『壹』 超聲波測距的原理
二、 超聲波測距原理
1、 超聲波發生器
為了研究和利用超聲波,人們已經設計和製成了許多超聲波發生器。總體上講,超聲波發生器可以分為兩大類:一類是用電氣方式產生超聲波,一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等;機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同,因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發生器。
2、壓電式超聲波發生器原理
壓電式超聲波發生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發生器內部結構如圖1所示,它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號,其頻率等於壓電晶片的固有振盪頻率時,壓電晶片將會發生共振,並帶動共振板振動,便產生超聲波。反之,如果兩電極間未外加電壓,當共振板接收到超聲波時,將壓迫壓電晶片作振動,將機械能轉換為電信號,這時它就成為超聲波接收器了。
3、超聲波測距原理
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340m/s,根據計時器記錄的時間t,就可以計算出發射點距障礙物的距離(s),即:s=340t/2 。這就是所謂的時間差測距法。
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,測量聲波在發射後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。由此可見,超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。
測距的公式表示為:L=C×T
式中L為測量的距離長度;C為超聲波在空氣中的傳播速度;T為測量距離傳播的時間差(T為發射到接收時間數值的一半)。
超聲波測距主要應用於倒車提醒、建築工地、工業現場等的距離測量,雖然目前的測距量程上能達到百米,但測量的精度往往只能達到厘米數量級。
由於超聲波易於定向發射、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,是作為液體高度測量的理想手段。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度,但是目前國內的超聲波測距專用集成電路都是只有厘米級的測量精度。通過分析超聲波測距誤差產生的原因,提高測量時間差到微秒級,以及用LM92溫度感測器進行聲波傳播速度的補償後,我們設計的高精度超聲波測距儀能達到毫米級的測量精度。
超聲波測距誤差分析
根據超聲波測距公式L=C×T,可知測距的誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測量距離傳播的時間誤差引起的。
時間誤差
當要求測距誤差小於1mm時,假設已知超聲波速度C=344m/s (20℃室溫),忽略聲速的傳播誤差。測距誤差s△t<(0.001/344) ≈0.000002907s 即2.907μs。
在超聲波的傳播速度是准確的前提下,測量距離的傳播時間差值精度只要在達到微秒級,就能保證測距誤差小於1mm的誤差。使用的12MHz晶體作時鍾基準的89C51單片機定時器能方便的計數到1μs的精度,因此系統採用89C51定時器能保證時間誤差在1mm的測量范圍內。
超聲波傳播速度誤差
超聲波的傳播速度受空氣的密度所影響,空氣的密度越高則超聲波的傳播速度就越快,而空氣的密度又與溫度有著密切的關系,如表1所示。
已知超聲波速度與溫度的關系如下:
式中: r —氣體定壓熱容與定容熱容的比值,對空氣為1.40,
R —氣體普適常量,8.314kg·mol-1·K-1,
M—氣體分子量,空氣為28.8×10-3kg·mol-1,
T —絕對溫度,273K+T℃。
近似公式為:C=C0+0.607×T℃
式中:C0為零度時的聲波速度332m/s;
T為實際溫度(℃)。
對於超聲波測距精度要求達到1mm時,就必須把超聲波傳播的環境溫度考慮進去。例如當溫度0℃時超聲波速度是332m/s, 30℃時是350m/s,溫度變化引起的超聲波速度變化為18m/s。若超聲波在30℃的環境下以0℃的聲速測量100m距離所引起的測量誤差將達到5m,測量1m誤差將達到5cm。
『貳』 關於超聲波測距
上樓回答有些誤區。超聲波測距現在一個探頭也可以完成發射與接受並測出距離。
2:超聲波的測試的距離肯定>1米。關於精確到0.1毫米就有難度了。它不僅與探頭的頻率等有關還要考慮他和主機的整合行比如(盲區)等不過現在用它來測距的話必須要與被測的工件耦合。因為不管什麼波形都是需要在介質比如水,鋼板等中傳播
3:肯定可以顯示出距離!我們現在用的儀器很簡單的價格就幾千塊
在講講原理超聲波他通過同步電路(觸發電路)產生數個脈沖觸發儀器的掃描電路,發射電路就發射了,然後就是就收了也就是通過(射頻器,檢波器,視頻放大器等回收··
如果還有什麼您可以給我留言!祝您好運 謝謝了
『叄』 超聲波測距原理及公式
比較准確的應該是:聲速 = 331.4*sqrt(1+T/273).sqrt表示開根號,T表示溫度.距離 = 0.5*C*t.C為聲速,t為發射和接收的時間差
『肆』 超聲波感測器如何測距
超聲波感測器測距工作原理:超聲波感測器是將超聲波信號轉換成其他能量信號(通常是電信號)的感測器。超聲波是指頻率大於20 kHz的在彈性介質中產生的機械震盪波,其具有指向性強、能量消耗緩慢、傳播距離相對較遠等特點,因此常被用於非接觸測距。由於超聲波對液體、固體的穿透本領很大,尤其是在陽光不透明的固體中。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。,因此超聲波測距對環境有較好的適應能力,此外超聲波測量在實時、精度、價格也能得到很好的折中。
目前超聲波測距的方法有多種:如往返時間檢測法、相位檢測法、聲波幅值檢測法。其原理是超聲波感測器發射一定頻率的超聲波,藉助空氣媒質傳播,到達測量目標或障礙物後反射回來,經反射後由超聲波接收器接收脈沖,其所經歷的時間即往返時間,往返時間與超聲波傳播的路程的遠近有關。
『伍』 超聲波雷達測距范圍
在正常情況下,基本障礙物與同一障礙物之間的距離不會波動。一般來說,超聲波雷達的最大探測距離約為2.5m~5m,最小探測距離約為25cm~35cm,超聲波雷達波會產生餘震,如果餘震期間探測距離過短,會導致盲點從而無法確定與障礙物的距離。
『陸』 超聲波測距最大 最小距離 精度的確定方法,在線等,求高手!
由你使用的超聲波頻率確定。
『柒』 超聲波測距的原理是什麼
超聲波測距原理是通過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時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v,而根據計時器記錄的測出發射和接收回波的時間差△t,就可以計算出發射點距障礙物的距離S,即:
這就是所謂的時間差測距法。
由於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。常溫下超聲波的傳播速度是334米/秒,但其傳播速度V易受空氣中溫度、濕度、壓強等因素的影響,其中受溫度的影響較大,如溫度每升高1℃,聲速增加約0.6米/秒。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(本系統正是採用了溫度補償的方法)。已知現場環境溫度T時,超聲波傳播速度V的計算公式為:
聲速確定後,只要測得超聲波往返的時間,即可求得距離。這就是超聲波測距儀的機理。
『捌』 超聲波測距的量程跟精度根據什麼確定
量程是根據實際能測的最大距離來定。精度是看測量誤差和量程比。一般來說精度跟硬體,軟體,各種補償系數都有關系。
『玖』 超聲波測距公式
測距的公式表示為:L=C×T
式中L為測量的距離長度;C為超聲波在空氣中的傳播速度;T為測量距離傳播的時間差(T為發射到接收時間數值的一半)。