تصميم مقياس المسافة بالموجات فوق الصوتية وتحليل التطبيق
1. مبادئ التصميم
تقوم أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية بالقياس بناءً على خصائص الموجات فوق الصوتية المنعكسة عند مواجهة العوائق. يرسل جهاز الإرسال بالموجات فوق الصوتية موجات فوق صوتية في اتجاه معين ويبدأ التوقيت في نفس الوقت. تنتشر الموجات فوق الصوتية في الهواء وتعود فورًا عند مواجهة عوائق في الطريق. عندما يستقبل جهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية الموجات المنعكسة، فإنه يقطع التوقيت ويوقفه على الفور. من خلال الكشف المستمر عن الصدى المنعكس عن العائق بعد انبعاث الموجة المتولدة، يتم قياس الفارق الزمني T بين إرسال الموجات فوق الصوتية واستقبال الصدى، ومن ثم يتم حساب المسافة L. صيغة النطاق الأساسية هي: L=(△t/2)*C
حيث L -- المسافة المراد قياسها
T -- الفاصل الزمني بين الموجة المنقولة والموجة المنعكسة
C--سرعة صوت الموجات فوق الصوتية في الهواء، والتي تساوي 340 م/ث عند درجة حرارة الغرفة.
بعد تحديد سرعة الصوت، يمكن الحصول على L عن طريق قياس زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا للموجة فوق الصوتية.
2. أهداف تصميم جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية
مسافة القياس: ضمن نطاق 5 أمتار؛ يمكن عرض المسافة بين نقطتين بشكل صحيح من خلال LED؛ الخطأ أقل من 5%.
3. قياس البيانات وتحليلها
قياس وتحليل البيانات
نظرًا للقيود المفروضة على أعمال القياس الفعلية، تم أخيرًا اختيار ستة مسافات هي 30 سم، و50 سم، و70 سم، و80 سم، و90 سم، و100 سم تحت متر واحد للقياس. وتم قياس كل مسافة سبع مرات متتالية للحصول على بيانات القياس (درجة الحرارة: 29 درجة)، كما هو موضح في الجدول. ويتبين من البيانات الواردة في الجدول أن القيم المقاسة تكون عمومًا أكبر بعدة سنتيمترات من القيم الفعلية، إلا أن دقة القياسات المستمرة لا تزال عالية نسبيًا.
قم بإزالة القيمة القصوى والحد الأدنى من كل مجموعة من البيانات المقاسة، ثم ابحث عن القيمة المتوسطة، والتي يتم استخدامها كبيانات القياس النهائية، وأخيرًا قم بإجراء التحليل المقارن. معالجة البيانات بهذه الطريقة لديها أيضًا درجة معينة من العلمية والعقلانية. انطلاقًا من البيانات الواردة في الجدول، على الرغم من أن الموجات فوق الصوتية يتم تعويضها بدرجة الحرارة، إلا أن خطأها النسبي يكون كبيرًا نسبيًا في القياسات على مسافات قريبة نسبيًا. خاصة بالنسبة لقياس المسافة 30 سم و50 سم، وصلت الأخطاء النسبية إلى 5% و4.8% على التوالي. ومع ذلك، انطلاقا من جميع نتائج القياس، فإن أخطاء هذا التصميم صغيرة نسبيا ومستقرة نسبيا. تبلغ المنطقة العمياء لهذا التصميم حوالي 22.6 سم، وهو ما يلبي متطلبات التصميم بشكل أساسي.
تحليل الأخطاء
تأتي أخطاء النطاق بشكل رئيسي من الجوانب التالية:
(1) هناك زاوية معينة بين مسبار النقل والموجات فوق الصوتية والاستلام والنقطة المقاسة ، والتي تؤثر بشكل مباشر على قيمة المسافة المقاسة ؛ (2) ترتبط شدة الصدى بالموجات فوق الصوتية مباشرة بالمسافة التي سيتم قياسها ، لذلك أثناء القياس الفعلي ، لا يتم تشغيله بالضرورة بواسطة نقطة التعرق الصفري للتصدى الأول ؛ (3) بسبب الأدوات البدائية ، فإن المسافة الفعلية المقاسة لها أيضًا أخطاء. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على أخطاء القياس ، بما في ذلك التداخل البيئي في الموقع ، وتردد نبض قاعدة الوقت ، إلخ.
