超声波液位检测传感器论文

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工作原理

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。

结构组成

超声波传感器主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声传感器的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个传感器的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。

超声波传感器的主要性能指标

（1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不产生失效。医疗用的超声传感器的温度比较高，需要单独的制冷设备。

（3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

如超声波传感器，一个复合式振动器被灵活地固定在底座上。该复合式振动器是谐振器以及，由一个金属片和一个压电陶瓷片组成的双压电晶片元件振动器的一个结合体。谐振器呈喇叭形，目的是能有效地辐射由于振动而产生的超声波，并且可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。

室外用途的超声波传感器必须具有良好的密封性，以便防止露水、雨水和灰尘的侵入。压电陶瓷被固定在金属盒体的顶部内侧。底座固定在盒体的开口端，并且使用树脂进行覆盖。对应用于工业机器人的超声波传感器而言，要求其精确度要达到1mm，并且具有较强的超声波辐射。

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你在将你焊的板子再焊焊，看有没有虚焊。或者用示波器进行测量看看是否是数码管出问题。这个我们刚刚焊完。仔细点应该就会好的。祝你成功！

相关范文：基于单片机的超声波测距仪设计及其应用分析 [摘要] 本文利用超声波传输中距离与时间的关系，采用AT89C51单片机进行控制及数据处理，设计出了能精确测量两点间距离的超声波测距仪。该测距仪主要由超声波发射器电路、超声波接收器电路、单片机控制电路、环境温度检测电路及显示电路构成。利用所设计出的超声波测距仪，对不同距离进行了测试，并进行了详尽的误差分析。 [关键词] 超声波测距 单片机 温度传感器 随着社会的发展，人们对距离或长度测量的要求越来越高。超声波测距由于其能进行非接触测量和相对较高的精度，越来越被人们所重视。本设计的超声波测距仪，可以对不同距离进行测试，并可以进行详尽的误差分析。 一、设计原理 超声测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，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中断停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。基本的测距公式为：L=(△t/2)*C 式中 L——要测的距离 T——发射波和反射波之间的时间间隔 C——超声波在空气中的声速，常温下取为340m/s 声速确定后，只要测出超声波往返的时间，即可求得L。 二、超声波测距仪设计目标 测量距离: 5米的范围之内;通过LED能够正确显示出两点间的距离;误差小于5%。 三、数据测量和分析 1.数据测量与分析 由于实际测量工作的局限性，最后在测量中选取了一米以下的30cm、50cm、70cm、80cm、90cm、100cm 六个距离进行测量，每个距离连续测量七次，得出测量数据(温度:29℃),如表所示。从表中的数据可以看出，测量值一般都比实际值要大几厘米，但对于连续测量的准确性还是比较高的。 对所测的每组数据去掉一个最大值和最小值，再求其平均值，用来作为最终的测量数据，最后进行比较分析。这样处理数据也具有一定的科学性和合理性。从表中的数据来看，虽然对超声波进行了温度补偿，但在比较近的距离的测量中其相对误差也比较大。特别是对30cm和50cm的距离测量上，相对误差分别达到了5%和。但从全部测量结果看，本设计的绝对误差都比较小，也比较稳定。本设计盲区在左右，基本满足设计要求。 2.误差分析 测距误差主要来源于以下几个方面： (1)超声波发射与接收探头与被测点存在一定的角度，这个角度直接影响到测量距离的精确值;(2)超声波回波声强与待测距离的远近有直接关系，所以实际测量时，不一定是第一个回波的过零点触发;(3)由于工具简陋，实际测量距离也有误差。影响测量误差的因素很多，还包括现场环境干扰、时基脉冲频率等等。 四、应用分析 采用超声波测量大气中的地面距离，是近代电子技术发展才获得正式应用的技术，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，在较恶劣的环境(如含粉尘)具有一定的适应能力。因此，用途极度广泛。例如:测绘地形图，建造房屋、桥梁、道路、开挖矿山、油井等，利用超声波测量地面距离的方法，是利用光电技术实现的，超声测距仪的优点是:仪器造价比光波测距仪低，省力、操作方便。 超声测距仪在先进的机器人技术上也有应用，把超声波源安装在机器人身上，由它不断向周围发射超声波并且同时接收由障碍物反射回波来确定机器人的自身位置，用它作为传感器控制机器人的电脑等等。由于超声波易于定向发射，方向性好，强度好控制，它的应用价值己被普遍重视。 总之，由以上分析可看出:利用超声波测距，在许多方面有很多优势。因此，本课题的研究是非常有实用和商业价值。 五、结论 本设计的测量距离符合市场要求，测量的盲区也控制在23cm以内。针对市场需求，本设计还可以加大发射功率，让测量的距离更加的远。在显示方面，也可以对程序做适当改动，使开始发射超声波时LED显示出温度值，到超声波回波接收到以后通过计算得出距离值时，LED自动切换显示距离值，这样在视觉效果上得到更加直观的了解。 参考文献: [1]孙涵芳徐爱卿:MCS一51／96系列单片机原理及应用(修订版)[M].北京：北京航空航天大学出版社. [2]金篆芷王明时:现代传感器技术[M].电子工业出版社.—335 [3]孙涵芳徐爱卿:MCS一51／96系列单片机原理及应用(修订版)[M].北京:北京航空航天大学出版社. [4]路锦正王建勤杨绍国赵珂赵太飞:超声波测距仪的设计[J].传感器技术.2002 仅供参考，请自借鉴希望对您有帮助

超声应用主要有以下几方面：1.超声检验。超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术 。把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。上述装置称为超声显微镜。超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等。声全息术是利用超声波的干涉原理记录和重现不透明物的立体图像的声成像技术，其原理与光波的全息术基本相同，只是记录手段不同而已（见全息术）。用同一超声信号源激励两个放置在液体中的换能器，它们分别发射两束相干的超声波：一束透过被研究的物体后成为物波，另一束作为参考波。物波和参考波在液面上相干叠加形成声全息图，用激光束照射声全息图，利用激光在声全息图上反射时产生的衍射效应而获得物的重现像，通常用摄像机和电视机作实时观察。2.超声处理。利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化 、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。3.基础研究。超声波作用于介质后，在介质中产生声弛豫过程，声弛豫过程伴随着能量在分子各自电度间的输运过程，并在宏观上表现出对声波的吸收（见声波）。通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构，这方面的研究构成了分子声学这一声学分支。普通声波的波长远大于固体中的原子间距，在此条件下固体可当作连续介质 。但对频率在1012赫以上的 特超声波 ，波长可与固体中的原子间距相比拟，此时必须把固体当作是具有空间周期性的点阵结构。点阵振动的能量是量子化的 ，称为声子（见固体物理学）。特超声对固体的作用可归结为特超声与热声子、电子、光子和各种准粒子的相互作用。对固体中特超声的产生、检测和传播规律的研究，以及量子液体——液态氦中声现象的研究构成了近代声学的新领域——

目 录摘 要 IABSTRACT（英文摘要） II目 录 IV第一章引 言 课题的提出 超声波测距发展概况 本课题研究内容及科学意义 3第二章超声波测距技术综述 超声及超声传感器简介 超声概述 超声传感器结构 超声传感器的主要参数及选择 超声测距原理与方法 测量盲区的影响 本章小结 13第三章硬件系统设计 方案论证 凌阳61板简介 功能区分与工作原理 系统各模块工作原理 超声波测距模组简介 超声波谐振频率发生电路、调理电路 超声波回波接受处理电路 超声波模组电源设置 LED键盘模组简介 硬件系统设计说明 系统设计 硬件原理图 系统连接 本章小结 26第四章软件系统设计 主程序设计 超声波测距程序设计 本章小结 31第五章试验结果与改进 系统调试 试验结果分析 试验结果 误差分析 系统改进方法 本章小结 38结论 39参考文献 41致谢 44附录一 45附录二 46

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去幸福校园网站看看,那的论文很多随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这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，超声波传感器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，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的传感器将发挥更大的作用。

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我给你一个题目，如果你写出来了，我保你论文得优秀。因为当年我就是选这个题目得的优秀。刚才我在网上搜了一下，网上还是没有与这个系统相关的论文。 《高考最低录取分数线查询系统》基本思想很简单，现在的高考分数线查询是很繁琐的，需要先把分数查出来，然后根据录取指南再找你的分数能被录取的学校，高考过的都知道，高考报考指南是一本多么厚的书。所以，这个系统的思想就是：你用所有高校近十年的录取分数线建立一个数据库，然后开发一个系统，当你输入查询命令的时候（查询命令可以用1，2，3这三个数来代替，用flog实现；输入1，查询的是符合你所输入的分数以下的所有高校信息；输入2，查询的是符合你所输入分数段之间的所有高校信息；输入3，查询大于你所给的分数线的高校信息。）当然，你可以再加上一些附加的功能。大致思想就这些。 郑州今迈网络部竭诚为你解答，希望我的答案能帮到你！

检查一下硬件硬件没问题就看看单片机是否工作顺便问一句你的程序仿真过吗有问题吗呵呵

超声波传感器毕业论文外文文献

1 引言近年来, 随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不断提高, 我国的汽车数量正逐年增加。 同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。在公路、 街道、 停车场、车库等拥挤、 狭窄的地方倒车时, 驾驶员既要前瞻, 又要后顾,稍微不小心就会发生追尾事故。据相关调查统计, 15%的汽车碰撞事故是因倒车时汽车的后视能力不良造成的。 因此, 增加汽车的后视能力, 研制汽车后部探测障碍物的倒车雷达便成为近些年来的研究热点。 安全避免障碍物的前提是快速、 准确地测量障碍物与汽车之间的距离。 为此, 设计了以单片机为核心, 利用超声波实现无接触测距的倒车雷达系统。2 整体设计及原理超声波一般指频率在 20 kHz 以上的机械波, 具有穿透性强,衰减小,反射能力强等特点[1]。工作时, 超声波发射器不断发射出一系列连续脉冲, 给测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理, 自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单,成本低,制作方便, 但其传输速度受天气影响较大, 不能精确测距; 另外, 超声波能量与距离的平方成正比衰减,因此, 距离越远, 灵敏度越低,从而使超声波测距方式只适用于较短距离。目前, 国内外一般的超声波测距仪, 其理想的测量距离为 4～ 5 m, 因此大都用于汽车倒车雷达等近距离测距中。该倒车雷达系统采用单片机控制, 如图 1 所示。利用超声波实现无接触测距, 并考虑测量环境温度对超声波波速的影响, 而且通过温度补偿法对速度进行校正。使用由集成数字传感器 DS18B20 构成的温度测量电路, 可直接读取温度值, 再根据温度补偿得出超声波在某一温度下的波速, 由单片机计数脉冲个数获得传播时间, 根据超声波测距原理测得并显示距离, 再根据显示的距离控制蜂鸣器的发声频率。图 1 整体设计框图基于超声波测距的倒车雷达系统设计王红云(军械工程学院, 河北 石家庄 050003)摘要: 介绍了以单片机为核心的倒车雷达系统, 它利用超声波实现无接触测距。 系统主要包括超声波发射接触以及温度测量电路, 突出点是利用数字传感器 DS18B20 对温度进行测量, 并利用声速与温度之间的校正公式对声速进行校正, 提高了渡越时间的测量精度, 进而提高了测量距离的准确度。适合测量的距离在 5 m以下, 可以满足倒车安全的要求。关 键 词: 汽车; 超声波; 倒车雷达; 温度补偿; 单片机中图分类号: TP368 文献标识码: A 文章编号: 1006- 6977(2008)08- 0070- 03Design of automobile- r ever sing r ader system based on ultr asounddistance- measur ementWANG Hong- yun(Ordnance Engineering college, Shijiazhuang 050003, China)Abstr act:In this paper,the automobile- reversing rader system which uses the single chip as core is systemuses the ultrasound to realized distance measurement without system mainly includes the blast - off receivingand temperature measurement electric temperature measurement circuit which uses a digital sensor DS18B20 accurate degree of distance is system is suited to mesure distance which below 5 meterses canmeet the safety requestment of reversing a words: automobile; ultrasound; automobile- reversing rader; temperature compensate; MCU收稿日期: 2008- 05- 16 稿件编号: 200805048作者简介: 王红云(1980- ), 女, 河北衡水人, 教师。研究方向: 测量控制。自动控制与仪器仪表 基于超声波测距的倒车雷达系统设计- 69-《 国外电子元器件》 2008 年第 8 期 超声波测距原理目前, 利用超声波测距的方法[2]有相位检测法、 声波幅值检测法、 渡越时间检测法三种。 相位检测的精度高, 但检测范围有限; 声波幅值检测易受反射波的影响; 渡越时间检测工作方式简单、直观, 在硬件控制和软件设计容易实现, 其原理是检测从发射传感器发射超声波到经气体介质传播后接收传感器接收超声波的时间差, 即渡越时间 t。距离 s=ct/2( c 为声速) ,t 可由单片机计脉冲个数的方法实现。 温度与声速的关系由于超声波也是一种声波, 其声速 v与温度 T有关。表1 列出了几种不同温度下的声速[2- 3]。使用时, 若温度变化不大, 则可视声速基本不变; 若测距精度要求很高, 则应通过温度补偿法予以校正。一般情况下, 利用 v=331+进行温度补偿, 以适应不同温度下的工作要求。表 2 给出补偿后声速与温度的关系。可以看出, 0℃以下时声速值完全吻合;0℃以上最大误差不超过 5%。由上述分析可知, 温度测量的精度不仅直接影响了速度的测量精度, 而且也间接影响距离的测量精度, 所以温度的测量很关键。3 硬件电路设计倒车雷达系统主要由超声波发射电路、超声波接收电路、 温度测量电路及显示报警电路构成。 超声波发射电路在单片机控制下, 使脉冲发生器输出超声波。脉冲发生器由 555 构成, 其连接如图2 所示。7 引脚和 6、 2 引脚的上下为 R 和 C; 中间 R 与RP 并联, RA=R1+RA’ , RA=R2+RB’ , 且 T1= , T2=, 通过调节 RA 和RB 的阻值, 实现输出波形的占空比的可调。但是, 这里需要 50%占空比的方波, 因此调节滑动变阻器, 使 T1=T2, 频率的计算公式为:f=( RA+RB) C ( 1)合理选择 R,C可使超声波获得 40 kHz的输出脉冲。因为超声波的传输要有一段距离, 为了使信号便于传输, 通常要在发射电路的后面加上一个调制电路。 超声波接收电路因为超声波测距只用于近距离, 当距离较远时, 衰减较为严重, 反射回来的信号相对也比较微弱, 因此接收端应先设置一个放大电路, 然后通过检波电路对其输出信号进行解调, 最后对检波输出信号进行比较整形。超声波接收电路的需要考虑以下几个方面:( 1) 环境噪声、 干扰、 温度等影响图 3 给出放大电路图。它选择一个自举组合电路, 该电路通过减小向输入回路索取的电流来提高输入阻抗, 其值为Rin=R1R2/(R1- R2), 该值可根据前序电路确定 R1 和R2, 使其与前序电路级间匹配。电路中用到的是反相比例放大电路, 增益比较稳定, 通常 K=-R3/R1 不会引起自激, 可降 低 干 扰 对 电 路 的 影响。因此, 合理地选择 R3和 R1, 可使输出电压达到 V级。( 2)检波精度设计中采用了图 4 所示的全波精密检波电路。为了提高电路的信噪比, 衰减掉不需要的频率信号, 在输入端加上谐振回 路 。二 极 管 VD1 和 VD2 选 择 高 频 性 能 比 较 好 的IN60。 这种检波方式可以使二极管的死区电压和非线性得到很大的改善。( 3) 比较整形电路图 5 示出比较整形电路。 首先在静态下测量距离等于 5 m,检波器的输出电压值(该电压同样是经过放大检波电路 得 到的) , 并以此电压值作为比较器的参 考 电压 uR。比 较 器选 用LM339, 具有失调电压小, 电源电压范围宽, 其单电源电压为2～ 36 V, 双电源电压为± 1～ ± 18 V,而且对比较信号源的内阻限制较宽等优点。对于 LM339 来说, 当两个输入端电压差大于 10 mV 时, 就能确保其输出从一种状态可(下转第 73 页)图 5 比较整形电路图 2 占空比可调脉冲振荡电路图 3 放大电路图 4 精密全波检波电路- 70-(上接第 70 页)靠地转换到另一种状态。因此, 把 LM339 用在弱信号检测等场合是比较理想的。一般情况下, 比较电路的输出波形的上升沿和下降沿都有延时, 可在其后面加一个与门, 以改善输出特性。 将比较整形电路的输出送到单片机, 对脉冲计数, 得到渡越时间。单片机选用 AT89C52。 温度测量电路目前, 大多数温度测控系统在检测温度时,都采用温度传感器将温度转化为电量, 经信号放大电路放大到适当的范围, 再由 A/D 转换器转换成数字量来完成。这种电路结构复杂, 调试繁杂, 精度易受元器件参数的影响。为此, 利用一线性数字温度计即集成温度传感器 DS18B20 和单片机,构成一个高精度的数字温度检测系统。 DS18B20 数字式温度传感器与传统的热敏电阻温度传感器不同, 能够直接读出被测温度值, 并且可根据实际要求, 通过简单的编程, 实现 9～ 12 位的A/D 转换。 因而,使用 DS18B20 可使系统结构更简单, 同时可靠性更高。温度测量范围从- 55~+125℃, 在- 10~+85℃检 测 误 差 不 超 过℃[4], 而在整个温度测量范围内具有± 2℃的测量精度, 其电路连接如图6 所示。 显示及报警电路显示电路采用 4 位共阳LED 数码管, 码段由 74LS244驱动电路驱动; 驱动电路由PNP 晶体管 8550 驱动。图 7给出报警电路。它采用晶体管驱动。4 结语该倒车雷达系统利用超声波实现了无接触测距; 采用高精度温度传感器实现了对超声波测距系统的温度测量和补偿, 即根据 v=331+, 对声速进行了补偿, 提高了测量精度。具有电路设计简单, 价格便宜, 测量精度比较高的优点,目前已批量生产。参考文献:[1]冯 诺.超声手册[M].南京: 南京大学出版社, 2002.[2]肖质红.超声波测距仪在汽车安全系统中的应用[J].浙江万里学院学报,2007, ( 5) : 43- 46.[3]徐国华.超声波测距系统的设计与实现[J].电子技术应用,1995,( 12) :6- 7.[4]田胜军 ,秦宣云,何永强.基于超声波测距系统的温度补偿电路设计[J].微计算机信息, 2007, ( 22) : 307- 309.图 7 报警电路图 6 DS18B20 温度采集电路作电压 30 min。 电解电容器应储存在正常大气条件的环境下。 焊锡不适当的焊锡温度及时间均可造成表面胶管的异常收缩破裂, 有时高温也会由导针及端子导热至素子内部, 对产品造成不良影响。 因此必须尽量避免过高温度及过长时间的焊锡。8 电解电容在冰箱电源电路中的实际应用图 3 给出电解电容在冰箱电源电路中的应用实例。输入电压经过压敏电阻保护电路、 变压器变压、 整流桥电路整流后, 将交流变成脉动的 12 V直流, 在整流电路之后接入较大容量的电解电容 E101/E102, 利用其充放电特性, 使整流后的脉动直流电压变成相对稳定的直流电压。实际应用中, 为了防止电路各部分供电电压因负载变化而改变时, 通过计算峰值电压和电解电容的纹波电流, 选用两级滤波电解电容器。第一级为 2 200 μ F/35 V; 第二级为 470 μ F/35 V。 由于大容量电解电容一般都具有一定的电感, 不能有效地滤除高频及脉冲干扰信号, 因此, 应在其两端并联一只容量为 μ F 的C102/C103 电容器, 用以滤除高频及脉冲干扰。9 结语为了更好地应用并提高电路设计的可靠性, 这里介绍了铝电解电容器的相关技术参数和使用知识。目前, 新型电解电容的发展非常快, 正向小型化、 低阻抗化、 片式化、 高速制造化、 宽温度化、 高电压化、 长寿命化以及环保绿色化方向发展, 因此铝电解电容器应用前景广阔。参考文献:[1] 于安红.简明电子元器件手册[M]. 上海: 上海交大出版社,2005.[2] 沈任元, 吴 勇.常用电子元器件简明手册[M].北京: 机械工业出版社, 2004.[3] 舒正国. 高效、 高容、 低阻抗、 长寿命的表面安装电容的选型[J]. 世界电子元器件, 2006( 11) : 55- 57.图 3 电解电容在冰箱电源电路中的应用基于铝电解电容器的技术详解及应用原则- 73-

摘要]本文主要介绍了超声波的特点,超声波传感器的原理与应用等多个方面。文中阐述了超声波与可听声波的区别,超声波传感器在医疗,工业生产,液位测量,测距系统等多个领域中得到了广泛的应用。因超声波具有的独特的特性,使得超声波传感器越来越在生产生活中体现了其重要性,具有一定的研究价值。 [关键词]超声波 传感器 疾病诊断 测距系统 液位测量 一、超声波传感器概述 1.超声波 声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。与可听声波比较,超声波具有许多奇异特性:传播特性──超声波的衍射本领很差,它在均匀介质中能够定向直线传播,超声波的波长越短,这一特性就越显著。功率特性──当声音在空气中传播时,推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。在相同强度下,声波的频率越高,它所具有的功率就越大。由于超声波频率很高,所以超声波与一般声波相比,它的功率是非常大的。空化作用──当超声波在液体中传播时,由于液体微粒的剧烈振动,会在液体内部产生小空洞。这些小空洞迅速胀大和闭合,会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用,从而产生几千到上万个大气压的压强。微粒间这种剧烈的相互作用,会使液体的温度骤然升高,从而使两种不相溶的液体(如水和油)发生乳化,并且加速溶质的溶解,加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。 超声波的特点:(1)超声波在传播时,方向性强,能量易于集中;(2)超声波能在各种不同媒质中传播,且可传播足够远的距离;(3)超声波与传声媒质的相互作用适中,易于携带有关传声媒质状态的信息(诊断或对传声媒质产生效应)。 2.超声波传感器 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送,也能作接收。 超声波传感器由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成,换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射;而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成,换能器接收波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。二、超声波传感器的应用 1.超声波距离传感器技术的应用 超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态,处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。超声波传感器有发送器和接收器,但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换,发射超声波;而在收到回波的时候,则将超声振动转换成电信号。 2.超声波传感器在医学上的应用 超声波在医学上的应用主要是诊断疾病,它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是:对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。 3.超声波传感器在测量液位的应用 超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:(1)无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。 4.超声波传感器在测距系统中的应用 超声测距大致有以下方法:①取输出脉冲的平均值电压,该电压 (其幅值基本固定)与距离成正比,测量电压即可测得距离;②测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t,故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。 三、小结 文章主要从超声波与可听声波相比所具有的特性出发,讨论了超声波传感器的原理与特点,并由此总结了超声波传感器在生产生活各个方面的广泛应用。但是,超声波传感器也存在自身的不足,比如反射问题,噪声问题的等等。因此对超声波传感器的更深一步的研究与学习,仍具有很大的价值。 参考文献: [1]单片机原理及其接口技术.清华大学出版社. [2]栗桂凤,周东辉,王光昕.基于超声波传感器的机器人环境探测系统.2005,(04). [3]童敏明,唐守锋.检测与转换技术.中国矿业大学出版社. [4]王松,郑正奇,邹晨祎.超声定位车辆路径监测系统的设计.2006,(10). [5]俞志根,李天真,童炳金.自动检测技术实训教程.清华大学出版社. 转贴于 中国论文下载中心

目 录摘 要 IABSTRACT（英文摘要） II目 录 IV第一章引 言 课题的提出 超声波测距发展概况 本课题研究内容及科学意义 3第二章超声波测距技术综述 超声及超声传感器简介 超声概述 超声传感器结构 超声传感器的主要参数及选择 超声测距原理与方法 测量盲区的影响 本章小结 13第三章硬件系统设计 方案论证 凌阳61板简介 功能区分与工作原理 系统各模块工作原理 超声波测距模组简介 超声波谐振频率发生电路、调理电路 超声波回波接受处理电路 超声波模组电源设置 LED键盘模组简介 硬件系统设计说明 系统设计 硬件原理图 系统连接 本章小结 26第四章软件系统设计 主程序设计 超声波测距程序设计 本章小结 31第五章试验结果与改进 系统调试 试验结果分析 试验结果 误差分析 系统改进方法 本章小结 38结论 39参考文献 41致谢 44附录一 45附录二 46

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