بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله ما به بررسی سامانه داپلری برای خودرو می پردازیم و نوع فرا صوتی آن را توضیح خواهیم داد و میزان خطای این سامانه را با توجه تغییرات دمای محیط به دست خواهیم آورد و نشان خواهیم داد که این سامانه در هوای سرد خطای بیشتری نسبت به هوای گرم دارد.
-1 مقدمه
به تازگی در شرکت های بزرگ خودروسازی همانند ولوو و مرسدس بنز سامانهی را بر روی خودروهای لوکس خود تعبیه کرده اند که به راننده در جلوگیری از تصادف خیلی کمک می کند
در واقع این سامانه باعث می شود که راننده فاصله مناسبی را با خودروهای جلویی رعایت کند و باعث تشخیص موانع در جلو خودرو می شود. مثلا اگر مانعی در جلوی خودرو باشد و راننده به هر دلیلی این مانع را نبیند این سامانه وجود مانع را به راننده اعلام می کند و اگر راننده برای جلوگیری از برخورد با مانع اقدامی نکند این سامانه خود وارد عمل می شود و از سرعت خودرو می کاهد و یا باعث توقف خودرو می شود
اساس کار این سامانه اثر داپلر می باشد.نوع لیزری آن بررسی شد که سرعت و دقت و همچنین برد مناسبی داشت اما این سامانه یک عیب اساسی داشت و آن این بود که برای انسان ضرر داشت.نوع رادیویی آن نیز بررسی شد این سامانه نیز عملکرد خوبی دارد ولی علاوه بر گران بودن یکی از عیبهای اصلی آن این است که که دیگر سامانه های رادیویی بر عملکرد این سامانه تاثیر منفی می گذارند همانند سامانه های درهای اتوماتیک منازل و...که در داخل شهر نیز زیاد می باشند.سامانه فرا صوتی بررسی شد این سامانه با اینکه دارای برد کمی است اما عیبهای اصلی دو سامانه قبلی را کاهش داد.در این مقاله خطای این سامانه با توجه به دمای محیط اندازه گیری شده است و همچنین به ارائه پیشنهادی برای بهتر شدن این سامانه می پردازیم.
-2سامانه داپلری برای خودرو
شکل :1اساس کار سامانه داپلری خودرو
اثر داپلر عبارت است از تغییر فرکانس موج مشاهده شده در نتیجه حرکت نسبی بین چشمه موج و ناظر[4]و.[5]
طول موج رسیده، طول موج منبع، f فرکانس منبع و فرکانس دریافتی، V سرعت موج مثلا صوت و Vs
سرعت منبع موج یا صوت در نظر گرفته میشود.
بطور مثال اگر یک ماشین که بوق خود را با فرکانس 3 KHZ گسیل می کند با سرعت 60 کیلومتر در ساعت از یک نفر دور و به یک نفر نزدیک شود،طبق رابطه ذکر شده نفری که ماشین به آن نزدیک میشود فرکانس KHZ 3/15 و نفری که ماشین از آن دور میشود فرکانس 2/86 KHZ را دریافت می کنند.
طریقه ساخت سامانه داپلر فرا صوتی بطور کلی برای خودرو بدین صورت است که با استفاده از یک پردازنده به یک سنسور که فرکانسهایی بالاتر از 20KHZرا منتشر می کند دستور ارسال می دهیم و این موج صوتی چون فرکانس آن بالاتر از حدود شنوایی انسان است قابل شنیدن نیست.این موج ارسالی پس از برخورد به ماشین جلویی بازتاب می شود،موج بازتابیده توسط سنسور دیگری دریافت می شود و ما با توجه به زمان رفت و برگشت موج و سرعت صوت - که 343/2146 به طور ثابت در نظر گرفته شده است - ،فاصله را با خودروی جلویی بدست می آوریم،به طور مثال اگر محدوده فرکانسی کار سنسور 40 KHZباشد پس باید یک پالس با دوره تناوب 25 میکرو ثانیه را به خروجی پردازنده بفرستیم که12/5 میکرو ثانیه در حالت یک،و 12/5 میکرو ثانیه در حالت صفر باشد و به محض ارسال موج به خروجی پردازنده،تایمر پردازنده باید شروع به زمانگیری کند و زمانی که موج بازتابیده دریافت شد این تایمر اکنون زمان را متوقف کند.
اکنون زمان رفت و برگشت را بر دو تقسیم می کنیم و سپس آن را در سرعت صوت ضرب می کنیم تا فاصله با خودروی جلویی بدست آید:
بطور مثال اگر زمان رفت و برگشت امواج فرا صوتی برابر 24000 میکرو ثانیه باشد ما ابتدا این عدد را بر دو تقسیم می کنیم تا زمان رفت امواج بدست آید سپس آنرا در سرعت صوت ضرب می کنیم:
-3 خطای سامانه
در این سامانه دما ثابت و برابر 20 درجه سانتی گراد می باشد،زیرا امکان اینکه در هر لحظه بتوان دمای واقعی محیط را وارد این سامانه کرد وجود ندارد،چون خودرو در حال حرکت می باشد و اگر سنسوری را بیرون خودرو بخواهیم در نظر بگیریم که بتواند دمای محیط را وارد سامانه کند یک دمای غیر واقعی به ما می دهد و خطای نامشخصی وارد سامانه می شود.پس در این سامانه دما ثابت و 20 درجه سانتی گراد در نظر گرفته می شود اما ثابت در نظر گرفتن دما باعث خطای زیر می شود که ما آن را محاسبه خواهیم کرد.
در اینجا ابتدا رابطه سرعت امواج صوتی را با دمای محیط بدست می آوریم سپس خطای این سامانه را اندازه گیری می کنیم:
سرعت صوت در هوا وابسته به دامنه،فرکانس یا طول موج صدا نیست.دما،فشار،رطوبت و...سرعت صوت را تحت تاثیر قرار می دهند،سرعت صوت در گازهای ایده آل فقط به دما بستگی دارد،چراکه تغییر فشار به تغییر چگالی منجر می شود و این دو تغییر اثر یکدیگر را بر سرعت صوت خنثی می کنند،هوا نیز تقریبا یک گاز ایده آل می باشد.
عموما سرعت صوت توسط معادله لاپلاس نیوتن بدین صورت معنی می شود:
به این ترتیب هر چه ضریب سختی ماده بیشتر باشد سرعت حرکت امواج در آن بیشتر است و هرچه چگالی ماده کمتر باشد سرعت حرکت امواج در آن بیشتر است.
با استفاده از قانون گاز ایده آل،جایگزین کردن با و جایگزینی با :
= Vسرعت صوت در گاز ایده آل
=Rثابت گاز مولر - حدود . - 8/314 j =Kثابت بولتزمن
- گاما - = برای هوا رنجی بین 1/399 تا 1/403 اندازه گیری شده است. =Tدما
=Mجرم مولی گاز است که میانگین جرم مولی برای هوای خشک حدود ./0289645 است. اکنون اگر ثابتهای بالا را در رابطه لحاظ کنیم به رابطه زیر می رسیم
