利用MAXQ7667確定超聲傳感器的諧振頻率和阻尼特性

　引言

　　本文介紹了如何利用MAXQ7667智能SoC (片上系統)確定超聲傳感器的諧振頻率和阻尼特性。這些功能有助于診斷傳感器模塊，優化系統性能，并且可以在生產過程中用于校準。本應用筆記并非針對所有系統泛泛地討論“如何實現”，而是針對特定的傳感器模型討論設計細節以及特定條件下的性能。利用這些信息，用戶可以大大簡化系統測試。另外，這些測試假定超聲波反射目標與傳感器的距離大于1英尺。

　　測試裝置

　　本文中的所有測試數據取自MAXQ7667 EV (評估)板，這些數據通過評估板的RS-232串口傳送到PC，然后利用Excel表產生曲線圖。傳感器采用隨評估板提供的40kHz 400EP250。傳感器水平安裝在電路板上，可以方便地在傳感器上加裝其它材料以改變傳感器的性能。這里采用了三種傳感器條件應用于各種測試：清潔干燥的傳感器(正常工作條件)、在傳感器表面注水、傳感器表面附有油漬。

　　圖1至圖3顯示了這些不同條件下傳感器的參數，可以看到有較大的差異。傳感器表面注水會降低傳感器的諧振頻率、減小阻尼;油漬的影響則相反，會提高諧振頻率、并顯著增大阻尼。

　　阻尼測試

　　阻尼測試用于測量傳感器的諧振時間，測試非常簡單，首先產生一個短脈沖激勵傳感器，然后監測傳感器輸出，觀察信號的衰減速度。圖1至圖3給出了三種不同頻率下回波接收通道的阻尼。從三組曲線可以很容易看出油漬會導致強阻尼。另外，如果觀察阻尼的細微變化，這些曲線還顯示了接收頻率的重要作用。

　　由于該測試非常簡單，可以在多個頻率下進行測試。在多個頻率下進行測試時，最好保持相對恒定的激勵脈沖寬度。利用一個持續時間固定的激勵窄脈沖，可以消除傳感器能量變化或者在諧振頻率處激勵傳感器造成的差異。

　　圖1、圖2和圖3中，以25μs的間隔采集LPF (低通濾波器)輸出，傳感器激勵脈沖寬度近似為6μs。注意，如果只使用一個頻率并且PLL已處于所要求的頻率，該測試可以在低于3ms的間隔下進行。在兩次測量之間有充分的時間觀測峰值，并檢測信號衰減到給定峰值百分比的時間。如果使用多個頻率，可能需要額外的測量時間，同時也需要更多時間使PLL穩定到一個新的頻率。

　　圖1. 利用40kHz中心頻率濾波器時的阻尼測量

　　圖2. 利用35kHz中心頻率濾波器時的阻尼測量

　　圖3. 利用45kHz中心頻率濾波器時的阻尼測量

　　掃頻