Algoritmo di demodulazione del trasduttore del sistema di rilevamento ad ultrasuoni

 Al fine di migliorare la capacità anti-interferenza e la precisione di misurazione del sistema di misurazione a ultrasuoni , è possibile utilizzare un PN opportunamente selezionato. Il codice sostituisce il segnale a impulso singolo come informazione codificata. Il segnale di rumore non è correlato con l'informazione codificata che può essere filtrata calcolando la funzione di correlazione incrociata del segnale di eco; e il segnale di interferenza è associato al segnale codificato può essere soppresso determinando il centro del contorno della funzione di correlazione incrociata vicino al picco. In un'implementazione specifica, il codice PN a bassa frequenza viene prima modulato con un centro trasduttore di frequenza risonante ad alta frequenza il cui segnale portante viene applicato al trasduttore da un 'controllo logico e amplificatore di potenza'. Poiché le caratteristiche di frequenza del trasduttore sono simili a quelle del filtro passa-banda la cui frequenza centrale è disattivata, è possibile utilizzare il segnale ad onda quadra al posto del segnale modulato coseno per semplificare la struttura hardware del sistema. È possibile adattare l'impedenza del trasduttore piezoelettrico per generare risonanza sotto l'eccitazione del segnale a onda quadra oppure è possibile aggiungere una funzione di controllo automatico del guadagno al circuito di ricezione a ultrasuoni per sopprimere il fenomeno di riverbero causato dal segnale di eccitazione.

  Il segnale di ingresso di trasduttore di distanza ad ultrasuoni e il segnale di uscita del ricevitore ad ultrasuoni (segnale ASK). Nel codice PN, T6 è la larghezza del simbolo e la sua larghezza di banda di 3 dB è 1 / (3 Tb). Poiché la larghezza di banda del trasduttore è di circa 4 kHz, affinché il segnale possa passare senza problemi attraverso il trasduttore, è il segnale dell'eco ricevuto dal trasduttore. Come si può vedere dalla figura, il segnale dell'eco è un ASK leggermente distorto. Il segnale, ma la sua forma d'onda dell'inviluppo è uguale al codice PN trasmesso (ovvero, il segnale dell'eco ha la stessa codifica del segnale trasmesso). Poiché l'ampiezza del segnale dell'eco riflesso dal bersaglio vicino è ampia, il segnale dell'eco può essere distinto mediante il normale metodo di rilevamento della soglia. Pertanto, viene aggiunto un codice '1' all'estremità anteriore del codice PN per facilitare il rilevamento diretto del segnale eco di grande valore.

La precisione della misurazione viene analizzata come velocità di propagazione dell'onda ultrasonica e f è la frequenza di campionamento dell'onda ultrasonica sensore di misurazione della distanza ad ultrasuoni.

     Quando la frequenza di campionamento è impostata su 10 kHz, la risoluzione del sistema è 0,017 m. Secondo il metodo generale di stima della precisione, la precisione del sistema di misurazione a ultrasuoni può raggiungere ± 0,05 m. Se la frequenza di campionamento viene aumentata di dieci volte, anche la precisione del sistema di misurazione aumenterà di dieci volte. Tuttavia, la precisione del sistema di misurazione a ultrasuoni è influenzata anche dalle variazioni della velocità del suono. La velocità del suono nell'aria è correlata alla temperatura, alla turbolenza, all'umidità e alla pressione e il cambiamento di temperatura ha l'effetto più significativo sulla velocità del suono. Una variazione di temperatura di 10°C provoca una variazione della velocità del suono di circa l'1,8%. L'errore di misurazione della temperatura è controllato entro ± 0,1%. Se il trasduttore ad ultrasuoni ha una distanza di lavoro di 40 m, l'errore di misura del fondo scala è ±0,04 m, che è dello stesso ordine di grandezza dell'errore di misura determinato dalla risoluzione del sensore di distanza ad ultrasuoni a lungo raggio . Pertanto, è impossibile migliorare la precisione di misurazione del sistema di misurazione a ultrasuoni semplicemente aumentando la frequenza di campionamento del sistema e ignorando la precisione del sensore di temperatura.

Il tradizionale metodo di rilevamento a valore chiuso a ultrasuoni ha un basso guadagno di elaborazione e può essere utilizzato solo per misurare segnali eco forti, che possono essere utilizzati per rilevare segnali deboli. Pertanto, il rilevamento dei segnali deboli deve essere risolto mediante teorie e metodi di altre discipline (come i principi di comunicazione). che introduce il principio base e la funzione della tecnologia di modulazione e demodulazione nel sistema di comunicazione. Utilizzando l'equivalenza tra il metodo di correlazione digitale e il filtro adattato, viene utilizzata l'applicazione della convoluzione (ovvero, il metodo di rilevamento della corrispondenza) per calcolare il tempo di picco della funzione di correlazione incrociata e della formula di correzione; al fine di migliorare la velocità dell'algoritmo di correlazione dell'inviluppo, viene dedotto e realizzato l'algoritmo a raggio rapido basato sul metodo di correlazione a due passaggi; vengono introdotti il ​​metodo di demodulazione dell'inviluppo quadrato con effetto di demodulazione sincrona e l'algoritmo di correlazione digitale basato su codice pseudo-casuale. Sulla base di ciò, viene proposta l'applicazione del segnale di modulazione ASK in codice pseudo-casuale per realizzare la tecnologia di demodulazione coerente PSK, che può realizzare una complessa tecnologia ad ultrasuoni con spettro esteso con hardware semplice, che non solo migliora la capacità anti-interferenza di trasduttore di misurazione della distanza ad ultrasuoni . Il costo è ridotto. Infine, viene brevemente analizzata l'influenza della temperatura ambiente e della frequenza di campionamento sull'accuratezza della misurazione ultrasonica e le relative contromisure.