超聲波測距誤差的分析及修正辦法
1.超聲波傳達速度對測距的影響
安穩(wěn)準確的超聲波傳達速度是確保測量精度的必要條件。波的傳達速度取決于傳達媒質(zhì)的特性,傳達媒質(zhì)的溫度、壓力、密度對聲速都將發(fā)生直接的影響。關于測距而言,引起聲速改動的首要原因是媒質(zhì)溫度的改動,溫度改動是構成超聲波測距差錯的首要來歷之一。因而在測距進程中,有必要對超聲波速度進行批改,超聲波在空氣中傳達速度與溫度的聯(lián)絡可表示為c= 331.4×
1+t/273u33114+01607t(m/s),t為環(huán)境攝氏溫度。因而用常溫下的超聲波速度341m/s來核算不同溫度環(huán)境下的超聲測距的距離是有很大的差錯。為了跋涉測距精度,有必要對超聲波的速度進行溫度補償,用溫度傳感等測溫器件測得環(huán)境溫度的數(shù)值,然后得到該環(huán)境下的超聲波速度。也可選用聲速預置和溫度補償相結(jié)合的方法對聲速進行批改,將更有效地下降因溫度改動而發(fā)生的差錯。
2.影響回波時間t測定的要素及減小差錯的方法
在測量進程中,為了防止其他信號的干擾,跋涉測量的可靠性,單片機開端計數(shù)時,超聲傳感器常常發(fā)射由多個方波組成的脈沖串(如5~9個脈沖為一串)作為測量的載體。若接收電路中的比較器的閾值電壓為必定值,由于粉塵及其它物質(zhì)的影響,故實踐測量時,不一定是榜首個回波的過零觸發(fā)。通過對超聲波接收回波的調(diào)查剖析,發(fā)現(xiàn)接收回波經(jīng)包絡檢波后,其包絡線前沿為按指數(shù)規(guī)矩上升的曲線,大約在第九個波到包絡線的峰頂,第三個波近似為峰頂?shù)?5%。故接收電路慣例劃為接收到第3個回波時,單片機連續(xù)計數(shù)。所以畢竟測得的時間比實踐距離所對應的時間多出3脈沖發(fā)送時間,然后構成了回波時間t的測量差錯。
為了跋涉測時精度,有必要準確地檢測到榜首回波脈沖沿抵達的時間。用固定閾值的單比較器檢測回波,由于聲波在傳輸進程中存在吸收衰減和渙散丟掉,聲強隨方針距離增大,而呈指數(shù)規(guī)矩衰減,在量程規(guī)劃內(nèi),最近方針和最遠方針的回波凹凸相差較大,或許導致跳過門檻的時間前后移動,然后影響計時的準確性。
處理這一問題的方法:方法一是選用雙比器整形電路,這能較準確地對回波前沿到來的時間進行測定。如圖2所示,vm為峰值電壓,設v1為比較器1的門限電壓,v2為比較器2的門限電壓,(其間(v2》v1,其值由實驗設定),當超聲波傳感器發(fā)射超聲波時,單片機定時器t1和t0一同開端計時,當比較器1翻轉(zhuǎn)時,t0連續(xù)計時,此刻t0所計的時間為t1,當較器2翻轉(zhuǎn)時,t1連續(xù)計時,此刻t1所計時間為t2,明顯t2》t1,t是回波前沿所對應的傳達時間,則,用t核算距離比t1、t2準確度要高。
方法二是在回波接收電路中串入隨時間改動的自動增益控制電路(agc),使擴展回路在接收時間內(nèi),電壓擴展倍數(shù)隨測量距離的增大呈指數(shù)規(guī)矩增加,以補償吸收衰減和渙散丟掉,使接收回波的幅值堅持安穩(wěn)或許僅在較小規(guī)劃內(nèi)改動以滿意整形電路的要求,再通過整形電路輸出,這可大凹凸跋涉測距的精度。當然因agc電路(包括擴展器自身),對信號的階躍照應有滯后現(xiàn)象,瞬時盯梢性不一定很好,而回波信號恰恰是爆發(fā)性的,因而也存在必定的差錯,但這可忽略不計。
方法三是規(guī)劃一個在測量時間內(nèi),隨時間增加閾值電壓逐漸減小的電路,發(fā)生一個隨時增加而按指數(shù)規(guī)矩減小的閾值信號加到比較器上,這將補償因測量距離增加而構成回波凹凸的減小,以跋涉測量的準確度和重復性。選用可編程擴展器和數(shù)字電位器等器件,通過軟、硬件結(jié)合,可規(guī)劃出多種這樣的電路。也可由運算擴展器和場效應管結(jié)合構成受控擴展器,場效應管作為壓控電阻,構成反饋調(diào)度回路。但這種電路的跟從性不如上述數(shù)字電路。
3.超聲波波束對勘探方針的入射角對測距的影響
假設體系是用來測量面與點的距離,當超聲波的入射角(或反射波入射到接收換能器的角度)缺少90b時,體系測量到的距離是被測點(物)與換能器之間的距離s。而不是測量平面與被測物之間筆直距離d,這就會構成測量差錯。處理該問題的方法是運用三角形的有關常識進行核算批改。
4.盲區(qū)
在測距時,傳感器用一段時間發(fā)射一串超聲波來作為測量的載體,因而只需待發(fā)送完畢后才干發(fā)起接收,設發(fā)送波束的時間為t,則在t時間內(nèi)從物體反射回的信號就無法捕捉。其他超聲波傳感器有必定的慣性,即有一個從受迫振蕩到平衡振蕩再到阻尼振蕩的進程,故發(fā)送完畢后還有必定的余振,這種余振經(jīng)換能器相同發(fā)生電壓信號,這種電壓信號疊加到回波信號上,使電路區(qū)別不出真實的回波,然后打亂了體系捕捉回來信號作業(yè)。因而在余振未消失早年,還不能發(fā)起體系進行回波接收。以上兩個原因構成了超聲波傳感器具有必定的測量規(guī)劃,即存在所謂的盲區(qū)。
此外,引起測量差錯的還有許多,如指令作業(yè)需占用必定的時間,而使得測量的數(shù)據(jù)偏大,時基脈沖頻率的安穩(wěn)性與準確性,現(xiàn)場環(huán)境中其它物質(zhì)干擾等。
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