超声波测距系统 - 图文(3)

况。

第一种：一部分波会直到把能量全部用完之前，都以直线的方式传播。这些能量被消耗殆尽，究其原因是因为波与构成材料的物质发生摩擦生成了热量，在术语上把这种情况称呼为吸收。

第二种：另外一部分波与构成材料的物质粗颗粒碰撞之后出现了散射。这种情况下大部分都是直接在材料内部就把能量用完了。由于超声波散射的一些基本规律不能确定，所以无法用通过计算的方法来计算出超声波散射的相关参数。

第三种：最后还剩下的声波出现扩散的情况。扩散是波在传播中的一种正常的能量衰减存在方式。波基本上一直都在进行着扩散，这种说法从理论上来讲完全成立，即便就是介质均匀也依然如此。从这种层面上来讲，波在扩散的过程中，其分布在单位面积上的声能会随着传播距离的增加而逐渐减弱。

超声波传播的过程中，它的能量会跟着传播距离的不断增加而慢慢降低。扩散、散射和吸收这三个负面影响在很大规模上直接影响着声波的能量衰减的大小度。声波在最优的介质中传播时，其能量的衰减大部分都来自于扩散的原因。意思就是说，声波在传播过程中，它的距离会不停地增加，正是这个原因，所以在单位面积上声能会慢慢减弱。

检测分辨力和测量精度二者与频率的高低呈正比关系，频率越高，检测分辨力就越高，测量精度也就越高。由此，往往都只有超声波被用在实践之中，而其他类型的声波则没有被采用。

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在使用上可将声波技术分为两个类型：一是超声加工与处理技术，即功率超声使用。二是超声检测技术，即超声检测。就仅仅以超声波而言，它并不起什么作用，超声应用必须借助于超声探头来产生和接收超声波，并运用超声波的传播特性以及超声波和介质之间彼此影响的各种效应，才能够达到应用的目的。

直到现在，超声波技术已经被广泛使用在不同的行业，其中包括有：钢铁冶炼、船舶制造、机械加工、医疗器材等。使用的类型也多种多样，比如超声探伤，超声清洗，超声焊接等。并且超声波的各种测量和医学超声技术已经在社会效益和经济效益等方面有了较大的斩获。

2.2.3超声波测距分析

在所有超声波测距的探测方法中，回声探测法是用得最多的一种

方法。超声波发射器朝着某一方位将超声波发送出去，在发送的那一刻计时器开始工作。超声波在传播途中会遇到障碍物，在与障碍物出现接触的那一刻，超声波会出现反射的情况，而超声波接收器随时都在对回波进行探测，一旦收到回波时计时停止。已知超声波在大气中的传播速度为340m/s，然后根据计时器记下来的时间t，发射点和障碍物之间的距离S也就可以计算出来了，计算公式为：S=340t/2。 超声波的传播速度v与温度息息相关。有一种情况下可以近似认为超声波在介质中的传播速度基本保持恒定，那就是传播介质的温度波动范围很小的时候。如果对测距精度要求很高，则一般要对测量的结果采取数值校正，所用方法多为温度补偿法。当传播速度确定后,

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只要把超声波往返一次的时间计算出来，就可以求得距离。测距的原理如图2.2所示：

图2.2 超声波的测距原理

令L代表两探头之间中心距离的一半值，有公式（2-1）和(2-2)：

H?Scos? （2-1）

??arctg(L)H （2-2）

又已了解到超声波传播的距离计算公式:

S?vt/2 （2-3)

其中:v 为超声波的传播速度；

t 为超声波往返一次所需要的时间。

将（2—2）、（2—3）代入（2-1）中得到计算公式如(2-4)：

1LH?vtcos[arctg]2H ( 2-4)

其中,超声波的传播速度v基本上保持为某一个常数不变，当然，这是建立在温度也不变得基础上。假设需要测量的距离H相对于L要

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大出许多时,则公式(2—4)要更改为:

1H?vt2 (2-5)

也就是说,如果测量出超声波传播的时间t,就可以测量出与障碍物之间的距离H。

2.3测距传感器的种类

（1）微波传感器。微波传感器是一种新的非接触式传感器。微波

也从属于电磁辐射的范畴，它具备了电磁波的一切特性，介于红外线与无线电波之间。微波传感器不仅仅在军事科技方面有着普遍的应用，同时在通讯方面也有一些应用；