超聲波測距技術(shù)改進方法與實現(xiàn)

1、超聲波測距技術(shù)改進方法與實現(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)進行改進。這篇文 章主要對超聲波測距的影響因素進行了分析探討，并在此基 礎(chǔ)上提出一些改進的方法?！娟P(guān)鍵詞】超聲測速 高精度 改進方法 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步，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， 如機器人定位， 管道長度的測量等應(yīng)用中，同時

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 特的優(yōu)點，方向性好，能量高，穿透性好。這都是因為超聲 波擁有極大的能量， 因為物體的震動頻率越高， 能量就越大， 超聲波可以在極短的時間內(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 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 年的氣哨實驗， 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 開始計時該射線在空氣中進行傳播，遇到障礙物就會反彈回 來，這時候由接收器對反射回來的超聲波進行接收，同時停 止計時，對檢測出的時間和速度進行記錄，用速度、時間和 距離之間的關(guān)系，就能很容易的計算出距離。被測速離的計算公式為： 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，時間測量精確度較低， 而且超聲波測距系統(tǒng)簡單易得， 計算簡單，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 來實現(xiàn)的，另一種是通過單一的超聲波探頭進行檢測，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 的超聲波的脈沖強度，可以用反射進行檢測，進而求得目標(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

6、時，碰到障礙物時立即返回來，超聲波接收到信 號，立即停止計時。通過計算檢測得到的時間，和當(dāng)時的聲 速，就可以計算出距離。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，應(yīng)注意溫度的影響，并給予溫度補償， 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，會存在一個角度，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，傳播中受到擴散，散 射的影響，其強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，其靈敏度和時間差的計算也會對測量結(jié)果產(chǎn)生不可 避免的影響。5 超聲波測距的改進方法超聲波測距系統(tǒng)的組成比較復(fù)雜，是由單片機，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 償電路，顯示電路組成的，缺一不可，其中單片機是系統(tǒng)核 心。在測量過程中，空氣會對結(jié)果產(chǎn)生

8、影響，因此要加強對 外部空氣的實時檢測，校準(zhǔn)超聲波的傳播速度。在超聲波的 接收模塊里，要增加時間增益補償電路和峰值時間檢測電 路，信號通過處理，可正確檢測時間，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)可改進方面：（1）環(huán)境的溫度，要加強對環(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，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)合實際情況，排除多余因素，減少誤差。參考文獻1 楊秋菊高精度超聲波測距系統(tǒng)的研究與設(shè)計D.