Ultrasonik mesafe ölçer tasarımı ve uygulama analizi
1. Tasarım ilkeleri
Ultrasonik telemetreler, engellerle karşılaşıldığında geri yansıyan ultrasonik dalgaların özelliklerine göre ölçüm yapar. Ultrasonik verici belirli bir yönde ultrasonik dalgalar yayar ve aynı anda zamanlamayı başlatır. Ultrasonik dalgalar havada yayılır ve yolda engellerle karşılaşıldığında hemen geri döner. Ultrasonik alıcı yansıyan dalgaları aldığında zamanlamayı anında keser ve durdurur. Oluşturulan dalga yayıldıktan sonra engelin yansıttığı yankı sürekli olarak algılanarak ultrasonik dalganın iletilmesi ile yankının alınması arasındaki zaman farkı T ölçülür ve ardından L mesafesi hesaplanır. Temel aralık formülü şöyledir: L=(△t/2)*C
Burada L--ölçülecek mesafe
T--İletilen dalga ile yansıyan dalga arasındaki zaman aralığı
C--Oda sıcaklığında 340 m/s olarak alınan ultrasonik dalgaların havadaki ses hızı.
Sesin hızı belirlendikten sonra ultrasonik dalganın gidiş-dönüş süresi ölçülerek L elde edilebilir.
2. Ultrasonik telemetrenin tasarım hedefleri
Ölçüm mesafesi: 5 metrelik bir aralıkta; LED sayesinde iki nokta arasındaki mesafe doğru şekilde görüntülenebiliyor; hata %5'ten azdır.
3. Veri ölçümü ve analizi
Veri ölçümü ve analizi
Gerçek ölçüm çalışmasının sınırlamaları nedeniyle, son olarak ölçüm için bir metrenin altında 30 cm, 50 cm, 70 cm, 80 cm, 90 cm ve 100 cm'lik altı mesafe seçildi. Tabloda gösterildiği gibi ölçüm verilerini (sıcaklık: 29 derece) elde etmek için her mesafe arka arkaya yedi kez ölçüldü. Tablodaki verilerden, ölçülen değerlerin genellikle gerçek değerlerden birkaç santimetre daha büyük olduğu ancak sürekli ölçümlerin doğruluğunun hala nispeten yüksek olduğu görülmektedir.
Ölçülen her veri kümesinden bir maksimum değeri ve bir minimum değeri çıkarın ve ardından nihai ölçüm verileri olarak kullanılan ortalama değeri bulun ve son olarak karşılaştırmalı analiz yapın. Verilerin bu şekilde işlenmesi de belli bir bilimsellik ve rasyonelliğe sahiptir. Tablodaki verilere bakılırsa, ultrasonik dalga sıcaklık telafili olmasına rağmen, nispeten yakın mesafelerde yapılan ölçümlerde göreceli hatası nispeten büyüktür. Özellikle 30 cm ve 50 cm'lik mesafe ölçümünde bağıl hatalar sırasıyla %5 ve %4,8'e ulaştı. Ancak tüm ölçüm sonuçlarına bakıldığında bu tasarımın hatalarının nispeten küçük ve nispeten kararlı olduğu görülmektedir. Bu tasarımın kör alanı yaklaşık 22,6 cm olup, temel olarak tasarım gereksinimlerini karşılamaktadır.
Hata analizi
Aralık hataları esas olarak aşağıdaki yönlerden kaynaklanır:
(1) Ultrasonik verici ve alıcı prob ile ölçülen nokta arasında, ölçülen mesafenin değerini doğrudan etkileyen belirli bir açı vardır; (2) Ultrasonik yankının yoğunluğu, ölçülecek mesafeyle doğrudan ilişkilidir, dolayısıyla gerçek ölçüm sırasında, ilk yankının sıfır geçiş noktası tarafından tetiklenmesi zorunlu değildir; (3) İlkel araçlardan dolayı, ölçülen gerçek mesafe de hatalara sahiptir. Ölçüm hatalarını etkileyen birçok faktör vardır; bunlar arasında sahadaki çevresel girişim, zaman bazlı darbe frekansı vb. yer alır.
