dụng cụ thô sơ nên khoảng cách đo thực tế cũng có sai số. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến lỗi đo lường, bao gồm nhiễu môi trường trường, tần số xung cơ sở thời gian, v.v.
4. Phân tích ứng dụng
Việc sử dụng siêu âm để đo khoảng cách mặt đất trong khí quyển là một công nghệ chỉ được áp dụng chính thức sau khi công nghệ điện tử hiện đại phát triển. Vì phạm vi siêu âm là công nghệ phát hiện không tiếp xúc nên nó không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng, màu sắc của vật được đo, v.v. và có thể được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt. (chẳng hạn như chứa bụi) có khả năng thích ứng nhất định. Do đó, nó cực kỳ linh hoạt. Ví dụ: khảo sát và lập bản đồ địa hình, xây dựng nhà cửa, cầu đường, đào mỏ, giếng dầu, v.v., sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách mặt đất là sử dụng công nghệ quang điện. Ưu điểm của máy đo khoảng cách siêu âm là: giá thành của thiết bị thấp hơn so với máy đo khoảng cách sóng ánh sáng Thấp, tiết kiệm nhân công, dễ vận hành.
Máy đo khoảng cách siêu âm cũng được sử dụng trong công nghệ robot tiên tiến. Nguồn siêu âm được lắp đặt trên robot, liên tục phát ra sóng siêu âm ra môi trường xung quanh, đồng thời thu nhận tiếng vang phản xạ từ vật cản để xác định vị trí của chính robot, đồng thời dùng làm cảm biến để điều khiển robot. máy tính và như vậy. Vì sóng siêu âm dễ phát xạ định hướng, định hướng tốt và dễ kiểm soát cường độ nên giá trị ứng dụng của nó đã được đánh giá rộng rãi.
Nói một cách dễ hiểu, có thể thấy từ phân tích trên rằng việc sử dụng phạm vi siêu âm có nhiều lợi thế về nhiều mặt. Vì vậy, nghiên cứu của đề tài này rất thiết thực và có giá trị thương mại.
