超声波测距毕设

《超声波测距毕设》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、1引言1.1课题提出的背景一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷。例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长期浸泡于水中或其他液体中，极易被腐蚀、电解，失去灵敏性。利用超声波就可以解决这些问题。随着经济发展，电子测量技术应用越来越广泛，而超声波测量精确度高，成本低，性能稳定则备受青睐。超声波是指频率在20kHz以上的声波，它属于机械波的范畴。超声波也遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，如在介质的分界面处发生反射和折射现象，在进入介质后被介质吸收而发生衰减等。正是因

2、为具有这些性质，使得超声波可以用于距离的测量中，超声波测距技术正在被广泛应用于人们日常工作和生活之中。1.2课题研究的意义由于超声测距是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、农业用水、环保检测、食品、防汛、水文、空间定位、公路限高等行业中。可在不同环境中进行距离准确度在线标定，可直接用于水、酒、糖、饮料等液位控制，可进行差值设定，直接显示各种液位罐的液位、料位高度，在特殊环境下有

3、较广泛的应用。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于实现实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的指标要求。同时由于超声波测距系统具有以上的这些优点，因此在移动机器人的研究和汽车倒车雷达的研制方面也得到了广泛的应用。1.3超声波测距的发展状况一般认为，关于超声波的研究最初始于1876年F.Galton的气哨实验。当时Galton哨在空气中产生的频率达300KHz，这是人类首次有效产生的高频声波。这些年来，随着超声波技术研究的不断深入，再加上其具有的高精度、无损、非接触等优点，超声波的应用变得越来越普及。目前已经广泛地应用在

4、机械制造、电子冶金、交通等工业领域。此外在材料科学、医学、等领域中也占据重要地位。国外在提高超声波测距方面做了大量的研究，国内一些学者也作了相关的研究。超声波测距的精度主要取决于所测的超声波传输时间和超声波在介质中的传输速度，二者中以传输时间的精度影响较大，所以大部分文献采用降低传输时间的不确定度来提高测距精度。目前相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度的方法。意大利的Carullo等人介绍了一种自适应系统，采用特殊的发射波形来获得好的回波包络，同时采用对环境的噪声进行估测，设置一定的回波开门电平，

5、且采用自动增益的控制放大器，通过这些措施来提高超声波的探测精度。另外也有大量的文献研究采用数字信号处理技术和小波变换理论来提高传输时间的精度。这些处理方法都取得了较好的结果。随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广泛。当今对超声波测距仪方面的技术是比较成熟的，在国内市场上，有多种超声波测距仪，且其性能和测量范围都是非常优越的，完全满足实际应用的需要。当然，这方面的技术虽然已经相当的成熟了，并不是说已经没有了研究其的必要性了。其实不然，多数测距仪由于其功能的复杂，导致其市场价格飙升，而限制了它在一些特殊场合的应用，例如物

6、位（液位）检测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，只需作为整个系统的一部分而使用，因而需要研究一种既简单，又实用；既经济又实惠的超声波测距系统，是势在必行的。因此利用超声波是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声呐的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声呐，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继而发展采用低频线谱检测的潜艇拖拽线列阵声呐，实现超远

7、程的被动探测和识别。毋庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，面貌一新的测距仪将发挥更大的作用。1.4超声波测距的基本原理超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。利用超声波的这种性能就可制成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为机械能、又可以把机械能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。1.4.1超声波发生器原理为了研究和

8、利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛