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时间:2019-08-31
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1、超声波测距技术改进方法与实现 摘要随着科学的发展,人们对测距的要求越来越高,但是传统的超声波测距不可避免的存在这样或那样的局限性,这就要求我们不停对超声波测距技术进行改进。这篇文章主要对超声波测距的影响因素进行了分析探讨,并在此基础上提出一些改进的方法。 【关键词】超声测速高精度改进方法 随着现代科学技术的进步,对测距的研究和应用日益增多,比如激光测距和超声波测距等等,其中超声波测速存在很大的优势,有非常强的指向性,而且能量消耗慢,在介质中传播速度快,有非常强的环境适应能力,不易被干扰,而被广泛应用,多应用于近距离非接触式测量,如
2、机器人定位,管道长度的测量等应用中,同时在漫反射中和恶劣环境中也有应用。超声波还具有非接触性和非破坏性的优势,这些优势决定了它普遍适应性,它在医疗,材料科学等领域中也是不可或缺的。 1超声波简介 频率被定义为单位时间内物体振动的次数,它的单位是赫兹,人耳能听到的范围是20Hz~20000Hz,而超声波是人耳无法听到的,其频率范围在20000Hz以上,超声波有其独特的优点,方向性好,能量高,穿透性好。这都是因为超声波拥有极大的能量,因为物体的震动频率越高,能量就越大,超声波可以在极短的时间内震碎一只高脚酒杯。而超声波加湿器就是利用这一
3、原理来工作的。 2超声波测距的现状与不足 超声波在实际应用中有很多局限性,如在超声波测距中的某些瑕疵,这就影响到它的检测精确度。首先,超?波的传播介质是空气,在空气传播中会造成衰减,且衰减程度比较大,而每次的测量距离不一样,就会造成回拨信号的起伏,出现测量误差;其次,是接收方面的局限性,超声波在接收过程中会被展宽,这就会影响超声波脉冲回拨的稳定性,进而影响测距的分辨率造成测量结果不准。另外,外界环境因素也是影响因素之一,这些因素造成超声波的使用有非常大的局限性,使其不能广泛应用。 2.1国内外对超声波测距的理论研究 最初的超声研
4、究起源于1879年的气哨实验,1912年,在一艘豪华游轮触礁沉没后,人们提出用超声波测距。在1988年,厦门大学童峰,许天源,许天增,合力建立了起伏模型,对检测窗进行了算法,均取得了较好的效果。 超声波测量系统通过几十年的发展,吸收了其他多种学科的知识体系,如电子电路技术,传感器技术等,现已成为一门综合性的研究,它的研究成果不断被应用于生产,生活中,为人们提供了科学技术的保障。 3超声波测速原理 首先使用超声波测试仪向被测物体发出物理射线,同时开始计时该射线在空气中进行传播,遇到障碍物就会反弹回来,这时候由接收器对反射回来的超声波
5、进行接收,同时停止计时,对检测出的时间和速度进行记录,用速度、时间和距离之间的关系,就能很容易的计算出距离。 被测速离的计算公式为:D=?ct 式中:c为超声波传播速度 t为从发射到接收所需要的时间 常用的超声波测速方法: 目前,有很多的测距方案,比如激光测距,超声波与其相比,时间测量精确度较低,而且超声波测距系统简单易得,计算简单,而且不受空气,天气能见度的影响,在各种场合都能应用。 (1)相位检测法:一种是通过发射不同频率的超声波来实现的,另一种是通过单一的超声波探头进行检测,此方法测距适用于一周期以内,且精度很高。
6、(2)幅值检测法:先发射一定频率的超声波,接收到的超声波的脉冲强度,可以用反射进行检测,进而求得目标距离,这种方法由于空气中杂质太多,精确度和稳定性易受影响。 (3)时间差法:超声波发射器向某一方向发射超声波,并且开始计时,碰到障碍物时立即返回来,超声波接收到信号,立即停止计时。通过计算检测得到的时间,和当时的声速,就可以计算出距离。 4超声波测距的影响因素 4.1温度因素 在超声波速度影响因素中,温度是主要因素之一,不同的温度会给超声波传送速度造成很大的影响,且这种影响是成正比例的,温度越高,传播速率就越高,反之亦然,所以使用
7、超声波测距时,应注意温度的影响,并给予温度补偿,尤其是在测速过程中,对温度的测量要非常精确,充分排除温度因素影响。减少测速误差。 4.2超声波发射与传播角度的因素 当超声波发射时,会存在一个角度,它与被测物体不一定是垂直90度的,那么它射出光束和接收到反射回来的光就存在误差,在后期要注意校正。 4.3衰减的因素 在空气中,超声波在空气介质中,传播中受到扩散,散射的影响,其强度随着传播的增加而衰减。 4.4其他因素 在超声波测距的时候,它的环境和测量工具不可避免的存在误差,无法达到高精度的测量。比如障碍物的质地不同,所以超声波
8、被反射回来的力量也不同,而且所采取的换能器的不同,其灵敏度和时间差的计算也会对测量结果产生不可避免的影响。 5超声波测距的改进方法 超声波测距系统的组成比较复杂,是由单片机,超声波发射电路,超声波接收电
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