提高超聲測(cè)距精度的設(shè)計(jì)
2004年7月A版
摘 要： 本文分析了溫度對(duì)超聲波聲速的影響,超聲波回波檢測(cè)對(duì)超聲波傳播時(shí)間的影響,超聲傳感器所加脈沖電壓對(duì)測(cè)試精度的影響。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了應(yīng)用于汽車(chē)和貨車(chē)等車(chē)輛的車(chē)載超聲測(cè)距儀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,注意以上三方面的因素能夠提高超聲測(cè)距精度。
關(guān)鍵詞： 脈沖回波法;測(cè)距精度;超聲速度;回波時(shí)間
引言
超聲波測(cè)距由于其在使用中不受光照度、電磁場(chǎng)、色彩等因素的影響,加之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低,在機(jī)器人避障和定位、汽車(chē)倒車(chē)、水庫(kù)液位測(cè)量等方面已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。
從原理上講,超聲測(cè)距有脈沖回波法、共振法和頻差法。其中脈沖回波法測(cè)距常用,其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波,在空氣中傳播至被測(cè)物,經(jīng)反射后由超聲傳感器接收反射脈沖,測(cè)量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間ts,在已知超聲波聲速Cs的前提下,可計(jì)算被測(cè)物的距離D,即：
(1)
由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度;超聲波反射回波很難精確捕捉,致使超聲波在空氣中傳播的時(shí)間很難精確測(cè)量。這些因素使超聲波測(cè)距的精度和范圍受到影響。
本文從引起超聲測(cè)距誤差的原因入手,分析了溫度對(duì)超聲波聲速的影響;回波檢測(cè)對(duì)時(shí)間測(cè)量的影響和超聲傳感器所加電壓對(duì)測(cè)量精度和范圍的影響。在此基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)出以89C52單片機(jī)為核心,采用40KHz壓電超聲傳感器,應(yīng)用于長(zhǎng)大汽車(chē)和貨車(chē)等車(chē)輛倒車(chē)檢測(cè)的車(chē)載超聲測(cè)距儀。
超聲測(cè)距誤差因素分析
溫度對(duì)超聲聲速的影響
空氣中傳播的超聲波是由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的縱波,由于氣體具有反抗壓縮和擴(kuò)張的彈性模量,氣體反抗壓縮變化力的作用,實(shí)現(xiàn)超聲波在空氣中傳播。因此,超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響,即：
(2)
其中B為氣體的彈性模量,r為氣體的密度。
氣體彈性模量,由理想氣體壓縮特性可得：
B=g·r (3)
其中g(shù)為定壓熱容與定容熱容的比值,空氣為1.40,P為氣體的壓強(qiáng)。
氣體的壓強(qiáng)為：
(4)
其中R
