超声波感应器会被用于何处?—— 第二部分
时间:2017-12-12 15:44来源:21Dianyuan
摘要:近年来,消费类无人机越来越受欢迎,用于拍摄震撼的的片段、运送救援物资,甚至用于竞赛。大多数无人机使用各种传感技术实现自主导航、碰撞检测和许多其他功能。超声波传感尤其有助于无人机着陆、悬停和地面跟踪。
近年来,消费类无人机越来越受欢迎,用于拍摄震撼的的片段、运送救援物资,甚至用于竞赛。大多数无人机使用各种传感技术实现自主导航、碰撞检测和许多其他功能。超声波传感尤其有助于无人机着陆、悬停和地面跟踪。
无人机降落辅助是无人机所具有的一项功能,可以检测无人机底部与着陆区域的距离,判定着陆点是否安全,然后缓慢下降到着陆区域。尽管GPS监测、气压传感和其他传感技术有助于着陆过程,但在这个过程中,超声波传感是无人机的主要和最准确的判断依据。大多数无人机中还有悬停和地面跟踪模式,主要用于捕捉连续镜头和陆地导航,其中超声波传感器有助于将无人机保持在高于地面的恒定高度。本博文系列的第1部分讨论了如何将超声波传感器与汽车应用相结合。本博文将探讨超声波传感可用于无人机应用的原因。
超声波原理
超声波的定义是使用高于人类听力上限频率的声波 —— 见图1。
超声波 ToF
与许多超声波传感应用一样,无人机着陆辅助系统使用飞行时间(ToF)原理。ToF 是从传感器发射到目标物体,然后从物体反射回传感器的超声波的往返时间估计,如图2所示。
在图2和图3中的点1,无人机的超声波传感器发出声波,在返回信号处理路径上表示为饱和数据。发送后,信号处理路径变为静音(点2),直到回波从物体反射回来(点3)为止。
公式1计算从无人机到地面或从无人机到另一个物体的距离:
距离(d)是从无人机上的超声波传感器到地面/物体的距离,ToF(t)是前面定义的 ToF,而 SpeedOfSound(v)是通过介质的声速。ToF(t)×SpeedOfSound(v)除以2,因为 ToF 计算超声回波往返物体的时间。
为什么要将超声波感应用于无人机着陆?
虽然众多的传感技术可以检测物体的接近程度,但是超声波传感可在无人机着陆时的探测距离、方案成本以及不同表面的可靠性方面良好运行。
无人机地面跟踪和着陆的共同要求是能够可靠地检测到距离地面5米高的距离。假设信号调节和处理正确,40-60kHz 范围内的超声波传感器通常可以满足这个范围。
德州仪器的 PGA460 是超声波信号处理器和传感器驱动器,用于无人机等空气耦合应用中的超声波传感,可达到或超过5米的要求。然而,超声波传感的协调是物体近场检测中的限制。所有用于空气耦合应用的超声波传感器都有一段激励期,称为衰减时间或振荡时间,在这个时间内,压电薄膜振动并发出超声波能量,难以检测到任何进入的回波。
为了在振铃期间有效地测量物体,许多无人机设计者为发射机和接收机安装单独的传感器。通过分离接收器,无人机可以在发射器的激励期间检测物体。因此 PGA460 具有优越的近场检测性能——低至 5cm 或更少。
超声波传感技术也是一项具有成本竞争力的技术,特别是在使用 PGA460 等集成解决方案时,其中已包括大部分所需的芯片。PGA460 既可以使用半桥或H桥直接驱动传感器,也可以使用变压器驱动传感器;后者主要用于密封的的“密闭”传感器。PGA460 还包括用于接收和调节超声回波的完整模拟前端。此外,该器件还可以通过数字信号处理来计算 ToF(见图4)。
最后,超声波传感可以检测其他技术难以解决的的表面。例如,无人机经常会遇到建筑物上的玻璃窗和其他玻璃表面。光传感技术有时会穿过玻璃和其他透明材料,这对无人机悬停在玻璃建筑物上造成困难。超声波则能够可靠地反射出玻璃表面。
虽然超声波传感主要用于无人机着陆辅助和悬停,但其强大的性价比正促使无人机设计人员探索该技术的其他应用。快速发展的无人机领域潜力巨大。
无人机降落辅助是无人机所具有的一项功能,可以检测无人机底部与着陆区域的距离,判定着陆点是否安全,然后缓慢下降到着陆区域。尽管GPS监测、气压传感和其他传感技术有助于着陆过程,但在这个过程中,超声波传感是无人机的主要和最准确的判断依据。大多数无人机中还有悬停和地面跟踪模式,主要用于捕捉连续镜头和陆地导航,其中超声波传感器有助于将无人机保持在高于地面的恒定高度。本博文系列的第1部分讨论了如何将超声波传感器与汽车应用相结合。本博文将探讨超声波传感可用于无人机应用的原因。
超声波原理
超声波的定义是使用高于人类听力上限频率的声波 —— 见图1。
图1:超声波范围
超声波可以穿过各种介质(气体、液体、固体)来检测声阻抗不匹配的物体。声速是声波在弹性介质中传播时每单位时间的距离。例如,在 20°C (68°F) 的干燥空气中,声速为343米每秒(1,125英尺每秒)。空气中的超声波衰减随着频率和湿度的增加而增加。因此,由于过度的路径损耗/吸收,空气耦合超声波通常被限制在 500kHz 以下的频率。超声波 ToF
与许多超声波传感应用一样,无人机着陆辅助系统使用飞行时间(ToF)原理。ToF 是从传感器发射到目标物体,然后从物体反射回传感器的超声波的往返时间估计,如图2所示。
图2:用于无人机着陆的超声波 ToF 示意图
在图2和图3中的点1,无人机的超声波传感器发出声波,在返回信号处理路径上表示为饱和数据。发送后,信号处理路径变为静音(点2),直到回波从物体反射回来(点3)为止。
图3:超声波 ToF 的相位
距离(d)是从无人机上的超声波传感器到地面/物体的距离,ToF(t)是前面定义的 ToF,而 SpeedOfSound(v)是通过介质的声速。ToF(t)×SpeedOfSound(v)除以2,因为 ToF 计算超声回波往返物体的时间。
为什么要将超声波感应用于无人机着陆?
虽然众多的传感技术可以检测物体的接近程度,但是超声波传感可在无人机着陆时的探测距离、方案成本以及不同表面的可靠性方面良好运行。
无人机地面跟踪和着陆的共同要求是能够可靠地检测到距离地面5米高的距离。假设信号调节和处理正确,40-60kHz 范围内的超声波传感器通常可以满足这个范围。
德州仪器的 PGA460 是超声波信号处理器和传感器驱动器,用于无人机等空气耦合应用中的超声波传感,可达到或超过5米的要求。然而,超声波传感的协调是物体近场检测中的限制。所有用于空气耦合应用的超声波传感器都有一段激励期,称为衰减时间或振荡时间,在这个时间内,压电薄膜振动并发出超声波能量,难以检测到任何进入的回波。
为了在振铃期间有效地测量物体,许多无人机设计者为发射机和接收机安装单独的传感器。通过分离接收器,无人机可以在发射器的激励期间检测物体。因此 PGA460 具有优越的近场检测性能——低至 5cm 或更少。
超声波传感技术也是一项具有成本竞争力的技术,特别是在使用 PGA460 等集成解决方案时,其中已包括大部分所需的芯片。PGA460 既可以使用半桥或H桥直接驱动传感器,也可以使用变压器驱动传感器;后者主要用于密封的的“密闭”传感器。PGA460 还包括用于接收和调节超声回波的完整模拟前端。此外,该器件还可以通过数字信号处理来计算 ToF(见图4)。
虽然超声波传感主要用于无人机着陆辅助和悬停,但其强大的性价比正促使无人机设计人员探索该技术的其他应用。快速发展的无人机领域潜力巨大。
免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
我要投稿
近期活动
- 仪器使用操作视频教程时间:2023年12月31日 - 2024年01月31日[立即参与]
- 安森美汽车&能源基础设施白皮书下载时间:2023年04月03日 - 2023年11月30日[立即参与]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年08月01日 - 2023年08月31日[查看回顾]
- 【在线答题活动】PI 智能家居热门产品,带您领略科技智慧家庭时间:2023年06月15日 - 2023年07月15日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年06月01日 - 2023年06月30日[查看回顾]
分类排行榜
- 汽车电子电源行业可靠性要求,你了解多少?
- 内置可编程模拟功能的新型 Renesas Synergy™ 低功耗 S1JA 微控制器
- Vishay 推出高集成度且符合 IrDA® 标准的红外收发器模块
- ROHM 发布全新车载升降压电源芯片组
- 艾迈斯半导体推出行业超薄的接近/颜色传感器模块,助力实现无边框智能手机设计
- 艾迈斯半导体与 Qualcomm Technologies 集中工程优势开发适用于手机 3D 应用的主动式立体视觉解决方案
- 维谛技术(Vertiv)同时亮相南北两大高端峰会,精彩亮点不容错过
- 缤特力推出全新商务系列耳机 助力解决开放式办公的噪音难题
- CISSOID 和泰科天润(GPT)达成战略合作协议,携手推动碳化硅功率器件的广泛应用
- 瑞萨电子推出 R-Car E3 SoC,为汽车大显示屏仪表盘带来高端3D 图形处理性能
编辑推荐
小型化和稳定性如何兼得?ROHM 推出超小型高输出线性 LED 驱动器 IC,为插座型 LED 驱动 IC 装上一颗强有力的 “心脏”
众所周知,LED的驱动IC担负着在输入电压不稳定的情况下,为LED提供恒定的电流,并控制恒定(可调)亮度的作用。无论是室内照明,还是车载应用,都肩负着极为重要的使命。
- 关于反激电源效率的一个疑问
时间:2022-07-12 浏览量:9681
- 面对热拔插阐述的瞬间大电流怎么解决
时间:2022-07-11 浏览量:8436
- PFC电路对N线进行电压采样的目的是什么
时间:2022-07-08 浏览量:9051
- RCD中的C对反激稳定性有何影响
时间:2022-07-07 浏览量:6850
- 36W单反激 传导7~10M 热机5分钟后超标 不知道哪里出了问题
时间:2022-07-07 浏览量:5589
- PFC电感计算
时间:2022-07-06 浏览量:3810
- 多相同步BUCK
时间:2010-10-03 浏览量:37799
- 大家来讨论 系列之二:开机浪涌电流究竟多大?
时间:2016-01-12 浏览量:43081
- 目前世界超NB的65W适配器
时间:2016-09-28 浏览量:59954
- 精讲双管正激电源
时间:2016-11-25 浏览量:127243
- 利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器
时间:2016-09-20 浏览量:107361
- 【文原创】认真的写了一篇基于SG3525的推挽,附有详细..
时间:2015-08-27 浏览量:99861