¿Por qué la onda de sonido es la mejor opción para muchos detectores de ubicación?

Así que actualmente estoy trabajando en mi proyecto final de la escuela secundaria, que es básicamente un radar :) ...

Estoy usando el detector SRF05 para detectar objetos que están cerca de la superficie del dispositivo. Mi tarea actual es aprender y resumir todos los diferentes componentes que se ensamblarán al final. (UART, MAX232 74HC244, etc., si quieres saber :)

Mi maestra me dijo que cuanto más sepa sobre estos componentes, mejor me iré en mi trabajo y en los exámenes. Así que aquí está mi pregunta: ¿Por qué las ondas de sonido son la mejor opción para el SRF05? Además, ¿por qué los UltraSonic? ¿Cuáles son los beneficios de usar ondas de sonido, pero no ondas de luz invisibles, calor o cualquier otro medio que pueda hacer el trabajo? La luz, por ejemplo, viaja mucho más rápido, por lo tanto, crea un mejor resultado y probablemente será más efectivo que el sonido.

Básicamente, el sonido es lento.

Usando el sonido, puede calcular fácilmente cuánto tarda una onda en viajar a su objeto y reflejarse en él, lo que le brinda una distancia bastante precisa. La luz va demasiado rápido para eso, a menos que esté buscando medir la distancia de la luna, por ejemplo.

¿Y por qué ultrasónico? Entonces no se puede año. ¿Te imaginas lo molesto que sería si te vieras obligado a escucharlo todo el tiempo? BeeeEEEeeeEEEEeeeEEEEEEEeeeeeeEEE .... eeEEEeeEEEP

Hay algunos análisis en /electronics//a/130095/9006 en respuesta a una pregunta sobre cómo encontrar la posición de un objeto.

La luz, la radio y la radiación de calor son radiaciones electromagnéticas y viajan muy, muy rápido. No es automáticamente cierto que brinden un mejor resultado solo porque son más rápidos.

La radiación electromagnética viaja 1,000,000 veces más rápido que el sonido. Por lo tanto, es mucho más fácil hacer algo que pueda medir el tiempo que tarda el sonido en recorrer unos pocos metros que en la luz. El sonido viaja a aproximadamente 0,34 metros por milisegundo. Sus oídos y cerebro son lo suficientemente buenos como para detectar el tiempo de vuelo en una habitación de aproximadamente 30 metros o más.

Una pieza de electrónica para medir la distancia utilizando el tiempo de vuelo del sonido es de bajo costo. Para obtener 0.34m, o 34cm, necesita trabajar a un milisegundo (0.001 segundo). Lo cual es muy lento para cualquier tipo de computadora, aunque también es mucho más rápido que una persona. Es relativamente sencillo obtener 10 veces mejor, 3.4 cm, que es 0.1 milisegundos. Para el ultrasonido, a 38kHz, esos 0.1 milisegundos son casi 4 ciclos completos, lo cual está dentro de las capacidades de medición de bajo costo de la electrónica. Por lo tanto, medir 34 cm con un 10% de precisión es comprensible y factible.

Medir el tiempo de vuelo de 30 cm con luz sería mucho más difícil. La luz tomaría 1,000,000 menos de tiempo, o 0.000,000,001 segundos, o 1 nanosegundo. Medir con una precisión de 3 cm sería de 0,1 nanosegundos, que es aproximadamente 3 veces más rápido que un ciclo del microprocesador Intel más rápido. Por lo tanto, sería mucho más difícil hacer esa medición de 30 cm, y aún más difícil obtener un 10% de precisión utilizando el tiempo de vuelo. Se puede hacer, pero no tan barato y fácilmente como el sonido. Por lo general, no utiliza el tiempo de vuelo, sino una propiedad diferente de una onda de luz.

Nota
al margen (Editar): si desea más precisión de 3,4 cm con sonido (no ligero), ¿cómo podría hacerlo? ¿Qué es lo que hace que sea más difícil obtener mucha más precisión con el SRF05? Piense en esto, y podría comprender qué límites impone el SRF05 elegido y, por lo tanto, comprender mejor el sistema.

El animal más conocido que usa ultrasonido son los murciélagos. Lo usan para medir el rango y la posición usando el tiempo de vuelo y dos oídos para encontrar información de dirección. Entonces, parte de los sistemas biológicos de los murciélagos pueden usar el tiempo de vuelo del sonido lo suficientemente bien como para atrapar 'comida' (polillas y otros insectos) mientras está volando. Eso es muy impresionante. Si desea comprender más acerca de cómo se puede utilizar el ultrasonido, puede consultar los artículos sobre el sistema de localización de eco de murciélago . Está altamente desarrollado.

Muchos otros animales emiten ultrasonidos, por ejemplo roedores y algunos insectos. Pero para la mayoría es un mecanismo de comunicación.

¿Por qué no usar láseres? Este es un enlace tan excelente que creo que merece ser una respuesta: http://www.repairfaq.org/sam/laserlia.htm#liarfi

Toda la página está llena de información sobre el tema. Es difícil extraer un párrafo en particular, ya que todo es relevante, pero esta es una buena visión general de la técnica.

Para obtener una resolución mucho mejor de lo que sería posible con un muestreo simple mientras se mantiene un bajo costo, los telémetros digitales TOF pueden combinar un interpolador temporal analógico de precisión con un sistema CMOS que funciona a 100 MHz. El circuito analógico para lograr esto se encuentra en muchas unidades de producción (para diferentes aplicaciones), pero se ha logrado una resolución de 5 ps con componentes de bajo costo y en producción durante 15 años de al menos un fabricante. La idea es interpolar entre los períodos de conteo digital con un convertidor de precisión de tiempo a voltaje que luego es muestreado por microcontrolador y combinado con los resultados del contador digital.

Los láseres (visibles o IR), RADAR, etc. funcionan y pueden proporcionar una precisión muy alta, a un alto costo y complejidad. Para los láseres, necesita una buena ruta óptica desde el láser hasta el receptor, y un diseño de circuito cuidadoso para permitir el tiempo necesario para que las señales viajen a través del circuito.

La medición de distancia cruda pero barata se puede hacer con LED IR y fotodiodos simplemente midiendo cuánta luz se refleja desde el objetivo. Esto es difícil de calibrar con precisión y vulnerable a la iluminación ambiental, pero si solo quiere "cerca" o "lejos" puede ser suficiente. Esta es la técnica utilizada por la cámara de distancia Kinect de Microsoft.

Las ondas de sonido son la "mejor" opción para el SRF05 porque no tiene otra opción, es un sensor de distancia ultrasónico.

Las frecuencias ultrasónicas se utilizan a menudo para aplicaciones de medición y diagnóstico porque el ruido de fondo es más bajo a frecuencias más altas.

El calor sería extremadamente difícil de medir con la distancia debido a la física de la difusión térmica.

La luz láser puede proporcionar resultados más confiables y precisos en rangos más largos y un costo más alto, pero debe apuntar con precisión.

Un sensor acústico ultrasónico integra la respuesta general del entorno, lo que permite el procesamiento posterior de la información para hacer inferencias sobre la distancia a más de un solo punto.