利用MAXQ7667確定超聲傳感器的諧振頻率和阻尼特性

　引言

　　本文介紹了如何利用MAXQ7667智能SoC (片上系統(tǒng))確定超聲傳感器的諧振頻率和阻尼特性。這些功能有助于診斷傳感器模塊，優(yōu)化系統(tǒng)性能，并且可以在生產(chǎn)過程中用于校準(zhǔn)。本應(yīng)用筆記并非針對(duì)所有系統(tǒng)泛泛地討論“如何實(shí)現(xiàn)”，而是針對(duì)特定的傳感器模型討論設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)以及特定條件下的性能。利用這些信息，用戶可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)測(cè)試。另外，這些測(cè)試假定超聲波反射目標(biāo)與傳感器的距離大于1英尺。

　　測(cè)試裝置

　　本文中的所有測(cè)試數(shù)據(jù)取自MAXQ7667 EV (評(píng)估)板，這些數(shù)據(jù)通過評(píng)估板的RS-232串口傳送到PC，然后利用Excel表產(chǎn)生曲線圖。傳感器采用隨評(píng)估板提供的40kHz 400EP250。傳感器水平安裝在電路板上，可以方便地在傳感器上加裝其它材料以改變傳感器的性能。這里采用了三種傳感器條件應(yīng)用于各種測(cè)試：清潔干燥的傳感器(正常工作條件)、在傳感器表面注水、傳感器表面附有油漬。

　　圖1至圖3顯示了這些不同條件下傳感器的參數(shù)，可以看到有較大的差異。傳感器表面注水會(huì)降低傳感器的諧振頻率、減小阻尼;油漬的影響則相反，會(huì)提高諧振頻率、并顯著增大阻尼。

　　阻尼測(cè)試

　　阻尼測(cè)試用于測(cè)量傳感器的諧振時(shí)間，測(cè)試非常簡(jiǎn)單，首先產(chǎn)生一個(gè)短脈沖激勵(lì)傳感器，然后監(jiān)測(cè)傳感器輸出，觀察信號(hào)的衰減速度。圖1至圖3給出了三種不同頻率下回波接收通道的阻尼。從三組曲線可以很容易看出油漬會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)阻尼。另外，如果觀察阻尼的細(xì)微變化，這些曲線還顯示了接收頻率的重要作用。

　　由于該測(cè)試非常簡(jiǎn)單，可以在多個(gè)頻率下進(jìn)行測(cè)試。在多個(gè)頻率下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，最好保持相對(duì)恒定的激勵(lì)脈沖寬度。利用一個(gè)持續(xù)時(shí)間固定的激勵(lì)窄脈沖，可以消除傳感器能量變化或者在諧振頻率處激勵(lì)傳感器造成的差異。

　　圖1、圖2和圖3中，以25μs的間隔采集LPF (低通濾波器)輸出，傳感器激勵(lì)脈沖寬度近似為6μs。注意，如果只使用一個(gè)頻率并且PLL已處于所要求的頻率，該測(cè)試可以在低于3ms的間隔下進(jìn)行。在兩次測(cè)量之間有充分的時(shí)間觀測(cè)峰值，并檢測(cè)信號(hào)衰減到給定峰值百分比的時(shí)間。如果使用多個(gè)頻率，可能需要額外的測(cè)量時(shí)間，同時(shí)也需要更多時(shí)間使PLL穩(wěn)定到一個(gè)新的頻率。

　　圖1. 利用40kHz中心頻率濾波器時(shí)的阻尼測(cè)量

　　圖2. 利用35kHz中心頻率濾波器時(shí)的阻尼測(cè)量

　　圖3. 利用45kHz中心頻率濾波器時(shí)的阻尼測(cè)量

　　掃頻