超聲波測距技術(shù)改進(jìn)方法與實(shí)現(xiàn)

1、超聲波測距技術(shù)改進(jìn)方法與實(shí)現(xiàn)摘 要隨著科學(xué)的發(fā)展，人們對測距的要求越來越高， 但是傳統(tǒng)的超聲波測距不可避免的存在這樣或那樣的局限 性，這就要求我們不停對超聲波測距技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。這篇文 章主要對超聲波測距的影響因素進(jìn)行了分析探討，并在此基 礎(chǔ)上提出一些改進(jìn)的方法。【關(guān)鍵詞】超聲測速 高精度 改進(jìn)方法 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對測距的研究和應(yīng)用日益增 多，比如激光測距和超聲波測距等等，其中超聲波測速存在 很大的優(yōu)勢，有非常強(qiáng)的指向性，而且能量消耗慢，在介質(zhì) 中傳播速度快，有非常強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，不易被干擾，而 被廣泛應(yīng)用， 多應(yīng)用于近距離非接觸式測量， 如機(jī)器人定位， 管道長度的測量等應(yīng)用中，同時(shí)

2、在漫反射中和惡劣環(huán)境中也 有應(yīng)用。超聲波還具有非接觸性和非破壞性的優(yōu)勢，這些優(yōu) 勢決定了它普遍適應(yīng)性，它在醫(yī)療，材料科學(xué)等領(lǐng)域中也是 不可或缺的。1 超聲波簡介 頻率被定義為單位時(shí)間內(nèi)物體振動的次數(shù)，它的單位是 赫茲，人耳能聽到的范圍是20Hz20000Hz，而超聲波是人耳無法聽到的，其頻率范圍在 20000Hz 以上，超聲波有其獨(dú) 特的優(yōu)點(diǎn)，方向性好，能量高，穿透性好。這都是因?yàn)槌?波擁有極大的能量， 因?yàn)槲矬w的震動頻率越高， 能量就越大， 超聲波可以在極短的時(shí)間內(nèi)震碎一只高腳酒杯。而超聲波加 濕器就是利用這一原理來工作的。2 超聲波測距的現(xiàn)狀與不足 超聲波在實(shí)際應(yīng)用中有很多局限性，如在超

3、聲波測距中 的某些瑕疵， 這就影響到它的檢測精確度。 首先， 超?波的傳 播介質(zhì)是空氣，在空氣傳播中會造成衰減，且衰減程度比較 大，而每次的測量距離不一樣，就會造成回?fù)苄盘柕钠鸱?出現(xiàn)測量誤差；其次，是接收方面的局限性，超聲波在接收 過程中會被展寬，這就會影響超聲波脈沖回?fù)艿姆€(wěn)定性，進(jìn) 而影響測距的分辨率造成測量結(jié)果不準(zhǔn)。另外，外界環(huán)境因 素也是影響因素之一，這些因素造成超聲波的使用有非常大 的局限性，使其不能廣泛應(yīng)用。2.1 國內(nèi)外對超聲波測距的理論研究最初的超聲研究起源于 1879 年的氣哨實(shí)驗(yàn)， 1912 年， 在一艘豪華游輪觸礁沉沒后，人們提出用超聲波測距。在 1988 年，廈門大學(xué)

4、童峰，許天源，許天增，合力建立了起伏 模型，對檢測窗進(jìn)行了算法，均取得了較好的效果。超聲波測量系統(tǒng)通過幾十年的發(fā)展，吸收了其他多種學(xué) 科的知識體系，如電子電路技術(shù)，傳感器技術(shù)等，現(xiàn)已成為 一門綜合性的研究，它的研究成果不斷被應(yīng)用于生產(chǎn)，生活 中，為人們提供了科學(xué)技術(shù)的保障。3 超聲波測速原理 首先使用超聲波測試儀向被測物體發(fā)出物理射線，同時(shí) 開始計(jì)時(shí)該射線在空氣中進(jìn)行傳播，遇到障礙物就會反彈回 來，這時(shí)候由接收器對反射回來的超聲波進(jìn)行接收，同時(shí)停 止計(jì)時(shí)，對檢測出的時(shí)間和速度進(jìn)行記錄，用速度、時(shí)間和 距離之間的關(guān)系，就能很容易的計(jì)算出距離。被測速離的計(jì)算公式為： D=?ct式中： c 為超聲波

5、傳播速度t 為從發(fā)射到接收所需要的時(shí)間常用的超聲波測速方法： 目前，有很多的測距方案，比如激光測距，超聲波與其 相比，時(shí)間測量精確度較低， 而且超聲波測距系統(tǒng)簡單易得， 計(jì)算簡單，而且不受空氣，天氣能見度的影響，在各種場合 都能應(yīng)用。（1）相位檢測法：一種是通過發(fā)射不同頻率的超聲波 來實(shí)現(xiàn)的，另一種是通過單一的超聲波探頭進(jìn)行檢測，此方 法測距適用于一周期以內(nèi)，且精度很高。（2）幅值檢測法：先發(fā)射一定頻率的超聲波，接收到 的超聲波的脈沖強(qiáng)度，可以用反射進(jìn)行檢測，進(jìn)而求得目標(biāo) 距離，這種方法由于空氣中雜質(zhì)太多，精確度和穩(wěn)定性易受 影響。（3）時(shí)間差法：超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波， 并且開始計(jì)

6、時(shí)，碰到障礙物時(shí)立即返回來，超聲波接收到信 號，立即停止計(jì)時(shí)。通過計(jì)算檢測得到的時(shí)間，和當(dāng)時(shí)的聲 速，就可以計(jì)算出距離。4 超聲波測距的影響因素4.1 溫度因素在超聲波速度影響因素中，溫度是主要因素之一，不同 的溫度會給超聲波傳送速度造成很大的影響，且這種影響是 成正比例的，溫度越高，傳播速率就越高，反之亦然，所以 使用超聲波測距時(shí)，應(yīng)注意溫度的影響，并給予溫度補(bǔ)償， 尤其是在測速過程中，對溫度的測量要非常精確，充分排除 溫度因素影響。減少測速誤差。4.2 超聲波發(fā)射與傳播角度的因素 當(dāng)超聲波發(fā)射時(shí)，會存在一個(gè)角度，它與被測物體不一 定是垂直 90 度的，那么它射出光束和接收到反射回來的光 就

7、存在誤差，在后期要注意校正。4.3 衰減的因素 在空氣中，超聲波在空氣介質(zhì)中，傳播中受到擴(kuò)散，散 射的影響，其強(qiáng)度隨著傳播的增加而衰減。4.4 其他因素 在超聲波測距的時(shí)候，它的環(huán)境和測量工具不可避免的 存在誤差， 無法達(dá)到高精度的測量。 比如障礙物的質(zhì)地不同， 所以超聲波被反射回來的力量也不同，而且所采取的換能器 的不同，其靈敏度和時(shí)間差的計(jì)算也會對測量結(jié)果產(chǎn)生不可 避免的影響。5 超聲波測距的改進(jìn)方法超聲波測距系統(tǒng)的組成比較復(fù)雜，是由單片機(jī)，超聲波 發(fā)射電路，超聲波接收電路，觸摸按鍵控制電路，和溫度補(bǔ) 償電路，顯示電路組成的，缺一不可，其中單片機(jī)是系統(tǒng)核 心。在測量過程中，空氣會對結(jié)果產(chǎn)生

8、影響，因此要加強(qiáng)對 外部空氣的實(shí)時(shí)檢測，校準(zhǔn)超聲波的傳播速度。在超聲波的 接收模塊里，要增加時(shí)間增益補(bǔ)償電路和峰值時(shí)間檢測電 路，信號通過處理，可正確檢測時(shí)間，提高測量的精確度。 電容觸摸按鍵作為控制按鍵，取代了機(jī)電開關(guān)，避免了控制 按鍵由于環(huán)境的影響而導(dǎo)致檢測的失效。超聲波測距系統(tǒng)可改進(jìn)方面：（1）環(huán)境的溫度，要加強(qiáng)對環(huán)境溫度的監(jiān)測。（2）要盡量選擇高精度的儀器，避免誤差。（3）出現(xiàn)誤差時(shí)，要考慮多方面的因素。6 結(jié)束語 這次通過對超聲波測距的原理及測量過程進(jìn)行分析，發(fā) 現(xiàn)其存在的問題，并提出來了解決方案，在其過程中，發(fā)現(xiàn) 超聲波測速具有廣泛的前景，要加強(qiáng)對其的研究和談討?，F(xiàn) 將在這次論文中的理論總結(jié)如下：超聲波測速中存在的誤差有多種原因，包括設(shè)計(jì)方案的原因，環(huán)境的問題等。因此，為了得到準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，必 須要結(jié)合實(shí)際情況，排除多余因素，減少誤差。參考文獻(xiàn)1 楊秋菊高精度超聲波測距系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)D.