分析飛行時間法

分析飛行時間法飛行時間法超聲波TOF測距超聲波TOF影響因素及最新技術TOF與三維圖像成型2023/2/272一簡介2023/2/273飛行時間測量法（TimeOfFlight）通過確定測量發(fā)射信號與接收信號的飛行時間間隔來實現距離測量。因此被測距離可表示為：s=v*t/2s—待測距離；v－信號飛行速度；t—飛行時間；一簡介2023/2/274s=v*t/2二應用飛行時間法質譜儀2023/2/275二應用倒車系統(tǒng)（激光、超聲波等）2023/2/276二應用核物理領域2023/2/277核碰撞的物理研究二應用三維成像技術2023/2/278采用TOF技術的相機，其發(fā)射器通過向目標發(fā)出振幅經過調制的出射光信號，再通過探測器接受到目標反射的入射光，通過出射光與入射光的相位差可以計算出飛行的時間，結合光速，算出相機到目標的距離。攝像機上每個像素都接收到相應的距離信號，得出三維圖像。二應用三維相機2023/2/279二應用測速儀：雷達激光紅外線聲波等2023/2/2710二應用警用的測速儀分固定和流動兩種2023/2/2711三超聲波TOF測距超聲波測距主要應用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)現場，例如：液位、井深、管道長度等場合。2023/2/2712超聲波發(fā)生器的內部結構有兩個壓電晶片和一個共振板，當它的兩極外加上固有振蕩頻率的脈沖電壓時壓電晶片會發(fā)生共振并產生超聲波。如果共振板接收到超聲波時，也會迫使壓電晶片產生振動，反過來將機械能轉換為電信號，成為超聲波接收器。

在超聲波測距電路中，發(fā)射端連續(xù)輸出一系列脈沖方波，然后判斷接收端，實現超聲測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，測量電壓即可測得距離；

②

測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射超聲波與接收超聲波的時間間隔

t，故被測距離為

S=v*t／2。2023/2/2713超聲波TOF測距系統(tǒng)原理圖四超聲波TOF影響因素及最新技術信號：調制信號的頻率、波長、波形等計時：計時器觸發(fā)的方式、時鐘偏移、計時器誤差等環(huán)境：溫度、機械系統(tǒng)振動噪聲、空氣傳播介質等2023/2/2714時鐘偏移：是指時鐘信號到達數字電路各個部分所用時間的差異。超聲波測距系統(tǒng)幾種常用的信號脈沖2023/2/2715觸發(fā)信號：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有關，試想下在水里和在空氣中聲波傳播速度的差異。介質物質分子越密集，聲波傳播速度就越快，到真空中就沒法傳播了。所以不同的實驗環(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四超聲波TOF影響因素及最新技術時鐘偏移問題為了實現時鐘同步，TOF測距方法采用了時鐘偏移量來解決時鐘同步問題。但由于TOF測距方法的時間依賴于本地和遠程節(jié)點，測距精度容易受兩端節(jié)點中時鐘偏移量的影響。為了減少此類錯誤的影響，采用反向測量方法，即遠程節(jié)點發(fā)送數據包，本地節(jié)點接收數據包，并自動響應，通過平均在正向和反向所得的平均值，減少對任何時鐘偏移量的影響，從而減少測距誤差。2023/2/2718最新技術2023/2/2719雙向回波法是一種對測量系統(tǒng)的電路延遲進行標定的方法，他能得到待測時間間隔的起點。超聲波傳感器A與B面對面放置。假定A為發(fā)射頭，其發(fā)射信號傳播到B端被接收。同時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中傳播的真實超聲波信號，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，將波形的峰值點作為發(fā)射和到達時刻，則圖中兩波形間t0為超聲波真實的傳播時間。由于電路延遲的影響，發(fā)出激勵脈沖的起始時刻與發(fā)射時刻之間存在固定電路延遲δ1，B接收端接收到波形時刻與到達時刻存在接收延遲σ1，A接收端存在接收延遲時間誤差σ1.以激勵脈沖的起始時刻為時間零點。則B端接收到波形的時刻為δ1+t0+σ2，A端接收到回波的時刻為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，選B為發(fā)射端，上述方法二次測量，則A接收到波形的時刻為δ2+t0+σ1，δ2為發(fā)射延遲。B接收回波信號時刻為δ2+2t0+σ2。兩者差值為?t2=t0+σ2-σ1。兩探頭之間超聲波真實的飛行時間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2023/2/2721基于雙向回波法的超聲波飛行時間距離測量系統(tǒng)由硬件平臺和軟件模塊構成。硬件平臺包括進行聲電信號轉換的超聲波探頭、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置、采集顯示、數據處理等。2023/2/2722最新技術2023/2/2723最新技術2023/2/2724最新技術五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，傳感器技術會愈發(fā)敏感，新的信息采集技術以及處理系統(tǒng)誤差的方法也會被應用，會大大提高圖像的分辨率，包含更多的圖像信息。