超音波の飛行時間

反射音で距離を測る

超音波は通常の人の可聴域より高い音です。エコーは物体から戻る反射音。TOFはTime of Flight、波の飛行時間です。ここで選ぶ時間は往路と復路を含みます。

実験台

回路の設定を変え、測定値を予想してから課題を確認しましょう。教材用のモデルで、各レッスンに仮定を説明しています。

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動作のしくみ

乾いた空気、0–40 °Cの速度近似です。有効な反射時間を選びます。障害物検出、偽の反射、湿度は計算しません。静的計算で実時間センサーではありません。

Tは摂氏温度、cは音速、tは往復秒数。c = 331.3 + 0.606T、距離 = c × t/2。戻り道があるので2で割ります。1 ms = 0.001 s、メートル×100はセンチメートル。

難易度

組み立て · 観察
電源を入れ20 °C、2 ms：343.42 m/s、34.342 cm。
ヒントを見る
T=20 °C; t=2 ms → c=343.42 m/s; d=34.342 cm
探究 · 探究
2 msを保ち0 °C：331.3 m/s、33.13 cm。
ヒントを見る
T=0 °C; t=2 ms → c=331.3 m/s; d=33.13 cm
自力で解く · 解決
40 °C、10 ms：355.54 m/s、177.77 cm。
ヒントを見る
T=40 °C; t=10 ms → c=355.54 m/s; d=177.77 cm

追加の読み物と回路レシピ

待ち時間が物差しになります。壁で反射する拍手のようですが、実際の受信器には有用な反射を選ぶ仕事もあります。

c = 331.3 + 0.606T; d = c × (t/1000)/2 × 100 cm; t [ms], T [°C]

遅延は経路長を表し、物体の大きさではありません。複数の反射を選別しません。

同じ温度なら往復時間2倍で距離2倍です。

同じ時間なら暖かい空気ほど計算距離が大きくなります。

時間はすでに往復です。/2を忘れると2倍。温度式は近似で、あらゆる条件の精度保証ではありません。

詳しく読む

音速固定なら距離は時間に比例します。

20 °C、2 ms。

34.342 cm。

40 °C、10 ms。

177.77 cm。

20 °Cで1、2、4 msを比較：17.171、34.342、68.684 cm。