Ultraheli kaugusmõõdiku projekteerimine ja rakendusanalüüs
1. Disaini põhimõtted
Ultraheli kaugusmõõturid mõõdavad takistustega kokku puutudes tagasi peegelduvate ultrahelilainete omaduste põhjal. Ultrahelisaatja kiirgab ultrahelilaineid kindlas suunas ja alustab samal ajal ajastust. Ultrahelilained levivad õhus ja naasevad teel takistustega kokku puutudes kohe. Kui ultraheli vastuvõtja võtab vastu peegeldunud lained, katkestab ja peatab see viivitamatult ajastuse. Takistusest peegelduva kaja pideva tuvastamisega pärast genereeritud laine väljastamist mõõdetakse ultrahelilaine edastamise ja kaja vastuvõtmise ajavahe T ning seejärel arvutatakse kaugus L. Põhiline vahemiku valem on: L=(△t/2)*C
Kus L--mõõdetav kaugus
T--Ajavahemik edastatud laine ja peegeldunud laine vahel
C--Ultraheli lainete heli kiirus õhus, mis on toatemperatuuril 340 m/s.
Pärast helikiiruse määramist saab L saada ultrahelilaine edasi-tagasi aja mõõtmisega.
2. Ultraheli kaugusmõõtja disainieesmärgid
Mõõtekaugus: 5 meetri ulatuses; kahe punkti vahelist kaugust saab õigesti kuvada LED-i kaudu; viga on alla 5%.
3. Andmete mõõtmine ja analüüs
Andmete mõõtmine ja analüüs
Tegeliku mõõtmistöö piirangute tõttu valiti lõpuks mõõtmiseks kuus kaugust 30cm, 50cm, 70cm, 80cm, 90cm ja 100cm alla ühe meetri. Mõõtmisandmete saamiseks (temperatuur: 29 kraadi) mõõdeti iga kaugust seitse korda järjest, nagu on näidatud tabelis. Tabeli andmetest on näha, et mõõdetud väärtused on üldjuhul tegelikest väärtustest mitu sentimeetrit suuremad, kuid pideva mõõtmise täpsus on siiski suhteliselt kõrge.
Eemaldage igast mõõtmisandmete komplektist maksimaalne ja minimaalne väärtus ning seejärel leidke keskmine väärtus, mida kasutatakse lõplike mõõtmisandmetena, ja viige läbi võrdlev analüüs. Andmete sellisel töötlemisel on ka teatav teaduslikkuse ja ratsionaalsuse määr. Tabeli andmete põhjal otsustades, et kuigi ultrahelilaine on temperatuurikompenseeritud, on selle suhteline viga suhteliselt suur mõõtmiste puhul suhteliselt lähedalt. Eriti 30 cm ja 50 cm kauguse mõõtmisel ulatusid suhtelised vead vastavalt 5% ja 4,8%. Kuid kõigi mõõtmistulemuste põhjal otsustades on selle konstruktsiooni vead suhteliselt väikesed ja suhteliselt stabiilsed. Selle disaini pimeala on umbes 22,6 cm, mis vastab põhimõtteliselt disaininõuetele.
Veaanalüüs
Vahemiku vead tulenevad peamiselt järgmistest aspektidest:
(1) Ultraheli saate- ja vastuvõtusondi ning mõõdetud punkti vahel on teatud nurk, mis mõjutab otseselt mõõdetud kauguse väärtust; (2) Ultraheli kaja intensiivsus on otseselt seotud mõõdetava kaugusega, nii et tegeliku mõõtmise ajal ei vallandu see tingimata esimese kaja nullpunktist; (3) Algsete tööriistade tõttu on ka tegelikul mõõdetud vahemaal vigu. Mõõtmisvigu mõjutavad paljud tegurid, sealhulgas kohapealsed keskkonnahäired, aja baasimpulsi sagedus jne.
