Измерение расстояния узльтразвуковым датчиком, функциональная схема Опции

[KSN]

Требуется измерять расстояние до объекта в диапазоне 60-250мм, с точностью 0.1мм. Причем точность 0.1 мм требуется возле нижней границы, более 100мм можно и с точностью 1мм. Температура окружающей среды +10 +40 градусов Цельсия. Датчик планируется установить на подвижный механизм, который может двигаться в горизонтальной плоскости (над столом, расстояние надо мерить до стола) со скоростью до 2м/с.
Планирую для этих целей использовать ультразвуковой датчик МА400. Датчик и на передачу и на прием. Питание устройства однополярное +12В, поэтому планирую раскачивать датчик мостовой схемой на MOSFET(до +24В). Питание приемной и цифровой части +5В. На прием, инструментальный усилитель (усилить сигнал с датчика), ФНЧ ( получить огибающую), усилитель огибающей и на вход компаратора микроконтроллера (Atmega8), срабатывание которого будет фиксировать время работы таймера. Отдельно планирую установить датчик температуры и по его показаниям делать поправку на результат измерений.
Вопросы:
1. Такая схема реализации обеспечит точность 0.1мм?
2. Будет ли сказываться скорость перемещения? Если да, то как учитывать?
3. Для защиты приемного усилителя достаточно установить параллельные встречновключенные диоды ( на каждый вход инстр. усилителя)? Или лучше поставить ключи и на время излучения отключать от входов усилителя?

[domowoj]

1.Если использовать опорный канал и фазовый метод, наверное, можно, считать нужно.
2.Если скорость перемещения << скорости звука
3.Так и делают, но это на ваше усмотрение

А почем именно ультразвук?

[KSN]

Вы считаете, что стандартным способом измерения (я его и описывал) не поймать 0.1мм? Нужен бесконтактый способ, на первый взгляд с помощью ультразвука проще реализовать.

[maugli]

У MAXIM имеется микросхема MAXQ7667 16-Bit, RISC, Microcontroller-Based, Ultrasonic Distance-Measuring System. Может вам подойдёт ?

[Aner]

Может пригодиться:
http://www.parallax.com/Store/Sensors/Obje...e%2cProductName
описание:
http://www.parallax.com/Portals/0/Download...5-PING-v1.6.pdf

1) точность 0.1мм - не получить ( просто читаем физику процесса и считаем разброс, допуски и тд.) по многим причинам: давление, влажность, температура, конвекция и тд.
2) ...конечно будет, ... создает давление непредсказуемое, все таки вихри образуются на таких скоростях. Учитывать - никак из-за непостоянства параметров.
3) есть отработанные схемы, неполенитесь и поищите, вопросы защиты отпадут.

>Требуется измерять расстояние до объекта в диапазоне 60-250мм, с точностью 0.1мм.
лазерным лучем можно, по эфиру а не по воздуху, дальномеры промышленные есть, готовые.

[АНТОН КОЗЛОВ]

Как говорил один из вождей: "Я на рельсы лягу", если вам удастся получить заявленную точность.

[Владимир]

Требуется измерять расстояние до объекта в диапазоне 60-250мм, с точностью 0.1мм. Причем точность 0.1 мм требуется возле нижней границы, более 100мм можно и с точностью 1мм. Температура окружающей среды +10 +40 градусов Цельсия. Датчик планируется установить на подвижный механизм, который может двигаться в горизонтальной плоскости (над столом, расстояние надо мерить до стола) со скоростью до 2м/с.
Планирую для этих целей использовать ультразвуковой датчик МА400. Датчик и на передачу и на прием. Питание устройства однополярное +12В, поэтому планирую раскачивать датчик мостовой схемой на MOSFET(до +24В). Питание приемной и цифровой части +5В. На прием, инструментальный усилитель (усилить сигнал с датчика), ФНЧ ( получить огибающую), усилитель огибающей и на вход компаратора микроконтроллера (Atmega8), срабатывание которого будет фиксировать время работы таймера. Отдельно планирую установить датчик температуры и по его показаниям делать поправку на результат измерений.
Вопросы:
1. Такая схема реализации обеспечит точность 0.1мм?
2. Будет ли сказываться скорость перемещения? Если да, то как учитывать?
3. Для защиты приемного усилителя достаточно установить параллельные встречновключенные диоды ( на каждый вход инстр. усилителя)? Или лучше поставить ключи и на время излучения отключать от входов усилителя?

Реально. Ну нужно над схемой серьезно упираться. Да и над конструкцией не меньше.
Лет 20 назад собрали три подобных устройства с указанной точностью
Отличия: диапазон установки датчика примерно такой. Датчик устанавался неподвижно. Диапазон измерений уже был в пределах+-4мм. Точность такая же. Но при обработке результата. Если поверхности до датчика стабильно точность и намного больше. По крайней мере прогиб пола когда по нем перемещается чувствовал

Но у вас динамика-- тут надо считать

[klen]

положу на рельсы вторую копию АНТОН КОЗЛОВ если измерите стандартным спопобом.

считаю что это невозможно.
предлагается "более" правильный метод, который предложен отцам, видимо которых цетировал АНТОН КОЗЛОВ.

1. измерить спектральную плотность шума на выходе аналоговой части
ДАЛЕЕ КАК В УЧЕБНИКАХ
2. методом нахождением максимума апостериорной плотности.....

в практике это будет выглядеть например так

a. Измерить реализацию принимаемого сигнала (или расчитать его модель) - это в нашем случае будет импульс сигнала с заполнением с чсастотой ~40 Кгц. Использовать его как опору. Соответственно частота оцифровки должнабыть намного больше 40Кгц, что щас не проблема для микроконтроллеров.
б. реализовать програмно дискриминатро по времени задержке, в плечах которого будут корреляторы интегрирующие произведение опорного сигнала с тем что вылезет с усилителя датчика. НИКАКИХ ОГИБАЮЩИХ!!!!! только сырой сигнал с линейного усилителя!
разность интеграторов есть невязка слежения - тоесть ошибка на сколько ошиблись в предпологаемом значении задержки сигнала.
в. через филтр замкнуть петлю слежения - тоеть двигать параметр "время задержкисигнала" дискриминатора вслед за сигналомю.

примерно так. это все потянет и не утомится какойни будь stm32f103. все програмно.
так работают все нормальные дальномеры кроме оптических(в них фазу волны хер учтеш)

теоретически в сильно хороших условиях (мало шуму в помешении в полосе датчика и шума усилителя) ошибка измерения будет вида "разрешение"/"сигнал/шум", разрешение при таком не сильно хорошем сигнале - примерно длинна влны - это 370м/c / 40Кгц = 0.9 мм. Соотвественно при SN=1 и будет ошибка измерения, соотвественно вроде 0.1мм можно получит при SN=9, при стандартном методе ОГИБАЮЩАЯ-КОМПАРАТОР вы и сантиметра наверно не выжмите. Далее эту точность можно улучшить петле слежения за задержкой сигнала - еще несколько децибел выцарапать у шумов - причина в том что теперь не одно измерение а много и они усредняются на основании знаний как параметр вообще во времени может изменятся.

короче это все в учебниках до молекулярного состава иззсосано.

сам на этих датчиках собирась поэксперементировать о том что выше написал.

если уважаемый автор подгонит отладочную плату с датчиком (датчик усилитель, раскачка, или че там еще аналогово будет) я приуручу к выходу платку с ARM-миком частотой эток под 100 и потренирусь делать то что написал выше. ему не морочится с цифровой , мне не морочится аналоговой частью

[KSN]

2 klen: я собираюсь использовать датчик не на 40кГц, а на 400кГц. Вот здесь надо прикинуть, успеет ли stm2f103 обработать данные?

[klen]

2 klen: я собираюсь использовать датчик не на 40кГц, а на 400кГц. Вот здесь надо прикинуть, успеет ли stm2f103 обработать данные?

дело в АЦП. сигнал можно запомнит а потом обрабатывать - между зондирующими импульсами то времени хватит.

а зачем 400Кгц?
а оно по воздуху вообще пойдет?

[KSN]

у датчиков с 40кГц минимальная дистанция 0.2м, мне это не подходит. 400кГц по воздуху идет.

[ArtemDement]

KSN, если не секрет, так на чем закончилось Ваше желание сделать точный измеритель на основе ультразвука ?

[KSN]

to ArtemDement: история проекта такова: у меня проект забрали и передали другому коллеге. Им было разработаны и собраны три образца (идеология сохранилась). Точность измерения составила 3мм при неподвижном механизме. При движении точность составляла около 4-6мм (значение скорости не помню уже). После редизайна проекта (ошибки в софте, в схематике) точность повысилась до 1мм. После этого коллега уволился, мне проект не дали довести до ума - "похоронили".