جهاز قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية الدقيق مع تعويض الخطأ المباشر
ملاحة
يستخدم مقياس المسافة بالموجات فوق الصوتية سرعة انتشار الصوت لحساب مسافة الجسم المقاس. كأداة قياس حديثة، تم استخدامه على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن دقة قياس أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية لها قيود متأصلة. تستخدم معظم أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية الهواء كوسيط ناقل لنقل الموجات الصوتية. بسبب التغيرات في درجة الحرارة المحيطة، تتأثر دقة أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية بشكل مباشر بالتغيرات في درجة الحرارة المحيطة. تستخدم معظم أجهزة قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية الحالية أجهزة استشعار درجة الحرارة للتعويض عن الأخطاء الناجمة عن تغيرات درجة الحرارة. نظرًا لأن مستشعر درجة الحرارة معبأ في مستشعر الموجات فوق الصوتية، فهو ليس بعيدًا عن الجسم الذي يتم قياسه فحسب، بل إنه لا يمكنه أيضًا قياس درجة حرارة وسيط النقل بشكل مباشر. قياسه هو فقط درجة حرارة بيئة مستشعر الموجات فوق الصوتية، أو يتم حساب درجة حرارة وسيط نقل الموجة الصوتية من خلال نظرية توزيع مجال درجة الحرارة. لا يمكن لطريقة تعويض خطأ درجة الحرارة غير المباشرة هذه تلبية احتياجات دقة القياس بشكل كامل.
جهاز قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية بدقة تعويض الخطأ المباشر، بما في ذلك محول السيراميك الكهرضغطي، ومولد النبضات، ومقياس القياس، ومضخم استقبال الإشارة، والعاكس، والتحويل الرقمي إلى التناظري، والمعالج الدقيق، وواجهة الاتصال ونظام العرض، وما إلى ذلك. النقطة الأساسية هي أن نهاية إرسال الموجة الصوتية لجهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية متصلة بمقياس طول ثابت. يقع المعيار عند المحور الهندسي لمخروط الموجة المنبعثة. يحتوي الطرف الآخر من المعيار على وجه انعكاس دائري أو متعدد الأضلاع منتظم عمودي على الموجة المنبعثة. تبلغ مساحة هذه الطائرة من 3 إلى 8 أضعاف المقطع العرضي للمعيار، ويمر محور المعيار عبر المركز الهندسي للوجه العاكس ليعكس الموجات الصوتية. يتمتع جهاز تحديد المدى هذا بمزايا دقة القياس العالية والأداء الموثوق به والبنية البسيطة ويمكنه العمل في البيئات القاسية. إنه مناسب لقياس أهداف مختلفة.
حاليًا، تعاني أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية الموجودة في السوق من العيوب المذكورة أعلاه والتي تتمثل في عدم إمكانية ضمان دقة القياس عند قياس مسافة الهدف المقاس. نحن نقدم جهاز تحديد مدى بالموجات فوق الصوتية يعتمد على تعويض الخطأ المباشر ويتميز بدقة قياس عالية.
جهاز قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية بدقة تعويض الخطأ المباشر، والذي يتضمن محول سيراميك كهرضغطي، ومولد إشارة نبضية، ومعيار، ومضخم استقبال إشارة، وعاكس، وتحويل رقمي إلى تناظري، ومعالج دقيق، وواجهة اتصال ونظام عرض. النقطة الأساسية هي أن الطرف الناقل للموجة الصوتية لجهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية متصل بقضيب معياري، وموقعه عند المحور الهندسي لمخروط الموجة الناقلة. يتم تحديد طول قضيب المعيار وفقًا للاحتياجات الفعلية. مادة قضيب المعيار هي مادة معدنية أو غير معدنية ذات معامل تمدد حراري صغير. . الطرف الآخر من المعيار له مستوى صغير عمودي على الموجة المنبعثة. الشكل عبارة عن دائرة أو مضلع منتظم. مساحة المستوى من 3 إلى 8 أضعاف المقطع العرضي للمعيار. يمر محور المعيار عبر المركز الهندسي لوجه الانعكاس للانعكاس. موجات الصوت. أثناء القياس، بناءً على معامل تعويض الخطأ الذي تم الحصول عليه من الطول الفعلي للمعيار وطول المعيار الذي تم قياسه بواسطة مستشعر الموجات فوق الصوتية، يمكن الحصول على المسافة إلى الهدف المقاس بعد أن يقوم المعالج الدقيق بإجراء الحسابات.
تم اعتماد معيار تعويض الخطأ. يعمل معامل تعويض الخطأ الناتج أثناء القياس على إزالة أخطاء القياس الناجمة عن تغيرات درجة حرارة وسط نقل الموجة الصوتية والعوامل البيئية الأخرى. لذلك، يتمتع بدقة قياس عالية وأداء موثوق به ويمكن استخدامه في البيئات القاسية. يتمتع بمزايا العمل في بيئة خاصة، وبنيته بسيطة، وسهل الاستخدام، وله مجموعة واسعة من التطبيقات.
وصف الرسومات
الشكل 1 هو مخطط هيكلي تخطيطي لنموذج المنفعة.
الشكل 1
الشكل 2 هو مخطط مبدأ عمل نموذج المنفعة الحالي.
الشكل 2
وضع التنفيذ المحدد، يظهر هيكل هذا المدى في الشكل 1، وهو مدى بالموجات فوق الصوتية بدقة تعويض الخطأ المباشر، والذي يتضمن بشكل أساسي محول سيراميك كهرضغطي، ومولد إشارة نبضية، ومعيار، ومضخم استقبال إشارة، ومعالجات عاكسة، وتحويل رقمي إلى تناظري، ومعالجات دقيقة، وواجهات اتصال وأنظمة عرض. توجد واجهة الاتصال على الغطاء النهائي (1) لأحد طرفي الغلاف (3)، وتقع شاشة الكريستال السائل (2) على السطح الخارجي للغلاف (3)، وتتواصل واجهة الاتصال وشاشة العرض (2) مع المعالج الدقيق من خلال كابل اتصال. يتم تثبيت المحول السيراميك الكهرضغطي، ومولد إشارة النبضة، ومضخم استقبال الإشارة، والعاكس، والتحويل الرقمي إلى التناظري، والمعالج الدقيق في التجويف الداخلي للغلاف. النقطة الأساسية هي أن المعيار (4) متصل بالجدار الداخلي للغلاف من خلال إطار ثابت في الغلاف، ويقع على الوجه النهائي للمحول، عند المحور الهندسي لمخروط الموجة المنبعثة. إن المعيار (4) مصنوع من مادة ذات معامل تمدد حراري منخفض، ويمكن تحديد طوله وفقًا للاحتياجات الفعلية. الطرف الآخر للقطب له وجه عاكس (5) عمودي على الموجة المنبعثة. تبلغ مساحة هذه المستوى عمومًا من 3 إلى 8 أضعاف المقطع العرضي للمعيار.
وهنا كيف يعمل الأمر:
يقوم مولد إشارة النبضة داخل مقياس المدى بالموجات فوق الصوتية بتوليد إشارة نبضية بتردد معين، مما يثير المحول لتوليد موجات فوق صوتية نبضية. سيستقبل المحول موجتين فوق صوتية منعكستين، إحداهما هي الموجة الصوتية المنعكسة من جانب وجه المعيار (5)، والأخرى هي الموجات الصوتية المنعكسة من جانب الجسم المستهدف، والتي يتم تحويلها إلى إشارات كهربائية وإرسالها إلى مكبر الإشارة. بعد التضخيم، يتم إرسالها إلى المعالج الدقيق من خلال العاكس لمعالجة الإشارة الرقمية. من خلال الحسابات الأولية، يتم حساب معيار القياس الأولي لمقياس المدى بالموجات فوق الصوتية. الطول L (المسافة من الوجه النهائي للمحول إلى الوجه العاكس للمعيار) ومسافة الهدف Lc (المسافة من الوجه النهائي للمحول إلى الوجه النهائي للهدف)، نظرًا لأن الطول الفعلي Lo للمعيار معروف، يمكن الحصول على معامل تعويض الخطأ المباشر α=Lo/L، يتم استخدام معامل تعويض الخطأ α للقضاء على تأثير التغيرات في درجة حرارة وسط الهواء والبيئة المحيطة على دقة قياس مسافة الهدف. بعد النظر في تعويض الخطأ،
وأخيرًا، يتم حساب المسافة الفعلية المقاسة L1=αLo لجسم الهدف المقاس.
من أجل تحسين دقة قياس المستشعر بشكل أكبر، يمكن قياس المسافة إلى نفس النقطة عدة مرات، ويتم استخدام متوسط قيمة القياس للحصول على مسافة القياس النهائية D:
د=(دي)-د ماكس-د مين]/(ن-2)
Zdi - مجموع القياسات n
dmax - القيمة القصوى بين n قياسات
dmin - الحد الأدنى للقيمة بين n قياسات
n - عدد القياسات في نفس النقطة، يوصى بأن يكون n=10 أو نحو ذلك
يتم معالجة كافة الحسابات من خلال البرنامج المدمج في جهاز قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية، ويتم معالجة البيانات المقاسة تلقائيًا وعرضها على شاشة LCD أو نقلها إلى وحدات تحكم أخرى.
