作者MasterChang (我爱ASM)
看板Electronics
标题Re: [问题] 相位式超音波测距
时间Sat Apr 12 14:10:51 2008
※ 引述《bacanhsu (培根)》之铭言：
: 专题做有关超音波测距
: ㄧ开始用飞行时间法
: 老师说太简单了
: 所以叫我们加上测相位差的方式测距
: 然後两种方式去交叉比对
: 可是我上网搜寻+图书馆和书店
: 找不到类似的书籍或论文
: 想请版上有经验的前辈提供一些方向
: 谢谢大家
通常一般电子材料行卖的超音波发射头有工作频率的限制，通常是
40KHz 才有最大输出增益。透过连续发射，从现在的输出相位与接
收回来的相位作比较看相位差去计算距离。
比如你发射的波是 Vtr=At*sin(2*pi*f+θ1)
接收的是 Vre=Ar*sin(2*pi*f+θ2)
声波速度约Vs=330+0.6*temp = f*λ 所以 λ=Vs/f
相位差Δθ=θ2-θ1
所以距离可以算出来 Δθ = (2π*x)/λ
代入常温25度 Vs = 345 m/s , f = 40KHz , λ = 8.625 mm 这是用
相位法能量到的「最大距离」超过这距离得到的值是不准的。除非你
的工作范围就是这样。不过这种距离也不适合用飞时法量测。
精度是看你对相位量测最准的分解能力，如果为256 分解能力，那你
的准确度会到8.625/256=0.037mm=37um，除非你的设备能计算经过多
少周期。或是用飞时法量出大值，相位法量出小值。
问题是相位资讯怎麽得到？你的系统能不能做到？不过40KHz 算慢的
应该问题不大。只要你的Timer能量到25us/解析力的时间就行了。若
为250分割，就是25us/250=100ns.
再来Vs校正问题，上面的公式通常是用在Time-of-flight量测时用，
由於相位法温度因素影响满大，需要用更严谨的音速补偿，上面的公
式便不适用。需要将压力，空气密度，温度，湿度以及接收电路的时
间常数的校正也要一并考虑进来。
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◆ From: 59.104.147.176
※ 编辑: MasterChang 来自: 59.104.147.176 (04/12 14:20)
1F：推 bacanhsu:请问最大测量距离和音速有关没错，但测量的相位差会和 04/12 16:41
2F：→ bacanhsu:音速有关吗? 04/12 16:43
3F：→ MasterChang:相位差跟音速无关，但转换到距离跟音速有关。若音速有 04/12 17:02
4F：→ MasterChang:误差，距离就有误差。这种距离的量测用雷射用干涉法量 04/12 17:03
5F：→ MasterChang:还比较准，另短距离音波会在小空间产生极大的干扰及假 04/12 17:04
6F：→ MasterChang:像讯号，这是实务上你会碰到的问题。因市售的超音波头 04/12 17:04
7F：→ MasterChang:的发射角太大。 04/12 17:05
8F：推 bacanhsu:那我想再请问 如果我用AM调变将低频率讯号放在40kHz上 04/12 17:06
9F：→ MasterChang:另市售驱动模组是用555驱动较多，这种驱动方式会有温 04/12 17:06
10F：→ bacanhsu:藉此提升测量距离以辅助TOF法的精确度 04/12 17:07
11F：→ MasterChang:飘移的问题，使得发射频率不稳定造成量测误差。 04/12 17:07
12F：→ MasterChang:你把超音波头想像成「带通率波器」，你觉得低频讯号会 04/12 17:08
13F：→ MasterChang:怎样？ 04/12 17:09
14F：推 bacanhsu:AM调变的方式在接收端应该会看到40kHz的方波基准点不同 04/12 17:11
15F：→ bacanhsu:然後把40kHz的方波滤掉 不知道可不可以看出低频的讯号 04/12 17:12
16F：推 bacanhsu:我是想请教有没有什麽演算法可以将TOF和Phase shift 04/12 17:15
17F：→ bacanhsu:两个方法的结果做互相的修正 04/12 17:16
18F：推 bacanhsu:先谢谢你 热心的指导 m(_ _)m 04/12 17:20