August 20, 2013

Sensori Ultrasuoni

Questi sensori utilizzano impulsi acustici e i loro echi per misurare la distanza dagli oggetti. Nota la velocità di propagazione del suono nell’aria, la distanza da un oggetto è proporzionale all’intervallo di tempo che l’onda acustica impiega a percorrere il tragitto sensore-oggetto-sensore, comunemente chiamato tempo di volo. I sensori ad ultrasuoni o sonar, sono largamente usati nel campo della robotica e sono stati scelti in supporto dei sensori ad infrarossi per la loro capacità di misurare distanza molto più grandi e per il loro cono più ampio.

Il sensore scelto SRF08 in figura della Devantech, riesce ad individuare ostacoli da 3cm a 6m di distanza con un campo molto ampio.

SRF08

Le componenti del sistema di misura sonar sono costituite da un trasduttore, che viene posto in vibrazione trasformando energia acustica in energia elettrica ed un emettitore che emette il segnale acustico (Molti modelli usano il medesimo sensore sia come trasduttore che come emettitore).

Il tempo di volo t_v è l’intervallo che trascorre tra l’emissione dell’impulso ultrasonico all’arrivo dell’eco. La distanza d_O è valutata a partire da t_v attraverso la relazione:

 d_O = \frac{c_s \cdot t_v}{2}

dove c_s è la velocità del suono, che in aria caratterizzata da bassa umidità dipende dalla temperatura T (misurata in gradi centigradi) secondo l’espressione

 c_s \approx 20.05\sqrt{T+273.16} \quad ms

A fronte del basso costo e della facilità d’uso, questo sensore presenta tuttavia limiti non trascurabili rispetto alla risoluzione angolare e radiale all’intervallo di misura minimo e massimo ottenibili. In particolare, l’ampiezza del cono radiale diminuisce all’aumentare della frequenza con conseguente miglioramento della risoluzione angolare. La frequenza di 40 kHz del sensore, determina una maggiore risoluzione ed è utile a ridurre la minima distanza rilevabile dai sonar (Il cono radiale del sensore è in figura). Da notare che il campo visivo di questo sensore è abbastanza ampio, è possibile ottimizzarlo regolando la soglia data dal “guadano di amplificazione massimo” (vedi caratteristiche).

Visibilità Ultrasuoni

Visibilità Ultrasuoni

Le caratteristiche del sensore SRF08 sono:

  • Tensione operativa: 5V;
  • Corrente operativa tipica: 15mA – 3mA Stand-by;
  • Frequenza: 40 kHz;
  • Portata: 3cm a 6m;
  • Guadagno di amplificazione massimo: Variabile da 94 a 1025 in 32 passi;
  • Unità: distanza in ms, mm o inch;
  • Comunicazione: Protocollo I2C;
  • Dimensioni: [tex]43 times 20 times Altezza =17 mm[/tex].

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