超声波测距原理
1、 超声波发生器
为了研究和利用超声波,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、液哨和气流旋笛等。
它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同,因而用途也各不相同。目前较为常
用的是压电式超声波发生器。
2、压电式超声波发生器原理
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如
图 1 所示,它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶
片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反之,
如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转
换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。
3、超声波测距原理
超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传
播,途中碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空
气中的传播速度为 340m/s,根据计时器记录的时间 t,就可以计算出发射点距障碍物的距离
(s),即:s=340t/2 。这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知,测量声波在发射后遇到障碍物
反射回来的时间,根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见,
超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为:L=C×T
式中 L 为测量的距离长度;C 为超声波在空气中的传播速度;T 为测量距离传播的时间差(T
为发射到接收时间数值的一半)。
超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量,虽然目前的测距量程
上能达到百米,但测量的精度往往只能达到厘米数量级。
由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点,
是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度,但是目
前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产
生的原因,提高测量时间差到微秒级,以及用 LM92 温度传感器进行声波传播速度的补偿后,