Ultrasonido en el aire desde el diseño del sistema

Question

Estoy diseñando un aire de ultrasonido del visor de rango que rebota de ultrasonido señales fuera de la cabeza de una persona para medir la distancia del dispositivo de la cabeza. El objetivo es conseguir que ~1mm de precisión como un dispositivo que está siendo activamente alejado de la cabeza de una persona (rango de distancias es de 0 mm a ~250mm) así que tengo una muy buena tasa de actualización (>30 Hz). Por supuesto, también hay algunos problemas con la reflectancia del cuero cabelludo y de la oclusión causada por el cabello de una persona.

1. ¿Cómo puedo determinar la mejor frecuencia del transductor a utilizar? Yo estaba pensando 40 kHz, debido al bajo tamaño de los componentes y la disponibilidad en el mercado.
2. Debo ir de haz estrecho o ancho de la viga? Creo que haz estrecho de tener una mayor reflectancia, pero no sólo trabajan para rangos específicos?
3. Cuando tengo que montar estos transductores en este dispositivo, no necesita estar en un ángulo relativo entre sí para optimizar la reflexión? O puede transmitir sus ejes acaba de ser normal para el mismo plano?
4. ¿Qué tipo de procesamiento de la señal se debe utilizar? Obviamente bajo ancho de banda, transductores de ultrasonido tendrá una bastante amplia de la forma de onda, así que creo que correlación no funciona demasiado bien. Pero un método de umbral de ser lo suficientemente preciso? Tal vez hay otros métodos que no he considerado?

Answer 1

El objetivo es conseguir que ~1mm de precisión

La longitud de onda está determinada por la velocidad y la frecuencia. La velocidad es de aproximadamente 340 m/s y por lo tanto la longitud de onda es de 8,5 mm.

Así que lo que usted puede pedir. Cualquier ondas estacionarias que podría conseguir que se producen cada 8,5 mm y estos podrían arruinar usted espera precisión de 1mm.

A continuación, puede indicar que usted va a usar un pulso impulsado en el transductor. El 40kHz resonadores que he encontrado son muy "resonante" y la generación de un pulso que puede no ser fácil.

Estoy diciendo que estas cosas porque creo que usted necesita para tener en cuenta.

Un estrecho haz me parece lógica o de lo contrario podría haber varias reflexiones de los diferentes objetos de regresar y ocultar el deseado de medición de distancia. También recordar que el haz estrecho de dispositivos todavía puede producir, o de ser susceptible a lado lóbulo de la interferencia.

En cuanto a tu otra pregunta yo creo que usted necesita para determinar lo que usted quiere transmitir antes de pensar en el procesamiento de la señal.

Answer 2

El sonido tarda alrededor de 3 µs para viajar de 1 mm. Esto significa que para obtener 1 mm de resolución, en un recorrido de ida y retraso de la medición, usted necesitará tener alrededor de 6 µs tiempo de resolución. Esto es mucho más corto que el 25 µs período de la señal, así que tendrás que ser capaz de hacer las mediciones de ángulo de fase.

Haz ultrasónico buscadores de no trabajar a distancia cero. Se necesita un mínimo de tiempo desde el final de la transmisión de impulsos para el comienzo del pulso recibido (incluso cuando se utilizan por separado transmitir y recibir transductores). Debido a la resonancia mecánica de los transductores, el pulso transmitido será de varios ciclos de la frecuencia de la señal. Por ejemplo, 10 ciclos de 40 kHz es de 250 µs, por lo que es algo así como 500 µs antes de que el receptor está listo significa que usted tiene un mínimo utilizable distancia del orden de 80 - 100 mm.