聲速測試為什麼用30公里超聲波

❶ 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。

❷ 聲速的測量中為什麼要用超聲波

超聲波波長短，傳遞過程中能量損失小。超聲波是一種振動頻率高於聲波的機械波，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。

❸ 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。

❹ 超聲波測聲速在超聲波范圍內有什麼好處

超聲波是頻率高於20000赫茲的聲波，相比可聞聲，它方向性好，穿透能力強，易於獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠。

❺ 關於超聲波測速儀的原理及作用說明

適合作流動物質中含有較多雜質的流體的流速測量，超聲多普勒法只是其中一種 ，還有頻差法和時差法等等。

時差法測量沿流體流動的正反兩個不同方向發射的超聲播到達接收端的時差。需要突出解決的難題是這種情況下，由於聲速參加運算（作為分母，公式不好寫，我積分不夠沒法貼圖），而聲速收溫度的影響變化較大，所以不適合用在工業環境下等溫度變化范圍大的地方。

頻差法是時差法的改進，可以把分母上的聲速轉換到分子上，然後在求差過程中約掉，這就可以避開聲速隨溫度變化的影響，但測頻由於存在正負1誤差，對於精度高的地方，需要高速計數器。

還有就是回鳴法了，可以有效改進由於計數器正負1誤差帶來的測量誤差。

以上這些東東都是關於流體的流速的超聲測量方法。對於移動物體的速度測量多採用超聲多譜勒法。

根據聲學多普勒效應，當向移動物體發射頻率為F的連續超聲波時，被移動物體反射的超聲波頻率為f，f與F服從多普勒關系。如果超聲發射方向和移動物體的夾角已知，就可以通過多普勒關系的v,f,F,c表達式得出物體移動速度v。

❻ 超聲波測速儀的原理

原理：
超聲波測速儀每隔一相等時間,發出一超聲脈沖信號,每隔一段時間接收到一經汽車反射回的該超聲脈沖信號,若汽車勻速行駛,則間隔時間相同,根據發出和接收到的信號間的時間間隔差和聲速,測出被測汽車的速度.
和雷達有些相似.

❼ 聲速與那些因素有關測量時為什麼選擇超聲波作為聲源

聲速與那些因素有關？測量時為什麼選擇超聲波作為聲源？

答：由公式可知，聲速僅與氣體的溫度和性質有關，與頻率無關，，又由於超聲波具有波長短，易於發射，易定向傳播等優點，所以在超聲波進行聲速測量較為方便。

❽ 「超聲測速儀」的基本原理是什麼

測速原理是測速儀前後兩次發出並接受到被測車反射回的超聲波信號,再根據兩次信號的時間差,測出車速。

超聲波測速適合作流動物質中含有較多雜質的流體的流速測量，超聲多譜勒法只是其中一種，還有頻差法和時差法等等。

關於流體的流速的超聲測量方法有多種多樣：

1. 對於移動物體的速度測量多採用超聲多譜勒法。

2. 時差法測量沿流體流動的正反兩個不同方向發射的超聲播到達接收端的時差。需要突出解決的難題是這種情況下，由於聲速參加運算,而聲速受溫度的影響變化較大，所以不適合用在工業環境下等溫度變化范圍大的地方。

3. 頻差法是時差法的改進，可以把分母上的聲速轉換到分子上，然後在求差過程中約掉，這就可以避開聲速隨溫度變化的影響，但測頻由於存在正負1誤差，對於精度高的地方，需要高速計數器。

4. 還有就是回鳴法了，可以有效改進由於計數器正負1誤差帶來的測量誤差。

❾ 聲速與哪些因素有關測量時為什麼選擇超聲波做為聲源

是測量空氣中的聲速嗎？如果是，那麼聲速和溫度、氣壓、濕度都有關系，溫度越高聲速越大，氣壓越高聲速越大。之所以選擇超聲波做聲源是由於超聲波波長短，如果選用可聞聲波做聲源並且採用同樣的實驗方法，你想想實驗儀器的尺寸要多大才行：）
樓上回答有誤：超聲波傳播的方向性和普通聲波是一樣的，聲強在空氣中同樣衰減很快，只不過產生超聲波的超聲換能器的發射功率可以做的比揚聲器高出幾個數量級。