Ultrasonido en el diseño del sistema de rango de aire

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Estoy diseñando un detector de rango de ultrasonido de aire que rebota las señales de ultrasonido de la cabeza de una persona para medir la distancia del dispositivo desde la cabeza. El objetivo es obtener una precisión de ~ 1 mm, ya que un dispositivo se está alejando activamente de la cabeza de una persona (el rango de distancias es de 0 a 250 mm), por lo que necesito una tasa de actualización bastante buena (> 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 el mejor transductor de frecuencia para usar? Estaba pensando en 40 kHz debido a los componentes de bajo tamaño y la disponibilidad del mercado.
  2. ¿Debo optar por una viga estrecha o una viga ancha? Creo que el haz estrecho tendría una mejor reflectancia, pero ¿no funcionarían solo para rangos específicos?
  3. Cuando instalo estos transductores en este dispositivo, ¿es necesario que estén en un ángulo entre ellos para optimizar la reflexión? ¿O puede su eje de transmisión ser normal al mismo plano?
  4. ¿Qué tipo de procesamiento de señal debo usar? Obviamente, los transductores de ultrasonido de ancho de banda bajo tendrán una forma de onda bastante amplia, por lo que creo que la correlación no funcionará demasiado bien. Pero, ¿un método de umbral será lo suficientemente preciso? Tal vez hay otros métodos que no he considerado?
pregunta user2525288

2 respuestas

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El objetivo es obtener una precisión de ~ 1 mm

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

Entonces, ¿qué puedes preguntar. Cualquier onda estacionaria que pueda obtener ocurrirá cada 8,5 mm y esto podría arruinar su precisión esperada de 1 mm.

Luego puede indicar que utilizará un impulso impulsado hacia el transductor. Los resonadores de 40 kHz que he encontrado son muy "resonantes" y generar un pulso puede no ser tan fácil.

Estoy diciendo estas cosas porque creo que debes tenerlas en cuenta.

Un rayo más estrecho me parece lógico o podría haber varias reflexiones de diferentes objetos regresando y ocultando la medición de distancia deseada. También recuerde que los dispositivos de haz estrecho aún pueden producir / ser susceptibles a la interferencia del lóbulo lateral.

En cuanto a sus otras preguntas, creo que necesita determinar qué desea transmitir antes de pensar en el procesamiento de la señal.

    
respondido por el Andy aka
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El sonido tarda aproximadamente 3 µs en viajar 1 mm. Esto significa que para obtener una resolución de 1 mm en una medición de retardo de ida y vuelta, deberá tener aproximadamente 6 µs de resolución de tiempo. Esto es mucho más corto que el período de 25 µs de su señal, por lo que deberá poder realizar mediciones del ángulo de fase.

Los buscadores de rango ultrasónicos no funcionan hasta una distancia cero. Necesitan un tiempo mínimo desde el final del pulso transmitido hasta el comienzo del pulso recibido (incluso cuando se usan transductores de recepción y recepción separados). 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 son 250 µs, por lo que permitir unos 500 µs antes de que el receptor esté listo significa que tiene una distancia mínima utilizable del orden de 80 - 100 mm.     

respondido por el Dave Tweed

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