一种高精度超声波测距方法的研究
基于自适应滤波的超声波高精度测距系统
信号ｓ 时域渡形
２ Ｏ １ ２ ０ ２ ５ ０
０
２
２
０
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６
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信号ｓ 加 噪声 后 的 时域 波形 ｆ ｓ Ｎ Ｒ ＝ ３ ｄ Ｂ ）
进而 使ｙ （ ｎ ） 在最 小均 方误 差 意义上得 到 对 主通 道噪 声ｖ （ ｎ ） 的 一个 最 佳估计 ， 然 后 将 这 一 估计 值与 主通 道 的 输 入 相 减 ， 就 可 以 与主 通 道
０
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图２ Ｓ Ｎ Ｒ ：３ ｄ Ｂ 和Ｓ Ｎ Ｒ ：一 ３ ｄ Ｂ 时． Ｌ ＭＳ 算 法的输入信 号波形 ①基 金 项 目 ： 国家 自然 科 学 基金 （ 编号 ： ５ ０ ７ ７ ５ ０ ｌ ４ ） ； 吉 林省科 技厅 资助项 目（ 编号 ： ２ ０ ０ ７ ６ ０ ０ ８ ） 。 作 者 简介 ： 岳蓬 星 （ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 四平 ， 硕士。 Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｊ ｌ ｓ ｐ ｙ ｐ ｘ ＠ｑ ｑ． ｃ ｏ ｍ。
Ｏ ２ ０ ４ ０ ６ ０ ８ ０ １ ０ ０ １ ２ ０ １ ４ ０ １ ６ ０
信 号ｓ 加 噪 声后 的 时域 波形 ｛ Ｓ Ｎ Ｒ ＝ ． ３ ｄ Ｂ ）
输出
ｖ ｌ
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０ ２ Ｏ ４ ０ ６ ０ ８ ０ １ ０ ０ １ ２ ０ １ ４ ０ １ ６ ０
Ｑ Ｉ § Ｑ：
ＳＣＩ ＥＮ ＣＥ ＆ ＴＥ ＣＨＮＯＬ ＯＧＹ Ｉ ＮＦ ＯＲ ＭＡＴ Ｉ ＯＮ
超声测距实验报告
超声测距实验报告一、实验目的本次超声测距实验的主要目的是研究和掌握利用超声波进行距离测量的原理和方法，并通过实际操作和数据分析，评估测量系统的精度和可靠性。
二、实验原理超声波是一种频率高于 20kHz 的机械波，其在空气中传播时具有良好的指向性和反射特性。
超声测距的基本原理是利用超声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间差来计算距离。
具体计算公式为：距离＝（超声波传播速度×传播时间）／ 2 。
在常温常压下，空气中超声波的传播速度约为 340 米/秒。
通过测量超声波从发射到接收的时间间隔 t，就可以计算出距离。
三、实验仪器与材料1、超声测距模块：包括发射探头和接收探头。
2、微控制器：用于控制超声模块的工作和处理数据。
3、显示设备：用于显示测量结果。
4、电源：为整个系统供电。
5、障碍物：用于反射超声波。
四、实验步骤1、硬件连接将超声测距模块的发射探头和接收探头正确连接到微控制器的相应引脚。
连接电源，确保系统正常供电。
将显示设备与微控制器连接，以便显示测量结果。
2、软件编程使用相应的编程语言，编写控制超声模块工作和处理数据的程序。
实现测量时间的计算和距离的换算，并将结果输出到显示设备。
3、系统调试运行程序，检查系统是否正常工作。
调整发射功率和接收灵敏度，以获得最佳的测量效果。
4、测量实验将障碍物放置在不同的距离处，进行多次测量。
记录每次测量的结果。
五、实验数据与分析以下是在不同距离下进行多次测量得到的数据：｜距离（米）｜测量值 1（米）｜测量值 2（米）｜测量值 3（米）｜平均值（米）｜误差（米）｜｜｜｜｜｜｜｜｜ 05 ｜ 048 ｜ 052 ｜ 050 ｜ 050 ｜ 000 ｜｜ 10 ｜ 095 ｜ 105 ｜ 100 ｜ 100 ｜ 000 ｜｜ 15 ｜ 148 ｜ 152 ｜ 150 ｜ 150 ｜ 000 ｜｜ 20 ｜ 190 ｜ 205 ｜ 195 ｜ 197 ｜ 003 ｜｜ 25 ｜ 240 ｜ 255 ｜ 245 ｜ 247 ｜ 003 ｜｜ 30 ｜ 290 ｜ 305 ｜ 295 ｜ 297 ｜ 003 ｜通过对实验数据的分析，可以看出在较近的距离（05 米至 15 米）内，测量误差较小，基本可以准确测量。
超声波测距原理
超声波测距原理超声波测距是一种常见的测距方法，它利用超声波在空气中的传播特性来实现测距功能。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，通常在20kHz以上。
超声波测距原理主要是利用超声波在发射器和接收器之间的传播时间来计算距离，其测距精度高、速度快、不受光线和颜色影响等特点，因此被广泛应用于工业、汽车、机器人等领域。
超声波测距系统通常由超声波发射器、接收器、控制电路和显示装置等部分组成。
超声波发射器发出超声波脉冲，经过空气传播到目标物体上并反射回来，被接收器接收到后转换成电信号。
控制电路根据接收到的信号计算出超声波的传播时间，再根据声速和时间计算出目标物体与传感器的距离，并通过显示装置显示出来。
超声波测距原理的关键在于计算超声波的传播时间，因为超声波在空气中的传播速度是已知的，所以只要测量出超声波的传播时间，就可以计算出距离。
超声波的传播时间可以通过测量超声波发射和接收的时间差来实现。
当发射器发出超声波脉冲时，控制电路开始计时，当接收器接收到反射回来的超声波时，控制电路停止计时，然后根据计时结果计算出距离。
超声波测距系统的测距精度受到多种因素的影响，如超声波的频率、发射器和接收器的性能、环境的温度、湿度等。
一般来说，超声波的频率越高，测距精度越高，但传播距离会受到限制。
发射器和接收器的性能也会影响测距精度，高性能的发射器和接收器可以提高测距精度和稳定性。
此外，环境的温度、湿度等因素也会影响超声波的传播速度，从而影响测距精度。
总的来说，超声波测距原理是一种简单、高效、精准的测距方法，具有广泛的应用前景。
随着超声波技术的不断发展，超声波测距系统的性能将会进一步提高，应用范围也会更加广泛。
超声波测距原理的研究和应用将会为工业自动化、智能交通、无人驾驶等领域带来更多的便利和可能性。
超声波精确测距的研究
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。
结论与展望本文通过对超声波精确测距的研究，提出了一种有效的优化方法，提高了测距精度和稳定性。
然而，仍存在一些局限性，如对复杂环境的适应能力有待进一步提高。
一种高精度超声波测距系统设计与实现
【 Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ］ Ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ； Ｃ ｈ ｉ ｐ ； Ｃ Ｘ ２ ０ １ ０ ６ Ａ ０ 引 言
（ １ ） 传统的测距方法 传统的测 距方法是使用尺子来测量。包括各 种各样的尺子 ， 如米 尺、 卷尺 、 螺旋测微器 、 游标卡尺等等 ． 这 些测量工具均需要 通过人 的 肉眼来观察测量的结果 。往往 由于人的个体差异 ， 可能相 同的物体所 得到 的测量结果不一样 由于尺子 的长度有限 ． 所以测量 的距离也受 到限制 。 基于以上原因， 需要采用一种 自动化的测量方 法 ． 来克服上述 测量的缺陷。 （ ２ ） 现代的测距方法 现代测量距离 的方法 有很多种 ． 如采 用超声波 、 激 光等不同的物 理量来进行测量 ． 然后将测量 的结果转换为距离的间接测量手段越来 越多 。 而且这些测 量方法均较前面 的方法 所测的范 围更 宽 、 测量 的精 度更高 。 超声波以其容 易控制 、并且无危害等特点在测距领域广泛使用 。 下面来介绍超声波的测距方法 （ ３ ） 超声波测距方法介绍 超声波的传输速度为 ３ ４ ０ ｍ ／ ｓ ， 而实际会有些许调整。 使用上 ， 通过 发送装置来先发送超声波 ， 然后检查 回波 的方法来测量。 通过发送 、 接 收的时 间差可得超声波走过 的距离 ． 然后将所得的距离除 以二 即为所 测的距离
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎｄ Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａ Ｈｉ ｇ ｈ Ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎｉ ｃ Ｒａ ｎ ｇ ｉ ｎｇ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
ＹＡＯ Ｗｅ ｉ － ｐｅ ｎｇ
（ Ｘｉ ’ ｎ ａ Ａｅ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｈ ｉｃ ｎ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘｉ ’ ｎ ａ Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ ， ７ １ ０ ０ ７ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
超声波测距的原理
超声波测距：听声辨位，探知世界距离超声波测距法利用超声波在空气中的传播速度，通过测量发送超声波和接收反射回来的超声波之间的时间差，计算出被测物体与测量仪的距离。
本文将深入探究超声波测距的原理、分类和应用。
一、超声波测距的原理超声波是一种频率超过20kHz的机械波，具有高强度、方向性和穿透力，在空气、固体、液体和气体中均可传播。
超声波测距仪以振动器（如圆盘式压电陶瓷）为发射源，产生超声波，经信号发射电路调制后，通过传感器（如电容式、压电式或阻容式）接收反射回来的超声波。
在检测器中，将询问脉冲和接收到的脉冲进行比较，就可以计算出所探测到的物体与仪器之间的距离。
在超声波测距仪的探头中，一般包括一个发射晶体、一个接收晶体、一个透镜和一个滤波器等元件。
其中滤波器可用于去除掉与物体反射的信号无关的杂波。
二、超声波测距的分类按照超声波的产生方式，超声波测距可以分为压电式和电容式两种。
压电式超声波测距器使用的晶体是压电晶体，发射与接收时可以分别进行，且获取的信号波形质量好；而电容式超声波测距器使用的晶体是电容晶体，发射与接收是合二为一的，波形分类难以分离，但适用于在较小的空间进行长距离测量。
按照测量范围，超声波测距可以分为近测量和远测量。
近测量一般是采用高频声波，测量范围为几毫米的距离；而远测量则采用低频声波，测量范围可以达到数百米甚至数千米。
三、超声波测距的应用超声波测距技术广泛应用于各种测量场合，如工业非接触测量、自动化控制、环境监测等方面。
其中，超声波液位计和超声波测距传感器是应用最为广泛的两类测量仪器。
超声波液位计是一种用于非接触式测量液体和固体状物质的高度水平和体积的仪表，通常适用于高温、高压、腐蚀性液体等条件下的液位控制。
其优点是无需接触被测物体，不会对被测对象造成任何影响，也能够准确和高效的进行测量。
超声波测距传感器则被广泛应用于场合需要长距离测量、精度要求高，且被测物体的表面不平整、材质多样的场合，如板材厚度测量、建筑物外观检测、隧道构造检测等方面。
基于一种高精度超声波测距仪的研究
量 距 离准确 ， 结构 简单等 特 点 。 关键词 ： 超声波； 测距 ； 系统
引言
随着传感器和单片机控制技术的不断发展 ， 非接触式检测技术 已被广 泛 应 用 于 多个 领域 。 目前 ， 典 型 的非 接 触 式 测距 方 法 有 超 声 波测距、 Ｃ Ｃ Ｄ 探测 、 雷 达 测距 、 激 光 测距 等 。 超 声 波测 距 是 一种 无 损 检测技术的表现形式 ， 在实际生活中由于它方 向性强 ， 在空气中能 量 消耗 缓 慢 ， 并 且 不 受周 围 环境 的影 响 ， 在 电磁 场 中衰 减 小 ， 所 以被 广泛使用在倒车 、 测距等领域 。 １超 声 波测 距 原理 分 析 一 能够完成产生超声波和接收超声波功能 的装 置就是超 声波传 感器 ， 也称为超声波换能器或超声波探测器 。超声波传感器在测量
超声波测距技术的研究
度 。此时 ， 从接收 回波信号 幅度 和测量 盲区两个方 面来衡 量比较适中 。 ３ ． 系 统 构 建 系统硬 件结构框 图如 图 ２ 所示 ， 包括超 声波发射 电路 、 超声波接 收 电路 和显示 电路 。系统 选用 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ２ ０ ５ １ 单 片机 ， 采用 １ ２ Ｍ Ｈ ｚ 的晶振 。 Ｐ ３ ． ５ 口启动超声波发射器发射 ４ ０ ｋ Ｈ ｚ 的超声波 ， Ｐ ３ ． ７口 接 收超 声波接收 器 返 回的控 制信 号 ， Ｐ ｌ 口控制 ３ 个 共 阴极数 码管 的段 码 显示 ， Ｐ ３ ． ０一 Ｐ ３ ． ２ 分别为 ３ 个数码管 的位选线 。
参 考 文献 Ｉ １ ｌ Ｓ ｔ ｅ ｒ ｍａ ｎ ， Ｂ． ａ ｎ ｄ Ｔ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｆ ｅ ｒ ． Ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ Ａ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｈ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｕｒ ｂ ａ ｎ Ｂ ｕ ｓ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ． Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｏ ｕ ｍＭ ， Ｖｏ １ ． １ ０ ２ ， １ ９ ７ ６ ， Ｐ Ｐ ． １ ４ ７ —１ ５ ９ ［ ２ Ｊ Ｔｕ ｒ ｎ ｑ ｕ ｉ ｓ ｔ ， Ｍ． Ａ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｉ ｔ ｇ ａ ｉ ｔ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ Ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｆ ｒ ｅ —
Ｐｌ
Ｐ ３ ． Ｏ Ｐ ３ ． ２ Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ２ ０ ５ １
ｆ ’ ３ ． ５
波测距原理 图。
Ｐ ３ ． ７
图２ 测距系统结构 图
４ ． 结论
图１ 超声波测距原理 图 ２ ． 影响参数 ２ ． １ 声速 声速 的精确 程度线性的决定 了测距系统 的测量精度 。传播 介质 中 声波 的传播速度 随温度 、 杂 质含量和介 质压 力 的变化 而变化 。声 速随 温度变化公式为 Ｖ ＝ ３ ３ １ ． ４ ＋ ０ ． ６ ０ ７ Ｔ （ ｍ ｍ ／ ｍ ｓ ） ， 式中Ｔ 为温度 。 ２ ． ２ 发射脉 冲个数 发射 脉冲个数决定 了测距仪 的测量盲 区 ， 也影 响测量精度 ， 同时与 信 号的发射能 量有关 。减少 发射脉 冲个 数 。 可 以提 高测量精度 。减小 测量 盲区 ， 但 同时也减小 了发射 能量 ， 对接 收 回波不利。但根据实 际的 经验 ， 过多的脉冲个数会增加测量 盲区 ， 对 接收回波及 比较 电路都造成 定困难。在具体设计 中， 比较 了 １ 个４ ０ ｋ Ｈ ｚ 脉 冲方 波； ５ 个４ ０ ｋ Ｈ ｚ 脉冲 方波； １ ０ 个４ ０ ｋ Ｈ ｚ 脉 冲方波 ； ３ ０ 个４ ０ ｋ Ｈ ｚ 脉 冲方波 的发射脉 冲长度作 为
超声波测距技术的应用案例分析
超声波测距技术的应用案例分析随着科技的不断发展，各种新颖的技术逐渐应用到我们的日常生活中。
其中一项引人注目的技术是超声波测距技术。
超声波是一种高频声波，其频率远远超过人类听觉范围，因此可以用于测量距离以及探测物体的特性。
本文将通过几个实际应用案例来分析超声波测距技术在现实生活中的应用。
第一个案例是超声波测距技术在汽车倒车雷达中的应用。
现代汽车普遍配备了倒车雷达系统，能够在倒车时发出超声波信号并接收回波，通过计算信号的时间差来判断与障碍物的距离远近。
这项技术极大地提高了驾驶人员的安全性，避免了因视野受限而导致的事故。
倒车雷达还可以通过不同的声波频率和波束角度来实现多角度探测，进一步提高了系统的准确性和可靠性。
第二个案例是超声波测距技术在医疗领域的应用。
超声波成像是一种常用的检查手段，可用于检测人体内脏器官以及胎儿的发育情况。
医生可以通过控制超声波发射器和接收器的位置和角度，获取被测物体的回波信号，并通过计算时间差来确定其位置和距离。
这种非侵入性的检查手段无辐射，对患者安全无害，因此被广泛应用于妇产科、心脏病学以及肿瘤检测等领域。
第三个案例是超声波测距技术在工业生产中的应用。
许多工业生产过程需要对物体的位置和距离进行精确测量，超声波测距技术正是一种有效的方法。
例如，在汽车制造中，超声波传感器可以被安装在设备上，用于测量和控制零部件的位置和尺寸。
在制造业中，超声波测距技术还可以用于测量液体和固体材料的水位、厚度以及质量等物理特性。
这些应用不仅提高了生产效率，还确保了产品质量和安全性。
第四个案例是超声波测距技术在安防领域的应用。
在当今社会，安全是人们关注的核心问题之一。
超声波测距技术被广泛应用于安防系统中，用于监测和探测潜在的入侵者。
例如，超声波传感器可以被安装在墙壁、门窗等位置，监测任何物体接触这些感应器时发出的超声波信号，进而触发警报。
这种应用在家庭安全、商业建筑以及金融机构等领域具有广阔的市场前景。
超声波测距实验报告
超声波测距实验报告超声波测距实验报告引言：超声波测距是一种常见的测量技术，广泛应用于工业、医学和科学研究领域。
通过发射超声波并测量其返回时间，我们可以计算出被测物体与传感器之间的距离。
本实验旨在探究超声波测距的原理和应用，并通过实际操作验证其可靠性和准确性。
实验步骤：1. 实验器材准备：超声波传感器、数字示波器、计算机等。
2. 连接电路：将超声波传感器与数字示波器和计算机相连。
3. 设置参数：根据实验要求，设置传感器的工作频率和测量范围。
4. 发射超声波：通过控制电路，使传感器发射超声波信号。
5. 接收信号：传感器接收到返回的超声波信号，并将其转换为电信号。
6. 数据处理：将接收到的信号传输到计算机，并使用相应的软件进行数据处理和分析。
7. 计算距离：根据超声波的传播速度和返回时间，计算被测物体与传感器之间的距离。
实验结果：经过多次实验，我们得到了一系列距离数据，并进行了统计和分析。
结果表明，超声波测距的准确性较高，误差在合理范围内。
同时，我们还观察到在不同环境条件下，超声波的传播和测量结果可能会受到一定的影响。
例如，声波在空气中的传播速度与温度和湿度有关，因此在不同的环境下，需要进行相应的修正。
实验讨论：超声波测距技术在许多领域中都有广泛应用。
在工业领域，它可以用于测量物体的距离、检测障碍物并进行避障等。
在医学领域，超声波测距被应用于超声诊断、医学成像等。
此外，超声波测距还可以用于地震勘探、水下探测等科学研究领域。
然而，超声波测距也存在一些局限性。
首先，超声波在传播过程中会受到物体的吸收、散射和衍射等影响，从而导致信号衰减和失真。
其次，超声波的传播速度与介质的性质和温度有关，因此在不同的介质中，需要进行相应的修正和校准。
此外，超声波测距还受到传感器的分辨率和灵敏度等因素的限制，影响了其测量的精确度。
结论：通过本次实验，我们深入了解了超声波测距的原理和应用。
实验结果表明，超声波测距是一种准确可靠的测量技术，具有广泛的应用前景。
一种改进的高精度超声测距方法研究
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计算机技术与发展
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种 改 进 的 高 精 度 超 声 测 距 方 法 研 究
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超声波测距毕业设计论文
超声波测距毕业设计论文超声波测距毕业设计论文引言：在现代科技的推动下，各种测距技术得到了广泛的应用，其中超声波测距技术因其高精度、非接触等特点而备受关注。
本文将探讨超声波测距技术在毕业设计中的应用，并对其原理、方法和实验结果进行详细介绍。
一、超声波测距的原理超声波测距是利用超声波在空气中传播的特性来测量距离的一种技术。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，其传播速度与介质的密度和弹性有关。
在超声波测距中，通常使用超声波发射器发射一束超声波，经过被测物体后，超声波被接收器接收到。
通过测量超声波的传播时间，即可计算出被测物体与发射器的距离。
二、超声波测距的方法1. 时间差法时间差法是最常用的超声波测距方法之一。
该方法通过计算超声波从发射器到接收器的传播时间差来确定距离。
具体实现时，发射器发射超声波后，接收器开始计时，当接收到超声波信号后停止计时。
通过测量计时器的数值，可以得到超声波的传播时间，从而计算出距离。
2. 相位差法相位差法是另一种常用的超声波测距方法。
该方法通过测量超声波在传播过程中的相位差来确定距离。
具体实现时，发射器发射超声波信号，在接收器接收到超声波信号后，通过计算超声波信号的相位差，可以计算出距离。
三、超声波测距的应用超声波测距技术在工业、医疗、安防等领域都有广泛的应用。
1. 工业领域在工业领域，超声波测距技术可用于测量物体的距离、厚度、速度等参数。
例如，可以用于测量液体中的液位，以便控制液体的供应和排放；还可以用于测量物体的厚度，以便判断物体是否合格。
2. 医疗领域在医疗领域，超声波测距技术被广泛应用于超声诊断。
通过超声波的反射和传播时间，可以获取人体内部组织和器官的图像，从而实现对疾病的诊断和治疗。
3. 安防领域在安防领域，超声波测距技术可用于人体检测和距离测量。
例如，可以用于人体检测门的设计，以便实现对人员进出的自动控制；还可以用于测量人员与设备之间的距离，以便实现对人员的安全保护。
超声波测距报告
应用场景
超声波测距技术在机器人 避障、智能家居、无人机 定位等领域具有广泛的应 用前景。
05
结果分析
结果准确性分析
准确性评估
01
通过与激光测距仪的测量结果进行对比，评估超声波测距的准
确性。
误差范围
02
确定超声波测距的误差范围，判断其是否满足测量精度要求。
生变化，影响测量精度。
障碍物表面特性影响
超声波在遇到不同表面特性的障碍物时反 射特性和衰减特性不同，可能影响测量结
果。
角度依赖性
超声波测距的精度受到发射器和接收器之 间角度的影响，角度偏差可能导致测量误 差。
测量范围限制
超声波传播距离较短，通常在几米至几十 米范围内，对于远距离目标测量效果较差 。
03
超声波测距报告
汇报人： 202X-12-25
目录
• 引言 • 超声波测距技术 • 实验设备与环境 • 实验过程与结果 • 结果分析 • 结论与建议
01
引言
目的和背景
目的
本报告旨在全面介绍超声波测距技术，包括其工作原理、应用领域、优缺点以及未来发展趋势。
背景
随着科技的发展，测距技术在各个领域都得到了广泛的应用。超声波测距作为一种非接触式测距方法，具有精度 高、速度快、稳定性好等优点，因此在机器人定位、无人驾驶、无人机飞行控制等领域具有广阔的应用前景。
超声波测距技术的原理
超声波的产生与接收
超声波测距系统通常由超声波发射器和接收器组成。发射器负责产生超声波，而接收器则 负责接收反射回来的声波。
测距原理
超声波在空气中传播的速度是已知的（约为340m/s），因此，通过测量超声波从发射到 被物体反射回来的时间，就可以计算出物体与测距仪之间的距离。公式为：距离 = 声速 × 时间 / 2。
高精度超声波测距
超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而用于距离测量。
利用超声波检测往往较迅速、方便、计算简单、易于实时控制，且测量精度能达到工业实用要求，因此在移动机器人的研制中得到广泛应用。
移动机器人要在未知和不确定环境下运行，必须具备自动导航和避障功能。
超声波传感器以其信息处理简单、速度快和价格低的特点广泛用作移动机器人的测距传感器，实现避障、定位、环境建模和导航等功能。
2 系统总体设计方案2．1 超声波测距原理2．1．1 超声波发生器超声波为直线传播方式，频率高，反射能力强。
空气中其传播速度为340 m／s，容易控制，受环境影响小。
因此采用超生波传感器作为距离探测的“眼睛”，可用于测距领域的超声波频率为20～400 kHz的频段，空气介质中常用为40 kHz。
2．1．2 压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上利用压电晶体的谐振工作。
超声波发生器内部结构有2个压电晶片和1个共振板。
当它的两电极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将发生共振，并带动共振板振动，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，将压迫压电品片振动，将机械能转换为电信号，这时就成为超声波接收器。
2．1．3 超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，碰到障碍物就立即返回。
超声波接收器收到反射波立即停止计时，超声波在空气中的传播速度为340 m／s。
系统中，超声波测距采用检测超声波往返时间的方法。
由于时间长度与声音通过的距离成正比，当超声波发射极发出一个短暂的脉冲波时，计时开始；当超声波接收端接收到第1个返回波脉冲后，计时立即停止。
根据计时器记录的时间t，可计算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。
2．2 系统总体设计该系统采用μC／OS-lI操作系统，系统将软件划分为4个功能模块：回波A/D采集模块，LED显示和按键处理模块，LCD显示模块，报警、存储及串口处理模块。
国内超声波测距研究应用现状
国内超声波测距研究应用现状李 戈，孟祥杰，王晓华，王重秋（中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州 221116）【摘 要】本文结合超声波测距原理，对超声波回波信号处理、新型换能器研发、发射脉冲选取的国内研究现状，以及该技术在液位测量、移动机器人定位和避障、汽车防撞、曲面仿形检测的应用现状作了综述，分析了超声波测距系统现阶段存在的常见问题，相应提出了解决方案，并对超声波测距的发展与应用趋势进行了展望。
【关键词】超声波；测距；回波处理；盲区【中图分类号】TB55 【文献标识码】A 【文章编号】1009-2307（2011）04- - Research and application status on domestic ultrasonic rangingAbstract: Based on the principle of ultrasonic ranging, this paper described the domestic research status of ultrasonic echo signal processing, new transducers designing. It also introduced the application of ultrasonic ranging technology in the field of domestic liquid-level measure, mobile robot obstacle avoidance, vehicle collision avoidance and profile measurement of surface. After that, this paper analyzed the problems in ranging system and the solutions. The developmental direction and research progress in ultrasonic ranging were also presented.Key words: ultrasonic; ranging; echo signal processing; blind areaLI Ge , MENG Xiang-jie , WANG Xiao-hua , WANG Zhong-qiu （School of Mechanical and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Jiangsu Xuzhou 221116, China ）1 引言随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被广泛应用于多个领域。
超声波测距的原理
超声波测距的原理超声波测距是一种常见的测距方法，它利用超声波在空气中传播的特性来实现距离的测量。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，通常在20kHz到200kHz之间。
超声波测距的原理主要涉及到超声波的发射、传播和接收三个方面。
首先，超声波的发射是通过超声波传感器来实现的。
超声波传感器内部包含一个压电陶瓷片，当施加电压在其上时，压电陶瓷片会振动产生超声波。
这些超声波会以球面波的形式向四面八方传播，直到碰到障碍物后被反射回来。
其次，超声波的传播是指超声波在空气中的传播过程。
超声波在空气中传播的速度约为343m/s，这个速度是一个常数，因为在常温下空气的密度和弹性模量都是不变的。
根据超声波传播的速度和接收到超声波的时间差，可以计算出超声波的传播距离。
最后，超声波的接收是通过超声波传感器来实现的。
当传感器接收到反射回来的超声波时，压电陶瓷片会再次振动产生电信号。
这个电信号经过放大和处理后，可以得到超声波的传播时间，再通过计算就可以得到测距结果。
超声波测距的原理简单清晰，而且具有很高的测距精度。
但是在实际应用中，需要注意一些影响测距精度的因素。
比如，温度、湿度等环境因素会影响超声波在空气中的传播速度，从而影响测距结果。
此外，超声波在传播过程中会受到空气的吸收和散射，也会影响测距的精度。
总的来说，超声波测距的原理是通过发射超声波、测量超声波的传播时间来实现的。
它具有测距精度高、测距范围广、成本低廉等优点，在工业、自动化、机器人等领域有着广泛的应用前景。
希望本文能够帮助大家更好地理解超声波测距的原理，为相关领域的应用提供一些参考和帮助。
超声波测距精度的研究
ｔｏ ｉ ｎ，ｔ ｅ ｒ ａ — ｔｍｅ ｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ａ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｉ ａ ｓ ｅ ｓ ｒ ｄ ｔ ａ ｉ ｒ ｔ ｈ ｐ ｅ ｆｕ ａ ｏ — ｈ ｅ ｌ ｉ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｌ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｓ ｌ ｏ ｍ ａ ｕ ｅ ｏ ｃ ｌ ａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｏ ｈｒ ｓ ｎ ｔ ｂ ｉ ，ｃ ｎ ｅ ｕ ｎ ｌ ，ｉ ｐ ｏ ｅ ｍｅ ｓ ｒｎ ｒ ｃｓｏ ｒ ａ ｌ ． ｃ ｏ ｓ ｑ ｅ ｔｙ ｍ ｒ ｖ ａ ｕ ｉ ｇ ｐ ｅ ｉ ｉｎ ｇ ｅ ｔ ｙ
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中图分 类号 ： ５ ７ ＴＰ ７ ． ３ ＴＢ １ ２ ４ ５
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｅ ｉ ｉ ｎ ｏ ｌｒ ｓ ｎｉ ａ ｇ ｎ ｄ ｎ ｐｒ ｃ ｓｏ ｆ ｕ ｔ ａ ｏ ｃ ｒ ｎ ｉ ｇ
Ｔｅ ｇ Ｙａ ｆ ｉ Ｃｈｅ ｎ ｎ ｅ ｎ Ｓｈａ ｇｓ ｇ ｎ ｏｎ
Ｆ
摘 要 ：介 绍 了一 种基 于回 波 包络 分析 的 高精度 超 声 波测 距 方 法 。该 方 法研 究 了幅度 起 伏 和 时 间
国
漂移 条件 下回 波 包络模 型 ， 对模 型进行 了简化 处 理 ， 并 可以 更准确 地计 算超 声 波渡 越 时间 。另 外 ， 实
时测 量环境 温度 对超 声 波传播 速度 加 以修 正 ， 而 大 大提 高 了测 量精 度 。 从 外 关 键 词 ： 声 渡 测距 回 波 包络 峰 值检 测 超
量
技 Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ｎ ｕ ｔ ａ ｏ ｉ ａ ｇ ｎ ｅ ｈ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｎ ｌ ｚ ｎ ｈ ｎ ｅ ｏ ｅ ｏ ｓ ｉ ａ ｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ａ ｌｒ ｓ ｎ ｃ ｒ ｎ ｉ ｇ ｍ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ａ ａ ｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｅ ｖ ｌ ｐ ｆ
超声波测距实验报告
超声波测距实验报告电子综合实验课程报告课题名称:超声测距仪专业:生物医学工程班级:,,级生物医学,,班姓名:敖一鹭刘晓莎尹曼邹燕一引言随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。
但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，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。
声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面得到广泛的应用。
和其他方法相比，如激光测距、微波测距等，由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低，且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各种场合均得到广泛应用。
然而超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度。
一是超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大的误差;二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。
其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用，如何解决这些问题，提高超声波测距的精度，具有较大的现实意义。
为了今后能够为社会做出更多有益的发明发现，超声测距课程设计应运而生。
二课题要求以单片机AT89C51为中心控制单元，配以超声波发射、接收装置，实现超声波发射及接收其遇到障碍物发生反射形成的回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，设计出一套基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统，利用单片机进行操作控制，用数码管作输出显示，设计发射、接收、检测、显示硬件电路和测距系统软件。
三基本要求1 能实现测距操作;2 能清晰稳定地显示测量结果, 具有测量完成提示;3 能正确实现单次测量;4 测量范围在0.5——2m;5 测量精确度2cm。
高精度超声波测距方法的研究
高精度超声波测距方法的研究赵浪涛;赵永花;柴清【摘要】在超声波测距中,通常因温度和时间检测的误差,使得测距的精度不高.为提高超声波测距的精度,对传统超声测距在结构上进行了改进,实现温度补偿校正.同时,根据超声波回波信号的特征,利用Morlet复小波信号处理方法,实现回波包络峰值检测方法,准确测定传输时间,达到精确测定距离的目的,可以显著提高超声测距的精度,增强超声检测应用的可靠性.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2015(037)003【总页数】3页(P112-114)【关键词】超声波测距;温度补偿;Morlet小波;信号处理;峰值检测【作者】赵浪涛;赵永花;柴清【作者单位】兰州工业学院,甘肃兰州730050;兰州工业学院,甘肃兰州730050;兰州工业学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TB472;TP274+.530 引言超声测距是一种非接触式的测量方法，与红外线、激光等测距方法比较，具有灵敏度高，抗声波和电磁干扰能力强，在实现上简单、成本低、可靠性高、便于安装维护等优点，因此在液位测量、机器人定位和避障、短距离无障碍长度测量、计算机视觉辅助识别等方面具有广泛的应用前景。
但常规的超声波测距普遍测量精度较低，为实现测量精度的要求，对常规测距方法进行结构改造、应用先进的Morlet复小波信号处理方式，提高超声波测距的精度，达到工业控制所容许误差范围。
1 常规超声波测距的原理及系统组成常规超声波测距的原理［1］是利用超声波发射器连续地发射出40 kHz声波信号，一旦遇到障碍物，超声波就会被反射回来，然后利用超声波接收器接收接受回波信号，利用微处理器测量出从发射超声波到接收到超声波的时间差t，根据声波在空气中的传播速度c，通过微处理器就可以计算机出从发射点障碍物的距离为d=ct。
其测量系统组成如图1所示。
图1 超声波测距系统组成2 超声波测距温度补偿校正常规超声波测距中，受到空气中环境温、湿度以及大气压的影响，声波的传输速度跟着变化，特别是环境温度的变化引起声波传输速度的影响，为了提高测量的精度，使测量具有实际工程应用前景，加装温度补偿校正装置很有必要。
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表 ２ 双比较整形实验数据及其测量误差 Ｔａｂ．２ Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ａｎｄ ｉｔｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｄｕａｌ
表 １ 单比较整形实验数据及其测量误差 Ｔａｂ．１ Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ａｎｄ ｉｔｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ
ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ
实测距离 超声距离 绝对误差 实测距离 超声距离 绝对误差
／ｍｍ
／ｍｍ
／ｍｍ
／ｍｍ
／ｍｍ
／ｍｍ
１００
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－ ９１０（２ ２００６）０３－ ００３５－ ０４
超声波测距是一种非接触式检测方式， 在使用中
不受光照度、电磁场、被测物色彩等因素的影响 ， 加之
信息处理简单， 速度快， 成本低， 在机器人避障和定
位、车 辆自动导航 、液 位 测 量 等 方 面 已 经 有 了 广 泛 的
３ 实验研究
为了验证该方法的可行性， 专门设计了一种单比 较器整形的超声波测量系统， 同样进行了温度补偿， 两 个系统只有整形电路不同， 在同样的环境下测量， 粗糙 硬质水泥地面为探测物， 在单程距离为 １．５ ｍ 的范围 内对探测系统进行了一系列实验． 通过比较两种超声 波测量系统的测量精度， 对文提出的双比较整形测量 方法的测量精度和可靠性进行了验证， 测量数据如表 １， 表 ２ 所示．
６
６００
５９４
－６
１ ４００
１ ４１１
１１
７００
７１０１０ຫໍສະໝຸດ １ ５００１ ４９１
－９
８００
７８８
－ １２
４ 结论
在充分分析超声波测距引起误差的原因的基础 上， 提出了通过双比较器整形结合软件确定回波前沿 的测量方法， 并设计了相应的测量电路， 通过对比实 验研究， 得出如下结论：
（ １） 通 过 温 度 测 量 ， 可 以 消 除 环 境 温 度 对 超 声 波 测量精度的影响；
３５
ｘ 为超声波传播距离； ω为角频率； ｋ 为波数．从上述分 析可知， 超声传感器接收到信号幅值随距离增大而减 小， 远目标回波信号幅度小、信噪比低， 可能导致越过 门槛的时刻前后移动， 从而影响计时的准确性， 这会 影响测量的准确度和可重复性． 为了提高超声波测距 的精度， 需要准确地检测到第一个回波脉冲前沿的到 达时间 ， 有些研究 提 出 可 以 通 过 Ａ／Ｄ 采 样 和 数 字 处 理， 如小波分析等方法确定回波前沿， 这些方法可以 提高测量精度， 但电路复杂， 需要处理的数据量大， 用 单片机难以实现． 为此， 本文提出了双比较器整形确 定回波前沿的方法． 其工作原理如下图 １ 所示．
放 大 电 路 由 两 片 精 密 运 算 放 大 器 ＯＰ３７ 和 Ｒ、Ｃ 网络构成．ＯＰ３７ 是高速宽带运算放大器， 其转换速率 为 １７ μｓ， 增益带宽乘 积 为 ６３ ＭＨｚ， 可 单 电 源 供 电．电 源电压为 １２ Ｖ．
回波信号经过二级放大后， 电压幅值得到大大提 高． 为了消除噪音信号的影响， 放大后的信号需要进
Ｃ＝３３１．４×!１＋Ｔ／２７３ ．
（ ２）
式中 Ｔ 为环境摄氏温度．
１．２ 回波前沿检测误差对测量精度的影响
超声波从超声传感器发出， 在空气中传播， 遇到 被测物反射后， 再传回超声传感器．整个过程， 由于吸 收衰减和扩散损失， 声强随目标距离增大而衰减； 同 时衰减系数还与超声波的频率有关， ａ＝ｂ·ｆ２ 波波动方 程可描述为
图 ２ 系统结构框图 Ｆｉｇ．２ Ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
２．１ 超声波的发射 本 系 统 由 单 片 机 软 件 产 生 ４０ ｋＨｚ 脉 冲 通 过
８９Ｃ５２ 的 Ｐ１．０ 口输出， 单片机输出的 ＴＴＬ 脉冲通过单 管变压器耦合功率放大电路实现功率放大， 超声波发 射传感器直接接在变压器的输出端， 加在超声传感器 两端的电压信号是幅值大约 １００ Ｖ， 频率为 ４０ ｋＨｚ 的 正弦波， ＴＣＦ４０－ １６ 超声传感器在这个电压的作用下， 产生 ４０ ｋＨｚ 的超声波． ２．２ 接收电路
的传播时间， ｔ１ 为比较器 １ 翻转所对应的时间； ｔ２ 为比
较器 ２ 翻转时对应的时间． 将两比较器翻转点 ｃ、ｂ 连
接并延长与横轴交于 ａ 点， 很容易求出 ａ 点所对应的
时间 ｔ０＇． ｔ１、ｔ２ 为单片机直接测量得到的时间， 通过几何 分析可以求出 ｂ 点或 ｃ 点到 ａ 点的时间差， 设 ａｂ 段的
赵海鸣１，卜英勇１，王纪婵１，周知进２
（ １． 中南大学 机电工程学院， 湖南 长沙 ４１００８３； ２． 湖南科技大学 机电工程学院， 湖南 湘潭 ４１１２０１）
摘 要：介绍了超声波在空气中的传播原理，分析了超声波测距产生测量误差的主要原因，即环境温度变化引起速度的变化，
回波前沿的确定偏差引起测量时间的误差是引起测距误差的主要原因．提出通过温度测量修正传播速度，应用双比较器整形结合
软件查找回波前沿以提高空气中测量精度的方法． 在此基础上，设计了相应的超声波测距系统并与单比较器测量系统进行了对比
实验，研究表明，双比较器整形方法能够有效的提高测量精度，而且相对其他高精度超声波测距方法，该方法电路简单． 图 ４，表 ２，
参 ８．
关键词：超声波；测距精度；回波前沿；单片机
中图分类号：ＴＭ９３０
ｃｏｍｐａｒａｔｏｒｓ ｓｙｓｔｅｍ
实测距离 超声距离 绝对误差 实测距离 超声距离 绝对误差
／ｍｍ
／ｍｍ
／ｍｍ
／ｍｍ
／ｍｍ
／ｍｍ
１００
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４
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－８
３００
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４
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４
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４０３
３
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－ １０
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５０５
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时间为 ｔａｂ， ａｃ 段的时间为 ｔａｃ， 有下式成立：
Ｖ１ ＝ ｔａｂ ＝ ｔ１－ ｔ０＇ ．
（ ４）
Ｖ２ ｔａｃ ｔ２－ ｔ０＇
由上式可得， ａ 点所对应的时间 ｔ０＇可表示为
ｔ０＇＝
Ｖ２·ｔ１－ （ Ｖ２－
Ｖ１·ｔ２ Ｖ１）
．
（ ５）
式 中 Ｖ１， Ｖ２ 为 电 路 调 试 时 确 定 的 比 较 器 参 考
电 压 为 已 知 量 ， ｔ１， ｔ２ 为 测 量 值 ， 从 图 中 可 以 看 出 以 ａ 点 所 对 应 的 时 间 ｔ０＇ 代 表 回 波 前 沿 时 间 ｔ０ 计 算 测 量 距 离 要 比 直 接 用 ｔ１， ｔ２ 直 接 计 算 距 离 精 度 要 明 显
提高， 本系统经实验确定两个比较器的参考电压
从实验结果可见， 在单程 １．５ ｍ 测量范围内， 单比 较器整形测量随测量距离增大， 绝对测量误差明显增 大， 且误差都是正误差， 使测量结果增大， 这是由于随 着超声波传播距离增大， 其强度衰减越大， 检测到的回 波前沿后移． 用双比较器整形测量误差可能出现正负 两种， 测量误差基本上不随测量距离的增大而增大， 最 大误差明显减少， 测量精度明显提高， 测量精度可以达 到厘米级， 这可大大扩大该方法的应用范围．
测量超声波整个运行时间 ｔ， 可得到发射点与反射点
的距离 ｓ 为
ｓ ＝ ｃ·ｔ ／ ２ ．
（ １）
对一般流质媒质而言， 声波是一种纵波， 传播速
度为： ｃ＝!Ｅ ／ ρ， 式中 Ｅ 为媒质的弹性模量， ｋｇ／ｍｍ２； ρ 为媒质密度， ｋｇ／ｍｍ３， ｃ 是复数， 其实数部分代表传播 速度， 虚数部分与衰减常数有关， ｍ／ｓ． 声波的传播与媒 质的弹性模量、密度、内耗等因素有关．
图 ４ 双比较器整形电路 Ｆｉｇ．４ Ｒ ｅｇｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｉｔｈ ｄｕａｌ ｃｏｍｐａｒａｔｏｒｓ
２．３ 温度补偿
由于声速与温度有关， 为了提高测量精度， 设置了 温度检测电路． 本文采用数字温度计 ＤＳ１８Ｂ２０ 来采集 温 度 信 号 ， ＤＳ１８Ｂ２０ 是 美 国 ＤＡＬＡＳ 公 司 推 出 的 单 线 串行数字温度计， 可直接与单片机连接， 测量范围从 － ５５ ℃－ １２５ ℃， － １０ ℃－ ８５ ℃时测量精度为 ０．５ ℃， 根 据实际测量的温度值利用式（ ２） 计算超声波速度， 对最 终测量结果进行校正．
第 ２１ 卷第 ３ 期 ２００６ 年 ９ 月
湖南科技大学学报 （ 自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈ ｕｎａｎ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓ ｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ（ｙ Ｎ ａｔｕｒａｌ Ｓ ｃｉｅｎｃｅ Ｅ ｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．３ Ｓｅｐｔ． ２００６
一种高精度超声波测距方法的研究
１ 超声波测距误差分析
１．１ 环境温度对测量精度的影响
从上述分析可知， 利用超声测距要考虑媒质的弹 性模量和密 度对声速 的影响． 在 气 体 中 ， 压 强 、温 度 、 湿度等因素会引起密度的变化， 气体中声速主要受密 度影响．超声波在固体中传播速度最快， 气体中传播速 度最慢．气体中声速受温度影响最大， 超声波在空气中 传播速度为