基于Zynq 的Red Pitay开放仪器平台+超声波Xcvrs =微米分辨率卡尺

过去数周内，斯洛文尼亚的 Red Pitaya团队一直在开发超声波器材。您可能对Red Pitaya团队不太熟悉，它是一个开源程式化仪器平台，具有两个125 M 采样数/秒的模拟输入通道和两个125M采样数/秒的模拟量输出通道。该主板基于Xilinx Zynq SoC，这个设备上运行各种仪表程序（“应用程序”），可将Red Pitaya转换成多种仪器，包括示波器、频谱分析仪和波形发生器。（更多内容，参见“基于Zynq Red Pitaya开放式仪器平台实现的性能超出$ 50K Kickstarter赞助目标的5倍”。）

Red Pitaya开放式仪器平台

Red Pitaya 平台的其中一个引人关注的功能是，它可以同时当做多台仪器，比如近期实验中所进行的使用超声波的距离测量。Red Pitaya团队将Red Pitaya模拟输出和输入与廉价超声波发射器和接收器连接，使用这些廉价设备进行距离测量，精确率达到1微米。我使用Red Pitaya后发现了一些令人关注的功能。（注：这看起来象是使用价值约5美元的转换器和价值100美元的同轴电缆、连接器和适配器。）

这个距离测量方案完成了一些普通物理实验。使用佐治亚州立大学网站上的在线计算器，声音在干燥室温条件下的环境当中传播速度为约347m/sec或347mm/msec。40KHz正弦波周期为0.025msec。将这两个数字相乘，得出的值为8.675mm/cycle。通过计算声源与已接收40KHz信号之间的延迟周期，可以得出超声波发射器和接收器之间的距离。以下为简短的视频演示：

从第一个视频中我们可看到，Red Pitaya使用坐标纸以8.5毫米表示40KHz周期，是计算值的约2%，相当接近于目前的实验水平。

将于下周发布的另一个视频，使用相位延迟优化技术测量波形之间的差分延迟，分辨率达到微米（但可能并不准确）。首先，发送波形和接收波形与时间轴上的零交叉点对齐。特别注意操作员在波形部分画了一个方框，并放大这个波形部分。这就是最新的放大波形方式。它没有设置更多的时基旋钮和波形定位游标。这种方法已经列出您需要查看的部分。

实际在这个视频中测试设置经过了略微优化。利用双面泡棉胶带和纸夹将超声换能器固定在测微计—虎钳的钳口处。太神奇了！

一组“缩放—调整—缩放”循环接近重叠交叉点。然后，略调整台钳钳口可分隔零交叉点。按照运行于笔记本上的Red Pitaya控制软件计算，发送波形和接收波形过零点之间的时间差分便于测量，可测量超声换能器之间的空间间隔，分辨率达到微米级。

欲了解更多相关信息，请参见Red Pitaya博客。

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原文链接：
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