1. 7 Các dụng cụ đo kích thước cơ bản
2.2.2. Nguyên lý TOF
Nguyên lý TOF (time of flight) là nguyên lý đo khoảng cách bằng thời gian truyền của sóng. Phương pháp này được đặc biệt ứng dụng với các thiết bị sử dụng sóng siêu âm do vận tốc di chuyển của sóng trong không khí và trong các vật liệu khác tương đối chậm, và người ta có thể đo được khoảng cách với sai số nhỏ (khoảng 343m/s trong không khí). Phương pháp này không được dùng trong các thiết bị thu nhận sóng điện từ, vì vận tốc sóng điện từ rất cao bằng với vận tốc ánh sáng (300.000 km/s).Khoảng cách từ thiết bị phát đến chướng ngại vật được tính bằng vận tốc của sóng trong môi trường tương ứng nhân với một nửa thời gian truyền của sóng.
Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý
22
d= (2.2)
Trong đó:
d: là khoảng cách cần đo.
v: là vận tốc sóng siêu âm trong môi trường truyền sóng.
t: là thời gian từ lúc sóng được phát đi đến lúc sóng được ghi nhận lại. Tầm quét của cảm biến siêu âm:
Khi sóng siêu âm phát ra và thu về, cảm biến siêu âm, một cách gián tiếp cho ta biết vị trí các chướng ngại vật theo hướng quét của cảm biến. Khi đó, giường như trên quãng đường đi từ cảm biến đến chướng ngại vật, sóng siêu âm không gặp bất cứ vật cản nào, và đâu đó xung quanh vị trí mà thông số cảm biến ghi nhận được, có một chướng ngại vật. Và vì thế, cảm biến siêu âm có thể được mô hình hóa thành một hình quạt, trong đó các điểm ở giữa giường như không có chướng ngại vật, còn các điểm trên biên thì giường như có chướng ngại vật nằm ở đâu đó.
Hình 2.8 Tầm quét của cảm biến siêu âm
Như vậy, khi phát và thu về sóng siêu âm, ta ghi nhận được một vector định vị, với hướng là hướng của cảm biến và độ lớn là khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật. Và khi đó, nếu ta nói cảm biến ghi nhận một vector 100cm, theo hướng theta, có nghĩa là trong khoảng từ cảm biến tới chướng ngại vật ở hướng theta giường như không có vật cản nào, và chướng ngại vật nằm ở đâu đó, cách cảm biến theo hướng phát của cảm biến (theta) một khoảng 100cm.
23
Hình 2.8 chỉ ra rằng nếu có vật cản nằm trong tần quét của cảm biến siêu âm, thì
vùng quét của siêu âm có thể được phân phân ra làm 3 vùng. Vùng 1 là vùng phía ngoài hình quạt, là vùng giường như có vật cản nào đó. Vùng 2 là vùng gần tâm quạt, giường như không có vật cản nào. Và vùng 3 là vùng còn lại sau vật cản, cho đến vị trí xa nhất trong tầm quét của siêu âm, đây là vùng chưa biết, vì siêu âm không thể “nhìn” xuyên qua vật cản, chúng ta không xét tới vùng này.