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)
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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)超聲波相位差測(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、跟蹤器設(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)模塊的原理框圖如圖2和圖3所示.
圖2 發(fā)射器電路原理框圖
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. |
圖4 數(shù)字鑒相器的工作波形圖 至于該測(cè)距系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和性能分析請(qǐng)參考文獻(xiàn)［7］.
圖5 超聲波位置跟蹤器的原理框圖 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 |
圖6 測(cè)距結(jié)果與標(biāo)稱距離的比較 實(shí)驗(yàn)中使用發(fā)散角α=60°的換能器，測(cè)距單元的距離測(cè)量范圍為30cm 表1 沿Cξ軸移動(dòng)時(shí)跟蹤器的基準(zhǔn)標(biāo)稱坐標(biāo)與測(cè)量坐標(biāo) |
L
120cm，要求坐標(biāo)分辨率滿足ΔTξ=ΔTη=ΔTζ| 次 數(shù) | 基準(zhǔn)標(biāo)稱坐標(biāo)(cm) | 測(cè)量坐標(biāo)(cm) | ||||
| ξ | η | ζ | ξ | η | ζ | |
| 1 | -20 | 10 | 120 | -20.77 | 10.59 | 121.08 |
| 2 | -15 | 10 | 120 | -15.75 | 10.53 | 120.98 |
| 3 | -10 | 10 | 120 | -10.56 | 9.97 | 119.94 |
| 4 | -5 | 10 | 120 | -4.1 | 10.16 | 120.69 |
| 5 | 0 | 10 | 120 | 1.07 | 10.68 | 120.87 |
| 6 | 5 | 10 | 120 | 5.34 | 10.47 | 120.52 |
| 7 | 10 | 10 | 120 | 10.53 | 11.08 | 119.91 |
| 8 | 15 | 10 | 120 | 14.36 | 10.05 | 120.15 |
| 9 | 20 | 10 | 120 | 20.04 | 9.87 | 120.91 |
表2 沿Cη軸移動(dòng)時(shí)跟蹤器的基準(zhǔn)標(biāo)稱坐標(biāo)與測(cè)量坐標(biāo) |
| 次 數(shù) | 基準(zhǔn)標(biāo)稱坐標(biāo)(cm) | 測(cè)量坐標(biāo)(cm) | ||||
| ξ | η | ζ | ξ | η | ζ | |
| 1 | 5 | -20 | 120 | 4.97 | -20.48 | 118.98 |
| 2 | 5 | -15 | 120 | 4.75 | -15.13 | 120.86 |
| 3 | 5 | -10 | 120 | 5.59 | -12.28 | 120.87 |
| 4 | 5 | -5 | 120 | 4.88 | -7.19 | 120.04 |
| 5 | 5 | 0 | 120 | 5.26 | -1.03 | 120.82 |
| 6 | 5 | 5 | 120 | 5.65 | 7.11 | 118.95 |
| 7 | 5 | 10 | 120 | 5.42 |
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