为什么声波是许多位置探测器的最佳选择?


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所以我目前正在做我的高中期末项目,基本上是Radar :) ...

我正在使用SRF05检测器来检测设备表面附近的物体。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,如果您想知道:)

我的老师告诉我,我对这些组成部分了解得越多,我的工作和考试就越好。所以这是我的问题:为什么声波是SRF05的最佳选择?此外,为什么选择超声波呢?使用声波而不是看不见的光波,热量或任何其他可以完成工作的方法有什么好处?例如,光传播得更快,因此产生更好的结果,并且可能比声音更有效。

Answers:


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基本上,声音很慢。

使用声音,您可以轻松地计时波浪传播到您的物体并反射掉它所花费的时间,从而为您提供了相当准确的距离。除非您想要测量月球的距离,否则光线太快了。

为什么要使用超声波?所以你不能渴望它。想象一下,如果您一直被迫听到它会多么烦人?BeeeEEEeeeEEEEeeeeeEEEEEEEEeeeeeeeeEEE .... eeEEEeeEEEP


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是的,它也相当安全,您的房间在这些声音频率上也相当不错。虽然可能要处理很多背景光。如果您想感应高温物体(例如人),但椅子和桌子的感觉不太好,则可以加热。
乔治·赫罗德

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+1代表在可听声波中调制0和1的生动表现。
里卡多

一些超声波传感器会产生明显的喀哒声。在安静的环境中,有些人实际上觉得它很
烦人

声音从刚性物体反射的光也比光可靠得多。使用声音传感器,您可以轻松检查水位,而使用光传感器则不然。另一件事:黑色的磨砂物体只会将很少的光线反射回传感器。超声波不受颜色的影响。
jnovacho 2014年

@jnovacho观点:柔软的海绵状材料只会将很少的声音反射回传感器。光线不受纹理的影响。
马修·纳荷蒙

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/electronics//a/130095/9006上进行了一些分析,以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,并且传播非常非常快。仅仅因为速度更快,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,制造一种可以测量声音传播几米所需时间的东西比光容易得多。声音每毫秒大约传播0.34米。您的耳朵和大脑足以检测大约30米或以上的房间中的飞行时间。

一种利用声音的飞行时间来测量距离的电子设备是低成本的。要获得0.34m或34cm,它需要工作一毫秒(0.001秒)。对于任何类型的计算机而言,它的速度都比人快得多。获得更好的3.4厘米(0.1毫秒)的10倍相对容易。对于38kHz的超声波,该0.1毫秒几乎是4个完整周期,这完全在低成本电子产品的能力范围内。因此,以10%的精度测量34厘米是可以理解和可行的。

用光线测量30厘米的飞行时间会更困难。光将花费少1,000,000的时间,或0.000,000,001秒或1纳秒。测量到3厘米的精度将为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,很难进行30厘米的测量,甚至更难获得使用飞行时间的10%精度。可以做到,但不如声音便宜和容易。它通常不使用飞行时间,而是使用光波的其他属性。

旁注(编辑):
如果您希望声音(不发光)的准确度超过3.4厘米,您将如何做?究竟是什么使得它更难获得很多更高的精度与SRF05?考虑一下这一点,您可能会了解限制所选SRF05施加的限制,从而更好地了解了系统。

使用超声波的最著名的动物是蝙蝠。他们将其用于使用飞行时间进行距离和位置测量,并用两只耳朵来查找方向信息。因此,蝙蝠的部分生物系统能够充分利用声音的飞行时间,以捕捉飞行中的“食物”(飞蛾和其他昆虫)。这是非常令人印象深刻的。如果您想了解有关如何使用超声波的更多信息,则可以阅读有关蝙蝠回声定位系统的文章。它是高度发达的。

许多其他动物也会发出超声波,例如啮齿动物和一些昆虫。但是对于大多数人来说,这是一种沟通机制。


对于“使用激光提高准确性”的简短答案是不育术。长答案似乎在这里:repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi3
pjc50 2014年

@ pjc50-我的问题不明确。我会解决的。我的意思是说,OP在声音上比3.4cm可能如何获得更高的精度。
gbulmer 2014年

空气中的声音速度为342 m / sec(== 0.342 m / msec)(Wikipedia)。您的值以小数点后一位(3d段落)开头。[而且,我只是制作并修复了相同的错字!:)
JRobert

@JRobert -希望完全固定
gbulmer

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为什么不呢使用激光?这是一个非常棒的链接,我认为应该当个答案:http : //www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

整个页面充满了有关该主题的信息。摘录一个特定的段落非常困难,因为它是所有相关的内容,但这是该技术的很好概述。

为了实现比简单采样所能获得的更好的分辨率,同时又保持低成本,数字TOF测距仪可以将精密的模拟时间内插器与运行在100 MHz的CMOS系统相结合。在许多生产单元(用于不同应用)中,实现此目的的模拟电路-但是使用低成本组件已实现5 ps分辨率,并且至少有一家制造商生产15年。这个想法是通过一个精确的时间-电压转换器在数字计数周期之间进行插值,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),雷达等都可以工作,并且可以提供很高的精度-成本高且复杂。对于激光器,您需要一个从激光器到接收器的良好光路,并且需要谨慎的电路设计,以留出信号在整个电路中传播所花费的时间。

只需通过测量从目标反射的光量,即可使用IR LED和光电二极管完成粗略但便宜的距离测量。这很难精确校准并且容易受到环境光照的影响,但是如果您只想“近”或“远”,就足够了。这是微软的Kinect远距离相机使用的技术。


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我不认为微软的Kinect使用“测量目标反射的光量”。AFAIK会拍摄具有已知尺寸属性的投影网格的图片,并使用一些图像处理从中获取信息。
gbulmer 2014年

他们无法根据视在亮度来测量距离:每个表面的吸收率,透射率和反射率都将不同,并且镜面反射和漫反射的量会有所不同。
尼克·T

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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。

由于热扩散的物理原理,热量很难测量距离。

激光可以在更长的范围内以更高的成本提供更可靠,更准确的结果,但必须精确瞄准。

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

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