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上海維特銳講講超聲波測距

發布時間： 2017-12-01　　點擊次數： 1033次

在我們公司專業供應的傳感器中有很多是超聲波傳感器產品！供應的進口品牌也是很多！本文就是簡單聊聊超聲波測距的工作！

超聲波測距系統主要應用于汽車的倒車雷達、及機器人自動避障行走、建筑施工工地以及一些工業現場例如：液位、井深、管道長度等場合。

目前有兩種常用的超聲波測距方案。一種是基于單片機或者嵌入式設備的超聲波測距系統，一種是基于CPLD(Complex Programmable Logic Device)的超聲波測距系統。

如圖1所示，實驗采用*種方案，利用嵌入式設備編程產生頻率為40KHz的方波，經過發射驅動電路放大，使超聲波傳感器發射端震蕩，發射超聲波。超聲波經發射物反射回來，由傳感器接收端接收，再經過接收電路放大、整形。以嵌入式微核心的超聲波測距系統通過嵌入式設備記錄超聲波發射的時間和反射波的時間。當收到超聲波的反射波時，接收電路輸出端產生一個跳變。通過定時器計數，計算時間差，就可以計算出相應的距離。
超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發射后遇到障礙物反射回來的時間，根據發射和接收的時間差計算出發射點到障礙物的實際距離。首先，超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為C=340m/s，根據計時器記錄的時間T秒，就可以計算出發射點距障礙物的距離L，即：L= C×T /2 。這就是所謂的時間差測距法。

由于超聲波也是一種聲波，其聲速 C 與溫度有關，表1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。

由于超聲波易于定向發射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優點，是作為倒車距離測量的理想選擇。

超聲波傳感器

超聲波為直線傳播，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強，為此，利用超聲波的這種性質就可以制成超聲波傳感器。另外，超聲波在空氣中的傳播速度較慢，這就使得超聲波傳感器的使用變得簡單。

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。

超聲波傳感器主要由雙壓電晶片振子、圓錐共振板和電極等部分構成。兩電極間加上一定的電壓時壓電晶片就會被壓縮產生機械形變，撤去電壓后壓電晶片恢復原狀。若在兩極間按照一定的頻率加上電壓，則壓電晶片也會保持一定的頻率振動。經試驗測得此型號壓電晶片的固有頻率為38.4 KHz，則在兩極外加頻率為40 KHz的方波脈沖信號，此時壓電晶片產生共振，向外發射出超聲波。同理，沒有外加脈沖信號的超聲波傳感器在共振板接收到超聲波時也會產生共振，在兩極間產生電信號。
超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。

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