การออกแบบเครื่องวัดระยะทางอัลตราโซนิกและการวิเคราะห์การใช้งาน
1. หลักการออกแบบ
เรนจ์ไฟนเดอร์แบบอัลตราโซนิกจะวัดตามลักษณะของคลื่นอัลตราโซนิกที่สะท้อนกลับเมื่อเผชิญกับสิ่งกีดขวาง เครื่องส่งสัญญาณอัลตราโซนิคจะปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกไปในทิศทางที่กำหนดและเริ่มจับเวลาพร้อมกัน คลื่นอัลตราโซนิกแพร่กระจายในอากาศและกลับมาทันทีเมื่อเจอสิ่งกีดขวางระหว่างทาง เมื่อเครื่องรับอัลตราโซนิกได้รับคลื่นสะท้อน เครื่องจะขัดจังหวะและหยุดการจับเวลาทันที ด้วยการตรวจจับเสียงสะท้อนที่สะท้อนจากสิ่งกีดขวางอย่างต่อเนื่องหลังจากปล่อยคลื่นที่สร้างขึ้น จะมีการวัดความแตกต่างของเวลา T ระหว่างการส่งคลื่นอัลตราโซนิกและรับเสียงสะท้อน จากนั้นจึงคำนวณระยะทาง L สูตรการกำหนดช่วงพื้นฐานคือ: L=(△t/2)*C
โดยที่ L--ระยะทางที่จะวัด
T--ช่วงเวลาระหว่างคลื่นที่ส่งและคลื่นสะท้อน
ค--ความเร็วของเสียงของคลื่นอัลตร้าโซนิคในอากาศ ซึ่งวัดได้ 340 เมตร/วินาทีที่อุณหภูมิห้อง
หลังจากกำหนดความเร็วของเสียงแล้ว สามารถรับ L ได้โดยการวัดเวลาไปกลับของคลื่นอัลตราโซนิก
2. เป้าหมายการออกแบบของเครื่องมือค้นหาระยะอัลตราโซนิก
ระยะการวัด: ภายในช่วง 5 เมตร; ระยะห่างระหว่างจุดสองจุดสามารถแสดงได้อย่างถูกต้องผ่าน LED ข้อผิดพลาดน้อยกว่า 5%
3. การวัดและวิเคราะห์ข้อมูล
การวัดและการวิเคราะห์ข้อมูล
เนื่องจากข้อจำกัดของงานวัดจริง ในที่สุดจึงเลือกระยะการวัดหกระยะ ได้แก่ 30 ซม. 50 ซม. 70 ซม. 80 ซม. 90 ซม. และ 100 ซม. ใต้หนึ่งเมตร แต่ละระยะห่างถูกวัดเจ็ดครั้งติดต่อกันเพื่อให้ได้ข้อมูลการวัด (อุณหภูมิ: 29 องศา ) ดังแสดงในตาราง จากข้อมูลในตารางจะเห็นได้ว่าค่าที่วัดได้โดยทั่วไปจะมีขนาดใหญ่กว่าค่าจริงหลายเซนติเมตร แต่ความแม่นยำในการวัดต่อเนื่องยังค่อนข้างสูง
ลบค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดออกจากชุดข้อมูลที่วัดได้แต่ละชุด จากนั้นหาค่าเฉลี่ยซึ่งใช้เป็นข้อมูลการวัดขั้นสุดท้าย และดำเนินการวิเคราะห์เปรียบเทียบในที่สุด การประมวลผลข้อมูลในลักษณะนี้ยังมีความเป็นวิทยาศาสตร์และเหตุผลในระดับหนึ่งด้วย เมื่อพิจารณาจากข้อมูลในตาราง แม้ว่าคลื่นอัลตราโซนิกจะได้รับการชดเชยอุณหภูมิ แต่ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ของคลื่นก็ค่อนข้างใหญ่ในการวัดในระยะทางที่ค่อนข้างใกล้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดระยะทาง 30 ซม. และ 50 ซม. ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ถึง 5% และ 4.8% ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาจากผลการวัดทั้งหมดแล้ว ข้อผิดพลาดของการออกแบบนี้ค่อนข้างน้อยและค่อนข้างเสถียร พื้นที่ตาบอดของการออกแบบนี้คือประมาณ 22.6 ซม. ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ
การวิเคราะห์ข้อผิดพลาด
ข้อผิดพลาดในช่วงต่างๆ ส่วนใหญ่มาจากประเด็นต่อไปนี้:
(1) มีมุมที่แน่นอนระหว่างโพรบส่งและรับอัลตราโซนิกกับจุดที่วัด ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อค่าของระยะทางที่วัดได้ (2) ความเข้มของเสียงสะท้อนอัลตราโซนิกเกี่ยวข้องโดยตรงกับระยะทางที่จะวัด ดังนั้นในระหว่างการวัดจริง ไม่จำเป็นต้องถูกกระตุ้นโดยจุดข้ามศูนย์ของเสียงสะท้อนแรก (3) เนื่องจากเครื่องมือพื้นฐาน ระยะทางที่วัดจริงจึงมีข้อผิดพลาดเช่นกัน มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อข้อผิดพลาดในการวัด รวมถึงการรบกวนสิ่งแวดล้อมในสถานที่ทำงาน ความถี่พัลส์ฐานเวลา ฯลฯ
