超声波测距原理
超声波测距原理
超声波测距由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
编辑本段原理二、超声波测距原理1、超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。
总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。
电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、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，因而用途也各不相同。
目前较为常用的是压电式超声波发生器。
2、压电式超声波发生器原理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。
超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
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 。
这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
简述超声波测距的原理。
简述超声波测距的原理。
《超声波测距原理》超声波测距是一种常用的测距技术，广泛应用于工业、医疗、科学研究等领域。
它利用超声波的特性，通过测量声波传播时间，来计算目标物体与测距设备之间的距离。
超声波是一种频率高于人耳可听到的声波，它的频率一般在20kHz到200kHz之间。
超声波在空气、液体和固体中的传播速度不同，一般为340米/秒至1500米/秒之间。
这些特点使超声波成为一种适合测距的工具。
超声波测距的原理非常简单。
首先，发送器会发出一个短暂的超声波信号，这个信号会被目标物体反射回来。
接收器会接收到反射的信号，并记录下信号从发送到接收所经过的时间。
通常情况下，超声波测距设备会有一个内置的计时器来测量这段时间。
根据声波传播的速度和时间，可以使用基本的物理公式来计算目标物体与测距设备之间的距离。
公式如下：距离 = （声波传播速度 ×传播时间）/ 2其中，传播速度是超声波在特定介质中的传播速度，传播时间是信号从发送到接收所经过的时间。
由于声波在不同介质中的传播速度不同，测距设备需要根据具体的应用场景来选择适当的传播速度。
超声波测距具有准确性高、测量范围广的优点。
它可以测量离测距设备几个毫米到几十米的距离，而且误差一般在几个毫米左右。
此外，超声波测距设备的结构简单，体积小型，重量轻，易于携带和安装。
超声波测距技术广泛应用于工业领域，用于测量物体的距离、位置和速度。
在自动控制和导航系统中，超声波测距设备可以用于避障和目标定位。
在医疗领域，超声波测距设备被用于医学影像学，如超声心动图和超声造影等。
总之，超声波测距通过测量声波传播时间，利用声波传播的速度，来计算目标物体与测距设备之间的距离。
它具有准确性高、测量范围广的优点，广泛应用于工业、医疗和科学研究等领域，为人们的生活和工作提供了更多便利。
超声波传感器测距原理
超声波传感器测距原理超声波传感器是一种常用的测距装置，它利用超声波在空气中的传播速度来测量距离。
超声波传感器主要由发射器、接收器和控制电路组成。
当发射器发出超声波脉冲时，这些超声波脉冲会在空气中传播，当遇到障碍物时会被反射回来，接收器接收到这些反射波并将其转换为电信号，控制电路再根据接收到的信号来计算出距离。
超声波传感器测距的原理主要是利用超声波在空气中的传播速度来计算出距离。
在空气中，超声波的传播速度大约为340m/s，因此可以通过测量超声波从发射到接收的时间来计算出距离。
当发射器发出超声波脉冲后，经过一段时间后接收器才能接收到反射回来的超声波，根据发射和接收的时间差，可以通过简单的计算得出距离。
超声波传感器测距的原理非常简单，但是在实际应用中需要考虑一些因素。
首先，超声波在空气中的传播速度会受到温度、湿度等环境因素的影响，因此在测距时需要对这些因素进行修正。
其次，超声波在传播过程中会受到障碍物的影响，如果遇到多个障碍物，可能会出现多次反射，这时需要对接收到的信号进行处理，以准确计算出距离。
除了以上因素外，超声波传感器测距还需要考虑到超声波的发射角度和接收角度。
发射器和接收器的位置和角度会影响到超声波的传播路径，因此需要对超声波的传播路径进行精确的控制，以确保测距的准确性。
总的来说，超声波传感器测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度来计算出距离，通过测量超声波的发射和接收时间差来实现测距。
在实际应用中，需要考虑到环境因素、障碍物的影响以及发射接收角度等因素，以确保测距的准确性和稳定性。
超声波传感器在工业自动化、机器人、车辆等领域有着广泛的应用，其测距原理的稳定性和准确性对于实际应用具有重要意义。
超声波传感器测距原理
超声波传感器测距原理超声波测距原理是在超声波发射装置发出超声波，它的根据是接收器接到超声波时的时间差，与雷达测距原理相似。
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，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（秒），就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2）1、特点介绍超声波指向性强，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
2、分类为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。
总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。
电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、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，因而用途也各不相同。
较为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。
超声波发生器内部结构，它有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
超声波测距原理
三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 。
这就是所谓的时间差测距法。
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。
超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
特点：由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。
超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远。
应用：超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量四将两个光栅及其叠加结果绘制成如右图所示的局部放大示意图。
莫尔条纹的间隔（1）检验光栅用已知光栅常数的标准光栅检验被测光栅的光栅常数。
要求标准光栅的光栅常数与被测光栅的光栅常数接近但不等，转动标准光栅和被测光栅之间的角度，使莫尔条纹间距达到最大，此时θ≈0，代入公式(1)，则（2）测量微小位移有得当θ非常小时，可以将式(2)进一步简化为（1（2）（m≈d/θ若被测物体沿光栅条纹排列方向移动光栅常数d的距离，则莫尔条纹变化m，所以莫尔条纹将位移放大了1/θ倍。
(3)测量微小角度将式(2)做微分运算，并改写成有限变量的形式根据式(5)可以动光栅与静光栅之间角度的微小变化量。
工作原理：利用光栅的莫尔条纹现象实现几何量的测量：光栅的相对移动使透射光强度呈周期性变化，光电元件把这种光强信号变为周期性变化的电信号，由电信号的变化即可获得光栅的相对移动量。
(完整)超声波测距原理及简介
超声波测距原理及简介超声波测距是什么由于超声波指向性强，能量消耗缓慢,在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量,如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
超声波测距原理1、超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器.总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。
电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等;机械方式有加尔统笛、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，因而用途也各不相同。
目前较为常用的是压电式超声波发生器。
2、压电式超声波发生器原理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。
超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板.当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
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 .这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离.由此可见,超声波测距原理与雷达原理是一样的。
几种常见的超声波测距原理图
几种常见的超声波测距原理图
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 。
这就是所谓的时间差测距法。
超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。
由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。
测距的公式表示为：L=C&TImes;T
式中L为测量的距离长度;C为超声波在空气中的传播速度;T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。
超声波测距模块原理
超声波测距模块原理
超声波测距模块是一种常用的测距设备，其原理是利用超声波在空气中传播的特性来实现距离测量。
超声波是一种高频机械波，其频率通常在20kHz～100kHz之间。
超声波在空气中传播时，会遇到物体阻挡，产生反射，反射回来的超声波经过接收器接收，从而实现测距。
超声波测距模块通常由发射器和接收器两部分组成。
发射器会发出一定频率的超声波，经过一段时间后，超声波会遇到障碍物，被反射回来。
接收器会接收到反射回来的超声波，通过计算反射回来的时间，可以算出障碍物距离测量点的距离。
超声波测距模块的精度和测距范围受到多种因素的影响，如超声波发射功率、传播介质（空气、水等）、温度、声速等。
因此，在使用超声波测距模块时，需要注意这些因素的影响，以保证测量精度和测距范围的准确性。
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超声波测距原理
超声波测距学习板，可应用丁汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用丁如液位、井深、管道长度的测量等场合。
测量精度1cm, 测量时与被测物体无直接接触，能够活晰稳定地显示测量结果。
超声波测距原理：超声波发生器的内部结构有两个压电晶片和一个共振板，当它的两极外加上固有振荡频率的脉冲电压时压电晶片会发生共振并产生超声波。
如果共振板接收到超声波时，也会迫使压电晶片产生振动，反过来将机械能转换为电信号，成为超声波接收器。
在超声波测距电路中，发射端连续输出一系列脉冲方波，然后判断接收端，实现超声测距一般有以下两种方法：①读取输出端脉冲电压的平■均值，该电压〔其幅值根本固定〕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。
我们的产品采用第二种方案。
由丁超声波的传播速度和温度有关，如果温度变化不大，那么可认为声速根本不变。
如果测距精度要求很高，那么应通过温度补偿的方法加以校正。
超声波测距适用丁高精度的中长距离测量。
因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以到达毫米级。
340 〔m〕X〔X2-X1〕〔对1=------------------------------------2超声波测距的算法设计：超声波在空气中传播速度为每秒钟340米〔15C时〕。
X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.01S 那么有〔340X0.01$/2=1.7。
这就是根据超声波从发出到遇到反射物后返回的时间换算后得到的1.7米距离。
产品1:超声波测距成品学习板成品每套129元产品性能特点：我们的超声波测距成品学习板大小为90*75*10毫米，板上自带：超声波收发传感器、接收放大电路、四位LED数码显示、四位按键〔四个按钮和蜂鸣器届丁功能预留，程序中无定义〕，电源局部自带整流、滤波、稳压电路，允许交流7〜15V或者直流9〜16V输入，经过实际测试，测量范围可达0.27〜3.5米，测量精度为1厘米。
超声波测距原理
一、引言由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
二、超声波测距原理1、超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。
总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。
电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、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，因而用途也各不相同。
目前较为常用的是压电式超声波发生器。
2、压电式超声波发生器原理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。
超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
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 图1 超声波传感器结构这就是所谓的时间差测距法。
三、超声波测距系统的电路设计本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时，单片机选用8751，经济易用，且片内有4K的ROM，便于编程。
超声波雷达的测距原理
超声波雷达的测距原理超声波雷达是一种利用高频超声波进行测距的无线电波雷达。
它的原理是利用超声波在空气中的传播速度与距离的关系，通过发射和接收超声波信号来测量距离。
超声波的频率通常在20kHz到200kHz之间，这种频率的声波在空气中传播时，具有较强的穿透力和折射力。
因此，超声波雷达可以穿透一定的障碍物，如烟雾、雾气、沙尘等，进行远距离的测量。
超声波雷达的测距原理主要分为两种：时间测距和频率测距。
一、时间测距时间测距是利用超声波在发射和接收之间传播的时间来计算距离。
超声波发射器向目标发射超声波信号，当信号遇到目标时，会被反射回来，经过接收器接收。
接收器接收到信号后，会将信号转换为电信号，然后计算发射和接收之间的时间差，再根据声波在空气中的传播速度计算出距离。
时间测距的优点是精度高，可以达到毫米级别。
但是，它的缺点是受到环境影响较大，如温度、湿度等因素会影响声波在空气中的传播速度，从而影响测距精度。
二、频率测距频率测距是利用超声波的频率变化来计算距离。
当超声波发射器向目标发射超声波信号时，信号会被目标反射回来，经过接收器接收。
接收器接收到信号后，会将信号转换为电信号，并进行频率分析。
由于声波在空气中传播时会受到多次反射和折射，所以接收到的信号会受到多普勒效应的影响，导致频率发生变化。
根据多普勒效应的原理，可以计算出发射器和目标之间的相对速度，进而计算出距离。
频率测距的优点是受环境影响较小，可以适应多种环境条件。
但是，它的缺点是精度较低，一般只能达到厘米级别。
总的来说，超声波雷达的测距原理是利用超声波在空气中的传播速度与距离的关系，通过发射和接收超声波信号来测量距离。
时间测距和频率测距是两种常用的测距方法，它们各有优缺点，需要根据具体的应用场景选择合适的方法。
超声波测距的应用原理
超声波测距的应用原理1. 介绍超声波测距是一种常见的测量距离的技术，广泛应用于工业自动化、智能家居、机器人等领域。
本文将介绍超声波测距的原理及其在实际应用中的一些案例。
2. 超声波测距原理超声波测距利用声波在空气中传播的特性进行测量。
其原理主要包括发射超声波脉冲、接收超声波反射信号以及计算测距距离三个步骤。
2.1 发射超声波脉冲超声波传感器会发射一个超声波脉冲信号，通常频率在20kHz到200kHz之间。
脉冲信号在空气中传播，并在目标物体上发生反射。
2.2 接收超声波反射信号当超声波脉冲信号被目标物体反射后，超声波传感器会接收到反射信号。
接收到的信号经过放大和滤波处理后，被转换成数字信号。
2.3 计算测距距离根据超声波传感器发送脉冲信号到接收到反射信号的时间间隔，可以计算出测距距离。
测距公式如下：距离 = (声速 × 时间间隔) / 2其中，声速通常使用常数值343m/s，时间间隔以秒为单位。
3. 超声波测距的应用案例3.1 工业自动化超声波测距广泛应用于工业自动化领域，例如在机器人的导航和避障中。
通过使用超声波传感器，机器人可以测量到周围的障碍物距离，从而做出相应的动作或路径调整。
3.2 智能家居超声波测距也被应用于智能家居系统中。
例如，在智能安防系统中，超声波传感器可以检测到入侵者的接近，并触发相应的报警系统。
此外，超声波测距还可以用于智能灯光系统中，自动调节灯光的亮度和发散角度。
3.3 车辆辅助系统超声波测距在车辆辅助系统中也得到了广泛应用。
例如，在倒车雷达系统中，超声波传感器可以探测到车辆后方的障碍物，提供给驾驶员倒车时的参考，并发出警告信号。
3.4 液位测量超声波测距还可以用于液位测量领域。
传感器发射超声波脉冲进入液体，当脉冲到达液体表面后会发生反射，传感器接收到反射信号后可以计算出液位的高度。
4. 总结超声波测距技术通过发射和接收超声波信号来测量目标物体的距离。
它在工业自动化、智能家居、车辆辅助系统以及液位测量等领域有着广泛的应用。
超声波测距原理模型
超声波测距原理模型
超声波测距是一种利用声波在空气中传播的特性来测量距离的技术。
它的基本原理是通过发射一个短暂的高频声波脉冲,并测量该脉冲发出后被障碍物反射回来所需的时间,根据声速和往返时间就可以计算出障碍物与发射源之间的距离。
超声波测距系统通常由三个主要部分组成:
1. 发射器:通常是一个压电陶瓷换能器,它将电信号转换为高频声波脉冲,发射出去。
2. 接收器:也是一个压电陶瓷换能器,它接收反射回来的声波脉冲,并将其转换为电信号。
3. 控制电路:包括定时器、放大器和数据处理单元。
它负责控制发射和接收的时序,测量脉冲的往返时间,并根据声速计算出距离。
测距过程如下:
1. 控制电路发出一个短暂的触发脉冲,驱动发射器发出一个高频声波脉冲。
2. 声波脉冲在空气中传播,当遇到障碍物时会被反射回来。
3. 接收器接收到反射回来的脉冲信号,并将其转换为电信号。
4. 控制电路测量发射脉冲和接收脉冲之间的时间差,即往返时间。
5. 根据已知的声速(在空气中约为340米/秒),控制电路计算出障碍物的距离。
距离 = (声速 × 往返时间) / 2
需要注意的是,温度、湿度和气压等环境因素会影响声速,因此在实际应用中需要对声速值进行校正,以提高测距精度。
超声波测距技术广泛应用于自动驾驶、机器人避障、液位测量、停车辅助等领域。
它的优点是结构简单、成本低廉、测距范围适中。
但也存在一些局限性,如测距范围有限、受环境噪声干扰等。
超声波传感器测量距离
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：1 、超声波发射电路超声波发射电路如图3所示，89C51通过外部引脚P1.0 输出脉冲宽度为250μs , 40kHz的10个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发射出超声波。
超声波测距仪原理
超声波测距原理超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。
在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。
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。
本测量电路采用第二种方案。
由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。
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。
因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
CJ-3A超声波学习板采用AT89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用74LS244,位码用8550驱动.超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米（15℃时）。
X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，则有340m×0.03S=10.2m。
由于在这10.2m的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离，超声波测距器的系统框图如下图所示：硬件部分CJ-3超声波学习板采用AT89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用74LS244,位码用8550驱动. 主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。
超声波传感器测距原理
超声波传感器测距原理超声波传感器是一种常见的测距设备，它利用声波的传播和反射原理来测量与目标物体的距离。
其工作原理基于声速在空气中的传播速度是已知且恒定的，并且声波在空气和其他介质之间的边界上发生反射时，反射声波的时间可以用来测量物体的距离。
超声波测距传感器包含一个发射器和一个接收器。
发射器发出一个超声波脉冲，该脉冲在空气中以声速传播，直到遇到一个物体。
如果物体是平的或较大且直接面对传感器，超声波会被完全反射，并由接收器接收。
反之，如果物体是小的或者其表面非平整，只有一部分声波被反射回来。
当接收器接收到反射的声波信号时，它会将信号转换为电信号，并计算从发射器到目标物体的往返时间。
根据声波的传播速度和往返时间，超声波传感器可以计算目标物体到传感器的距离。
具体而言，超声波传感器的测距原理如下：1.发射声波脉冲：超声波传感器发射一个短时间的声波脉冲，通常频率在20kHz到200kHz之间。
这个脉冲会沿着传感器的指定方向传播。
2.接收反射信号：当发射的超声波脉冲遇到一个物体时，它会被部分或完全反射回来。
接收器会接收到这个反射信号，并将其转换为电信号。
3.计算往返时间：通过记录发射和接收声波的时间差，可以计算出声波从发射器到物体再返回至接收器所需的时间。
4.计算距离：根据声波在空气中的传播速度和往返时间，可以利用以下公式计算出目标物体离传感器的距离：距离=速度×时间/2其中，速度为声波在空气中的传播速度，时间为声波的往返时间，除以2是因为声波的传播是双向的。
1.非接触式测距：超声波传感器可以在不接触物体的情况下进行测距，不会对目标物体造成损害。
2.高精度：由于声波的传播速度是已知且恒定的，超声波传感器有很高的精度，可以测量细小的距离变化。
3.宽范围：超声波传感器的测距范围通常在几厘米到几米之间，适用于不同尺寸的物体测距。
4.可靠性强：超声波传感器对目标物体的形状和表面特性并不敏感，能够在各种环境条件下正常工作。
超声波测距的原理
超声波测距的原理
超声波测距是利用超声波的特性来测量物体到测距仪的距离。
超声波是一种频率高于人能听到的声波的声波。
超声波测距的原理是通过发射器发出超声波脉冲，并注意到当超声波在物体表面发生反射时，将会返回到接收器。
测距仪计算从发射到接收超声波之间的时间差，并乘以声波在空气中传播的速度，即可得到物体与测距仪的距离。
测距仪中的发射器一般是一个压电晶体，当加上电流时，晶体会产生振动并发出超声波。
接收器通常是另一个晶体，它可以将接收到的超声波转换成电压信号。
超声波的传播速度通常取决于介质的类型和温度。
在大多数情况下，超声波在空气中的传播速度约为每秒340米，而在水中约为每秒1500米。
超声波测距广泛应用于工业自动化、避障传感器、机器人导航、汽车停车辅助等领域。
它具有测量范围广、测量精度高、无需接触目标物体等优点，并且不受光线、尘埃、颜色等物理因素的影响。
超声波测距仪非接触距离测量
超声波测距仪非接触距离测量超声波测距仪是一种常见的非接触式测量设备，广泛应用于工业自动化、建筑物管理和机器人等领域。
本文将通过介绍超声波测距仪的原理、应用和优缺点，详细探讨其在非接触距离测量中的作用和意义。
一、超声波测距仪的原理超声波测距仪利用超声波在介质中的传播速度恒定和回波时间的测量来实现距离测量。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：首先，超声波发射器发出一束超声波脉冲信号；接着，超声波脉冲信号在空气或其他介质中传播；当超声波遇到目标物体后，一部分超声波会被目标物体反射回来；最后，超声波接收器接收到反射回来的超声波信号，并通过测量时间差来计算距离。
二、超声波测距仪的应用超声波测距仪具有非接触、高精度、快速测量等优势，在许多领域都有广泛的应用。
1. 工业自动化超声波测距仪在工业自动化中常被用于物体的定位和测量。
例如，机器人搬运过程中需要准确判断物体与机器人的距离，通过超声波测距仪可以实时监测距离，确保机器人的安全运行。
2. 建筑物管理在建筑物管理中，超声波测距仪可用于测量建筑物的高度、墙壁的厚度等参数。
它不需要接触物体表面，避免了因接触而对物体造成破坏的可能性。
3. 车辆安全超声波测距仪广泛应用于车辆安全领域，如倒车雷达等系统。
通过安装在车辆周围的超声波传感器，可以及时感知其他物体的距离，提醒驾驶员注意避免碰撞。
三、超声波测距仪的优缺点尽管超声波测距仪在很多应用场景中表现出众，但仍然存在一些优缺点值得注意：1. 优点（1）非接触式测量：超声波测距仪可以通过空气或其他介质传播超声波来测量目标物体距离，避免了接触造成的干扰和损坏。
（2）高测量精度：超声波测距仪的测量精度通常较高，可以满足精细测量的需求。
（3）快速测量：超声波传播速度快，测量结果可以在短时间内获得。
2. 缺点（1）测量受环境影响：超声波测距仪受环境因素影响较大，如温度、湿度等因素会对超声波传播速度造成一定影响，从而对测量结果产生误差。
超声波测距原理
一、引言由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。
利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。
为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。
本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。
二、超声波测距原理1、超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。
总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：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。
电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、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，因而用途也各不相同。
目前较为常用的是压电式超声波发生器。
2、压电式超声波发生器原理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。
超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
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：图1 超声波传感器结构s=340t/2这就是所谓的时间差测距法。
三、超声波测距系统的电路设计本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时，单片机选用8751，经济易用，且片内有4K的ROM，便于编程。
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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：1 、超声波发射电路超声波发射电路如图3所示，89C51通过外部引脚P1.0 输出脉冲宽度为250μs , 40kHz的10个脉冲串通过超声波驱动电路以推挽方式加到超声波传感器而发射出超声波。
由于超声波的传播距离与它的振幅成正比,为了使测距范围足够远,可对振荡信号进行功率放大后再加在超声波传感器上。
图3中T为超声波传感器，是超声波测距系统中的重要器件。
利用逆压电效应将加在其上的电信号转换为超声机械波向外辐射; 利用压电效应可以将作用在它上面的机械振动转换为相应的电信号, 从而起到能量转换的作用。
市售的超声超声波接收及信号处理电路是此系统设计和调试的一个难点。
超声波接收器接收反射的超声波转换为40KHz毫伏级的电压信号,需要经过放大、处理、用于触发单片机中断INT0。
一方面传感器输出信号微弱，同时根据反射条件不同信号大小变化较大,需要放大倍数大约为100到5000倍,另一方面传感器输出阻抗较大,这就需要高输入阻抗的多级放大电路,这就会引入两个问题:高输入阻抗容易接收干扰信号,同时多级放大电路容易自激振荡。
参考各种资料最后选用了SONY公司的专用集成前置放大器CX20106达到了比较好的效果。
CX20106由:前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整型电路组成。
其中的前置放大器具有自动增益控制功能，可以保证在超声波传感器接收较远反射信号输出微弱电压时放大器有较高的增益,在近距离输入信号强时放大器不会过载。
其带通滤波器中心频率可由芯片脚5的外接电阻调节。
其主要指标:单电源5V供电，电压增益77 - 79DB , 输入阻抗27 KΩ , 滤波器中心频率30 K- 60 KHz。
功能可描述为: 在接收到与滤波器中心频率相符的信号时,其输出脚7脚输出低电平。
芯片中的带通滤波器、积分器等使得它抗干扰能力很强。
CX20106采用8脚单列直插式塑料封装，内部结构框图如图4。
超声波接收器能将接受到的发射电路所发射的红外光信号转换成数十伏至数百伏的电信号，送到CX20106的①脚，CX20106的总放大增益约为80dB，以确保其⑦脚输出的控制脉冲序列信号幅度在3.5~5V 范内。
总增益大小由②脚外接的R1、C1决定，R1越小或C1越大，增益越高。
C1取值过大时将造成频率响应变差，通常取为1uf。
C2为检波电容，一般取3.3uf。
CX20106 采用峰值检波方式，当C2容量较大时将变成平均值检波，瞬态响应灵敏度会变低，C2较小时虽然仍为峰值检波，且瞬态响应灵敏度很高，但检波输出脉冲宽度会发生较大变动，容易造成解调出错而产生误操作。
R2为带通滤波器中心频率f0的外部电阻，改变R2阻值，可改变载波信号的接受频率，当f0偏离载波频率时，放大增益会显著下降，C3为积分电容，一般取330pf，取值过大，虽然可使抗干扰能力增强，但也会使输出编码脉冲的低电平持续时间增长，造成遥控距离变短。
⑦脚为输出端，CX20106 处理后的脉冲信号由⑦脚输出给单片机处理从而获得显示输出。
图4 CX20106内部结构框图本系统中应用的接收电路见图5 , 当89C51的P1.7为高电平时三级管V1导通，+5V电源通过继电器线圈和V1的发射结到地，使继电器K1接通，R2和R3并联组成5Ω电阻通过C1组成RC电路，控制红外接收专用集成电路CX20106的增益，使其7脚输出一定幅度的电压信号到89C51的P0.2口以触发中断。
另外该芯片价格在三到五元,非常节省系统成本。
图5 超声波接收电路3、距离显示电路图6 显示电路超声波显示电路如图6所示。
是利用单片机的串行输出。
只用单片机的TXD，RXD端即可显示数字。
三、软件程序设计本系统采用模块化设计，由主程序、发射子程序、接收子程序、定时子程序、显示子程序等模块组成，图8为程序流程图。
该系统的主程序处于键控循环工作方式，当按下测量键时，主程序开始调用发射子程序、查询接收子程序、定时子程序，并把测量结果用显示子程序在数码显示器上显示出来。
图8 软件程序框图定时器中断子程序外部中断服务子程序四、具体程序#include<reg51.h>#include<math.h>/*定义数据类型*/#define uint unsigned int#define uchar unsigned char/*定义系统常数*/long int time; /* 时间*/bit CLflag; /* 测量标志*/char cshu; /* 串数*/#define T12us (256-12) /*定时器设初值T=（256-T12us）*12/12MHZ */ /*定义功能位,串口用于显示*/sbit VOLCK=P1.0; /* 发射*/sbit MING=P3.2; /* 外部中断0检测接收信号*/char idata disp[9]; /* 显示数据*/char idata number[9]; /* 显示数据*/char code table[] ={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};/* 码表0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 */void dispfb() /* 显示5位数据*/{ char i;for(i=0;i<5;i++) {disp[i]=table[number[i]]; }disp[3]=disp[3]+1; /* 置小数点*/for(i=0;i<6;i++) {SBUF=disp[i]; while(TI==0); TI=0; } }/* 通用延时子程序*/void delay( int j ){ int i; for(i=0;i<j;) i++; }/* 初始化定时器,CTC0、CTC1用于定时*/void init_CTC(void ){TMOD = 0x21; /* 设CTC1工作于模式2 */ET0 = 0; /* 不允许CTC0中断*/}void init_INT( ) /* 外部中断初始化为高优先级，并开中断*/ {IP=0x01; /* 置外部中断INT0优先级为高*/TCON=0; /* 设置外部中断0的中断方式为电平触发*/}void serve_INT0( ) interrupt 0{/* 外部中断0，用于检测接收信号*/TR0=0; /* 关闭定时器0 */EX0=0; /* 关中断*/time=(long)TL0;time+=(long)TH0*256;CLflag=1;}/* CTC1中断服务程序，12.5us 中断一次,用于发射*/void CTC1_INT ( ) interrupt 3{VOLCK=~VOLCK;cshu++;}void CTC0_INT ( ) interrupt 1{TR0=0;ET0=0;}void Timetojuli( ) /* 将测量的时间转换为距离*/ {long i;i=(long)time;i=i*340;i=i/2;number[4]=i/10000000; /* 十米*/i=i-number[4]*10000000;number[3]=i/1000000; /* 米*/i=i-number[3]*1000000;number[2]=i/100000; /* 分米*/i=i-number[2]*100000;number[1]=i/10000; /* 厘米*/i=i-(long)number[1]*10000;number[0]=i/1000; /* 毫米*/}uchar getkey( ); /* 读键盘*//*主程序*/void main(){int i, key;init_CTC( ); /* 初始化定时器*/init_INT( ); /* 初始化外部中断*/CLflag=1; /* 测量标志*/for(i=6;i>4;i--) disp[i]=0xff;cshu=0; /* 传数*/delay(200); /*延时*/;IE=0x80; /* 开中断*/ET1=0; ET0=0;TR1=0; TR0=0;TL1=T12us; TH1=T12us;while(1){key=getkey( ); /* 读键盘*/if(key==0x0fe && CLflag==1 ) /* 测量*/{key=0; CLflag=0;cshu=0;TL1=T12us; TH1=T12us;TL0 = 0; TH0 = 0; /* 定时器0的初始时间*/ TR0=1; /* 启动定时器0，开始记时*/TR1=1; /* 启动定时器1，发送信号*/ET1=1;while(cshu<12) ;ET1=0; /* 发十个脉冲串*/TR1=0;delay(95);EX0=1;while(!CLflag);if( cshu>=10 && CLflag==1){ Timetojuli( );dispfb();}}}}uchar getkey( ){char flag;uchar key, keytemp;flag=0;keytemp=P1;if(keytemp==0xff) return(255);else {flag=1;delay(100);key=P1;if(key==keytemp) return(key);else return(255);}}五、实验结果及分析表2是利用本文的测距仪进行实际测量的结果。