飞行时间法讲义

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： ① 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； ② 测量输出
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二 应用
测速仪： 雷达 激光 红
外线 声波等
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二 应用
警用的测速仪分固定和流动两种
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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。
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
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。
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超声波测距系统 几种常用的信号 脉冲
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触发信号：门阀值法 矩形波法
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四 超声波TOF影响因素 及最新技术
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。
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最 新 技 术
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δ 1，B接收端接收到波形时刻与到达时 刻存在接收延迟σ1 ，A接收端存在接收延迟时间误差σ1. 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δ 1+t0+ σ2，A端接收到回波 的时刻为δ1+2t0+ σ1。两者差值∆t1=t0+ σ1- σ2 。
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最 新 技 术
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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。
脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔 twk.baidu.com故被
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测距离为 S=v*t／2。
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超声波TOF测距系统 原理图
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四 超声波TOF影响因素 及最新技术
信号：调制信号的频率、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
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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
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显示、数据处理等。
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最 新 技 术
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s=v*t/2
s—待测距离； v－信号飞行速度； t—飞行时间；
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一 简介
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s=v*t/2
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二 应用
飞行时间法质谱仪
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二 应用
倒车系统（激光、超声波等）
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二 应用
核物理领域
核碰撞的物理 研究
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二 应用
三维成像技术
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。
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飞行时间法
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飞行时间法
一 简介 二 应用 三 超声波TOF测距 四 超声波TOF影响因素及最新技术 五 TOF与三维图像成型
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一 简介
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：
由于不同的接收板延迟存在差异， σ1-σ2 不一定为0.此 时，选B为发射端，上述方法二次测量，则A接收到波形 的时刻为δ 2+t0+ σ1，δ 2为发射延迟。B接收回波信号时 刻为δ 2+2t0+ σ2 。两者差值为∆t2=t0+ σ2-σ1。
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∆ σ12= σ1- σ2= （∆t1-∆t2）/2
所以不同的实验环境，误差大小也不同。
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四 超声波TOF影响因素 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。
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。
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二 应用
三维相机
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最 新 技 术
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最 新 技 术
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五 TOF与三维图像成型
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五 TOF与三维图像成型
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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。