Ultraschall-Entfernungsmesser - Design und Anwendungsanalyse
1. Gestaltungsprinzipien
Ultraschall-Entfernungsmesser messen auf Grundlage der Eigenschaften von Ultraschallwellen, die beim Auftreffen auf Hindernisse zurückgeworfen werden. Der Ultraschallsender sendet Ultraschallwellen in eine bestimmte Richtung aus und startet gleichzeitig die Zeitmessung. Die Ultraschallwellen breiten sich in der Luft aus und kehren sofort zurück, wenn sie unterwegs auf Hindernisse stoßen. Wenn der Ultraschallempfänger die reflektierten Wellen empfängt, unterbricht er sofort die Zeitmessung und stoppt sie. Durch kontinuierliches Erfassen des vom Hindernis reflektierten Echos nach dem Aussenden der erzeugten Welle wird die Zeitdifferenz T zwischen dem Senden der Ultraschallwelle und dem Empfangen des Echos gemessen und dann die Entfernung L berechnet. Die grundlegende Entfernungsformel lautet: L=(△t/2)*C
Wobei L--die zu messende Distanz ist
T--Das Zeitintervall zwischen der gesendeten Welle und der reflektierten Welle
C--Die Schallgeschwindigkeit von Ultraschallwellen in Luft, die bei Raumtemperatur mit 340 m/s angenommen wird.
Nachdem die Schallgeschwindigkeit bestimmt wurde, kann L durch Messen der Hin- und Rücklaufzeit der Ultraschallwelle ermittelt werden.
2. Designziele des Ultraschall-Entfernungsmessers
Messdistanz: innerhalb eines Bereichs von 5 Metern; die Distanz zwischen zwei Punkten kann durch LED korrekt angezeigt werden; der Fehler beträgt weniger als 5 %.
3. Datenmessung und -analyse
Datenmessung und -analyse
Aufgrund der Einschränkungen der tatsächlichen Messarbeiten wurden schließlich sechs Entfernungen von 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm und 100 cm unter einem Meter für die Messung ausgewählt. Jede Entfernung wurde siebenmal hintereinander gemessen, um die Messdaten (Temperatur: 29 Grad) zu erhalten, wie in der Tabelle gezeigt. Aus den Daten in der Tabelle ist ersichtlich, dass die gemessenen Werte im Allgemeinen mehrere Zentimeter größer sind als die tatsächlichen Werte, die Genauigkeit kontinuierlicher Messungen jedoch immer noch relativ hoch ist.
Entfernen Sie aus jedem Messdatensatz einen Maximalwert und einen Minimalwert, ermitteln Sie dann den Durchschnittswert, der als endgültige Messdaten verwendet wird, und führen Sie abschließend eine Vergleichsanalyse durch. Die Datenverarbeitung auf diese Weise weist auch ein gewisses Maß an Wissenschaftlichkeit und Rationalität auf. Gemessen an den Daten in der Tabelle ist der relative Fehler der Ultraschallwelle bei Messungen bei relativ geringen Entfernungen relativ groß, obwohl sie temperaturkompensiert ist. Insbesondere bei Entfernungsmessungen von 30 cm und 50 cm erreichten die relativen Fehler 5 % bzw. 4,8 %. Gemessen an allen Messergebnissen sind die Fehler dieses Designs jedoch relativ gering und relativ stabil. Der tote Bereich dieses Designs beträgt etwa 22,6 cm, was den Designanforderungen grundsätzlich entspricht.
Fehleranalyse
Entfernungsfehler resultieren hauptsächlich aus folgenden Aspekten:
(1) Zwischen der Ultraschall-Sende- und Empfangssonde und dem Messpunkt besteht ein bestimmter Winkel, der sich direkt auf den Wert der gemessenen Entfernung auswirkt. (2) Die Intensität des Ultraschallechos steht in direktem Zusammenhang mit der zu messenden Entfernung, sodass es während der tatsächlichen Messung nicht unbedingt durch den Nulldurchgangspunkt des ersten Echos ausgelöst wird. (3) Aufgrund der rudimentären Werkzeuge weist die tatsächlich gemessene Entfernung auch Fehler auf. Es gibt viele Faktoren, die Messfehler beeinflussen, darunter Umgebungsstörungen vor Ort, Pulsfrequenz der Zeitbasis usw.
