@article {Figueroa:1993:1610-1928:226,
title = "A Hardware-level Method to Improve the Range and Accuracy of an Ultrasonic Ranging System",
journal = "Acta Acustica united with Acustica",
parent_itemid = "infobike://dav/aaua",
publishercode ="dav",
year = "1993",
volume = "78",
number = "4",
publication date ="1993-05-01T00:00:00",
pages = "226-232",
itemtype = "ARTICLE",
issn = "1610-1928",
url = "https://www.ingentaconnect.com/content/dav/aaua/1993/00000078/00000004/art00007",
author = "Figueroa, J. F. and Doussis, E.",
abstract = "A hardware-level method to improve the range, robustness, and accuracy of a one-dimensional ultrasonic ranging system is presented. Peak detection is combined with phase measurement to determine accurately the time-of-flight of the transmitted signal. An automatic gain controller taking
feedback from the level of the peak of the received signal is used to increase the working range of the unit, and to attenuate signals resulting from undesirable reflections.Prototype circuitry was built and tested using a pair of 40 kHz transducers in a transmitter/receiver configuration.
Combining fixed gain adjustments and automatic gain control the system operated reliably up to a distance of 6.09 m, and a misalignment angle of 40\textdegree, yielding a resolution of 0.2 mm. The automatic gain controller allowed a range of operation of 1.52 m about a reference position for which
the fixed gain was optimally set. The system proved to be both accurate at relatively long distances, and robust against reflections. Since the signal processing is performed at the hardware level, it allows high update rates (approximately 100 Hz). The cost of the circuitry per receiver was
approximately $100.
Zusammenfassung
Es wird eine Hardware-Methode zur Verbesserung der Reichweite, der Robustheit und Genauigkeit eines eindimensionalen Ultraschall-Ortungssystems vorgestellt. Die Spitzendetektion wird mit einer Phasenmessung zur genauen Bestimmung der
Laufzeit des ubertragenen Signals kombiniert. Zur Vergr{\"o}\sserung des Arbeitsbereiches der Einheit sowie zur Schw{\"a}chung von unerw{\"u}nschten Reflexionen wird eine automatische Verstarkungsregelung durch den Spitzenpegel des Empfangssignals vorgenommen.Es wurde ein Schaltungsprototyp
erstellt und getestet unter Benutzung zweier 40 kHz-Wandler in einer Sender- Empf{\"a}nger-Konfiguration. Bei Kombination einer festen Verst{\"a}rkungseinstellung mit der automatischen Verst{\"a}rkungsregelung arbeitet das System zuverl{\"a}ssig bis zu einer Entfernung von etwa 6 m und
einer Winkelabweichung von 40\textdegree; die erreichte Aufl{\"o}sung betrug 0,2 mm. Die automatische Verst{\"a}rkungsregelung lie\ss einen Arbeitsbereich von 1,52 m um eine Referenzposition zu, f{\"u}r welche die feste Verst{\"a}rkung optimal eingestellt wurde. Das System arbeitete genau
bei relativ weiten Entfernungen und erwies sich dabei als unempfindlich gegen{\"u}ber Reflexionen. Da die Signalverarbeitung mit Hardwaremitteln erfolgt, sind hohe Auffrischungsraten (etwa 100 Hz) m{\"o}glich. Die Kosten der Schaltung betrugen etwa 100 $.
Sommaire
On
pr{\’e}sente une m{\’e}thode destin{\’e}e {\‘a} am{\’e}liorer la port{\’e}e, la robustesse et la pr{\’e}cision d'un syst{\‘e}me unidimensionnel de mesure de distances par ultrasons, bas{\’e}e sur l'emploi d'une {\’e}lectronique c{\^a}bl{\’e}e. La dur{\’e}e
de vol du signal transmis s'obtient pr{\’e}cis{\’e}ment en combinant la d{\’e}tection de pointe et la mesure de phase. Un contr{\^o}leur automatique de gain, pilot{\’e} par le niveau de pointe du signal re{\c{c}}u, sert {\‘a} accro{\^ı}tre la port{\’e}e efficace du module
et {\‘a} att{\’e}nuer les signaux provenant de r{\’e}flexions ind{\’e}sirables.Le prototype construit et test{\’e} est constitu{\’e} d'une paire de traducteurs {\‘a} 40 kHz en configuration {\’e}metteur-r{\’e}cepteur. En combinant les ajustements du gain fixe
et le contr{\^o}le automatique de gain, on peut exploiter fiablement le syst{\‘e}me jusqu'{\‘a} une distance de 6,09 m, et un angle de d{\’e}pointage de 40\textdegree, avec une r{\’e}solution de 0,2 mm. Le contr{\^o}le automatique de gain permet un intervalle op{\’e}ratoire de
1,52 m autour d'une position de r{\’e}f{\’e}rence pour laquelle le gain fixe a {\’e}t{\’e} r{\’e}gi{\’e} de fa{\c{c}}on optimale. Le syst{\‘e}me s'est r{\’e}v{\’e}l{\’e} {\‘a} la fois pr{\’e}cis sur des distances relativement longues, et r{\’e}sistant
aux r{\’e}flexions parasites. Le fait que le traitement du signal soit effectu{\’e} au niveau du processeur permet des taux de mise {\‘a} jour {\’e}lev{\’e}s (environ 100 Hz). Le co{\^u}t du circuit est d'environ 100 dollars par r{\’e}cepteur.",
}