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《提高超声波测距系统精度的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2008年第8期仪表技术·32·提高超声波测距系统精度的研究司春宁,卢文科(东华大学信息学院,上海201620)摘要:论述超声波测距系统的原理及在测量中影响测量精度的主要因素,并论述了温度变化和其他干扰信号对超声测距的影响,最后,对这些存在的问题提出了相应的解决方法。关键词:超声波;测距;精度中图分类号:TH822文献标识码:B文章编号:1006-2394(2008)08-0023-02StudyonAdvancingDetectionPrecisionofUltrasonicDistanceMeasurementDeviceSIChun2ning,
2、LUWen2ke(ScienceandTechnologyCollegeofDonghuaUniversity,Shanghai201620,China)Abstract:Theprincipleoftheultrasonicdistancemeasurementdeviceandthemainfactorseffectingdetectionpre2cisionareintroducedinthispaper.Andtheinfluenceoftemperatureandsomeotherinterferencesignalsinthemeasur
3、e2mentarediscussed.Here,thesolutionsfortheproblemsareputforward.Keywords:ultrasonicwave;distancemeasurement;precision11超声测距原理H=vtcos[arctan(M/H)](5)2超声测距原理很简单,一般采用渡越时间法:在式(5)中,超声波的传播速度v在一定温度下是一常数,如:在温度T=0℃时,v=331.45m/s。当被测距离H远远大于M时,cos[arctan(M/H)]≈1,于是1式(5)变为:H=vt(6)2由此可见,要想测得
4、距离H,只要测得超声波的传播时间t即可。对于超声波传播时间t的测量原理如下:在超声波发射的同时,发信号给单片机,在单片机接收到脉冲图1超声波测距原理图信号的同时开始计数,直到超声波接收探头接收到超超声波测距原理如图1,图中被测距离为H,两探声波回波的同时停止计数。此时,就可从单片机所记头中心距离的一半用M表示,超声波单程所走过的距得的脉冲数计算出超声波的传播时间,进而计算出所离用L表示,由图中关系可得:要测量的距离。H=Lcosθ(1)2影响测距精度的几种因素θ=arctan(M/H)(2)将式(2)代入式(1)可得:2.1温度的影响H=Lcos[a
5、rctan(M/H)](3)一般认为,超声波在空气中传播时,传播速度受温在整个传播过程中,超声波所走过的距离为:度的影响而变化,若要提高测距系统的测量精度,温度2L=vt(4)是一个不得不考虑的因素。式中v为超声波的传播速度,t为传播时间,即为声速与温度的关系为:超声波从发射到接收的时间。v=331.45+0.617T(m/s)(7)将式(4)代入式(3)可得:式中T为摄氏温度。由式(7)可以得出声速与温收稿日期:2008-03作者简介:司春宁(1982—),女,研究生在读,研究方向为电力电子与电力传动;卢文科(1962—),男,教授。·42·仪表技
6、术2008年第8期度的关系表,如表1所示。图中SCR控制极的触发脉冲由振荡器输出的方表1声速与温度的关系表波提供,而振荡器受发射脉冲控制。在发射脉冲期间,温度(℃)01020304050SCR断开,R断开,超声波换能器正常工作;当发射脉声速(m/s)331.45337.62343.795349.96356.13362.3冲结束时,触发SCR,当阳极为正电压时,为导通状态,可见,当温度每升高10℃,声速就会产生6.17m/s使R接入回路,消耗电感L和换能器储存的能量。当的变化,所以为了提高测量准确度,计算时必须根据温有回波信号时,由于SCR控制极触发,
7、信号早已消失,度进行声速修正。修正方法为:在超声波探头旁放置阳极电流远小于维持电流,即使阳极不加反向电压,温度传感器,测量周围的环境温度T,将所测得的环境SCR也已经断开。另外,SCR上的正向压降在1V左温度送入单片机,按式(7)进行运算,求出超声波的传右,即使SCR还处于导通状态,也不会对回波信号的播速度v,再按式(6)求出被测距离。检测造成影响。2.2衰减的影响2.4超声波发射探头直接对接收探头的影响声波在传播过程中,声压的幅度随着媒介对声波超声波发射探头发出的超声波会有一部分被直接的吸收而衰减,声强随着频率增大衰减增加,在给定频传送到接收探头中
8、,就成为干扰信号,为了测量的精确率时衰减是湿度的函数。产生最大衰减时的湿度视频性,应该剔除掉。对于这部分干扰
