超声波测距误差分析

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超声探伤中的不确定度计算

1． CTS —26超声探伤仪扫描量程的误差为1%，此项误差包括：

（1）扫描量程水平非线形造成的误差；

（2）扫描量程校准时估读不准造成的误差。

例：扫描量程50mm/div 档应记为：（50.0±0.5）mm/div,其相对误差为

%1505.0= 2．测钢距时存在的误差:

(注:钢距是指超声波在钢中走过的距离,不是钢锭的厚度)

计算公式:钢距(S)=回波间距格数×每格毫米数

以A 表示以B 表示

B A S ⋅= 22)()(B

u A u S u B A S += 设测量中,A=n 格,测量中因估读不准造成的误差: ±0.1格。由前面可知，01.0=B u B ，测量中使用50 mm/div 档，3

e u A =, div e 1.0= 则2222)01.0()05.0()()(+=+=n

B u A u S u B A S 例：div n 7.0=，

%2.10001.000714.001.0)0.705.0(222=+=+=S u S ,350mm S =mm u S 3.4%2.1350=⨯=,结果，mm S 4350±=

3．测非钢介质中的声速时，存在误差：计算公式：钢钢介介V S S V ⋅=，其中介V 、钢V 分别为超声在介质和钢中的传播速度，介S 是卡尺测得介质厚度的两倍，即超声波从发出到返回所走过的距离。钢S 是从荧光屏读出的介质中回波间距所对应的钢距。

不确定度计算中，认为钢V =5900m/s 是常数，不考虑其不确定度。

介S 为用游标卡尺所测的误差很小，可以忽略。所以，钢介钢介

超声波检测的影响因素分析及对策

摘要：超声波检测技术广泛应用于石油专用管材生产领域，本文简要阐述了

超声波检测的原理，然后详细分析了超声波检测过程中的影响因素，并给出了一

些控制措施。

关键词：超声波检测影响因素对策

概述：随着科学技术的不断发展，超声波检测技术得到了越来越广泛的应用。超声波检测具有应用范围广、穿透力强、定位精准、灵敏度高、检测成本低、使

用方便等优点，但在实际操作过程中也经常受到多方面的因素影响。本文通过对

超声波检测的影响因素进行分析总结，提出了相应的对策和建议。

1 超声波检测原理

超声波检测的原理是通过利用缺陷在声学上所具有的性质特点对超声波传播

的影响为基础，通过非破坏性的方式检测材料内部和表现上的缺陷大小、形状以

及位置，这些缺陷包括裂纹、内折、内楞、划痕、外折、夹杂等。

2 超声波检测的影响因素

在超声波检测的应用过程中，常见的影响因素主要包括环境因素、技术因素、人为因素以及管理因素等。

2.1 环境因素

环境因素包括作业场地狭小，被检对象弯曲度、长度、表面状态不满足检测

要求，检测设备与被检对象同心度偏离，耦合不充分等方面的问题。

2.2 技术因素

技术因素除了受到目前超声波检测技术发展自身的局限性的限制外，同时也

受到所采用的设备等的影响。具体操作过程中，还存在着探头K值、频率选择不

合开，仪器扫描调节方法不当，探头扫描速度控制不科学等因素。

2.3 人为因素

超声波检测需要操作人员来执行，而在检测过程中难免出现人为失误，导致

检测不精准，造成漏报、误报等情况。人员因素可分为情绪因素、技术因素及程

超声波测距实验技术及常见问题解答

1. 引言

超声波测距技术是一种常见的测距方法，广泛应用于工业生产、医疗诊断等领域。本文将介绍超声波测距实验的原理和常见问题解答。

2. 超声波测距原理

超声波是指频率超过人耳听力范围的声波。测距实验中使用的超声波传感器通过发射和接收超声波，并根据超声波的传播速度和回波时间来计算目标物体与传感器的距离。超声波的传播速度大约为340米/秒，实验中可通过测量回波时间来计算距离。

3. 实验装置和步骤

为了进行超声波测距实验，我们需要准备超声波传感器、控制电路、计时电路等实验装置。首先，将超声波传感器安装在固定位置，确保与目标物体之间没有遮挡物。接着，控制电路发射超声波信号，超声波传感器接收到回波信号后，计时电路记录下回波时间。最后，通过计算回波时间和超声波传播速度，可以得到目标物体与传感器的距离。

4. 常见问题解答

4.1 超声波测距会受到什么影响？

超声波测距受到目标物体的形状、反射面的材质、环境温度等因素的影响。例如，目标物体的形状不规则或表面粗糙会导致超声波的反射方向发生变化，影响测量精度。此外，超声波的传播速度还受到温度的影响，需对测距结果进行修正。

4.2 如何提高测距的精度？

为提高测距精度，可以采用多点测量的方法，即在目标物体的不同位置进行多

次测距，然后取平均值。此外，还可以使用更精密的控制电路和计时电路，以减小误差。另外，合理安装传感器、确保传感器与目标物体之间没有遮挡物也会对测距精度有所影响。

4.3 超声波测距适用于哪些场景？

超声波测距适用于室内和室外环境，可以用于测量近距离和中距离的目标物体。在工业生产中，超声波测距常用于物品定位，例如在流水线上对物体进行测量和判定。在医疗诊断中，超声波测距技术广泛应用于妇科检查、心脏超声检测等领域。

超声流量计测量误差不确定度的评定方法

超声流量计测量误差不确定度的评定

1. 概述

1.1 测量依据：JJG1030-2007《超声流量计》。

1.2 测量环境条件：温度：（5~45）℃，相对湿度：（35~95）%RH ，大气压力：

（86~106）kPa 。

1.3 计量标准：液体流量标准装置。 1.4 被测对象：超声流量计。

1.5 测量方法：超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表，流速乘以截面积就是流量。由于管道公称直径不是外径，也不是内径，而是近似钢管内径的一个名义尺寸，每一公称直径对应一个外径，其内径数值随厚度不同而不同。每次必须测量管道外径d 和管道厚度b ，由流量计测出流体流速，输入管道外径d 和管道厚度b ，由函数关系式计算出流体的流量。

2.数学模型

由分度值为0.1mm 的超声波测厚仪重复10次测量厚度b ，由分度值为1mm

的钢卷尺重复10次测量管道外径d ，由分度值为0.0001m/s 的超声波流量计重

由测得数据计算管道外径d 、厚度b 和流体流速v 的测量平均值：d 均

=111.0mm ，b 均=5.1mm ，v 均=4.1555m/s ，则流量Q 的测量结果的估计值为：

2119.32/2d b Q v m h π-⎧⎫=⨯⨯=⎨⎬⎩⎭

3.标准不确定度的评定

分析测量方法可知，对流量Q 的测量不确定度影响显著的因素主要有：管道外径d ，管道壁厚b ，流体流速v 的测量重复性引起的不确定度u 1、u 2、u 3；钢卷

尺示值误差引起的不确定度u 4；测厚仪示值误差引起的不确定度u 5；超声波流量计示值误差引起的不确定度u 6。分析这些不确定度特点可知，不确定度u 1、u 2、u 3应采用A 类评定方法，不确定度u 4、u 5、u 6应采用B 类评定方法。测量结果受多种因素影响形成了若干个不确定度分量，测量结果的标准不确定度用各标准不确定度分量合成后，得到合成标准不确定度用u c 表示。为了求得u c ，首先需分析各种影响因素与测量结果的关系，以便准确评定各不确定度分量，然后才能进行合成标准不确定度的计算。

超声波精确测距的研究

超声波测距是一种重要的无损检测技术，在工业、医疗和科研等领域具有广泛的应用价值。随着科学技术的发展，对超声波测距的精度和稳定性的要求也越来越高。本文将围绕超声波精确测距的研究展开，首先介绍超声波测距的背景和现状，然后提出存在的问题和相应的研究方法，最后分析实验结果并展望未来研究方向。

超声波测距的研究现状

超声波测距的方法主要有时间差法、幅值法、频率法和相位法等。其中，时间差法是最常用的方法，其原理是利用超声波传播速度与传播时间的乘积来确定距离。目前，研究人员已经提出了多种优化时间差法测距的技术，如多普勒频移补偿、回波信号增强、噪声抑制等。

问题提出

尽管现有的超声波测距方法已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题。首先，测距精度受到多种因素的影响，如超声波传播速度的变化、检测表面的粗糙度等。其次，现有的方法在低噪声环境下测距效果较好，但在复杂环境下，如存在多径效应、衰减效应等时，测距精度和稳定性会受到较大影响。因此，如何提高超声波测距的精度和稳定性

是亟待解决的问题。

研究方法

为了解决上述问题，本文采用了以下研究方法：

1、实验设计：设计不同距离、不同材料的超声波测距实验，以模拟实际应用中的各种情况。

2、数据采集和处理：利用高精度数据采集卡和信号处理软件，获取超声波回波信号，并进行信号增强、噪声抑制等处理。

3、误差分析：通过对实验数据的分析，找出影响测距精度的主要因素，并对其进行误差分析。

实验结果与分析

实验结果表明，超声波测距的精度和稳定性得到了显著提高。在近场区域内，测距误差小于1%，稳定性良好；在远场区域内，测距误差略高，但仍在可接受范围内。通过对实验数据的分析，发现超声波传播速度的波动和检测表面粗糙度是影响测距精度的主要因素。在复杂环境下，本文所采用的方法具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。

为什么有时候超声检查结果会有误差

1. 操作人员技术水平：超声检查需要经过专门的培训和学习，对于操作人员的技术

水平要求较高。如果操作人员技术不熟练或者没有正确操作，可能会导致图像质量差、检

查结果不准确。操作人员在选取探头位置、角度以及调节超声参数等方面的错误操作，都

可能会对结果产生误差。

2. 患者体位与呼吸：超声检查对患者的体位和呼吸控制有一定要求。如果患者不能

保持合适的体位或者无法控制呼吸，可能会导致影像模糊、解剖结构显示不清晰，从而影

响结果的准确性。

3. 检查器械性能：超声仪器的性能和质量也会对结果产生影响。超声仪器的分辨率、灵敏度、探头的频率等，都会影响到图像的质量和结果的准确性。如果仪器质量差，或者

探头损坏，都会影响到检查结果的准确性。

4. 解剖结构的特点：每个人的解剖结构特点都有差异，例如肠蠕动、气体积聚、肥

胖程度等，都会对超声检查的结果产生干扰。特别是对于一些复杂的解剖结构或深部器官，可能需要其他影像学方法的协助来获得更准确的诊断。

5. 检查目的和方法选择：不同的检查目的和方法选择也会对结果产生影响。超声检

查在不同检查目的下，需要选择不同的检查方法和参数设置，如果选择不当或者方法不正确，都会导致结果的误差。

超声检查结果出现误差的原因是多方面的，包括操作人员技术水平、患者体位与呼吸、检查器械性能、解剖结构特点以及检查目的和方法选择等。在临床应用中，我们需要综合

考虑以上各个因素，合理选择检查方法和操作技巧，以获得更准确的结果。检查时要密切

观察和分析图像，结合临床病史和其他实验室检查结果，以提高诊断的准确性。

超声波测距误差分析

图1 空气中温度 - 声速图
Fig 1 Diagram of sound temperature2velocity in air
图3 超声波传感器等效电路和电抗特性图
Fig 3 Characteristic diagrams of ultrasonic sensor equivalent circuit and reactance
超声波发送应考虑因素有 : ( 1) 量程范围 ; (ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2) 目
图2 空气中温度 - 声速增量图
Fig 2 Increment diagram of sound temperature2velocity in air
标距离和目标反射情况。超声波频率高对探测较小目标有利 , 文献 [ 2 ] 指出有效反射目标应大于至少
随着自动测量和微机技术的发展 , 超声波测距的理论已经成熟 ,超声波测距的应用也非常广泛 ,目前 ,国内的测距仪器在测量准确度方面较国外有些差距。本文综述了超声波测距的原理及环境对测量准确度的影响 ,指出了在仪器设计时提高测量准确度的途径 ,重点阐述利用软件修正误差的方法。
1 测量原理
40 kHz 时 ,最大衰减发生在湿度 50 %RH 处。 3 仪器电路的设计
345 t 2
也就是每计时 1 μs 对应被测距离 0. 172 mm , 表 1表示了几种计数频率对应的最小测距分辨力。

为什么有时候超声检查结果会有误差

超声检查是一种无创的医学检查技术，是利用超声波声波在人体内部的传播、反射、

散射等规律，通过超声探头从人体表面进行探测，获得被检查部位的图像和信号，从而达

到诊断疾病的目的。虽然超声检查技术已经十分成熟，但是在患者接受检查过程中，有时

候会出现误差，下面我们就来了解一下这些误差的原因。

一、人体因素

人体的形态、性别、年龄、体重等因素均会影响到超声检查结果。因此，针对不同的

患者，医生需要了解其具体情况并相应地调整检查方法和仪器参数，以获得更为准确的结果。特别是对于肥胖、气胀、乳腺增生等病人，由于组织厚重、难以穿透，导致超声波能

量信号损失，从而影响到结果的准确性。

二、设备因素

超声检查的仪器设备也会影响到其诊断结果。有时候设备的分辨率不够高，会影响到

图像的清晰度，进而影响到医生的判断准确性；有时候仪器的校准不够精准或是存在漏电，也会导致信号的失真或者弱化，从而出现误判；还有一些老旧的仪器，因为技术上无法达

到现代标准，也会产生误差。

三、医生因素

医生本身的水平和经验也会对超声检查结果产生巨大的影响。对于初级医生或是对于

某一领域掌握不足的医生，可能会对图像的判断、诊断等方面存在困难，容易出现错误诊

断或漏诊；同样的，对于一些经验丰富的医生，如果没有充分了解患者具体情况，或者是

没有采用多种检查手段进行对比研究，也容易出现误判。

四、患者的协作度

超声检查需要患者积极的配合和协作。比如有时候医生需要患者吸气屏气，这样可以

使得肺部胸膜下的组织清晰地呈现在超声图像上。但如果患者配合不够，则会导致肺泡下

超声波测距原理及影响测距精度的因素

1 测距原理分析 (1)

2 影响测距精度的因素 (2)

3 信号传输过程分析及斜入射影响分析 (3)

①接收超声脉冲信号波形的数学模型 (3)

②发射角和入射角对接收信号的影响 (4)

1 测距原理分析

目前，超声波传感器广泛用作测距传感器，常作为一种辅助视觉手段与其他视觉工具（如CCD图像传感器）配合使用，可有效提高机器的视觉功能。

超声波发生器可分为两大类：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。电气类包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械类包括加尔统笛、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，因而用途也有所不同，目前常用的是压电式超声波发生器。

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，其外观结构与内部结构如图1和图2所示。

图1 超声波接收、发射头

图2 超声波传感器内部结构

该传感器有两个压电晶片和一个共振板，当其两极外加脉冲信号，且频率从等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板震动产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接受到超声波时，将迫使压电晶片振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回，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 （1）

340t

2 影响测距精度的因素

超声波测距原理

一、超声波测距原理

超声波测距原理是通过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时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v ,而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差△t ,就可以计算出发射点距障碍物的距离S ,即:

S = v·△t /2 ①

这就是所谓的时间差测距法。

由于超声波也是一种声波, 其声速C与温度有关,表1列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大, 则可认为声速是基本不变的。常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。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（本系统正是采用了温度补偿的方法）。已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式为：

V = 331.45 + 0.607T ②

声

速

确

定

后,

只

要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理。

二、系统硬件电路设计

图2 超声波测距仪系统框图

基于单片机的超声波测距仪框图如图2所示。该系统由单片机定时器产生40KHZ的频率信号、超声波传感器、接收处理电路和显示电路等构成。单片机是整个系统的核心部件，它协调和控制各部分电路的工作。工作过程：开机，单片机复位，然后控制程序使单片机输出载波为40kHz的10个脉冲信号加到超声波传感器上，使超声波发射器发射超声波。当第一个超声波脉冲群发射结束后，单片机片内计数器开始计数,在检测到第一个回波脉冲的瞬间,计数器停止计数，这样就得到了从发射到接收的时间差△t;根据公式①、②计算出被测距离,由显示装置显示出来。下面分别介绍各部分电路：

超声波流量计误差分析及解决方法

1 误差原因超声波流量计在使用过程中可能会出现一些不正常的现象和故障，导致仪表测量不准确，根据对我公司生产的外夹式超声波流量计现场使用情况的分析，总结出测量不准确的四大原因。（ 1）测量管道上下游直管段对超声波流量计测量准确度的影响。超声波流量计换能器应安装在上游直管段不小于 10D，下游直管段不小于 5D 的位置，对于上游存在泵、阀、弯头等设备时，要求直管段为 30D 以上。有些使用现场不能满足此要求，因此导致测量信号质量差，流量显示值波动较大甚至会由于信号差导致无法测量。（ 2）测量管道的参数设置对超声波流量计测量准确度的影响。管道参数设置的准确与否直接影响到测量精确度，一些使用现场的管道非国标管或者管道使用年限久远结垢严重，安装时可能无法得到准确的管道参数，如果管道材质与尺寸等参数设置与实际不符，会导致计算出的管道截面积 S 出现误差，最终导致流量测量结果不准确，并且管道参数设置不准确也会导致两个换能器的安装距离产生偏差，影响传播时间，导致速度 V 计算不准确，同样也会导致流量测量结果不准确。（ 3）换能器的安装方式对超声波流量计测量准确度的影响。在实际测量过程中，根据测量管道管径的大小可将换能器
Key words： ultrasonic flowmeter； error； accuracy； methods of resolution
我公司生产的外夹式超声波流量计采用时差式测量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被第二个探头接收到，第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到，由于受到介质流速的影响，二者存在时间差 Δt = t2-t1，根据推算可以得出流速 V 和时间差 Δt 之间的换算关系 V = （ C2 /2L） × Δt，进而可以再根据圆形管道截面积 S 得到管道内流量值 Q = S ×V = （ πD2 /4） ×V。

超声波流量计误差

引言

流量计是用于测量液体、气体或蒸汽流动的仪器。超声波流量计是一种常用的流量计类型，它利用超声波技术进行流量测量。然而，由于各种原因，超声波流量计可能存在误差。本文将深入探讨超声波流量计误差的原因和解决方法。

超声波流量计原理及结构

超声波流量计是基于声波传播速度与流体速度的关系进行原理测量的。它通常由发射器、接收器和传感器组成。发射器发射超声波信号，经过流体后由接收器接收，根据声波的传播时间和速度变化计算流体流速和流量。

超声波流量计误差的原因

超声波流量计误差的产生有多个原因，主要包括以下几个方面：

1. 流体特性

不同类型的流体在传播超声波时会产生不同的声速，并且随着温度、压力和流速的变化而变化。因此，如果流体特性不稳定或存在波动，超声波流量计的测量结果将受到影响。

2. 流道形状

超声波流量计的流道形状对流体的流动行为有很大影响。如果流道存在不均匀的形状或壁面摩擦，会产生流体速度的非均匀分布，从而导致测量误差的产生。

3. 流体输送

流体在输送过程中可能存在脉动、涡流和湍流等现象，这些现象会导致超声波的衰减、散射和反射，影响超声波信号的传播和接收，进而影响测量结果的准确性。

4. 温度和压力变化

超声波流量计的测量结果会受到温度和压力的变化影响。温度的变化会导致流体密度和黏度的变化，从而影响流体的流速和流量。压力变化则会影响流体的压缩效应和密度，进而影响超声波的传播速度和传播时间。

超声波流量计误差的解决方法

为了减小超声波流量计的误差，可以采取以下方法：

1. 校准和调试

定期对超声波流量计进行校准和调试，以确保其测量结果在一定误差范围内准确可靠。校准和调试包括检查传感器位置、调整发射器和接收器的参数，以及与标准流量计进行比对等。

超声波声速测量实验中的误差分析

误差理论与数据处理

研究性教学

课程名称：误差理论与数据处理

设计题目：超声波声速测量的误差分析

院系：机械与电子控制工程学院

班级：测控1103班

设计者：晏雯秀（11222086）赵璐（11222079）

郑海冰（11222081）朱崇巧（11222084）

周杏芳（11222083）

指导教师：孙艳华

超声波声速测量的误差分析

摘要: 针对学生在超声波声速测量实验中存在的测量数据误差的问题, 分析了实验中各种可能的误差来源, 同时也指出了减小误差的相应措施, 使学生对该实验的误差来源更清楚。

关键词: 超声波; 谐振频率; 共振干涉频率; 误差

声波是在弹性媒质中传播的一种机械波。对声波特性如频率、声速、波长、声压衰减等的测量是声学应用技术中的主要内容之一。在物理实验中,进行声速测量一般采用的是频率大于20 kHz以上的超声波。由于其频率高、波长短, 所以超声波具有定向好、功率大、穿透力强、信息携带量大、能引起空化作用以及引起许多特殊效应(如凝聚效应和分离效应) 的优点。在工业、农业、国防、生物医学和科学研究等各个领域存着广泛的应用,如超声无损检测、超声波测距和定位、测量气体温度瞬间变化、测液体流速、测材料弹性模量等等。对声速进行测量, 在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要意义。超声波声速的测量方法一般有共振干涉法和相位比较法两种, 本文主要对共振干涉法中的实验误差作简要分析。

一、共振干涉法原理

超声波声速的测量公式是v = fλ, 其中, f为超声波频率, 等于发射换能器的谐振频率, 可由频率计直接读出; λ 为本实验所要测量的量, 为超声波波长。基本原理是利用频率计输入电压的激发,通过逆压电效应, 使压电陶瓷片处在共振状态, 使陶瓷体产生机械简谐振动, 从而发射出简谐超声波。超声波在空气中传播遇到接收换能器反射面发生反射, 反射波与入射波叠加形成驻波, 利用接收换能器对超声波进行接收。又通过正压电效应, 将机械振动(声信号) 转化成电信号, 从示波器上观察到相应的电信号波形, 两相邻极大值之间的间距为12λ。由此得到波长值λ, 利用公式计算出超声波的声速v。

超声波声速测量实验中的误差分析

超声波声速测量实验中

的误差分析

Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

误差理论与数据处理

研究性教学

课程名称：误差理论与数据处理

设计题目：超声波声速测量的误差分析

院系：机械与电子控制工程学院

班级：测控1103班

设计者：晏雯秀（）赵璐（）

郑海冰（）朱崇巧（）

周杏芳（）

指导教师：孙艳华

超声波声速测量的误差分析

摘要 : 针对学生在超声波声速测量实验中存在的测量数据误差的问题 , 分析了实验中各种可能的误差来源 , 同时也指出了减小误差的相应措施 , 使学生对该实验的误差来源更清楚。

关键词 : 超声波 ; 谐振频率 ; 共振干涉频率 ; 误差

声波是在弹性媒质中传播的一种机械波。对声波特性如频率、声速、波长、声压衰减等的测量是声学应用技术中的主要内容之一。在物理实验中 ,进行声速测量一般采用的是频率大于 20 kHz以上的超声波。由于其频率高、波长短 , 所以超声波具有定向好、功率大、穿透力强、信息携带量大、能引起空化作用以及引起许多特殊效应 (如凝聚效应和分离效应 ) 的优点。在工业、农业、国防、生物医学和科学研究等各个领域存着广泛的应用 ,如超声无损检测、超声波测距和定位、测量气体温度瞬间变化、测液体流速、测材料弹性模量等等。对声速进行测量 , 在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要意义。超声波声速的测量方法一般有共振干涉法和相位比较法两种 , 本文主要对共振干涉法中的实验误差作简要分析。

一、共振干涉法原理

超声波声速的测量公式是 v = fλ, 其中 , f为超声波频率 , 等于发射换能器的谐振频率 , 可由频率计直接读出 ; λ为本实验所要测量的量 , 为超声波波长。基本原理是利用频率计输入电压的激发 ,通过逆压电效应 , 使压电陶瓷片处在共振状态 , 使陶瓷体产生机械简谐振动 , 从而发射出简谐超声波。超声波在空气中

超声波声速测量实验中的误差分析

误差理论与数据处理

研究性教学

课程名称：误差理论与数据处理

设计题目：超声波声速测量的误差分析

院系：机械与电子控制工程学院

班级：测控1103班

设计者：晏雯秀（11222086）赵璐（11222079）

郑海冰（11222081）朱崇巧（11222084）

周杏芳（11222083）

指导教师：孙艳华

一、误差来源

在超声波声速测定的实验教学中 , 学生所计算出的超声波声速与该温度下的理论值之间的相对误差往往存在一定的偏离 , 针对这种情况 , 有必要对误差来源作简要分析 , 以便更好地完善、改进该实验。从实验室所采用的仪器和实验过程来看 , 主要误差来源有以下几点 :

(1) 在发射换能器与接收换能器之间有可能不是严格的驻波场。由发射换能器的发射面发射的超声波在空气中传播时并不是全以简谐波传播 , 而在近场区表现出没有周期性规律的特征 , 直到远场区才能近似认为是简谐波 , 可是只有入射波为简谐波 , 经反射叠加后才能形成驻波 , 从而测得两相邻极大值的间距。当发射面与反射面相距 10 cm左右时 , 正好处于远场区的开始阶段 , 入射波不能近似为标准的简谐波。因此与反射波叠加后不为标准的驻波 , 任

意两相邻极大值的间距不等 , 导致在不同位置测得的两相邻极大值间的距离λ/2不同 , 由此计算所得的超声波声速就会有较大的误差。而学生在实验过程中往往在发射面与反射面相距 3 cm左右便开始正式测量 (见表 1), 因而会引起一定的测量误差。

(2) 在实验中 , 有时会观察到示波器上声压极大值的幅度随换能器之间的距离的增大呈几何衰减 , 为球面波的特征。从中可以看出 , 测量段声波为球面波 , 球面波按汉开克函数展开 , 取其实部为贝塞尔函数 , 它是不等周期函数 , 其极大值之间的间距不等。

超声骨密度的误差及其影响因素分析

作为一种非侵入式的检测手段，超声骨密度在近年来受到了广泛关注，并被大

量应用于临床实践。然而，与其他检测手段相比，超声骨密度检测存在一定的误差，这对其应用和结果的准确性产生了一定的影响。本文将从误差的产生机理和影响因素两个方面分析超声骨密度的误差，并探讨相应的解决办法。

一、超声骨密度误差的产生机理

超声骨密度误差的产生机理有多种，主要包括以下几个方面：

1. 软组织的影响。超声骨密度检测是通过比较骨骼中声波的传播速度来计算骨

密度，而软组织的存在会减缓声波的传播速度，从而影响骨密度的测量。

2. 仪器的误差。超声骨密度检测仪器本身具有一定的误差，这与仪器的品牌、

型号、技术水平等因素有关。

3. 操作人员的经验和操作技术。超声骨密度检测的结果还与操作人员的经验和

操作技术有关，操作不当或经验不足可能会导致误差的产生。

二、超声骨密度误差的影响因素

1. 年龄。随着年龄的增长，骨密度会逐渐降低，因此，在老年人的超声骨密度

测量中，误差相对而言更大。

2. 性别。男性的骨密度通常高于女性，因此，在女性的超声骨密度测量中，误

差相对而言更大。

3. 身高和体重。身高和体重会对超声骨密度的测量结果产生一定影响，过瘦或

过重的人群误差可能更大。

4. 病史和疾病状态。患有代谢性疾病、骨质疏松等疾病的人群，其超声骨密度

的测量结果也会受到相应的影响。

三、应对措施

针对超声骨密度误差，可以采取以下措施进行解决：

1. 提高仪器和操作人员的技术水平。要求使用高质量的仪器，并对操作人员进

行充分的培训和指导，提高其技术水平和经验。