分析飛行時(shí)間法

分析飛行時(shí)間法飛行時(shí)間法超聲波TOF測(cè)距超聲波TOF影響因素及最新技術(shù)TOF與三維圖像成型2023/2/272一簡(jiǎn)介2023/2/273飛行時(shí)間測(cè)量法（TimeOfFlight）通過確定測(cè)量發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)的飛行時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量。因此被測(cè)距離可表示為：s=v*t/2s—待測(cè)距離；v－信號(hào)飛行速度；t—飛行時(shí)間；一簡(jiǎn)介2023/2/274s=v*t/2二應(yīng)用飛行時(shí)間法質(zhì)譜儀2023/2/275二應(yīng)用倒車系統(tǒng)（激光、超聲波等）2023/2/276二應(yīng)用核物理領(lǐng)域2023/2/277核碰撞的物理研究二應(yīng)用三維成像技術(shù)2023/2/278采用TOF技術(shù)的相機(jī)，其發(fā)射器通過向目標(biāo)發(fā)出振幅經(jīng)過調(diào)制的出射光信號(hào)，再通過探測(cè)器接受到目標(biāo)反射的入射光，通過出射光與入射光的相位差可以計(jì)算出飛行的時(shí)間，結(jié)合光速，算出相機(jī)到目標(biāo)的距離。攝像機(jī)上每個(gè)像素都接收到相應(yīng)的距離信號(hào)，得出三維圖像。二應(yīng)用三維相機(jī)2023/2/279二應(yīng)用測(cè)速儀：雷達(dá)激光紅外線聲波等2023/2/2710二應(yīng)用警用的測(cè)速儀分固定和流動(dòng)兩種2023/2/2711三超聲波TOF測(cè)距超聲波測(cè)距主要應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，例如：液位、井深、管道長(zhǎng)度等場(chǎng)合。2023/2/2712超聲波發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板，當(dāng)它的兩極外加上固有振蕩頻率的脈沖電壓時(shí)壓電晶片會(huì)發(fā)生共振并產(chǎn)生超聲波。如果共振板接收到超聲波時(shí)，也會(huì)迫使壓電晶片產(chǎn)生振動(dòng)，反過來將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，成為超聲波接收器。

在超聲波測(cè)距電路中，發(fā)射端連續(xù)輸出一系列脈沖方波，然后判斷接收端，實(shí)現(xiàn)超聲測(cè)距一般有以下兩種方法：

①

讀取輸出端脈沖電壓的平均值，該電壓

(其幅值基本固定

)與距離成正比，測(cè)量電壓即可測(cè)得距離；

②

測(cè)量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時(shí)間間隔

t，故被測(cè)距離為

S=v*t／2。2023/2/2713超聲波TOF測(cè)距系統(tǒng)原理圖四超聲波TOF影響因素及最新技術(shù)信號(hào)：調(diào)制信號(hào)的頻率、波長(zhǎng)、波形等計(jì)時(shí)：計(jì)時(shí)器觸發(fā)的方式、時(shí)鐘偏移、計(jì)時(shí)器誤差等環(huán)境：溫度、機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)噪聲、空氣傳播介質(zhì)等2023/2/2714時(shí)鐘偏移：是指時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)數(shù)字電路各個(gè)部分所用時(shí)間的差異。超聲波測(cè)距系統(tǒng)幾種常用的信號(hào)脈沖2023/2/2715觸發(fā)信號(hào)：門閥值法矩形波法2023/2/2716溫度上升，空氣分子的密集程度就變化，而聲波傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，試想下在水里和在空氣中聲波傳播速度的差異。介質(zhì)物質(zhì)分子越密集，聲波傳播速度就越快，到真空中就沒法傳播了。所以不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，誤差大小也不同。2023/2/2717四超聲波TOF影響因素及最新技術(shù)四超聲波TOF影響因素及最新技術(shù)時(shí)鐘偏移問題為了實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，TOF測(cè)距方法采用了時(shí)鐘偏移量來解決時(shí)鐘同步問題。但由于TOF測(cè)距方法的時(shí)間依賴于本地和遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，測(cè)距精度容易受兩端節(jié)點(diǎn)中時(shí)鐘偏移量的影響。為了減少此類錯(cuò)誤的影響，采用反向測(cè)量方法，即遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，本地節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包，并自動(dòng)響應(yīng)，通過平均在正向和反向所得的平均值，減少對(duì)任何時(shí)鐘偏移量的影響，從而減少測(cè)距誤差。2023/2/2718最新技術(shù)2023/2/2719雙向回波法是一種對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的電路延遲進(jìn)行標(biāo)定的方法，他能得到待測(cè)時(shí)間間隔的起點(diǎn)。超聲波傳感器A與B面對(duì)面放置。假定A為發(fā)射頭，其發(fā)射信號(hào)傳播到B端被接收。同時(shí)B將超聲波反射后傳到A被接收。圖中上方的波形為外部介質(zhì)中傳播的真實(shí)超聲波信號(hào)，分別為A剛發(fā)射的波形、傳到B處的波形和返回至A端的波形。2023/2/2720為方便起見，將波形的峰值點(diǎn)作為發(fā)射和到達(dá)時(shí)刻，則圖中兩波形間t0為超聲波真實(shí)的傳播時(shí)間。由于電路延遲的影響，發(fā)出激勵(lì)脈沖的起始時(shí)刻與發(fā)射時(shí)刻之間存在固定電路延遲δ1，B接收端接收到波形時(shí)刻與到達(dá)時(shí)刻存在接收延遲σ1，A接收端存在接收延遲時(shí)間誤差σ1.以激勵(lì)脈沖的起始時(shí)刻為時(shí)間零點(diǎn)。則B端接收到波形的時(shí)刻為δ1+t0+σ2，A端接收到回波的時(shí)刻為δ1+2t0+σ1。兩者差值?t1=t0+σ1-σ2。由于不同的接收板延遲存在差異，σ1-σ2不一定為0.此時(shí)，選B為發(fā)射端，上述方法二次測(cè)量，則A接收到波形的時(shí)刻為δ2+t0+σ1，δ2為發(fā)射延遲。B接收回波信號(hào)時(shí)刻為δ2+2t0+σ2。兩者差值為?t2=t0+σ2-σ1。兩探頭之間超聲波真實(shí)的飛行時(shí)間t0=（?t1+?t2）/2兩探頭接收延遲的差值為?σ12=σ1-σ2=（?t1-?t2）/2

最新技術(shù)2023/2/2721基于雙向回波法的超聲波飛行時(shí)間距離測(cè)量系統(tǒng)由硬件平臺(tái)和軟件模塊構(gòu)成。硬件平臺(tái)包括進(jìn)行聲電信號(hào)轉(zhuǎn)換的超聲波探頭、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收放大電路、帶通濾波器、Arm控制和AD采集；軟件模塊包括采集卡設(shè)置、采集顯示、數(shù)據(jù)處理等。2023/2/2722最新技術(shù)2023/2/2723最新技術(shù)2023/2/2724最新技術(shù)五TOF與三維圖像成型2023/2/27252023/2/2726五TOF與三維圖像成型隨著科技的發(fā)展，傳感器技術(shù)會(huì)愈發(fā)敏感，新的信息采集技術(shù)以及處理系統(tǒng)誤差的方法也會(huì)被應(yīng)用，會(huì)大大提高圖像的分辨率，包含更多的圖像信息。