なぜ音波が多くの位置検出器にとって最良の選択であるのですか?


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だから私は現在、高校の最終プロジェクトに取り組んでいます。これは基本的にレーダーです:) ...

SRF05検出器を使用して、デバイスの表面近くにあるオブジェクトを検出しています。私の現在の任務は、最後に組み立てられるすべての異なるコンポーネントを学び、要約することです。(UART、MAX232 74HC244など、知りたい場合:)

私の先生は、これらのコンポーネントについてもっと知れば知るほど、仕事や試験で良くなると言った。私の質問は次のとおりです。なぜSRF05に音波が最適な選択なのか?さらに、なぜUltraSonicなのですか?目に見えない光波、熱、またはその他の仕事ができる手段ではなく、音波を使用する利点は何ですか?たとえば、光は非常に速く移動するため、より良い結果が得られ、おそらく音よりも効果的です。

回答:


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基本的に、音は遅いです。

サウンドを使用すると、波がオブジェクトに到達して反射するまでの時間を簡単に計ることができるため、かなり正確な距離が得られます。たとえば、月の距離を測ろうとしない限り、光は速すぎます。

そして、なぜ超音波ですか?だから、それを年にすることはできません。あなたがいつもそれを聞くことを余儀なくされた場合、それがどれほど面倒なことになるか想像してみてください?BeeeEEEeeeEEEEeeeEEEEEEEeeeeeeEEE .... eeEEEeeEEEP


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うん、それもかなり安全です、そしてあなたの部屋はそれらの音の周波数でかなりかなりです..対処する背景光がたくさんあるかもしれませんが。暑い物体(人など)を感知したい場合でも、熱は機能しますが、椅子とテーブルはあまり良くありません。
ジョージヘロルド14年

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可聴音波で0と1を変調する鮮明な表現の場合は+1。
リカルド14年

一部の超音波センサーは、明確なクリック音を生成します。静かな環境では、一部の人々は、実際に私は、彼らが詳細可聴音を言うと思いますか想像することができますので、それを刺激することを見つける...
Selali Adobor

また、音は光よりもはるかに信頼性の高い剛体から反射します。音センサーを使用すると、光センサーではなく水位を簡単に確認できます。もう1つは、黒いマットオブジェクトがセンサーに反射する光線が少ないことです。超音波は色の影響を受けません。
jnovacho 14年

@jnovacho Counterpoint:柔らかくてスポンジ状の材料は、センサーに戻る音をほとんど反射しません。光はテクスチャの影響を受けません。
マシューナジモン14年

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オブジェクトの位置を見つけることに関する質問への回答として、https://electronics.stackexchange.com/a/130095/9006でいくつかの分析があります。

光、電波、および熱放射はすべて電磁放射であり、非常に高速で移動します。それらがより速いという理由だけでより良い結果を提供することは自動的に真実ではありません。

電磁放射は、音よりも1,000,000倍速く移動します。そのため、音よりも音が数メートル進むのにかかる時間を測定できるものを作成する方がはるかに簡単です。音は1ミリ秒あたり約0.34メートルで移動します。耳と脳は、約30メートル以上の部屋で飛行時間を検出するのに十分です。

飛行時間の音を使用して距離を測定するための電子部品は低コストです。0.34m、つまり34cmを取得するには、1ミリ秒(0.001秒)で動作する必要があります。これはどのタイプのコンピューターにとってもすごいことですが、人よりもはるかに高速です。10倍の3.4cm(0.1ミリ秒)の改善は比較的簡単です。38kHzの超音波の場合、0.1ミリ秒はほぼ4サイクル全体であり、これは低コストの電子機器の測定能力の範囲内です。したがって、34cmを10%の精度で測定することは理解でき、実行可能です。

光で30cmの飛行時間を測定するのははるかに困難です。光の所要時間は1,000,000秒、つまり0.000,000,001秒、または1ナノ秒です。3cmの精度を測定するには、0.1ナノ秒になります。これは、最速のIntelマイクロプロセッサの1サイクルよりも約3倍高速です。そのため、30cmの測定を行うことははるかに難しく、飛行時間を使用して10%の精度を得るのはさらに困難です。それはできますが、音ほど安く、簡単ではありません。通常、飛行時間は使用せず、代わりに光波の異なるプロパティを使用します。

サイドノート(編集):
音(光ではない)で3.4cmよりも高い精度が必要な場合、どうすればよいでしょうか?それが難しくなるために作るものは何である多く SRF05とより精度の?これについて考えてみてください。選択したSRF05が課す制限が何であるかを理解できるため、システムをよりよく理解できます。

超音波を使用する最も有名な動物はコウモリです。彼らは飛行時間を使用して距離と位置の測定に使用し、2本の耳で方向情報を見つけます。そのため、コウモリの生物学的システムの一部は、飛行中に「食物」(mothなどの昆虫)を捕まえるのに十分なほど音の飛行時間を使用できます。それはとても印象的です。超音波の使用方法について詳しく知りたい場合は、コウモリのエコーロケーションシステムに関する記事を参照してください。高度に開発されています。

他の多くの動物、たとえばげっ歯類や一部の昆虫は超音波を発します。しかし、ほとんどの場合、それは通信メカニズムです。


「レーザーによる精度の向上」に対する簡単な答えは、干渉計です。長い答えはここにあるようです:repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi3
pjc50

@ pjc50-私の質問はあいまいです。直します。OPが音で3.4cmよりもはるかに高い精度を得る方法を意味しました。
gbulmer

空気中の音速は342 m / sec(=。.342 m / msec)(Wikipedia)です。あなたの値は、小数点以下の桁(3 d段落)です。[そして、私はちょうど同じタイプミスを作り、修正しました!:)
JRobert 14年

@JRobert -うまくいけば、完全に固定
gbulmer

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なぜレーザーを使用しないのですか?これは非常に優れたリンクであるため、答えに値すると思う:http : //www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

ページ全体には、主題に関する情報がいっぱいです。特定の段落はすべて関連があるため、抜粋することは困難ですが、これは手法の概要です。

低コストを維持しながら、単純なサンプリングで可能な解像度よりもはるかに優れた解像度を得るために、デジタルTOF距離計は、100 MHzで動作するCMOSシステムなどの高精度アナログ時間補間器と組み合わせることができます。これを実現するためのアナログ回路は、多くの生産ユニット(さまざまなアプリケーション向け)にありますが、低コストのコンポーネントで、少なくとも1つのメーカーの15年間の生産で5 psの解像度が達成されています。この考え方は、マイクロコントローラーによってサンプリングされ、デジタルカウンターの結果と組み合わされる高精度の時間-電圧コンバーターでデジタルカウント期間の間を補間します。

レーザー(可視光またはIR)、レーダーなどが機能し、非常に高い精度を実現できます-高コストで複雑です。レーザーの場合、レーザーからレシーバーまでの良好な光路、および信号が回路を通過するのにかかる時間を考慮した慎重な回路設計が必要です。

粗いが安価な距離測定は、ターゲットから反射される光の量を測定するだけで、IR LEDとフォトダイオードで実行できます。これは正確にキャリブレーションするのが難しく、周囲の照明に対して脆弱ですが、「近く」または「遠く」にしたいだけで十分な場合があります。これは、MicrosoftのKinect距離カメラで使用される手法です。


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MicrosoftのKinectが「ターゲットから反射される光の量の測定」を使用するとは思わない。知る限りでは、既知の寸法特性を持つ投影されたグリッドの写真を撮り、画像処理を使用してそこから情報を導き出します。
gbulmer

見かけの明るさに基づいて距離を測定する方法はありません。すべての表面の吸光度、透過率、反射率が異なり、鏡面反射と拡散反射の量が異なります。
ニックT 14年

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音波は選択の余地がないため、SRF05にとって「最良の」選択です。これは超音波距離センサーです。

超音波周波数は、周波数が高いほどノイズフロアが低くなるため、測定および診断アプリケーションによく使用されます。

熱は、熱拡散の物理的性質により、距離の測定が非常に困難です。

レーザー光は、より長い距離とより高いコストでより信頼性が高く正確な結果を提供できますが、正確に照準を合わせなければなりません。

超音波音響センサーは、環境の全体的な応答を統合し、情報の後処理を可能にして、複数の地点までの距離に関する推論を行います。

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