作者MasterChang (我愛ASM)
看板Electronics
標題Re: [問題] 相位式超音波測距
時間Sat Apr 12 14:10:51 2008
※ 引述《bacanhsu (培根)》之銘言：
: 專題做有關超音波測距
: ㄧ開始用飛行時間法
: 老師說太簡單了
: 所以叫我們加上測相位差的方式測距
: 然後兩種方式去交叉比對
: 可是我上網搜尋+圖書館和書店
: 找不到類似的書籍或論文
: 想請版上有經驗的前輩提供一些方向
: 謝謝大家
通常一般電子材料行賣的超音波發射頭有工作頻率的限制，通常是
40KHz 才有最大輸出增益。透過連續發射，從現在的輸出相位與接
收回來的相位作比較看相位差去計算距離。
比如你發射的波是 Vtr=At*sin(2*pi*f+θ1)
接收的是 Vre=Ar*sin(2*pi*f+θ2)
聲波速度約Vs=330+0.6*temp = f*λ 所以 λ=Vs/f
相位差Δθ=θ2-θ1
所以距離可以算出來 Δθ = (2π*x)/λ
代入常溫25度 Vs = 345 m/s , f = 40KHz , λ = 8.625 mm 這是用
相位法能量到的「最大距離」超過這距離得到的值是不準的。除非你
的工作範圍就是這樣。不過這種距離也不適合用飛時法量測。
精度是看你對相位量測最准的分解能力，如果為256 分解能力，那你
的準確度會到8.625/256=0.037mm=37um，除非你的設備能計算經過多
少週期。或是用飛時法量出大值，相位法量出小值。
問題是相位資訊怎麼得到？你的系統能不能做到？不過40KHz 算慢的
應該問題不大。只要你的Timer能量到25us/解析力的時間就行了。若
為250分割，就是25us/250=100ns.
再來Vs校正問題，上面的公式通常是用在Time-of-flight量測時用，
由於相位法溫度因素影響滿大，需要用更嚴謹的音速補償，上面的公
式便不適用。需要將壓力，空氣密度，溫度，濕度以及接收電路的時
間常數的校正也要一併考慮進來。
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◆ From: 59.104.147.176
※ 編輯: MasterChang 來自: 59.104.147.176 (04/12 14:20)
1F：推 bacanhsu:請問最大測量距離和音速有關沒錯，但測量的相位差會和 04/12 16:41
2F：→ bacanhsu:音速有關嗎? 04/12 16:43
3F：→ MasterChang:相位差跟音速無關，但轉換到距離跟音速有關。若音速有 04/12 17:02
4F：→ MasterChang:誤差，距離就有誤差。這種距離的量測用雷射用干涉法量 04/12 17:03
5F：→ MasterChang:還比較準，另短距離音波會在小空間產生極大的干擾及假 04/12 17:04
6F：→ MasterChang:像訊號，這是實務上你會碰到的問題。因市售的超音波頭 04/12 17:04
7F：→ MasterChang:的發射角太大。 04/12 17:05
8F：推 bacanhsu:那我想再請問 如果我用AM調變將低頻率訊號放在40kHz上 04/12 17:06
9F：→ MasterChang:另市售驅動模組是用555驅動較多，這種驅動方式會有溫 04/12 17:06
10F：→ bacanhsu:藉此提升測量距離以輔助TOF法的精確度 04/12 17:07
11F：→ MasterChang:飄移的問題，使得發射頻率不穩定造成量測誤差。 04/12 17:07
12F：→ MasterChang:你把超音波頭想像成「帶通率波器」，你覺得低頻訊號會 04/12 17:08
13F：→ MasterChang:怎樣？ 04/12 17:09
14F：推 bacanhsu:AM調變的方式在接收端應該會看到40kHz的方波基準點不同 04/12 17:11
15F：→ bacanhsu:然後把40kHz的方波濾掉 不知道可不可以看出低頻的訊號 04/12 17:12
16F：推 bacanhsu:我是想請教有沒有什麼演算法可以將TOF和Phase shift 04/12 17:15
17F：→ bacanhsu:兩個方法的結果做互相的修正 04/12 17:16
18F：推 bacanhsu:先謝謝你 熱心的指導 m(_ _)m 04/12 17:20