超聲波傳感器知識(shí)(第四部分):測(cè)量精度的影響
對(duì)于超聲波傳感器,測(cè)量精度通常是指模擬輸出的測(cè)量值的絕對(duì)精度。基于回波傳輸時(shí)間,超聲波傳感器的測(cè)量精度依靠數(shù)個(gè)物理參數(shù)。這些參數(shù)通常與空氣和內(nèi)部偏差相關(guān)。
環(huán)境影響
空氣溫度
空氣溫度對(duì)超聲波傳感器的測(cè)量精度有很大的影響。超聲波脈沖的回波的傳播時(shí)間被測(cè)量后,傳感器用聲速計(jì)算到目標(biāo)物的距離。然而,由于空氣溫度的改變,聲速每Kelvin改變0.17%. 幾乎所有的倍加福超聲波傳感器都有一個(gè)溫度探測(cè)器來(lái)彌補(bǔ)這種影響。這個(gè)探測(cè)器測(cè)量環(huán)境溫度,傳感器修正測(cè)量值的相關(guān)溫度偏移(詳見溫度補(bǔ)償)。
濕度
在室溫和較低的溫度下,濕度對(duì)聲速的影響可以忽略不計(jì)。然而,在高溫下,聲速隨著濕度的增高而增高。
氣壓
聲速在海平面和3000米海拔高度傳播時(shí)下降不到1%。指定位置的大氣波動(dòng)可以忽略不計(jì),對(duì)聲速的影響是難以衡量的。
氣流
如果目標(biāo)物有標(biāo)準(zhǔn)反射板的反射特性,一般氣流(風(fēng))7kn(50-61.5 km/h)對(duì)超聲波測(cè)量沒有影響。暴風(fēng)雨天氣或者颶風(fēng)可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的測(cè)量(信號(hào)衰減)。關(guān)于聲速的變化,沒有得出常規(guī)的結(jié)論。這是因?yàn)闅饬鞣较蚝蜌饬魉俣葧r(shí)常改變。舉個(gè)例子,特別是熱的目標(biāo)物,比如炙熱的金屬,可以引起嚴(yán)重的空氣擾動(dòng)。超聲波可以是分散的或者偏離的,沒有可測(cè)量的回波返回。
漆霧
漆霧對(duì)超聲波傳感器的工作沒有明顯的影響。然而,霧不允許堆積在工作中的換能器表面,以免影響換能器的敏感度。
外部噪音
外部噪音和被測(cè)目標(biāo)物的回波是不同的,通常不會(huì)引起誤判。如果干擾源與超聲波傳感器有同樣的頻率,內(nèi)部噪音的振幅一定不會(huì)超過(guò)目標(biāo)回聲的振幅。舉個(gè)例子,當(dāng)用石頭填滿一個(gè)筒倉(cāng)時(shí),這種事情會(huì)發(fā)生。
氣體類型
倍加福的超聲波傳感器是為在大氣中工作所設(shè)計(jì)的。在其他氣體中工作(如二氧化碳中)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的測(cè)量錯(cuò)誤或甚至全部的功能損失,由于聲速的偏差和衰減。
溫度補(bǔ)償
超聲波傳感器使用回波傳輸時(shí)間的方法原理,即測(cè)量超聲波脈沖發(fā)出和測(cè)得回波的時(shí)間間隔。超聲波傳感器通過(guò)聲速來(lái)計(jì)算目標(biāo)物的距離。當(dāng)聲音在空氣中傳播時(shí),聲速在室溫下大概是344 m/s。然而。聲速是依靠溫度來(lái)改變的,每升高一攝氏度改變約17%。倍加福大多數(shù)的超聲波傳感器可以在-25? C到+70? C的溫度范圍工作。
沒有溫度補(bǔ)償和100厘米的測(cè)量距離,20? C的溫度改變會(huì)導(dǎo)致在70? C時(shí)-8.5厘米的誤差和在-25? C時(shí)+7.65厘米的誤差。
因此,大多數(shù)的超聲波傳感器配有溫度探測(cè)器用于測(cè)量距離的修正。這個(gè)補(bǔ)償可以在超聲波傳感器從-25? C 到+70? C工作范圍內(nèi)執(zhí)行,并得到±1.5%的測(cè)量精度。
精度
精度/絕對(duì)精度指的是輸出值和測(cè)量值之間的差異,測(cè)量值是由超聲波傳感器實(shí)際測(cè)量目標(biāo)物的距離。 從實(shí)用性的角度來(lái)看,在工業(yè)應(yīng)用中,在- 25?到+70? C的工作范圍下,超聲波傳感器可以實(shí)現(xiàn)1% 到 3%的絕對(duì)精度。高精度可以在非常穩(wěn)定的環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)。在這種情況下,可以關(guān)閉溫度補(bǔ)償。(使用編程工具)
另一種可能是使用超聲波參考傳感器。 這種方法涉及安裝第二個(gè)同類型的傳感器,與測(cè)量傳感器平行,與固定的目標(biāo)物對(duì)齊。如果在測(cè)量范圍內(nèi)的環(huán)境條件發(fā)生改變,到目標(biāo)物的距離也會(huì)隨著聲速的改變而改變。測(cè)量值被錯(cuò)誤的數(shù)值糾正。
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