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1、飞行时间法,2020/8/4,1,飞行时间法,简介 应用 超声波TOF测距 超声波TOF影响因素及最新技术 TOF与三维图像成型,2020/8/4,2,一 简介,2020/8/4,3,飞行时间测量法（Time Of Flight）通过确定测量发射信号与接收信号的飞行时间间隔来实现距离测量。因此被测距离可表示为： s=v*t/2 s待测距离； v信号飞行速度； t飞行时间；,一 简介,2020/8/4,4,s=v*t/2,二 应用,飞行时间法质谱仪,2020/8/4,5,二 应用,倒车系统（激光、超声波等）,2020/8/4,6,二 应用,核物理领域,2020/8/4,7,核碰撞的物理研究,二
2、应用,三维成像技术,2020/8/4,8,采用TOF技术的相机，其发射器通过向目标发出振幅经过调制的出射光信号，再通过探测器接受到目标反射的入射光，通过出射光与入射光的相位差可以计算出飞行的时间，结合光速，算出相机到目标的距离。摄像机上每个像素都接收到相应的距离信号，得出三维图像。,二 应用,三维相机,2020/8/4,9,二 应用,测速仪： 雷达 激光 红外线 声波等,2020/8/4,10,二 应用,警用的测速仪分固定和流动两种,2020/8/4,11,三 超声波TOF测距,超声波测距主要应用于倒车雷达、建筑施工工地以及一些工业现场，例如：液位、井深、管道长度等场合。,2020/8/4,1
3、2,超声波发生器的内部结构有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加上固有振荡频率的脉冲电压时压电晶片会发生共振并产生超声波。如果共振板接收到超声波时，也会迫使压电晶片产生振动，反过来将机械能转换为电信号，成为超声波接收器。在超声波测距电路中，发射端连续输出一系列脉冲方波，然后判断接收端，实现超声测距一般有以下两种方法：读取输出端脉冲电压的平均值，该电压(其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，故被测距离为S=v*t2。,2020/8/4,13,超声波TOF测距系统原理图,四 超声波TOF影响因素及最新技术,信号：调制信号的
4、频率、波长、波形等 计时：计时器触发的方式、时钟偏移、计时器误差等 环境：温度、机械系统振动噪声、空气传播介质等,2020/8/4,14,时钟偏移：是指时钟信号到达数字电路各个部分所用时间的差异。,超声波测距系统几种常用的信号脉冲,2020/8/4,15,触发信号：门阀值法 矩形波法,2020/8/4,16,温度上升，空气分子的密集程度就变化，而声波传播速度与介质有关，试想下在水里和在空气中声波传播速度的差异。介质物质分子越密集，声波传播速度就越快，到真空中就没法传播了。 所以不同的实验环境，误差大小也不同。,2020/8/4,17,四 超声波TOF影响因素及最新技术,四 超声波TOF影响因素
5、及最新技术,时钟偏移问题 为了实现时钟同步，TOF测距方法采用了时钟偏移量来解决时钟同步问题。但由于TOF测距方法的时间依赖于本地和远程节点，测距精度容易受两端节点中时钟偏移量的影响。为了减少此类错误的影响，采用反向测量方法，即远程节点发送数据包，本地节点接收数据包，并自动响应，通过平均在正向和反向所得的平均值，减少对任何时钟偏移量的影响，从而减少测距误差。,2020/8/4,18,最新技术,2020/8/4,19,双向回波法是一种对测量系统的电路延迟进行标定的方法，他能得到待测时间间隔的起点。超声波传感器A与B面对面放置。假定A为发射头，其发射信号传播到B端被接收。同时B将超声波反射后传到A
6、被接收。图中上方的波形为外部介质中传播的真实超声波信号，分别为A刚发射的波形、传到B处的波形和返回至A端的波形。,2020/8/4,20,为方便起见，将波形的峰值点作为发射和到达时刻，则图中两波形间t0为超声波真实的传播时间。由于电路延迟的影响，发出激励脉冲的起始时刻与发射时刻之间存在固定电路延迟 1，B接收端接收到波形时刻与到达时刻存在接收延迟1 ，A接收端存在接收延迟时间误差1.以激励脉冲的起始时刻为时间零点。 则B端接收到波形的时刻为 1+t0+ 2，A端接收到回波的时刻为1+2t0+ 1。两者差值t1=t0+ 1- 2 。 由于不同的接收板延迟存在差异， 1-2 不一定为0.此时，选B
7、为发射端，上述方法二次测量，则A接收到波形的时刻为 2+t0+ 1， 2为发射延迟。B接收回波信号时刻为 2+2t0+ 2 。两者差值为t2=t0+ 2-1。 两探头之间超声波真实的飞行时间t0=（t1+t2）/2 两探头接收延迟的差值为 12= 1- 2= （t1-t2）/2,最新技术,2020/8/4,21,基于双向回波法的超声波飞行时间距离测量系统由硬件平台和软件模块构成。硬件平台包括进行声电信号转换的超声波探头、超声波发射电路、超声波接收放大电路、带通滤波器、Arm控制和AD采集；软件模块包括采集卡设置、采集显示、数据处理等。,2020/8/4,22,最新技术,2020/8/4,23,最新技术,2020/8/4,24,最新技术,五 TOF与三维图像成型,2020/8/4,25,2020/8/4,26,五 TOF与三维图像成型,随着科技的发展，传感器技术会愈发敏感，新的信息采集技术以及处理系统误差的方法也会被应用，会大大提高图像的分辨率，包含更多的图像信息。 TOF三维图像将来可以应用在3维扫描，电子沙盘，城市街道规划等领域。个人认为可以研究TOF 3D扫描仪，并将3D扫描仪与3D打印机连接，将扫描到的信息可以快速的转化为实际的模型。,2020/8/4,27,五 TOF与三维图像成型,2020/8/4,28,
