Разработка методики поверки датчика определения расстояния и датчика касания
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
зован и для обнаружения отраженной волны. Основное назначение датчиков - обнаруживать присутствие или отсутствие препятствия, но данный принцип (time of flight) позволяет также по времени возвращения эха при известной скорости распространения звука рассчитывать расстояние до объекта.[1-5]
Ультразвук представляет собой не что иное, как вибрацию на частоте > 20 кГц. Большинство коммерчески доступных преобразователей работает на частотах в диапазоне 40-250 кГц.
Вариации акустических параметров датчиков, окружающая среда и различные цели значительно влияют на работу устройств [6].
В ультразвуковом датчике преобразователь генерирует короткий импульс, направляемый на цель и возвращающийся обратно
Важно, что скорость звука является функцией состава и температуры среды (воздуха) и влияет на точность и разрешение датчика. Точность измерений расстояния прямо пропорциональна точности значения скорости звука, используемого в вычислениях, и варьируется в реальных условиях от 345 м/c при комнатной температуре до более чем 380 м/c при температуре порядка 70 C. Длина звуковой волны
? = c /СУ(1)
является функцией скорости ультразвука c и взаимосвязана с его частотой СУ, поэтому эти параметры (длина волны и частота) также влияют на разрешение и точность, а также минимальный размер целей и диапазон расстояний, измеряемых датчиком.
Затухание звука является функцией частоты и влажности, что влияет на максимальное расстояние, детектируемое датчиком. Длинные волны (с меньшей частотой) характеризуются меньшим затуханием. На частотах свыше 125 кГц максимальное затухание случается при относительной влажности 100%, на частотах 40 кГц - уже при влажности в 50%. Так как датчик должен работать при любых значениях влажности, в расчетах используется максимальное затухание для каждой частоты.
Фоновые шумы являются функцией частоты и уменьшаются с ее увеличением, также оказывая влияние на максимально детектируемое расстояние и минимальный размер цели. Разрешение и точность на высоких частотах выше, тогда как диапазон выше с более длинными волнами.
.1.2 Датчик касания
Датчик касания это кнопка, у которой возможно два состояния - нажато и отжато. Программно датчик распознает еще одно состояние Касание.
Увидеть на экране дисплея реакцию датчика касания можно в режиме Просмотра. При не нажатой кнопке датчика на дисплее появляется 0, а при нажатой - 1.
Добавив в конструкцию робота датчик касания (например в виде бампера) вы можете сделать так, чтобы робот изменил поведение при активации датчика.
Датчик касания является одним из органов осязания для роботов, что делает его необходимым там где требуется реакция робота на объекты.
Датчик касания позволяет роботу осуществлять прикосновения.
Сенсор нажатия может определить момент нажатия на него чего-либо, а так же момент освобождения.
Датчик касания представлен на рис.2.
Рис.2 Датчик касания
.2 Используемые образцовые приборы и дополнительное оборудование
.2.1 Микрометр
Для замера холостого хода у датчика касания необходим микрометр (или Индикатор часового типа) ИЧ-25 который будет измерять расстояние прошедшее датчиком до момента срабатывания.
ИЧ-25 предназначен для измерения линейных размеров абсолютным и относительным методами, определения величины отклонений от заданной геометрической формы и взаимного расположения поверхностей.
На рис.3 представлены несколько видов индикаторов.
Рис.3. Индикаторы часового типа
Параметры микрометра ИЧ 25:
диапазон измерений 0-25 мм.
цена деления 0.01 мм.
габариты 159х85х51 мм.
2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
.1 Датчик касания
.1.1 Принцип работы датчика касания
Датчик касания работает как кнопка, у которой возможно два состояния - нажато (pressed) и отжато (released). Программно датчик распознает еще одно состояние - Касание (Bumped).(рис.4)
Рис.4. Состояния датчика касания
На рис.5 изображена принципиальная схема датчика касания.
Рис.5. Принципиальная схема датчика касания
.1.2 Методика поверки датчика касания
Цель работы: определение расстояния холостого хода датчика до момента срабатывания с помощью микрометра ИЧ 25. В эксперименте поверяется 4 разных датчика касания.
Порядок проведения поверки:
. Подключить датчик к контроллеру, как показано на рис.6.
Рис. 6 Структурная схема соединения приборов
. Включить контроллер и обеспечить вывод показаний на дисплей.
. Поставить датчик и микрометр на стенд.
. Медленно сближая поверхность и датчик снять показания с микрометра в момент срабатывания датчика.
. Занести показания в таблицу.
. Построить график зависимости показаний контроллера.
. Повторить пункт 4 пять раз.
. Повторить пункты 4-8 для остальных датчиков.
. Построить графики показаний микрометра для каждого датчика.
.1.3 Результаты поверки датчика касания
Таблица 1
Результаты измерения холостого хода четырех датчиков
№ опытаДатчик 1Датчик 2Датчик 3Датчик 412,22,632,552,7322,532,282,872,9232,442,462,852,6842,472,582,872,7352,482,452,542,69Среднее арифметическое2,4242,482,7362,75Дисперсия0,0133840,014760,0243840,00764Среднее квадратичное отклонение0,1156892390,121490740,156153770,087407094
.1.4 Примеры обработки результатов поверки датчика касания
. Среднеарифметическое значение холостого хода.
,(2)
= .
. Дисперсия значений холостого хода.
= ,(3)