超声波测距技术改进方法与实现

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， 如机器人定位， 管道长度的测量等应用中，同时

2、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20Hz20000Hz，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

3、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

4、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

5、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。（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

6、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

7、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，超声波接收电路，触摸按键控制电路，和温度补 偿电路，显示电路组成的，缺一不可，其中单片机是系统核 心。在测量过程中，空气会对结果产生

8、影响，因此要加强对 外部空气的实时检测，校准超声波的传播速度。在超声波的 接收模块里，要增加时间增益补偿电路和峰值时间检测电 路，信号通过处理，可正确检测时间，提高测量的精确度。 电容触摸按键作为控制按键，取代了机电开关，避免了控制 按键由于环境的影响而导致检测的失效。超声波测距系统可改进方面：（1）环境的温度，要加强对环境温度的监测。（2）要尽量选择高精度的仪器，避免误差。（3）出现误差时，要考虑多方面的因素。6 结束语 这次通过对超声波测距的原理及测量过程进行分析，发 现其存在的问题，并提出来了解决方案，在其过程中，发现 超声波测速具有广泛的前景，要加强对其的研究和谈讨。现 将在这次论文中的理论总结如下：超声波测速中存在的误差有多种原因，包括设计方案的原因，环境的问题等。因此，为了得到准确的测量数据，必 须要结合实际情况，排除多余因素，减少误差。参考文献1 杨秋菊高精度超声波测距系统的研究与设计D.