CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH
3.1. Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF:
Sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng 343m/s. Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác định được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian. Quãng đường di chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngoại vật, theo hướng phát của sóng siêu
âm. Hay khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ được tính theo nguyên lý TOF( time of Flight):
2 .t
v d =
Hình 3.1: Nguyên lý time of flight
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, dường 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 dường như không có chướng ngại vật, còn các điểm trên biên thì dường như có chướng ngại vật nằm ởđâu đó.
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 dường như không có vật cản nào, và chướng ngại vật nằm ởđâu đó, cách cảm biến theo hướng phát của cảm biến.
Với mỗi ô lưới trong vùng II:
Hình 3.2 chỉ ra rằng nếu có vật cản nằm trong tần quét của cảm biến siêu âm, thì vùng quét của siêu âm có thểđược phân ra làm 3 vùng. Vùng 1 là vùng phía ngoài hình quạt, là vùng dường như có vật cản nào đó. Vùng 2 là vùng gần tâm quạt, dường 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.