Parameter optimization of the ultrasonic modulator system for distance measurement

Artykuł prezentuje metodę optymalizacji parametrów modulatora ultradźwiękowego układu pomiaru odległości. W celu optymalizacji wprowadzono parametry sygnału służące jako kryterium optymalizacyjne. Przedstawione wyniki badań dotyczą parametrów modulacji fazy jak i częstotliwości. W artykule zestawiono wyniki tradycyjnych metod detektorów progowych z metodami korelacyjnymi z modulatorami fazy i częstotliwości. Układ pomiarowy zaimplementowano na mikrokontrolerze z rdzeniem ARM® Cortex™-M4 a sam układ analizy danych zabudowano na bazie programu LabVIEW. Wyniki badań pozwoliły na ustalenie optymalnych parametrów samego sygnału modulatora jak i binarnego ciągu modulującego, dla którego dane pomiarowe były maksymalnie jednoznaczne przy zachowaniu kryterium minimalnego błędu pomiaru odległości.Ultrasonic time of flight (TOF) measurement methods are commonly used. The methods can be used for distance measurement in a liquid environment, for example water, glycerol or other environments in which ultrasonic wave can propagate. The correlation measurement method based on signal analysis can be used for such measurements. The signal analysis takes into account the signal emitted by a transmitter and the signal received in a receiver. The analysis is based on calculation of correlation between the signals. If the emitted signal propagates in liquid environment, the signal received in the receiver can be distorted because the ultrasonic wave can be reflected in such environment due to various factors. This paper presents a method to optimize the parameters of an ultrasonic distance measuring system modulator. For the purpose of optimization the parameters of the signal were introduced as a criterion for optimization. In the paper the results obtained with the traditional threshold detector methods are compared with those obtained by the correlation methods with phase and frequency modulators. The measuring system was implemented on a microcontroller core ARM ® Cortex ™-M4 and was connected to the system of data analysis based on LabVIEW. The results allowed us to determine the optimal parameters of the signal modulator and the binary code modulator, for which the data were maximally unambiguous with maintaining the criterion of a minimum distance measurement error