Ultraäänimittausjärjestelmän toteutus
Grönman, Jere Matti (2017)
2017
Johtaminen ja tietotekniikka (Pori)
Talouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-03-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201703091133
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201703091133
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä toteutettiin ultraäänimittausjärjestelmän prototyyppi. Sen tarkoituksena oli tehostaa jätehuoltoyrityksen säiliöiden etävalvontaa. Tutkimuskysymyksenä oli, kuinka luotettavia mittaustuloksia järjestelmä tuottaa.
Tutkimus koostuu teoriaosuudesta, jossa käsitellään äänen ominaisuuksia, ultraäänen muodostamista, sen käyttöä etäisyysmittauksissa ja siihen liittyviä rajoituksia. Teoriaosuuteen kuuluu myös aiempi tutkimus, joka sisältää kolme tieteellistä artikkelia samasta aihepiiristä. Käytännön osuudessa esitetään ultraäänimittausjärjestelmän kokoonpano sekä mittaustulokset.
Ultraäänimittausjärjestelmä koottiin edullisista komponenteista kuten Arduino Uno -mikrokontrollerista, Raspberry Pi 3 -tietokoneesta, HC-SR04-ultraäänianturista ja Boschin BME280-anturiyksiköstä. Järjestelmään kuuluu myös Huawei E5377 langaton 3G/4G-modeemi, johon Raspberry Pi 3 -tietokone on langattomassa WLAN-yhteydessä ja 3G/4G-modeemi välittää mittaustulokset pilvipalveluun. Järjestelmässä hyödynnettiin avoimen lähdekoodin ratkaisuja.
Mitattavat etäisyydet vaihtelivat 18,0 - 3791,0 mm välillä. Mittaustulosten systemaattisten virheiden keskiarvo on -2,0 mm ja satunnaisten virheiden keskiarvo on ±0,9 mm. Suurin systemaattinen virhe on -8,3 mm 1089,0 mm etäisyydellä. Welchin t-testin perusteella ultraäänianturin valmistajan antama tarkkuus 3,0 mm toteutuu parhaiten riskitasolla 0,05 75,0 % tapauksista mitatuista etäisyyksistä. Jos halutaan, että mittausvirhe mahtuisi riskitasolla 0,05 sallitun toleranssin sisälle kaikilla mittausetäisyyksillä, toleranssia olisi kasvatettava 9,0 millimetriin. Kun otetaan huomioon tämän tutkimuksen alkuperäinen tavoite, voidaan todeta mittausjärjestelmän tuottavan riittävän tarkkoja tuloksia.
Tutkimus koostuu teoriaosuudesta, jossa käsitellään äänen ominaisuuksia, ultraäänen muodostamista, sen käyttöä etäisyysmittauksissa ja siihen liittyviä rajoituksia. Teoriaosuuteen kuuluu myös aiempi tutkimus, joka sisältää kolme tieteellistä artikkelia samasta aihepiiristä. Käytännön osuudessa esitetään ultraäänimittausjärjestelmän kokoonpano sekä mittaustulokset.
Ultraäänimittausjärjestelmä koottiin edullisista komponenteista kuten Arduino Uno -mikrokontrollerista, Raspberry Pi 3 -tietokoneesta, HC-SR04-ultraäänianturista ja Boschin BME280-anturiyksiköstä. Järjestelmään kuuluu myös Huawei E5377 langaton 3G/4G-modeemi, johon Raspberry Pi 3 -tietokone on langattomassa WLAN-yhteydessä ja 3G/4G-modeemi välittää mittaustulokset pilvipalveluun. Järjestelmässä hyödynnettiin avoimen lähdekoodin ratkaisuja.
Mitattavat etäisyydet vaihtelivat 18,0 - 3791,0 mm välillä. Mittaustulosten systemaattisten virheiden keskiarvo on -2,0 mm ja satunnaisten virheiden keskiarvo on ±0,9 mm. Suurin systemaattinen virhe on -8,3 mm 1089,0 mm etäisyydellä. Welchin t-testin perusteella ultraäänianturin valmistajan antama tarkkuus 3,0 mm toteutuu parhaiten riskitasolla 0,05 75,0 % tapauksista mitatuista etäisyyksistä. Jos halutaan, että mittausvirhe mahtuisi riskitasolla 0,05 sallitun toleranssin sisälle kaikilla mittausetäisyyksillä, toleranssia olisi kasvatettava 9,0 millimetriin. Kun otetaan huomioon tämän tutkimuksen alkuperäinen tavoite, voidaan todeta mittausjärjestelmän tuottavan riittävän tarkkoja tuloksia.