为什么声波是许多位置探测器的最佳选择?

电器工程 超声波 雷达
2022-01-21 16:41:01

所以我目前正在研究我的高中期末项目,这基本上是一个雷达:) ...

我正在使用SRF05检测器来检测靠近设备表面的物体。我目前的任务是学习和总结将在最后组装的所有不同组件。(UART, MAX232 74HC244 等,如果你想知道:)

我的老师告诉我,我对这些组件了解得越多,我在工作和考试中的表现就会越好。所以这是我的问题:为什么声波是 SRF05 的最佳选择?此外,为什么是超声波?使用声波而不是不可见的光波、热量或任何其他可以完成这项工作的手段有什么好处?例如,光传播得更快,因此会产生更好的结果,并且可能比声音更有效。

4个回答

基本上,声音很慢。

使用声音,您可以轻松地计算波传播到您的物体并反射它所需的时间,从而为您提供相当准确的距离。光走得太快了,除非你想测量月球的距离,比如说。

为什么是超声波?所以你不能过年。想象一下,如果你被迫一直听到它会有多烦人?BeeeEEEeeeeEEEEeeeeEEEEEEEeeeeeeEEE....eeEEEeeEEEP

https://electronics.stackexchange.com/a/130095/9006有一些分析回答有关查找对象位置的问题。

光、无线电和热辐射都是电磁辐射,传播速度非常非常快。仅仅因为它们更快,它们提供更好的结果并不是自动的。

电磁辐射的传播速度比声音快 1,000,000 倍。因此,制造能够测量声音传播几米所需时间的东西比测量光要容易得多声音以大约每毫秒 0.34 米的速度传播。你的耳朵和大脑足够好,可以在大约 30 米或更远的房间内检测到飞行时间。

使用声音的飞行时间来测量距离的电子设备成本很低。要获得 0.34m 或 34cm,它需要在一毫秒(0.001 秒)内工作。这对于任何类型的计算机来说都是缓慢的,但也比人快得多。获得 10 倍更好,3.4 厘米,也就是 0.1 毫秒是相对简单的。对于 38kHz 的超声波,0.1 毫秒几乎是 4 个完整周期,这完全在低成本电子设备的测量能力范围内。因此以 10% 的准确度测量 34 厘米是可以理解和可行的。

用光测量 30 厘米的飞行时间会困难得多。光将花费 1,000,000 少的时间,或 0.000,000,001 秒或 1 纳秒。测量到 3 厘米的精度将是 0.1 纳秒,这比最快的英特尔微处理器的一个周期快大约 3 倍。因此,进行 30 厘米的测量要困难得多,使用飞行时间来获得 10% 的准确度就更难了。它可以做到,但不像声音那么便宜和容易。它通常不使用飞行时间,而是使用光波的不同属性。

旁注(编辑):
如果您想要声音(不是光)比 3.4 厘米更高的精度,您会怎么做?是什么让SRF05更难获得更高的精度?考虑一下,您可能会了解所选 SRF05 施加的限制,从而更好地了解系统。

使用超声波的最著名的动物是蝙蝠。他们使用飞行时间来测量距离和位置,并用两只耳朵来寻找方向信息。因此,蝙蝠的部分生物系统能够很好地利用声音的飞行时间来捕捉飞行中的“食物”(飞蛾和其他昆虫)。这是非常令人印象深刻的。如果您想了解更多关于如何使用超声波的信息,您可以查看有关蝙蝠回声定位系统的文章。它高度发达。

许多其他动物会发出超声波,例如啮齿动物和一些昆虫。但对大多数人来说,它是一种沟通机制。

为什么使用激光?这是一个非常好的链接,我觉得它应该成为一个答案:http ://www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

整个页面充满了有关该主题的信息。很难摘录一个特定的段落,因为它都是相关的,但这是对该技术的一个很好的概述。

为了在保持低成本的同时获得比简单采样更好的分辨率,数字 TOF 测距仪可以将精密模拟时间插值器与运行频率为 100 MHz 的 CMOS 系统相结合。实现这一点的模拟电路存在于许多生产单元中(用于不同的应用)——但已经使用低成本组件实现了 5 ps 的分辨率,并且至少有一家制造商生产了 15 年。这个想法是在数字计数周期之间插入一个精密的时间电压转换器,然后由微控制器对其进行采样并与数字计数器结果相结合。

激光(可见光或红外)、雷达等工作并且可以提供非常高的精度 - 成本和复杂性很高。对于激光器,您需要从激光器到接收器的良好光路,以及仔细的电路设计,以留出信号通过电路所需的时间。

只需测量从目标反射的光量,就可以使用 IR LED 和光电二极管进行粗略但廉价的距离测量。这很难准确校准并且容易受到环境照明的影响,但如果您只想要“近”或“远”,它可能就足够了。这是 Microsoft 的 Kinect 远距相机使用的技术。

声波是 SRF05 的“最佳”选择,因为您别无选择,它是超声波距离传感器。

超声波频率通常用于测量和诊断应用,因为在较高频率下本底噪声较低。

由于热扩散的物理特性,热量很难测量距离。

激光可以在更远的范围内提供更可靠和更准确的结果,但成本更高,但必须精确瞄准。

超声波传感器集成了环境的整体响应,允许对信息进行后处理,以推断到多个点的距离。