Почему звуковая волна - лучший выбор для многих детекторов местоположения?

Так что в настоящее время я работаю над своим финальным проектом для средней школы, который в основном представляет собой радар :) ...

Я использую детектор SRF05 для обнаружения объектов, которые находятся вблизи поверхности устройства. Моя текущая задача - изучить и обобщить все различные компоненты, которые будут собраны в конце. (UART, MAX232 74HC244 и т. Д., Если хотите знать :)

Мой учитель сказал мне, что чем больше я буду знать об этих компонентах, тем лучше я буду на работе и на экзаменах. Итак, вот мой вопрос: почему звуковые волны - лучший выбор для SRF05? Кроме того, почему UltraSonic? Каковы преимущества использования звуковых волн, а не невидимых световых волн, тепла или любых других средств, которые могут сделать эту работу? Свет, например, распространяется гораздо быстрее, что создает лучший результат и, вероятно, будет более эффективным, чем звук.

В основном звук медленный.

Используя звук, вы можете легко определить, сколько времени займет волна, чтобы добраться до вашего объекта и отразить его, что дает вам довольно точное расстояние. Свет идет слишком быстро для этого, если вы не хотите измерить расстояние до Луны, скажем.

А почему ультразвуковой? Таким образом, вы не можете год это. Представляешь, как это будет раздражать, если тебя будут постоянно слышать? BeeeEEEeeeEEEEeeeEEEEEEEeeeeeeEEE .... eeEEEeeEEEP

На /electronics//a/130095/9006 есть некоторый анализ в ответ на вопрос о поиске местоположения объекта.

Свет, радио и тепловое излучение являются электромагнитным излучением и распространяются очень быстро. Это автоматически не правда, что они обеспечивают лучший результат только потому, что они быстрее.

Электромагнитное излучение распространяется в 1 000 000 раз быстрее звука. Поэтому гораздо проще сделать что-то, что может измерить время, необходимое для прохождения звука на несколько метров, чем для света. Звук распространяется со скоростью примерно 0,34 метра в миллисекунду. Ваши уши и мозг достаточно хороши, чтобы определить время полета в комнате около 30 метров и более.

Электроника для измерения расстояния с использованием времени прохождения звука является недорогой. Чтобы получить 0,34 м или 34 см, он должен работать за одну миллисекунду (0,001 с). Который является sloooooow для любого типа компьютера, хотя и намного быстрее, чем человек. Относительно просто получить 10x лучше, 3,4 см, что составляет 0,1 миллисекунды. Для ультразвука, при 38 кГц, эти 0,1 миллисекунды - это почти 4 полных цикла, что вполне в пределах возможностей недорогой электроники для измерения. Таким образом, измерение 34 см с точностью 10% понятно и выполнимо.

Измерить время полета на 30 см со светом было бы намного сложнее. Свет занял бы 1 000 000 меньше времени, или 0 000 000 001 секунды, или 1 наносекунду. Точность измерения до 3 см составила бы 0,1 наносекунды, что примерно в 3 раза быстрее, чем один цикл самого быстрого микропроцессора Intel. Таким образом, было бы намного сложнее сделать это измерение 30 см, и еще сложнее получить 10% точности, используя время полета. Это можно сделать, но не так дешево и легко, как звук. Как правило, он не использует время пролета, но вместо этого другое свойство световой волны.

Примечание (Правка):
Если вам нужна более высокая точность звука, чем 3,4 см (не свет), как вы можете это сделать? Что это такое , что делает его труднее получить много точности больше с SRF05? Подумайте об этом, и вы сможете понять, что ограничивает выбранный SRF05, и, следовательно, лучше понять систему.

Самым известным животным, которое использует ультразвук, являются летучие мыши. Они используют его для измерения дальности и положения, используя время полета и два уха, чтобы найти информацию о направлении. Таким образом, часть биологических систем летучих мышей может использовать время полета звука достаточно хорошо, чтобы ловить «пищу» (моли и других насекомых) во время полета. Это очень впечатляет. Если вы хотите больше узнать о том, как можно использовать ультразвук, вы можете посмотреть статьи о системе эхо-локации летучей мыши . Это высоко развито.

Многие другие животные излучают ультразвук, например, грызуны и некоторые насекомые. Но для большинства это коммуникационный механизм.

Почему бы не использовать лазеры? Это такая отличная ссылка, что я считаю, что заслуживает того, чтобы на нее ответить: http://www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

Вся страница полна информации по теме. Трудно выделить конкретный абзац, так как все это актуально, но это хороший обзор техники.

Для гораздо лучшего разрешения, чем было бы возможно при простой выборке, при сохранении низкой стоимости, цифровые дальномеры TOF могут комбинировать прецизионный аналоговый временной интерполятор, скажем, с системой CMOS, работающей на частоте 100 МГц. Аналоговая схема для достижения этой цели существует во многих производственных единицах (для различных применений), но разрешение 5 пс было достигнуто при использовании недорогих компонентов и при производстве в течение 15 лет как минимум от одного производителя. Идея заключается в интерполяции между периодами цифрового счета с помощью прецизионного преобразователя времени в напряжение, который затем дискретизируется микроконтроллером и объединяется с результатами цифрового счетчика.

Лазеры (видимые или инфракрасные), RADAR и т. Д. Работают и могут давать очень высокую точность - при высокой стоимости и сложности. Для лазеров необходим хороший оптический путь от лазера к приемнику и тщательная схема, чтобы обеспечить время, необходимое для прохождения сигналов по цепи.

Грубое, но дешевое измерение расстояния может быть выполнено с помощью инфракрасных светодиодов и фотодиодов, просто измеряя, сколько света отражается от цели. Это трудно точно откалибровать и он уязвим к окружающему освещению, но если вы просто хотите «близко» или «далеко», этого может быть достаточно. Именно эта техника используется дистанционной камерой Microsoft Kinect.

Звуковые волны - лучший выбор для SRF05, потому что у вас нет выбора, это ультразвуковой датчик расстояния.

Ультразвуковые частоты часто используются для измерений и диагностики по той причине, что минимальный уровень шума ниже на более высоких частотах.

Тепло было бы чрезвычайно трудно измерить на расстоянии из-за физики термодиффузии.

Лазерный свет может обеспечить более надежные и точные результаты на больших расстояниях и более высокую стоимость, но должен быть точно направлен.

Ультразвуковой акустический датчик объединяет общий отклик окружающей среды, позволяя после обработки информации делать выводы о расстоянии до более чем одной точки.