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連續(xù)超聲波位置跟蹤器的設(shè)計(jì)原理及其在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

作者: 時(shí)間:2010-12-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  3.測(cè)距
  在充分權(quán)衡傳統(tǒng)T.O.F方法、相位差法和多普勒頻移法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,本文提出了一種新的測(cè)距方案:用一個(gè)音頻信號(hào)TM調(diào)制超聲載波TU,由換能器發(fā)射振幅被調(diào)制的連續(xù)式.接收器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)后得到調(diào)制信號(hào)RM,接收調(diào)制信號(hào)RM與發(fā)射調(diào)制信號(hào)TM之間的相位差ΔΦM正比于發(fā)射器到接收器之間的距離L.只要調(diào)制信號(hào)的頻率足夠低,使得它的波長(zhǎng)大于最大測(cè)距范圍,相位差ΔΦM就一定小于2π.利用數(shù)字鑒相器測(cè)量ΔΦM,設(shè)聲音在空氣中的傳播速度為v,數(shù)字鑒相器的插值頻率為f1,鑒相器的計(jì)數(shù)結(jié)果為NM,則距離L1為:

L1=NMv/f1 (7)

  但由于音頻調(diào)制信號(hào)的頻率較低,相位差ΔΦM的測(cè)量精度受到數(shù)字鑒相器分辨力和其它信號(hào)處理電路分辨力的限制,導(dǎo)致L的分辨力受到限制.為此,在保證L1的分辨率高于超聲載波波長(zhǎng)λc的前提下,從接收到的AM調(diào)制信號(hào)中提取載波信號(hào)RU,用數(shù)字鑒相器測(cè)量發(fā)射載波信號(hào)TU和接收載波信號(hào)RU之間的ΔΦC,數(shù)字鑒相器的插值頻率為f2,鑒相器的計(jì)數(shù)結(jié)果為NC,則距離L可以表示為:

L=int(L1/λC)+NCv/f2
其中int(L1/λC)表示L1/λC的取整運(yùn)算 (8)

  和傳統(tǒng)的連續(xù)相位差測(cè)距法相比較,上述連續(xù)調(diào)幅超聲波測(cè)距法不僅繼承了測(cè)量范圍大、刷新頻率高、測(cè)距精度高等優(yōu)點(diǎn),而且克服了處理電路復(fù)雜和需要粗測(cè)基準(zhǔn)的缺點(diǎn).它也不同于音頻測(cè)距法,不會(huì)受到環(huán)境聲音的干擾,也不會(huì)造成環(huán)境聲音污染.

三、器設(shè)計(jì)
  1.測(cè)距單元設(shè)計(jì)
  測(cè)距單元由超聲波發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩個(gè)模塊構(gòu)成,兩個(gè)模塊的框圖如圖2和圖3所示.

t99-2.gif (2581 bytes)

圖2 發(fā)射器電路框圖

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圖3 接收器電路原理框圖

  數(shù)字鑒相器的工作波形如圖4所示.



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