高精度相位法超声测距系统研究.pdf

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1、2010年第29卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)45高精度相位法超声测距系统研究张向珂，张世庆，闻凤连，田洪胜(江苏大学机械工程学院测控技术与仪器系，江苏镇江212013)摘要：为了提高超声波测距仪的测量精度，介绍了利用超声波相位差进行测距的原理，提出了一种新颖的利用超声波相位差进行测距的技术。该技术采用单片机完成超声波的产生和发射，利用计数器和相位比较器得出测距结果，并通过实时测量环境温度修正超声波传播速度，提高了该超声波测距系统的精度。完成了该测距

2、检测系统的硬件软件的设计，并进行了详细的理论和实验研究。实验结果表明：提出的设计方法精度高、重复性好、可靠性高，具有较好的应用前景。关键词：超声波；相位法；计数器；温度检测中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)02-0045-03StudyofaphaseultrasonicrangemeasurementsystemwithhighprecisionZHANGXiang—ke，ZHANGShi—qing，WENFeng—lian，TIANHong—sheng(SchoolofM

3、echanicalEngineering，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)Abstract：Inordertoenhancetheuhrasonicwavedistancegaugethemeasuringprecision，theprincipleofrangefinderbyusingultrasonicwavephasedifferenceisintroduced．Anovelrangefinderisproposedusingultrasonicwavephas

4、edifferenceisintroduced．Thistechnologyusesthemonolithicintegratedcircuittocompletetheultrasonicwave，theproductionandthelaunch，therangefinderresultisobtainedusingthecounterandthephasecomparator．Throughreal—timemeasurementofambienttemperature，ultrasonicpropagatio

5、nspeedisrevised；andtheultrasonicrangingsystemprecisionisincreased．Hardwareandsoftwaredesignofthisrangefinderdetectingsystemarecompleted，andthedetailstudyontheoryandtheexperimentarecarriedon．Theexperimentalresultsshowthattheproposeddesignmethodhashighprecision，g

6、oodduplication，highreliability，andgoodapplicationprospect．Keywords：ultrasonicwave；phasemethod；counter；temperaturedetecting0引言高测距精度，但是，在高精度测距系统中误差较大J。针利用超声波的传播特性，已经实现并完成了许多领域对以上问题，本文提出了一种基于相位法的高精度超声测测量方面的任务，采用超声波测距时，所面临的一个棘手距系统，使得测距精度达到0．1mm。问题就是如何提高测距精度问题。目前，解决

7、这一问题的1相位法测距原理方法主要有2种：一是从换能器的结构人手，通过适当的结相位法超声测距是利用发射波和被目标反射的接收回构设计，在考虑提高换能器灵敏度的同时，采取恰当措施波之间声波的相位差包含的距离信息来实现对被测目标距离的测量。设在起始时刻t发射的超声波的强度为抑制余振和附频振动，从而使换能器具有较高的灵敏11=sin(tot+。)(实际波为方波，这里为方便公式说明度⋯；另一种方法是从信号放大电路人手，采用时变增益用正弦波举例)，接收时刻调制波的强度为=A2sin(tot+放大器，即根据回波信号的幅度随传播时间

8、按指数规律衰tot。+。)，则接收与发射时刻的相位差为=COt。=减的特点，将接收放大器设计成增益随时间按指数规律增加的时变增益放大器，在一定范围内，使远近不同的回波信2z，时间差为f。，根据时间和相位的关系，待测距号都能均衡地放大到适当的幅度，避免了发射波拖尾信号1离D=÷ct。可以转换为的过放大。这两种方法均能在一定程度上减小盲区，提收稿日