Чому звукова хвиля є найкращим вибором для багатьох детекторів локацій?

Тому я зараз працюю над своїм підсумковим проектом середньої школи, який в основному є Радаром :) ...

Я використовую детектор SRF05 для виявлення об'єктів, які знаходяться біля поверхні пристрою. Моє поточне завдання - вивчити та узагальнити всі різні компоненти, які будуть зібрані наприкінці. (UART, MAX232 74HC244 тощо, якщо ви хочете знати :)

Мій викладач сказав мені, що чим більше я буду знати про ці компоненти, тим краще я буду працювати на роботі та на іспитах. Тож ось моє питання: Чому звукові хвилі - найкращий вибір для SRF05? Крім того, чому саме UltraSonic? Які переваги використання звукових хвиль, але не невидимих ​​світлових хвиль, тепла чи будь-яких інших засобів, які можуть зробити цю роботу? Наприклад, світло рухається набагато швидше, тим самим створюється кращий результат і, ймовірно, буде більш ефективним, ніж звук.

В основному звук повільний.

Використовуючи звук, ви можете легко визначити, скільки часу хвилі потрібно подорожувати вашим об'єктом і відбиватися від нього, тим самим надаючи досить точну відстань. Світло для цього надто швидко йде, якщо тільки ви не хочете виміряти відстань Місяця, скажімо.

І чому ультразвуковий? Так що ви не можете цього року. Уявіть, як це буде прикро, якби ви змушені були це постійно чути? BeeeEEEeeeEEEEeeeEEEEEEEeeeeeeEEE .... eeEEEeeEEEP

Існує деякий аналіз на /electronics//a/130095/9006 у відповідь на запитання про пошук об'єкта.

Світло, радіо і теплове випромінювання - це електромагнітне випромінювання, і вони подорожують дуже, дуже швидко. Це неправда, що вони дають кращий результат лише тому, що вони швидші.

Електромагнітне випромінювання рухається в 1 000 000 разів швидше, ніж звук. Тому набагато простіше зробити щось, що може виміряти час, необхідний для проходження звуку на кілька метрів, ніж для світла. Звук рухається приблизно 0,34 метра на мілісекунду. Ваші вуха та мозок досить добрі, щоб виявити час польоту в кімнаті приблизно 30 метрів і більше.

Частина електроніки для вимірювання відстані за допомогою звуку під час польоту є недорогою. Щоб отримати 0,34 м, або 34 см, йому потрібно працювати на одну мілісекунду (0,001 секунди). Що є sloooooow для будь-якого типу комп’ютера, хоча це і набагато швидше, ніж людина. Відносно просто отримати 10 разів краще, 3,4 см, що становить 0,1 мілісекунди. Для ультразвуку, на 38 кГц, це 0,1 мілісекунди - це майже 4 цілі цикли, що цілком відповідає можливостям дешевої електроніки для вимірювання. Тому вимірювання 34см з 10% точністю зрозуміло та здійснено.

Виміряти час польоту на 30 см світлом було б набагато важче. Світло зайняло б 1 000 000 менше часу, або 0,000,000,001 секунди, або 1 наносекунда. Виміряти до 3см точність було б 0,1 наносекунди, що приблизно в 3 рази швидше, ніж за один цикл найшвидшого мікропроцесора Intel. Тому було б набагато важче зробити це вимірювання 30см, а ще складніше отримати 10% точність, використовуючи час польоту. Це можна зробити, але не так дешево і легко, як звук. Зазвичай він не використовує час польоту, а натомість іншу властивість світлової хвилі.

Бічна примітка (Редагування):
Якщо ви хотіли більшої точності, ніж 3,4 см зі звуком (не світлом), як це зробити? Що це робить важче отримати набагато більшу точність із SRF05? Подумайте над цим, і ви можете зрозуміти, що обмежує вибраний SRF05, і, отже, краще зрозуміти систему.

Найвідоміша тварина, яка використовує ультразвук, - це кажани. Вони використовують його для вимірювання дальності і положення, використовуючи час польоту, і два вуха для пошуку інформації про напрямок. Тож частина біологічних систем кажанів здатна досить швидко використовувати звуковий час польоту, щоб ловити їжу (молі та інших комах) під час польоту. Це дуже вражає. Якщо ви хочете дізнатися більше про те, як можна використовувати ультразвукове дослідження, ви можете переглянути статті про систему локалізації ехо- вата . Він високо розвинений.

Багато інших тварин випромінюють ультразвук, наприклад, гризуни та деякі комахи. Але для більшості це механізм комунікації.

Чому б не використовувати лазери? Це настільки відмінне посилання, що я вважаю, що це заслуговує на відповідь: http://www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

Вся сторінка рясніє інформацією з цього приводу. Важко витягнути певний абзац, оскільки це все актуально, але це хороший огляд методики.

Для набагато кращого дозволу, ніж це було б можливо з простою вибіркою при збереженні низької вартості, цифрові далекоміри TOF можуть комбінувати точний аналоговий тимчасовий інтерполятор із скажімо системою CMOS, що працює на 100 МГц. Аналогова схема для цього є у багатьох виробничих підрозділах (для різних застосувань) - але дозволена потужність 5 фунтів стерлінгів з недорогими компонентами та впродовж 15 років у виробництві принаймні одного виробника. Ідея полягає в інтерполяції між цифровими періодами підрахунку з точним перетворювачем часу на напругу, який потім відбирається за допомогою мікроконтролера та поєднується з результатами цифрового лічильника.

Лазери (видимі або інфрачервоні), RADAR тощо працюють і можуть давати дуже високу точність - при високій вартості та складності. Для лазерів потрібен хороший оптичний шлях від лазера до приймача та ретельна конструкція схеми, щоб передбачити час, який потрібен для проходження сигналів по ланцюгу.

Грубе, але дешеве вимірювання відстані можна здійснити за допомогою ІЧ-світлодіодів і фотодіодів, просто вимірявши, скільки світла відбивається від цілі. Це важко точно відкалібрувати та вразливе до освітлення навколишнього середовища, але якщо ви просто хочете "поруч" або "далеко", цього може бути достатньо. Це техніка, яка використовується дистанційною камерою Kinect від Microsoft.

Звукові хвилі - найкращий вибір для SRF05, оскільки у вас немає вибору, це ультразвуковий датчик відстані.

Ультразвукові частоти часто використовуються для вимірювань та діагностичних застосувань з тієї причини, що рівень шуму нижчий на більш високих частотах.

Тепло було б вкрай важко виміряти відстані, завдяки фізиці теплової дифузії.

Лазерне світло може забезпечити більш надійні та точні результати на більшій відстані та більш високу вартість, але має бути точно націленим.

Ультразвуковий акустичний датчик інтегрує загальну реакцію навколишнього середовища, дозволяючи після обробки інформації робити висновки про відстань до більш ніж однієї точки.