| 姓名 |
吳英明(Ying-Ming Wu)
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畢業系所 |
光機電工程研究所 |
| 論文名稱 |
雙頻超音波測距參數實驗分析及最佳化
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| 相關論文 | |
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| 摘要(中) |
本論文使用雙頻式超音波測距法，來改良傳統超音波測距法的準確性。我們透過系統模擬實驗，驗證方法的可行性及其特性探討。經由模擬實驗之結果，若使用最佳化參數進行模擬，在最大3000mm之量測範圍內，最大之量測誤差在0.03mm以下。而使用改良後的超音波測距平台所實測的結果發現，設定發送頻率為39007Hz和39192Hz，兩頻率發送間隔0.7ms，激發150個波，取用波峰波谷到達時間數據130到210區段在使用10次同條件不同實驗數據加以平均的情形下，可達到小於0.1mm的重複精度。
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| 摘要(英) |
This paper use dual frequency method to improve the accuracy for traditional ultrasonic measurement. We simulate the system to confirm the dual frequency method feasibility and the characteristic. If use optimization parameter to simulate, you can get the maximum measurement error below 0.03mm in the maximum measurement distance of 3000mm. Using the improved platform and exciting frequency of the 39007Hz and 39192Hz, two frequency transmissions are separated by 0.7ms, the arrival time range is 130 to 210 data and average of 10 samples, the STD of 0.1mm can be achieved.
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| 關鍵字(中) |
★ 飛行時間
★ 超音波
★ 距離量測 |
關鍵字(英) |
★ distance measurement
★ ultrasonic
★ time of flying |
| 論文目次 |
中文摘要.............................................................................................. i
Abstract............................................................................................... ii
致謝.................................................................................................... iii
目錄.................................................................................................... iv
圖目錄................................................................................................ vi
表目錄.............................................................................................. viii
一、緒論..............................................................................................1
1-1 室內定位的需求................................................................................. 1
1-2 超音波測距方法探討......................................................................... 1
1-2-1 反射式......................................................................................... 1
1-2-2 對射式......................................................................................... 2
1-3 本文貢獻............................................................................................. 3
1-4 本文架構............................................................................................. 3
二、超音波特性與測距系統介紹.......................................................4
2-1 超音波基本介紹................................................................................. 4
2-1-1 超音波轉能器之特性................................................................ 4
2-1-2 超音波的傳遞特性.................................................................... 6
2-1-3 比較器的影響............................................................................ 7
2-2 超音波測距之誤差來源..................................................................... 8
2-3 雙頻演算法......................................................................................... 8
2-4 超音波測距系統............................................................................... 12
iv
2-4-1 測距系統平台介紹.................................................................. 13
三、電腦分析模型............................................................................15
3-1 系統模型........................................................................................... 15
3-1-1 系統方塊圖.............................................................................. 15
3-1-2 飛行時間的模擬...................................................................... 16
3-1-3 無環境雜訊之性能模擬-系統瞬態的影響............................. 16
3-2 加入雜訊後之性能模擬................................................................... 21
3-2-1 加入雜訊後的系統方塊圖...................................................... 21
3-2-2 窄頻聲音雜訊的影響.............................................................. 21
3-2-3 寬頻隨機聲音雜訊的影響...................................................... 23
3-3 風速的影響....................................................................................... 25
3-4 模擬測試之結論............................................................................... 26
四、實體測試及調校........................................................................27
4-1 瞬時頻率變化................................................................................... 27
4-2 最佳激發波數與飽和穩定時區...................................................... 35
39192Hz的穩定時區........................................................................... 38
4-3 環境變異實驗................................................................................... 40
4-4 叢波間隔影響................................................................................... 43
4-4-1 後叢波39007Hz的間隔時間................................................... 46
4-4-2 後叢波39192Hz的間隔時間................................................... 47
4-5 雙頻法距離量測............................................................................... 48
4-5-1 傳統法和雙頻法精確度比較.................................................. 49
4-6 實驗測試與調校之結論................................................................... 51
五、結論............................................................................................52
六、未來發展....................................................................................53
參考文獻............................................................................................54
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| 參考文獻 |
[1] 孫清華，感測器應用電路的設計與製作，初版。全華，台北市，民81。
[2] 王迺愨，應用電子學I，未出版手稿，國立中央大學光電科學研究所2003。
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[6] 盧甫旻（民95），超音波定位平台原型開發，國立中央大學機械工程研究所碩士論文，未出版，台灣桃園。
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[9] Lawrence E. Kinsler&Austin R. Frey, “FUNDAMENTALS OF ACOUSTICS” , 2d ed, New York,Wiley ,1962
[10] Jiang, et al., “Measuring system and method for detecting object distance by transmitted media with different wave velocities”, U.S. Patent NO.6,680,688
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| 指導教授 |
葉則亮、江士標
(Tse-Liang Yeh、Shyh-Biau Jiang)
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審核日期 |
2009-7-20 |
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