Projektiranje in analiza uporabe ultrazvočnega merilnika razdalje
1. Načela oblikovanja
Ultrazvočni merilniki razdalje merijo na podlagi značilnosti ultrazvočnih valov, ki se odbijajo ob naletu na ovire. Ultrazvočni oddajnik oddaja ultrazvočne valove v določeni smeri in hkrati začne meriti čas. Ultrazvočni valovi se širijo po zraku in se takoj vrnejo, ko naletijo na ovire na poti. Ko ultrazvočni sprejemnik sprejme odbite valove, takoj prekine in ustavi merjenje časa. Z nenehnim zaznavanjem odmeva, ki ga odbije ovira po oddaji ustvarjenega vala, se izmeri časovna razlika T med oddajanjem ultrazvočnega vala in sprejemom odmeva, nato pa se izračuna razdalja L. Osnovna formula za določanje obsega je: L=(△t/2)*C
Kjer je L--razdalja, ki jo je treba izmeriti
T--Časovni interval med oddanim in odbitim valom
C--Hitrost zvoka ultrazvočnih valov v zraku, ki je pri sobni temperaturi 340 m/s.
Ko je hitrost zvoka določena, lahko L dobimo z merjenjem časa povratnega potovanja ultrazvočnega vala.
2. Cilji oblikovanja ultrazvočnega daljinomera
Merilna razdalja: v območju 5 metrov; razdalja med dvema točkama je lahko pravilno prikazana preko LED; napaka je manjša od 5%.
3. Merjenje in analiza podatkov
Merjenje in analiza podatkov
Zaradi omejitev dejanskega merilnega dela je bilo za merjenje končno izbranih šest razdalj 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm in 100 cm pod enim metrom. Vsaka razdalja je bila izmerjena sedemkrat zapored, da bi dobili podatke o meritvah (temperatura: 29 stopinj), kot je prikazano v tabeli. Iz podatkov v tabeli je razvidno, da so izmerjene vrednosti praviloma nekaj centimetrov večje od dejanskih vrednosti, vendar je natančnost zveznih meritev še vedno relativno visoka.
Iz vsakega niza izmerjenih podatkov odstranite največjo vrednost in najmanjšo vrednost, nato poiščite povprečno vrednost, ki se uporabi kot končni podatek meritve, in na koncu izvedite primerjalno analizo. Obdelava podatkov na ta način ima tudi določeno mero znanstvenosti in racionalnosti. Čeprav je ultrazvočno valovanje temperaturno kompenzirano, je sodeč po podatkih v tabeli njegova relativna napaka razmeroma velika pri meritvah na relativno majhnih razdaljah. Zlasti pri merjenju razdalje 30 cm in 50 cm so relativne napake dosegle 5 % oziroma 4,8 %. Sodeč po vseh merilnih rezultatih pa so napake te zasnove relativno majhne in razmeroma stabilne. Slepa površina te zasnove je približno 22,6 cm, kar v bistvu ustreza zahtevam zasnove.
Analiza napak
Napake pri določanju obsega izvirajo predvsem iz naslednjih vidikov:
(1) Med ultrazvočno oddajno in sprejemno sondo ter izmerjeno točko obstaja določen kot, ki neposredno vpliva na vrednost izmerjene razdalje; (2) Intenzivnost ultrazvočnega odmeva je neposredno povezana z razdaljo, ki jo je treba izmeriti, zato med dejanskim merjenjem ni nujno, da ga sproži ničelna točka prvega odmeva; (3) Zaradi osnovnih orodij ima dejanska izmerjena razdalja tudi napake. Obstaja veliko dejavnikov, ki vplivajo na merilne napake, vključno z motnjami okolja na kraju samem, frekvenco impulzov časovne baze itd.
