超声波定位讲解
基于超声波的跟踪定位系统研究
基于超声波的跟踪定位系统研究在现代社会中，人们需要对移动物体进行实时追踪和定位，以便于进行相关监测和控制操作。
为了实现这个目标，基于超声波的跟踪定位系统成为了一个被广泛研究的领域。
这篇文章主要探讨了基于超声波的跟踪定位系统的研究，包括定位原理、系统设计、算法实现和应用领域等方面。
一、定位原理基于超声波的跟踪定位系统是一种利用声波在空气中的变化进行测距、定位和追踪的技术。
声波是一种机械波，它能够在空气中传播，并在遇到不同密度的物体时发生反射、折射和散射等现象。
这为声波跟踪定位提供了基础条件。
在这种系统中，如何采集声波信号并从中获取有用的信息是至关重要的。
定位原理的核心是测量声波传播的时间差。
在系统中，一组发射器和接收器被放置在目标区域内。
这些发射器将超声波信号发送到目标物体，接收器接收到物体反射回来的声波。
通过测量发射和接收的时间差，可以确定目标物体与接收器之间的距离。
当有多组发射器和接收器组成网络时，可以利用三角定位法计算目标物体的位置。
二、系统设计基于超声波的跟踪定位系统由以下几个部分组成：1. 发射器：负责发射超声波，通常使用压电材料来产生机械振动引起声波发射。
2. 接收器：负责接收目标物体反射回来的声波，并将其转化为电信号。
通常采用压电材料来产生电信号。
3. 时间测量器：负责测量发射器和接收器之间的时间差来确定目标物体与接收器之间的距离。
4. 数据处理器：负责实现测距数据的处理，包括三角定位法的计算。
5. 软件界面：提供用户接口和数据输出，通常使用图形化界面。
三、算法实现基于超声波的跟踪定位系统通常采用三角定位法来计算目标物体的位置。
三角定位法是利用目标物体与多个发射器/接收器之间的距离来计算目标物体在平面或空间中的位置的一种方法。
当目标物体与三个以上的发射器/接收器配对时，可以通过计算交点来确定目标物体的位置。
交点是所有发射器/接收器之间连线的交点，它是目标物体在平面/空间中的位置。
四、应用领域基于超声波的跟踪定位系统具有广泛的应用场景，包括物流、工业生产、医疗、安全等领域。
超声波定位讲解
1、超声波特点阐述
超声波室内定位系统的应用现状
随着社会各行各业的快速发展，人们对定位与导航的需求日 益增大，尤其在复杂的室内环境，常常需要确定各种设施与物品 在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环 境等条件的限制，比较完善的室内定位技术目前还无法很好地利 用。因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如GPS技 术、红外线技术、蓝牙技术、射频识别技术、Wi-Fi技术、超声波 技术等等。 GPS是目前应用最为广泛的定位技术，缺点是定位信号到达地面 时较弱，不能穿透建筑物，而且定位器终端的成本较高。红外线定位 技术只能在直线视距内传播、传输距离较短，而且容易被荧光灯或者 房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。蓝牙器件和设备的价格 比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪 声信号干扰大。
超声波定位系统ห้องสมุดไป่ตู้计
二、单向测距法：单向测距法中由应答器和主测距器组成,主测距器放置在被测物体 上,在微机指 令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号,应答器在收到 无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号,得到主测距器与各个应答器之间的距离。
单向测距发可以实现两点测距，当同时有三个或三个以上不在同一直线上的应答器 作出回应时,就可以计算出被测物体所在的位置。在相同的测量距离下,反射式测距法中空 气对超声波吸收较单向测距法中大,因此反射式测距范围较单向式测距范围小。 若以测得距离，根据算法便可得到待测物体的位置，实现定位。
常见的七种无线定位技术总结
常见的七种无线定位技术总结
常见的无线定位技术有以下七种：
红外线定位、超声波定位、蓝牙定位、射频识别定位、超宽带定位、无线高保真定位和Zigbee（传感器）定位。
红外线定位
基本原理：主要通过在已知节点处的红外线发射设备发射红外线，然后在待测节点布置好的光学传感器接收这些红外信号，经过对红外信号的处理，计算出距离，从而达到定位效果。
优缺点：一是红外线传播距离较短，二是红外线没有越过障碍物的能力，这就要求定位环境没有障碍物，或说定位只能在可视距条件下。
超声波定位。
视觉定位导航超声波定位导航
2. 超声波定位导航
超声波定位导航的工作原理是由超声波传感器发射探头发射出 超声波,超声波在介质中遇到障碍物而返回接收装置。通过接收自身 发射的超声波反射信号，根据超声波发出及回波接收时间差及传播速
优点： 是目前最稳定、最可靠、最高性能的定位导航方法； 连续使用寿命长，后期改造成本低。 缺点： 工业领域的激光雷达成本比较昂贵。 在激光测距中，激光雷达凭借良好的指向性和高度聚焦性，使得 激光雷达+SLAM 技术相结合的激光 SLAM 成为主流定位导航方式。 SLAMTEC—思岚科技的自主定位导航技术采用的就是激光+SLAM 技术。 RPLIDAR A2 采用三角测距原理，配合自主研发的 SLAMWARE 核心算法，让机器人实现自主定位导航与路径规划。主要应用于服务 机器人导航与定位、需要长时间连续工作的服务机器人、工业领域、 环境扫描与 3D 重建等领域。
RPLIDAR T1 采用的是时间飞行法（TOF）中的脉冲测距法，以 满足高速度和远距离的测距要求。主要应用在工业 AGV、服务机器 人或轻量级无人驾驶产品中。
7. SLAM 简介
SLAM（及时定位与地图构建）技术是机器人在自身位置不确定 的条件下，在完全未知环境中创建地图，同时利用地图进行自主定位 和导航。并且，在实时定位中由于通过机器人运动估计得到的位置信 息通常具有较大的误差，一般需要使用测距单元探测的周围环境信息 来更正位置。
度，计算出传播距离 S，就能得到障碍物到机器人的距离，即有公式： S=Tv/2
T—超声波发射和接收的时间差； v—超声波在介质中传播的波速。
优点： 成本低廉； 可以识别红传感器识别不了的物体，比如玻璃、镜子、黑
超声波检测技术对电子元器件的快速定位方法详解
超声波检测技术对电子元器件的快速定位方法详解超声波检测技术是一种非接触式的无损检测方法，广泛应用于电子元器件的快速定位。
本文将详细解析超声波检测技术在电子元器件中的应用和定位方法。
超声波检测技术通过将电子元器件暴露在超声波的传感器范围内，并接收返回的超声波信号来进行定位。
它能够快速检测出电子元器件内部的缺陷和故障，并定位到具体的位置。
这种技术具有高效、准确、非侵入性的特点，成为现代电子制造业中不可或缺的定位方法。
首先，超声波检测技术在电子元器件中的应用范围广泛。
它适用于各种材料，包括金属和非金属材料，如电路板、芯片、电容器、电阻器等。
这种技术能够快速探测元器件中的裂缝、松动、焊接问题等，并提供定量的缺陷评估。
其次，超声波检测技术具有高精度和准确性。
通过调整超声波探头的频率和角度，可以获取高分辨率的图像和信号。
利用超声波的传播特性，可以对电子元器件进行三维成像，准确地定位到故障点。
这种技术能够检测微小的缺陷，即使是隐蔽的故障也能够快速识别出来。
另外，超声波检测技术具有实时性和高效率。
它可以实时地监测电子元器件的工作状态，并能够快速定位到故障点。
相比其他非破坏性检测方法，超声波检测技术不需要对电子元器件进行拆卸或停机维修，极大地提高了工作效率和生产效益。
在电子元器件的快速定位过程中，超声波检测技术需要注意以下几个方面。
首先是探头的选择和角度的调整。
不同的电子元器件形状和结构，需要选择不同类型和频率的超声波探头，并调整合适的角度来获取最佳的图像和信号。
其次是信号处理和分析。
通过对接收到的超声波信号进行处理和分析，可以识别出故障类型和位置，从而进行准确的定位。
最后是对检测结果的解释和评估。
根据超声波检测技术提供的图像和信号，结合相关标准和经验，对故障进行解释和评估，确定应采取的修复措施。
总之，超声波检测技术在电子元器件的快速定位中发挥着重要的作用。
它具有广泛的应用范围、高精度和准确性、实时性和高效率等特点。
超声波定位系统
超声波定位系统设计设计的总体架构图如下：ABCD组成15m*15m的正方形，而且ABCD处在同一高度，目标点在正方向之内。
1.超声波定位系统的原理及结构定位节点由微处理器模块、无线通信模块、超声波模块、电源模块部分组成。
超声波发射机由单片机控制程序，CC2420向外广播搜寻待需要定位的节点。
射频信号的速率接近3×108m/s,远远高于超声波340m/s的速率,可以忽略射频信号的传输时间,同时发送射频信号和超声波信号。
需要定位的节点会先收到射频信号开启超声波接收模块并启动定时器,而后收到超声波停止定时器。
发射机通过测量超声波与射频信号的时间差,来计算发射点与需要定位节点的距离。
发射头选用TCT40-16T 接受头选用TCT40-16R 二者的频率都在40+1.0KHz，方向角为60度，温度在-20---70℃。
CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。
是适用于ZigBee产品的RF器件。
利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps可以实现多点对多点的快速组网。
2 硬件设计1）Atmega128L的微处理控制器2）天线通信模块采用的是CC2420，CC2420集成ZigBee技术的有点。
3）超声波模块：发射模块分为三部分调制信号的产生,调制信号的放大,超声波信号的发送。
脉冲信号由Atmega128产生,脉宽为200us,即一个调制脉冲内包含8个40可KHz方波。
3 软件设计定位算法在传感器网络中，定位算法有好多种，在这里我用的是三维位置测量法。
具体是发射节点的坐标用三个值进行表示，假设为（x，y，z）.A点的坐标为（0，0，h），b点的坐标为（0，m,h）,c点坐标为（n,0,h）,D点的坐标为（n,m,h）.计算出（X，Y，Z）。
本设计是基于超声波测距技术的三维定位系统,精度可以达到厘米级。
CC2420和Atmega128都是功能强大且功耗很低的芯片,它们在待机和工作的不同模式提高了整个系统的工作效率,降低系统的功耗。
实验16DH6001超声定位综合实验仪
实验16 超声定位和形貌成像实验一、概述1、超声定位的基本原理超声定位的基本原理是由超声波发生器向目标物体发射脉冲波，然后接收回波信号；当超声波发生器正对着目标物体时，接收到的回波信号强度将最大，这时得到发射波与接收波之间的时间差Δt ，再根据脉冲波在介质中的传播速度v 而得到目标物体离脉冲波发射点的距离。
这样就可以得出目标物体离脉冲波发射点的方位和距离，即下图1中的θ和S ，S=v ×Δt 。
图1、超声定位的基本原理2、水中声速的测量用脉冲回波法测量水中声速的原理：改变目标物体离脉冲声源的距离得到不同的接收回波时间差，用时差法来测量水中声速。
假设目标物体到声源的垂直距离为S1时，脉冲发射波到接收波的时间为t1；改变目标物体到声源的垂直距离为S2，此时脉冲发射波到接收波的时间为t2；这样，水中的声源传播速度为：tS t t S S v ∆∆=--=2|12||12|2m/s ，具体见图2（说明：S 为声源离目标物体的垂直距离，t 为声源发射到接收到回波信号之间的时间）图2、时差法测量水中声速3、超声成像的基本原理超声成像(ultrasonic imaging)是使用超声波的声成像。
它包括脉冲回波型声成像(pulse echo acoustical imaging)和透射型声成像(transmission acoustical imaging)。
前者是发射脉冲声波，接收其回波而获得物体图像的一种声成像方法；后者是利用透射声波获得物体图像的声成像方法。
目前，在临床应用的超声诊断仪都是采用脉冲回波型声成像。
而透射型声成像的一些成像方法仍处于研究之中，如某些类型的超声CT成像(computed tomography by ultrasound)。
目前研究较多的有声速CT成像(computed tomography of acoustic Velocity)和声衰减CI成像(computed tomography of acoustic attenuation)。
焊缝超声波探伤(第三节 焊缝超声波探伤定位)
第四章 焊缝超声波探伤第三节 焊缝超声波探伤定位超声波探伤定位的方法是利用已知尺寸的试块(或工件)作为反射体来调节探伤仪的时间轴，然后根据反射波出现在时间轴上的位置，确定缺陷的位置。
一、斜探头定位与直探头定位的区别纵波探伤时定位比较简单，如探测100mm 厚的工件，可把底面回波调在10格，则每格代表工件中的声程(或垂直距离)为100/10=10(mm)。
(因耦合层极薄，可忽略不计)。
探伤时，若在6格出现缺陷波，则缺陷离工件表面的距离为6×10=60mm 。
横波探伤时的定位比较复杂(见图5–7所示)，与纵波探伤相比有三点区别：① 超声波射到底面时无底面回波(故时间轴需在试块上预先调节)；② 有机玻璃斜楔内一段声程OO '(称斜探头本体声程)在中薄板焊缝探伤定位时不能忽略，必须加以考虑。
③ 超声波的传播路线为O 'OAB(或O 'OB)折线，定位时，必须得用三角公式进行计算。
二、斜探头探伤定位基本原理焊缝探伤前，一般先进行斜探头入射点和折射角的测定，以及时间轴的调节。
故入射点O 和折射角β是已知的，示波屏上扫描线每格所代表的距离(可以是水平距离、垂直距离或声程)也是可知的。
这样，在直角三角形中，知道一只角、一条边、则其他两条边也可求出，故缺陷位置(缺陷离探头入射点的水平距离和深度)便可确定。
根据时间扫描线调节方法的不同，可分三种定位法： 1. 水平定位法即时间扫描线与水平距离成相应的比例关系。
2. 垂直定位法即时间扫描线与深度距离成相应的比例关系。
3. 声程定位法即时间扫描线与声程距离成相应的比例关系。
一般板厚≤24mm 时，用水平定位法、板厚≥32mm 时用垂直定位法。
时间轴的调节，其最大测定范围应在1S ～1.5S 之间(1S 为一个跨距的声程距离)。
三、焊缝超声波探伤定位的常用方法多年来，不少厂矿企业中的检测人员根据自己产品的特点，经过不断摸索、反复实践，已总结出了好多简便、有效的定位方法，下面仅介绍几种常用的定位方法。
超声波定位 原理
超声波定位原理
超声波定位是一种利用超声波来确定物体位置的技术。
它基于声波在空气或其他介质中传播的速度固定的原理。
超声波定位系统通常由发射器和接收器组成。
发射器发射超声波脉冲，脉冲辐射到周围的环境中并与障碍物相互作用。
随后，接收器接收到反射回来的超声波信号。
接收器接收到信号后，可以根据超声波的传播时间来计算物体与定位系统之间的距离。
根据超声波在空气中传播的速度和来回时间，可以简单地使用速度乘以时间的一半来计算距离。
另外，在多个接收器同时接收到反射回来的信号后，可以通过测量信号的到达时间差来确定物体的方向。
这是利用超声波在传播过程中的速度不变性来实现的。
超声波定位系统在许多领域都有广泛应用。
例如，在无人驾驶汽车中，超声波定位可用于检测周围的障碍物。
在医学成像中，超声波定位可用于确定人体内部器官的位置。
此外，还可以应用于测距仪、声纳系统等各种应用中。
总的来说，超声波定位利用超声波的传播时间和速度来确定物体的位置。
它具有精度高、反应时间快等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
超声波定位讲解
定位算法二
超声波空间定位方案二：
模仿 蝙蝠 的定 位 原 理 ，使 用 1 个 超 声 波 发射器 ，2 个超声波接收器， 由物体反射波到达 2 个接 收器所 用 的 时 间进 行 定 位 ，该 方 法 可 以对 普 通 物体 进行定 位 。 但容 易受 到干扰 ，当探测 范 围内 有多个 物体 时 ，定 位结果 将不 准确 ．
可以对算法进行进一步优化，以便消除 系统固有误差。例如：在消除温度对测量结 果的影响方面，本系统中采用把温度量化， 经过查表的方式得到相应的声速。我们可以 对声速表达式进行进一步细化，得到一个合 理的且之和温度相关的表达式，来准确的得 到声速，以便提高系统测量精度。
超声波定位的应用
超声波空间定位应用：
超声波传感器 超声波传感器的基本原理： 当压电片受力时，在晶体的一个表面上会聚集正电荷，
而在另一个表面上聚集负电荷，这两个极板上的电荷量大小相 当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变 等方向相反，所以可以把压电片当作一个电荷发生器。由于在 化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会 晶体的上下表面聚集电荷，中间为绝缘介质，可看成是一个电 产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或 容器其电容量为 C = εS/d 一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器（双压电晶片 S——压电元件聚集电荷的表面面积； 元件）施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声 d——压电元件的厚度； 波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会 ε——压电元件的介电常数。 产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用 再通过 U=q/c 便可以计算出电压变化。 作超声波传感器。
超声波传感器的种类：
超声传感器按其工作原理可以分为压电式、 电动式、电容式、磁致伸缩式和气流式等。
超声波定位系统的原理与应用
超声波定位系统的原理与应用Pr i nc iple and Appl ica tion of Superson ic L oca tion Syste m●王富东W ang Fudong1 基本原理已经获得广泛应用的无线电定位系统的基本原理是通过接收几个固定位置的发射点的无线电波,从而得到主体到这几个发射点的距离,经计算后即可得到主体的位置。
超声波定位的原理与此相仿,只不过由于超声波在空气中的衰减较大,它只适用于较小的范围。
超声波在空气中的传播距离一般只有几十米。
短距离的超声波测距系统已经在实际中有所应用,测距精度为厘米级。
超声波定位系统可用于无人车间等场所中的移动物体定位。
其具体实现可有两种方案。
方案1:在三面有墙壁的场所,利用装在主体上的反射式测距系统可以测得主体到三面墙壁的距离。
如果以三面墙壁的交点为原点建立直角坐标系,则可直接得到主体的三个直角坐标如图1所示。
图1 利用三面垂直的墙壁进行定位 这种方案在实际应用中要受到某些限制。
首先,超声波传感器必须与墙面基本保持垂直。
其次墙壁表面必须平整,不能有凸出和凹进。
传感器与墙壁之间也不能有其它物体。
这在很大程度上影响了其实际使用的效果。
方案2:在空间的某些固定位置上设立超声波发射装置,主体上设立接收器(反之亦可)。
分别测量主体到各发射点的距离,经过计算后便可得到主体的位置。
由于超声波的传播具有一定的发散性及绕射作用,这种方法所受到的空间条件限制较少。
即使在主体与发射点之间有障碍物,只要不完全阻断超声波的传播系统仍然可以工作。
故本文重点介绍这种方法。
发射点的位置通常按直角方位配置。
以三维空间为例,可在坐标原点及(X,0,0),(0,Y,0)三个位置布置发射点如图2所示。
图2 距离与坐标换算主体坐标(x,y,z)到三个发射点的距离分别为L1,L2,L3,由距离计算坐标的原理如下: 由图2可得如下三角关系: X2+Y2+Z2=L12(1) (X-x)2+Y2+Z2=L22(2) X2+(Y-y)2+Z2=L32(3) 求解上列方程可得: x=(L22-L12+X2)2Y(4)王富东,现在苏州大学工学院工作。
超声定位原理
超声定位原理
超声定位原理是利用超声波的特性实现物体位置的准确定位。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，其频率通常在20kHz到1GHz之间。
超声波在空气中的传播速度与机械波有所区别，超声波在空气中的传播速度约为343米/秒。
当超声波遇到物体时，会发生声波的反射、折射和散射等现象。
利用这些现象，可以通过测量超声波的传播时间和接收到的回波来确定物体的位置。
超声定位系统一般由发射器、接收器和信号处理模块组成。
发射器通过产生高频的电信号，将其转换为超声波信号并发射出去。
当超声波遇到物体时，一部分能量将被物体吸收或散射，而另一部分将被物体反射回来，并被接收器接收。
接收器接收到的回波信号经过放大、滤波等处理后，送入信号处理模块进行分析。
通过测量超声波的传播时间和回波信号的强度，可以计算得出物体与超声源之间的距离。
在确定物体的位置时，通常需要多个超声波发射器和接收器，以形成多个发射-接收组。
通过测量不同组之间的距离差异，可以利用三角定位原理计算出物体的坐标。
总之，超声定位原理是通过测量超声波的传播时间和回波信号的强度来确定物体的位置，以实现准确的定位。
这种定位方法被广泛应用于医疗、测量、导航等领域。
超声波定位
1由于电磁波的波速(3 10A 8m/s )远大于超声波的波速(340m/s , 室温下)，所以室内在发射超声波信号同时发射射频信号，电路在收 到射频发射信号后开启超声波接收电路，以达到时间上的同步。
即：ssS 丄-=tV 超声波V 电磁波 V 超声波2在空间确立3个超声波接收传感器并且同时装射频信号接收器，建 立三维坐标求解手榴弹或手雷在空间的坐标0(x,y,z )。
接收器坐标为A(x 1, y 1, z 1)， B(x 2, y 2, z 2)， C(x 3, y 3, z 3)。
通过超声波测距得到3个接收点到手榴弹或手雷的距离值 L 1， L 2， L 3，设手榴弹或手雷的坐标是 (x,y,z )，通过求解三元二次方程组求解手榴弹或手雷的空间坐标值。
2 2 2 2(x _X 1) (y _ yj(z _ z"二 L 1(x _ X 2)2 (y 「y 2)2 (z _Z 2)2二 L 22 (x _ X 3)2 (y - y 3)2 (z _Z 3)2二 L 32手榴弹上的超声波射频定位图A (X1Z )O(x,y.z)I I当射频信号被接收时开始计时，3个超声波接收点接收到信号的时间 为 t1，t2，t3。
L 1 = c t 1那么距离可用时间表示为 L "c t 2 c卜3 =曲3；（为声速） 那么可以精确定位物体，得物体坐标Dy 2 一 y 1 z 2— z 1x y z X 2 — X 1 X 2 — x 1 X 2 — x 1E (X 2 —x i ) +D(x i —X 3)+[(z i — Z 3)(X 2 — x i ) +(Z 2 — Z 1)(X 3 —X 1)]z “ GFG (X 2 - 対)DG(X 3 - X 2) DEH (X 2 - x° DH (X 1 - X 3)其中D,E,F,GH 勺值分别为:3利用最小二乘法拟合曲线的步骤为:3.1将已经测得的数据点进行绘图，观察数据点的总体走势；2 2 c t 1 2 2-c t 2X 222-X 1+ 2 y 22 -y 1-Z 222-Z 122, 22 2丄 2222 丄22c t 1 -c t 3X 3 -X 1+y 3 -y 1 -Z 3 -Z 122, 22 2. 2222. 22c t 2 ■ ■ c X 3 -X+y 3 -y 2-Z 3 -zD= E =2G = (y 3-y i )(x 2-x i )-(y 2 - y i )( X 3-x i ) H = ( y 2-y i )(x 3-X 2) (y^y 3)(x^x i )；z =G(z 3 _乙)(龙一x 1) _G(z 2 — z^x s — x 2) _ H (z 1 _z 3)(x 2 —x 1) + H3.2根据走势确定拟合曲线的函数形式。
超声波定位原理
超声波定位原理
超声波测距原理
超声波发⽣器内部有两个压电晶⽚和⼀个共振板，当两极外加脉冲信号的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，从⽽产⽣超声波；同理，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶⽚产⽣振动，将机械能转换为电信号。
测距原理如图1所⽰。
被测距离。
式中：s为超声波传播距离；h为发射探头与接收探头之间的距离。
由于s远⼤于h，因此可近似认为d=s，则d=s=ct／2，t为发射超声波与接收超声波的时间间隔，c为超声波在空⽓中的传播速度。
在空⽓中，常温下超声波的传播速度是334m／s，但其传播速度c易受空⽓中温度的影响，声速与温度关系如表1所⽰，由此可修正超声波传播速度。
超声定位原理
超声定位原理
超声定位原理是一种利用超声波技术实现定位的方法。
它通过向物体发射超声波，利用超声波在不同介质中传播速度不同的特点，计算出被定位物体与超声源的距离和方向，从而实现定位的目的。
超声定位原理的基本思路是：利用超声波在介质中的传播速度和反射、折射等特性，通过对超声波的接收和处理，确定被检测物体的位置和形状。
超声波在介质中传播的速度是受介质密度、弹性系数以及介质的物理状态等因素影响的。
当超声波穿过不同密度或不同物质的介质时，会产生反射、折射等现象，从而形成一个声波的传播路径。
利用超声传感器对这些信号进行接收和处理，就可以计算出被检测物体的距离和方向。
超声定位原理广泛应用于医疗诊断、工业无损检测、海洋勘探、地质勘探等领域。
它具有非接触、无损、高精度、高灵敏度等优点，在现代科技领域中具有重要的应用价值。
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三种回声定位原理的应用
三种回声定位原理的应用1. 简介回声定位是一种通过测量声波或电波在空间中的传播时间来确定物体位置的方法。
它在许多领域中都有广泛的应用，包括声纳、雷达和超声波成像等。
本文将介绍三种常见的回声定位原理，并探讨它们在实际应用中的具体场景。
2. 声纳定位2.1 原理声纳定位是利用声波在介质中的传播速度来确定物体位置的一种方法。
它利用声波在一个介质中传播的速度相对较慢的特点，通过测量声波从发射器到接收器的传播时间差来确定物体的位置。
根据声音在介质中的传播速度，可以计算出物体与发射器、接收器之间的距离。
2.2 应用场景•水下探测：声纳定位常常被用于水下探测，可以帮助潜水员或海洋研究人员测量目标物体的距离和位置。
•手持测距仪：一些便携式测距仪利用声纳定位原理，可以测量目标物体与仪器之间的距离。
3. 雷达定位3.1 原理雷达定位是利用电磁波的反射原理来确定物体位置的一种方法。
它基于电磁波在空间中的传播速度较快的特点，通过测量电磁波从发射器到接收器的传播时间差来确定物体的位置。
根据电磁波在空间中的传播速度，可以计算出物体与发射器、接收器之间的距离。
3.2 应用场景•航空雷达：航空雷达常常被用于飞机、直升机和无人机的导航和防撞系统中，能够精确测量目标物体的位置和速度。
•汽车防撞系统：一些高级汽车防撞系统利用雷达定位原理，可以检测前方障碍物的距离和速度，及时做出避让或制动的动作。
4. 超声波定位4.1 原理超声波定位是利用超声波在空间中的传播速度来确定物体位置的一种方法。
它利用超声波在空气中传播的速度相对较慢的特点，通过测量超声波从发射器到接收器的传播时间差来确定物体的位置。
根据超声波在空气中的传播速度，可以计算出物体与发射器、接收器之间的距离。
4.2 应用场景•超声波测距仪：超声波测距仪常常被用于测量室内距离，可以测量目标物体与仪器之间的距离。
•超声波成像：医学领域广泛应用超声波成像技术，可以获取人体组织或器官的影像，用于诊断和治疗。
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2、超声波定位系统设计
超声波定位系统设计
超声波定位系统主要研究超声波的测距方法，然后根据距离和提 供算法来计算出待测物体的位置，超声波测距有两种实现方法：
一、反射式测距法：反射式测距法就是发射超声波并接收由被测物产生的回波 ,根据 回波与发射波的时间差计算出待测距离。
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=340t/2 。这就是经典的所谓的时间差测距法。
1、超声波特点阐述
超声波室内定位系统的应用现状
随着社会各行各业的快速发展，人们对定位与导航的需求日 益增大，尤其在复杂的室内环境，常常需要确定各种设施与物品 在室内的位置信息。但是受定位时间、定位精度以及复杂室内环 境等条件的限制，比较完善的室内定位技术目前还无法很好地利 用。因此，专家学者提出了许多室内定位技术解决方案，如GPS技 术、红外线技术、蓝牙技术、射频识别技术、Wi-Fi技术、超声波 技术等等。 GPS是目前应用最为广泛的定位技术，缺点是定位信号到达地面 时较弱，不能穿透建筑物，而且定位器终端的成本较高。红外线定位 技术只能在直线视距内传播、传输距离较短，而且容易被荧光灯或者 房间内的灯光干扰，在精确定位上有局限性。蓝牙器件和设备的价格 比较昂贵，而且对于复杂的空间环境，蓝牙系统的稳定性稍差，受噪 声信号干扰大。
超声波及其物理性质
超声波物理特性：
超声波是一种机械波，其可以在气体、液体和固体 中传播，具有以下待性： (1)超声波的频率很高，波长较短，绕射现象小， 传播速度慢，可以像光线那样沿着一定方问传播，传播 的能量较为集中。 (2)超声波的振幅很小，加速度非常大，因而可以 产生较大的能量，而且对液体、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。 (3)对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有 灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中，超声波 的这些特性，使其在遥控、测距以及其它领域得到了广 泛的应用。
超声波传感器 超声波传感器的基本原理： 当压电片受力时，在晶体的一个表面上会聚集正电荷，
而在另一个表面上聚集负电荷，这两个极板上的电荷量大小相 当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变 等方向相反，所以可以把压电片当作一个电荷发生器。由于在 化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会 晶体的上下表面聚集电荷，中间为绝缘介质，可看成是一个电 产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或 容器其电容量为 C = εS/d 一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器（双压电晶片 S——压电元件聚集电荷的表面面积； 元件）施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声 d——压电元件的厚度； 波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会 ε——压电元件的介电常数。 产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用 再通过 U=q/c 便可以计算出电压变化。 作超声波传感器。
超声波定位系统设计
二、单向测距法：单向测距法中由应答器和主测距器组成,主测距器放置在被测物体 上,在微机指 令信号的作用下向位置固定的应答器发射同频率的无线电信号,应答器在收到 无线电信号后同时向主测距器发射超声波信号,得到主测距器与各个应答器之间的距离。
单向测距发可以实现两点测距，当同时有三个或三个以上不在同一直线上的应答器 作出回应时,就可以计算出被测物体所在的位置。在相同的测量距离下,反射式测距法中空 气对超声波吸收较单向测距法中大,因此反射式测距范围较单向式测距范围小。 若以测得距离，根据算法便可得到待测物体的位置，实现定位。
3、定位算法简析
定位算法一
超声波空间定位方案一：
超声波发射器固定在待定位的物体 上，发射器按一定时间向周围发射超声 波脉,在其周围3个固定的位置安装超声 波接收器用以接收发射器发射的超声波 脉冲，利用超声波到达3个接收器的时间， 计算出超声波发射器的具体位置。如果 是移动物体，通过连续测量，就可描绘 出物体移动轨迹。 或者待定 位物体 上 装 的 是超 声 波 接 收 器 ，物 体 周 围装 的是 发射器 ， 通 过 计 算 接 收器 与每 个 发 射 器 之间 距离 进行 定 位。
定位算法一 方案一：距离交会法
设声波在空气中的速度为v,发射器 发射声波到接收器接收声波的时间为t则 亮着距离可求得为 L=vt 假设在A(a,0,0)、B（0,b,0）、C (0,0,0)三个位置安装上超声波接收器， 被测对象在M(x,y,z)处，以上三个点倒带 定位物体的距离为L1 ，L2, L3，则有： L1²=（a-x）²+y²+z² L2²=x²+（b-y）²+z² L3²=x²+y²+z² 联立上式，解得： x= L3²-L1²+a² /2a y= L3²-L2²+b² /2b z= L3²-x²-y²
超声波传感器的种类：
超声传感器按其工作原理可以分为压电式、 电动式、电容式、磁致伸缩式和气流式等。
超声波传感器 超声波传感器及其特性 ：
超声波传感器的主要性能指标包括 工作频率、灵敏度、分辨率、工作温度、 指向性等，其中最重要是工作频率。左 图为中心频率为40KHZ的超声波传感器 的频率特性曲线，它反映超声波传感器 的灵敏度与频率之间的关系。从图中的 频率特性可知，在发射器的中心频率处， 发射器所产生的超声波最强；而在中心 频率两侧，声压能级迅速降低。因此， 在使用中，一定要用接近中心频率的交 流电压来驱动超声波发生器。
定位算法一 方案一：距离交会法
优点：这种方法所受的空间条件限制较少，即使在主体与接 收点之间有障碍物，只要不完全阻断超声波的传播，仍可以工作。
优点
缺点
缺点：由于接收与发射点的位置固定，回波法较难实现两点 测距。需采用发射与接受装置的同步时差法测距法，同时要由高 精度的计时装置，这样制作制作起来相对复杂。