3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW.

Transkrypt

1 3. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM ULTRADŹWIĘKÓW. Przy rozchodzeniu się fal dźwiękowych może dochodzić do częściowego lub całkowitego odbicia oraz przenikania fali przez granice ośrodków. Przeszkody napotykane na drodze rozprzestrzeniania się dźwięku mogą doprowadzić do uginania się, czyli jakby opływania przeszkody. Stopień uginania się biegnącej fali akustycznej zależy od długości tej fali i wielkości przedmiotu stanowiącego przeszkodę. W miarę wzrostu częstotliwości drgań, kiedy długość fali maleje (co dotyczy szczególnie obszaru ultradźwiękowego) uginanie się staje się coraz mniejsze. O ile jeszcze w zakresie niższych częstotliwości fal ultradźwiękowych występuje jeszcze zjawisko ugięcia, to w przypadku wyższych częstotliwości rozchodzenie się tych fal występuje prawie prostoliniowo, co pozwala na ich skupienie lub rozpraszanie za pomocą soczewek, czy też zwierciadeł akustycznych Pomiar z wykorzystaniem ultradźwięków Układ pomiarowy: Rys.6. Układ pomiarowy do pomiarów odległości dalmierzem ultradźwiękowym Pomiar polegał na przesuwaniu obiektu, do którego była mierzona odległość. Wynik pomiaru był spisywany z odległościomierza, dane te pozwoliły na analizę dokładności pomiaru z wykorzystaniem skonstruowanego przez nas układu odległościomierza. Rysunek 7 przedstawia zależność odległości rzeczywistej do zmierzonej w przypadku obiektu plastikowego. Plastik Odległość zmierzona[cm] Odległość rzeczywista[cm] Plastik

2 Rys.7. Wyniki pomiaru dla obiektu plastikowego Zależność odległości zmierzonej i rzeczywistej dla obiektu kartonowego przedstawia rysunek 8. Odległość zmierzona [cm] Karton Karton 8. Wyniki pomiaru dla kartonu Rys. W przypadku obiektów, które dobrze odbijają fale ultradźwiękowe pomiar odległości jest wystarczająco precyzyjny dla zastosowań w robotyce. Zasięg pomiaru zależy silnie od wielkości obiektu, dlatego w przypadku kartonu (duże pudło) uzyskano pomiar odległości do prawie 5cm a w przypadku obiektu plastikowego (ściana obiektu prostopadła do wiązki ultradźwięków miała wymiary cm na cm). Duże błędy pomiaru występują dla odległości mniejszych od cm, co ma bezpośredni związek z wpływem konstrukcji odległościomierza (niezerowa odległość pomiędzy czujnikami). Zależność odległości zmierzonej i rzeczywistej dla obiektu kartonowego przedstawia rysunek 9. Odległość zmierzona [cm] Bawełna Bawełna Rys.9. Wyniki pomiaru dla bawełny

3 Ze względu na silne tłumienie fal ultradźwiękowych przez bawełnę pomiar jest obarczony dużym błędem oraz bardzo małym zasięgiem, do cm, co jest prawie -cio krotnie mniej niż w przypadku kartonu. Zależność odległości zmierzonej i rzeczywistej dla obiektu kartonowego przedstawia rysunek. Odległość zmierzona [cm] Szklanka 3 4 Szklanka Rys.. Wyniki pomiaru dla szklanki Ze względu na rozstawienie nadajnika i odbiornika ultradźwiękowego w odległości porównywalnej ze średnicą szklanki obserwuje się zmiany wskazań przyrządu dla pewnych odległości. Ma to bezpośredni związek z kształtem obiektu w przypadku kartonu czy plastiku ultradźwięki trafiały na prostą płaszczyznę, co pozwalało na poprawny pomiar, w przypadku szklanki zaokrąglenie powierzchni powoduje zmiany we wskazaniach. Pomiar kończy się przed 4cm ze względu na niewielkie wymiary obiektu. Zestawienie wszystkich obiektów na jednym wykresie przedstawia rysunek : Porównanie odległości dla czterech róznych materiałów Odległość zmierzona [cm] Plastik Karton Szklanka Bawełna Rys.. Zestawienie wyników pomiaru dla wszystkich materiałów

4 3.. Pomiar odległości od obiektu, który nie znajduje się centralnie na osi odległościomierza (obiekt przemieszczany równolegle do odległościomierza) Układ pomiarowy przedstawiony jest na rysunku : Rys.. Układ pomiarowy Obiekt był przemieszczany wokół osi oznaczonej na rysunku 9 jako y w odległości od odległościomierza cm, cm i 3cm. Przemieszczany obiekt - prostopadłościan o wymiarach 37mm x 6mm x37mm ustawiony prostopadle do miernika od strony mniejszej ściany. Pomiar dokonywany był w 5 strefach : Oś nadajnika obiekt znajduje się dokładnie na osi nadajnika. Oś odbiornika obiekt znajduje się dokładnie na osi odbiornika. Symetrycznie obiekt znajduje się dokładnie pomiędzy osiami nadajnika i odbiornika Bliżej nadajnika krawędź obiektu znajduje się po prawej stronie od osi nadajnika. Bliżej odbiornika krawędź obiektu znajduje się po lewej stronie od osi odbiornika. Odległość od obiektu: cm Oś Oś Bliżej Bliżej nadajnika odbiornika Symetrycznie nadajnika odbiornika x[cm] 8,6 3,4 9, 9, 9,5 Odległość od obiektu: cm Oś Oś Bliżej Bliżej nadajnika odbiornika Symetrycznie nadajnika odbiornika x[cm],,6,8, Tabela3 Tabela4 Tabela5 Odległość od obiektu: 3 cm Oś Oś Bliżej Bliżej nadajnika odbiornika Symetrycznie nadajnika odbiornika x[cm] 3, 3,7 3,7 3,5 3

5 4. WYNIKI POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM CZUJNIKA PODCZERWIENI TYPU GPD: Układ pomiarowy do pomiarów odległości przedstawiony jest na rysunku : Rys.3. Układ pomiarowy czujnika GPD Czujnik GPD ma wyjście napięciowe, napięcie to jest zależne od odległości od obiektu, nie jest to zależność liniowa, o czym świadczą uzyskane wyniki. Wykresy zależności napięcia wyjściowego w funkcji odległości od obiektu (karton biały szary i czerwony) przedstawiają rysunki 4, 5 oraz 6. 3,5 3,5 Karton biały Karton biały Rys.4. Wyniki pomiaru dla kartonu białego

6 Karton szary 3, Karton szary Rys.5. Wyniki pomiaru dla kartonu szarego 3,5 3,5 Karton czerwony Karton czerwony Rys.6. Wyniki pomiaru dla kartonu czerwonego Wykresy zależności napięcia wyjściowego w funkcji odległości od obiektu (szara pianka, szklanka) przedstawiają rysunki 7, 8.

7 3 Pianka, Odległość rzeczywista[cm] Pianka Rys.7. Wyniki pomiaru dla szarej pianki 3,5 Szklanka szklanka Rys.8. Wyniki pomiaru dla szklanki Pomiar odległości z wykorzystaniem czujnika GPD w przypadku szklanki w ogóle się nie sprawdził, zapewne z tego powodu, że część promieniowania IR przechodziło przez szkło i powodowało to błędnych wyników pomiaru. Wpływ koloru kartonu nie miał wielkiego znaczenia dla pomiarów. 5. WYNIKI POMIARÓW PRĘDKOŚCI W WYKORZYSTANIEM ZAPROJEKTOWANEGO ODLEGŁOŚCIOMIERZA ULTRADŹWIĘKOWEGO. Celem pomiarów było sprawdzenie w jakim stopniu skonstruowany przez nas układ nadaje się do pomiarów prędkości. Pomiar prędkości odbywał się na zasadzie pomiaru przebytej drogi w danym odcinku czasu. Prędkość poruszania się oblicza program który odejmuje od siebie dwie wartości

8 zmierzonej odległości i dzieli otrzymany wynik przez znany (ustawiony w programie) odcinek czasu. Matematycznie można to zapisać następująco: V = ds dt = S t S =S S Gdzie S i S to dystanse zmierzone do obiektu w odstępie czasu t = 3ms. Czas t jest ustalony jako czas pomiędzy dwoma pomiarami odległości w programie sterującym Układ pomiarowy do pomiarów prędkości przedstawiony jest na rysunku 9: Rysunek 9 układ pomiarowy do pomiarów prędkości Odległościomierz ultradźwiękowy umieszczony był na ruchomej platformie, która mogła się poruszać prostopadle do obiektu. Prędkość poruszania się platformy była równa 4,54cm/s co zostało zmierzone na początku pomiarów. Punktem startowym dla odległościomierza był punkt C. Odległość między punktem B i C była równa cm. Gdy platforma osiągnęła punkt C sprawdzana była aktualna prędkość na wyświetlaczu odległościomierza ultradźwiękowego. Wyniki pomiarów: L.P. V [cm/s] V [cm/s] (V-V) [cm/s] 4,3 4,54,4 4, 4,54,34 3 3,8 4,54,74 4 4, 4,54,44 5 4, 4,54,34 6 4,8 4,54 -,6 7 4,7 4,54 -,6 8 4, 4,54,34 9 5, 4,54 -,56 4,8 4,54 -,6 Błąd pomiaru dla większości przypadków nie przekracza,5cm/s, nie jest to wartość rewelacyjna ale dla tak prostego układu można uznać ją za zadowalającą.