超声波传感器的性能测试.
超声波传感器及其测距原理
安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。
障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。
本超声波测距系统选用了SensComp公司生产的Polaroid 6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采用了ATMEL公司的AT89C51。
本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。
1、超声波传感器及其测距原理超声波是指频率高于20KHz的机械波[1]。
为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。
超声波传感器是利用压电效应[1]的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）[2]。
首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，即1、硬件电路设计我们设计的超声波测距系统由Polaroid 600系列传感器、Polaroid 6500系列超声波距离模块和AT89C51单片机构成。
2.1 Polaroid 600系列传感器此超声波传感器是集发送与接收一体的一种传感器。
传感器里面有一个圆形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面涂了一层金属薄膜，在其背面有一个铝制的后板。
薄片和后板构成了一个电容器，当给薄片加上频率为49.4kHz、电压为300VAC pk-pk的方波电压时，薄片以同样的频率震动，从而产生频率为49.4kHz的超声波。
当接收回波时，Polaroid 6500内有一个调谐电路，使得只有频率接近49.4kHz的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤。
超声波传感器的性能测试.
【超声波传感器的性能测试】一．测试目的1．掌握超声波测距传感器学会基本的测试使用方法。
2．了解超声波传感器的幅频特性，确定其此超声波传感器的中心频率（或谐振频率）。
二．测试器材超声波传感器一套、信号发生器一台、示波器一台，直尺一把三．测试步骤1. 装置连接（1）调节信号发生器输出方波信号，其峰峰值可在2V~10V 范围调整，频率可在30K ～49K 范围内连续可调整，要求通过示波器确认信号幅度及频率输出情况。
（2）将方波信号输出端子接到超声波传感器发射头的两个输入引脚，将示波器的接地端子和信号端子分别连接超声波传感器接收头的两个输出引脚。
（3）固定发射头与接收头的间距为10cm ，并将发射头对准接收头，准备测试接收头接收到的同频信号电压。
图3.9 装置连接图2．测试超声波传感器的幅频特性：（1）调节信号发生器输出方波信号的峰峰值为10V ，本测试要保证输出幅度恒定的情况下进行。
（2）调节方波信号的频率，使其在30K ～49K 范围内变化，用示波器观察超声波接收头的输出信号波形，记下P P V 的值。
请按照如下表格设置的频率数据要求进行测试，总计测试30对数据。
表3.1f ( kHz ) 30K 31K 32K 33K 34K 35K 35.5K 36K 36.5K 37K P P V ( V )f ( kHz )37.5K 38K 38.5K 39K 39.5K 40K 40.5K 41K 41.5K 42K P P V ( V )信号发生器示波器发射头接收头R探头f ( kHz ) 42.5K 43K 43.5K 44K 44.5K 45K 46K 47K 48K 49K P P V ( V )注意：要求测试每对数据时，一定要首先用示波器准确调试信号发生器输出的方波信号后，再驱动发射头，测试接收头产生的同频信号电压P P V 。
分析30对记录数据，绘制输出P P V ~f 关系曲线，得出超声波传感器幅频特性结论。
超声波传感器测试方法
超声波传感器测试方法超声波传感器是一种常用的非接触式测距传感器，能够通过发射和接收超声波来测量目标物体与传感器之间的距离。
在实际应用中，超声波传感器被广泛应用于自动化控制、安防监控、智能车辆等领域。
本文将介绍超声波传感器的测试方法及注意事项。
进行超声波传感器的测试前，需要准备相应的实验设备和工具。
常用的超声波传感器测试设备包括示波器、信号发生器、电源以及测试电路板等。
此外，还需要一些辅助工具如导线、万用表等。
接下来，进行超声波传感器的基本功能测试。
首先，将超声波传感器与测试电路板连接，并接通电源。
然后，使用示波器观察传感器输出的信号波形。
在测试过程中，可以通过调节信号发生器的频率和幅度，来检验传感器的灵敏度和响应速度。
同时，还可以通过改变目标物体与传感器的距离，观察传感器输出信号的变化情况，以验证传感器的测距功能。
在进行超声波传感器测试时，需要注意一些问题。
首先，要确保测试环境的稳定性，避免外界干扰对测试结果的影响。
其次，要注意传感器与目标物体之间的距离，过远或过近都可能导致测量误差。
此外，还应注意超声波传感器的工作频率范围，选择合适的信号发生器进行测试。
在测试过程中，还应注意保持传感器的工作温度和电压范围，避免超出其额定参数。
除了基本功能测试，还可以进行一些其他的测试。
例如，可以测试超声波传感器的角度分辨率和测量范围。
角度分辨率是指传感器能够识别目标物体位置的最小角度间隔，测量范围是指传感器可以测量的最大距离。
这些参数的测试可以通过在不同角度和距离下，观察传感器输出信号的变化来进行。
还可以进行一些特殊环境下的测试。
例如，在高温或低温环境中，测试超声波传感器的性能。
在湿度较高或存在尘埃等环境中，测试传感器的稳定性和抗干扰能力。
这些测试可以帮助评估超声波传感器在不同工作环境下的适用性。
超声波传感器的测试方法包括基本功能测试、角度分辨率和测量范围的测试以及特殊环境下的测试。
在测试过程中，需要注意测试环境的稳定性、传感器与目标物体的距离以及传感器的工作参数。
超声波传感器的性能指标及技术应用
超声波传感器的性能指标及技术应用超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、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。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
性能指标包括：（1）工作频率。
工作频率就是压电晶片的共振频率。
当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
（2）工作温度。
由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。
医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3）灵敏度。
主要取决于制造晶片本身。
机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
超声波传感技术应用:在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。
超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。
超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。
因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。
超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。
这个方法是利用超声波的反射。
当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。
每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。
在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。
过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。
当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。
试验一超声波仪器性能的测定
超声波检测实验讲义实验一超声波仪器性能的测定一. 目的：现场测试超声波仪器性能，包括垂直线性，水平线性，电噪声，动态范围和衰减器精度。
二. 实验设备：超声波探伤仪，直探头(2.5P14，2.5P20，5P14等均可) IIW1试块(或CSK-IA，1#试块等均可) 平底孔试块。
三. 实验步骤1.测定垂直线性缺陷在工件中的大小是通过缺陷回波在示波屏上的幅度大小反映的，反射回波幅度是按一定规律反映缺陷实际反射声压的大小，即为仪器的垂直线性状况，以垂直线性误差表示。
如图1所示，把与探伤仪连接的直探头平稳地耦合在平底孔试块的探测面上，仪器上的"抑制"与"深度补偿"关闭，在衰减器上应至少留有30dB的衰减余量，调节"增益"，使直探头在试块上找到的最大平底孔回波高度为100%满刻度，固定探头位置与接触压力(必要时可采用专用的探头压块)。
调节衰减器，依次记下每衰减2dB时平底孔回波幅度的满刻度百分数并记入表1，并与理论值比较，取最大正偏差△+和负偏差最大绝对值｜△-｜之和为垂直线性误差，即：△=(｜△+｜+｜△-｜)(%) ----(1)注：理论波高值按下式计算-- △dB=20lg(H100/H)(式中H100为以100%满刻度起始的基准波高，H为每衰减2dB时理论上应达到的波高)。
最后在图2上以波高(%)为纵坐标，衰减量(dB)为横坐标绘出垂直线性理想线与实测线(按表1)，再根据(1)式计算垂直线性误差。
图1 图22.测定水平线性缺陷在工件中的位置是通过缺陷回波在示波屏上的位置反映出来的，通过仪器有关旋钮调整能否使仪器示波屏上的水平扫描线按一定比例反映超声波在工件中所经过的距离，即为仪器的水平线性，以水平线性误差表示。
如图3所示，把直探头平稳地耦合在IIW1试块上厚度25mm的平面上(应离开边缘有一定距离以防止侧壁效应干扰)，调节仪器上的"增益"，"衰减"，"水平"(或"零位"，"延迟")，"深度"(粗调与细调)，当采用"五次底波法"时：应使示波屏上出现五次无干扰底波，在相同回波幅度(例如50%或80%满刻度)情况下，使第一次底波B1前沿对准水平刻度线的20mm刻度，第五次底波B5前沿对准水平刻度线的100mm刻度，然后依次将B2，B3，B4调节到上述相同幅度下读取第二，三，四次底波前沿与水平刻度线上的40mm，60mm和80mm刻度的偏差，填入表2，取最大偏差△max(以mm计)按下式计算水平线性误差：△=(｜△max｜/0。
超声波检测设备性能测试
波形水平像素
波形垂直像素
响应时间
名称 频率响应 相对灵敏度 脉冲响应 电阻抗 距离波幅特性 声束扩散特性 入射点 折射角 声轴偏斜角 零点延时 双峰
内容
名称 灵敏度余量 水平分辨力 信噪比 回波频率
内容
抑制为零，至少保留30dB衰减余量。
在试块上找到一个波幅刚到80%的稳定回波，位 于中间水平位置，以此时的衰减器或增益为0dB。
上升时间
反冲幅度
脉冲宽度
信号接收 频率响应
等效输入噪声
标定衰减器精度
垂直线性
水平线性
数字仪器 数字仪器水平线性
内容
名称
内容
串扰衰减
脉冲波形（时间&频率）
中心频率，带宽
脉冲回波灵敏度
距离幅度曲线
阻抗静电容
探头入射点
声束角
扩散角
声束轴线偏移
偏向角
焦距，近场
焦点宽度
焦点长度
名称
内容
时基线性（水平线性） 仪器
频率响应 距离波幅曲线 斜探头入射点和前沿长度 折射角和K值 声轴的偏移和声束宽度 双峰现象的检查
直探头灵敏度余量测试
记录10%噪声时的增益或衰减器读数。 记录200mm深平底孔回波50%时的增益或衰减器读数。 相减得灵敏度余量。
斜探头灵敏度余量测试
记录10%噪声时的增益或衰减器读数。 记录R100mm弧面回波50%时的增益或衰减器读数。 相减得灵敏度余量。
调衰减器或增益，-2dB到24dB（衰减）或2dB到 -24dB（增益），每2dB记录波高比满屏高的百 分数。
比较理论波高计算偏差，求出最大正偏差和最大 负偏差的和。
超声波的使用流程
超声波的使用流程简介超声波是一种常用的非破坏性测试方法，通过使用超声波传感器检测物体内部的缺陷、密度和弹性等信息。
在工业、医疗等领域有广泛的应用。
本文将介绍超声波的使用流程，并提供一些使用超声波的注意事项。
使用流程1.准备工作–确保超声波设备和传感器处于正常工作状态。
–根据需要选择合适的超声波探头。
–连接超声波设备和传感器，确保连接牢固。
2.设置参数–打开超声波设备，进入参数设置界面。
–根据需要设置超声波的工作频率、增益、敏感度等参数。
–确保参数设置合理，以获取准确的测试结果。
3.校准仪器–使用标定块或标准试样校准超声波设备。
–将标定块或标准试样放置在设备预定位置上。
–根据设备的校准指南进行校准操作，确保设备的测量准确度。
4.准备被测物体–将被测物体放置在测试台上，确保物体与超声波传感器之间的接触良好。
–如有需要，可以在被测物体表面涂抹耦合剂，以提高超声波的传导效果。
5.进行测试–点击超声波设备上的测试按钮，开始进行测试。
–将超声波传感器缓慢移动在被测物体表面，确保整个表面都得到了测试。
–根据需要，可以记录下测试过程中的数据和图像。
6.分析结果–将测试结果导入分析软件或计算机程序。
–根据需要，对测试结果进行数据处理、图像增强或曲线拟合等操作。
–根据分析结果，判断被测物体的状态，如是否存在缺陷、密度异常或弹性变化等。
7.数据记录与报告–将测试结果保存为数据文件，并进行适当的命名和分类。
–根据需要，可以生成测试报告，并将关键结果和分析说明进行整理。
注意事项•在使用超声波测试之前，确保对设备进行了充分的学习和培训，了解超声波测试的原理和使用方法。
•对于不同类型的被测物体，需要选择不同的超声波探头和参数设置，以获得更准确的测试结果。
•在进行测试之前，确保被测物体的表面清洁，以防止污垢或杂质对测试结果的影响。
•在测试过程中，保持设备和传感器的稳定，避免振动或冲击，以确保测试的准确性。
•根据需要，可以进行多次测试并取平均值，以提高测试结果的可靠性。
简述超声波传感器的用途
简述超声波传感器的用途
超声波传感器是一种可以发射和接收超声波的电子传感器。
它主要用于检测距离、测速、探测非接触式的物体表面位置、测量变化的物体尺寸等应用。
1. 测距：用于测量物体到超声波传感器之间的距离，一般应用于近距离测量，如火车测距、自动门控制等；
2. 测速：用于测量物体的运动速度，一般应用于运动物体的测速，如车辆速度检测、前碰撞报警等；
3. 探测：用于探测物体表面位置，可以用于物体检测或路径精确控制的场合，如机器人探测或非接触式定位；
4. 测量：用于测量变化的物体尺寸，如测量水池液位、管道内液位等。
超声波传感器测试实验报告
超声波传感器测试实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是对超声波传感器的性能进行全面测试，以了解其在不同条件下的工作特性和测量精度，为后续的应用提供可靠的数据支持。
二、实验原理超声波传感器是利用超声波的特性来测量距离和检测物体的。
它通过发射超声波脉冲，并接收反射回来的声波，根据发射和接收的时间差来计算距离。
超声波在空气中的传播速度约为 340 米/秒，通过测量发射和接收的时间间隔 t，距离 d 可以通过公式 d ＝ v × t ／ 2 计算得出，其中 v 为超声波在空气中的传播速度。
三、实验设备与材料1、超声波传感器模块：型号为_____，工作频率为_____kHz。
2、微控制器：＿____型号，用于控制传感器和处理数据。
3、电源：提供稳定的_____V 直流电源。
4、示波器：用于观测传感器的输出信号。
5、障碍物：不同材质和形状的物体，如木板、金属板、球体等。
6、测量工具：卷尺，精度为_____mm。
四、实验步骤1、连接电路将超声波传感器与微控制器按照说明书进行正确连接，确保电源供应稳定。
将示波器连接到传感器的输出端，以观察输出信号的波形和特征。
2、传感器校准在无障碍物的开阔空间中，对传感器进行初始校准，设置基准距离为 0 米。
3、距离测量实验放置传感器在固定位置，分别在距离为 01 米、02 米、05 米、1 米、2 米、3 米、4 米、5 米处放置障碍物，记录传感器测量的距离值。
每个距离点进行多次测量，取平均值以提高测量的准确性。
4、障碍物材质和形状影响实验分别使用木板、金属板、塑料板等不同材质的障碍物，在相同距离下进行测量，观察测量结果的差异。
更换不同形状的障碍物，如平面、曲面、球体等，研究其对测量结果的影响。
5、环境因素影响实验在不同的温度（如 10℃、20℃、30℃）和湿度（如 30%、50%、70%）条件下进行测量，分析环境因素对测量精度的影响。
在有噪声干扰的环境中进行测量，观察噪声对传感器输出信号的影响。
超声波传感器性能指标测试技术
说明书一种超声波传感器指标检测技术技术领域本发明涉及超声波传感器指标检测技术。
背景技术超声波传感器是一种压电陶瓷器件，它通过压电效应来实现机械能和电能的双向转换。
它的传播速度为344m/s(25度)工作频率一般在20kHz～200kHz,通过反射及多谱勒效应来确定障碍物的距离及相对速度。
探测距离一般在1米～2米.它广泛地应用在倒车声纳、防盗报警、流量计、停车计时、自动门等产品系统中。
超声波传感器系统的详细工作流程为：控制器通过驱动电路驱动超声波传感器（收发一体集成式）通过压电转换，发出一束短促的、固定频率的超声波信号，当这束超声波脉冲遇到障碍物时就会发生反射，接收传感器将会收到反射的机械回波，再通过压电转换，回波电信号经过放大、滤波、检波等处理后，控制器根据发射超声波与接收到反射回波之间的时间间隔，计算出传感器与障碍物之间的距离。
以下为它的一些主要参数：声压特性声压(SPL)是表示传感器发射音量大小的参数。
用下列公式表示：SPL=20logP/Pre(dB)“P”为有效声压，“Pre”为参考声压（2×10-4ubar），超声波传感器的发射声压一般为≧100dB.灵敏度灵敏度是表示传感器接收能力强弱的参数，用如下公式表示：20logE/P(dB)“E”为产生的电压值（VRMS），“P”为输入的声压（ubar）。
超声波传感器的灵敏度一般为-60dB~-85dB.探测包络传感器的可探测区域是不规则的，一般在正后方最强，距离越远衰减越快；在斜方向的反射较弱，总体可探测区域呈扇形分布。
常规超声波传感器的检测流程如下：1、设置一个屏蔽箱，在屏蔽箱内指定的最远探测距离位置(1.5m～2米m)放一个标准测试杆，一般为￠75mm的PVC管，将待调试的传感器模块放入测试架，接上示波器。
2.系统上电，调整传感器板的可调中周，使中周与传感器内部的等效电容产生特定频率的谐振并达到最佳点；再调试传感器板的回波灵敏度（一般通过可调电阻），通过示波器观察障碍物的回波宽度达到要求的值。
超声波传感器 资料
超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、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。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
基于超声波特性研制的传感器称为“超声波传感器”，广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
中文名超声波传感器所属类别传感器物理学原理超声波的特性组件压电材料工作频率压电晶片的共振频率适用领域工业、国防、生物医学目录.1组成部分.2性能指标.▪工作频率.▪工作温度.▪灵敏度.▪指向性.3相关应用.▪主要应用.▪具体应用.4工作相关.▪工作原理.▪工作程式.▪工作模式.5系统构成.6检测方式.7检测好坏.8液位测试.9其他.▪区分.▪注意事项.▪暴露问题组成部分超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
小功率超声探头多作探测作用。
它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头发射、一个探头接收）等。
性能指标超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。
构成晶片的材料可以有许多种。
晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。
超声波传感器的主要性能指标包括：工作频率工作频率就是压电晶片的共振频率。
当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
工作温度由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。
医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
主要取决于制造晶片本身。
机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
超声波传感器简介
超声波传感器基本介绍人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。
常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、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。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置是声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
小功率超声探头多作探测作用。
它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。
构成晶片的材料可以有许多种。
晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。
组成部分超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
小功率超声探头多作探测作用。
它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。
①性能指标超声波传感器超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。
构成晶片的材料可以有许多种。
晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。
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。
超声波传感器
超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性，将超声波信号转换成电信号的传感器。
在讲述超声波传感器之前，我们先来了解一下超声波。
声波是一种能在气体、液体、固体中传播的机械波。
声波按频率可分为次声波、声波和超声波。
声波频率在16Hz-20kHz 之间,是能为人耳所闻的机械波；次声波就是频率低于16 Hz 的机械，而波超声波则是频率高于20kHz的机械波。
超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。
它最显著的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测中。
超声波的传播速度：超声波通常有纵波、横波及表面波，他们的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。
气体和液体中只能传播纵波，气体中声速为344m/s，液体中声速为900-1900m/s。
在固体中，纵波、横波和表面波三者的声速成一定关系。
通常可认为横波声速为纵波声速的一半，表面波声速约为横波声速的90% 。
超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。
能量的衰减决定于超声波的扩散、散射和吸收。
以超声波作为检测手段，能产生超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器。
超声波传感器性能指标超声波传感器的主要性能指标，包括；（1）工作频率。
工作频率就是压电晶片的共振频率。
当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
（2）工作温度。
由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不产生失效。
医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3）灵敏度。
主要取决于制造晶片本身。
机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
工作原理超声波传感器按其工作原理，可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，以压电式最为常用。
※压电式超声波传感器压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。
超声波测距传感器.pptx
性能指标
• 主要有三个参数： • 工作频率 • 工作温度 • 灵敏度
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• 以西安新敏电子公司产品为例，可看超声波测 距传感器常用参数：
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超声波测距仪（车用雷达）
• 硬件组成：AT89C51 单片机最小系统、超声波探头、超声波、发射接收 系统、DS18B20 测温系统、显示装置
超声波测距传感器
• 1.产品结构 • 2.性能分析 • 3.构
• 超声波测距传感器主要由压电晶片组成，既可 以发射超声波，也可以接收超声波。超声波测 距传感器有许多不同的结构，可分直式测距传 感器（纵波）、斜式测距传感器（横波）、表 面式测距传感器（表面波）、兰姆波式测距传 感器（兰姆波）、双式测距传感器（一个反射、 一个接收）等
• 测距原理：根据公式s = v ×t 可知,只要知道速度v 和声波在空气中行走 的时间t , 即可相乘得到距离s . 简化声波在空气中速度v 与温度的关系,有 v = 331. 5 + 0.607 t . 在0 ℃时v = 331. 5 m/ s. 常温20 ℃时v =343. 64 m/ s. 因温度所引起的速度影响将在软件里处理. 测定超声波被障碍物 反射接收时刻与超声波发出时刻差值Δt , 此Δt 即为声波在空气中的传播 时间. 在利用MCS251 系列单片机AT89C51中定时器T0 计时, 通过软件 数字处理得距离s = vt/ 2
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系统设计组成
• 1.超声波发射接收部分 • 2.放大电路 • 3.整形电路 • 4.测温电路
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超声波传感器的检测方法
超声波传感器的检测方法一、传感器种类识别在超声波传感器的检测中，首要步骤是识别传感器的种类。
常见的超声波传感器类型包括压电式、电磁式和电容式。
每种类型的传感器有其独特的特性和应用场景，因此识别种类是确保正确检测的关键。
二、信号处理方法超声波信号的处理对于传感器的准确检测至关重要。
常用的信号处理方法包括滤波、放大、检波、解调等。
这些处理方法能够增强信号，降低噪声，从而提高检测的准确性和可靠性。
三、传感器的频率响应了解传感器的频率响应是评估其性能的重要环节。
频率响应决定了传感器对不同频率超声波的敏感度，从而影响其探测能力和范围。
因此，在检测过程中，需要测试传感器的频率响应，确保其满足使用要求。
四、信号幅度的测量信号幅度的测量是评估传感器性能的关键参数。
通过测量信号幅度，可以了解传感器的灵敏度、探测距离以及与目标物体的相互作用。
信号幅度的测量通常采用峰值、平均值或有效值等方法。
五、探测物体的类型和状态超声波传感器对不同类型的物体具有不同的探测能力。
了解传感器的探测物体类型和状态有助于评估其在特定应用场景中的性能。
例如，不同介质的声阻抗和衰减特性会影响传感器的探测效果。
六、温度对传感器的影响温度是影响超声波传感器性能的重要因素之一。
温度变化可能影响传感器的灵敏度、频率响应和信号幅度。
因此，在检测过程中需要考虑温度对传感器的影响，并在实际使用中补偿或调整因温度变化造成的误差。
七、噪声与干扰的排除在超声波传感器的检测过程中，噪声与干扰是一个常见问题。
为了确保准确的检测结果，需要采取措施排除噪声和干扰的影响。
这包括采用适当的滤波器、提高信号处理算法的抗干扰能力等。
八、环境因素的影响环境因素如湿度、气压和风速等可能对超声波传感器的性能产生影响。
在检测过程中，需要了解这些因素对传感器的影响程度，并采取相应措施减小其对检测结果的干扰。
例如，在湿度较大的环境中，声波的传播速度可能会受到影响，需要对此进行校准和补偿。
九、安全性能的评估在超声波传感器的检测过程中，安全性能的评估也是必不可少的环节。
超声分辨力测试方法
超声分辨力测试方法
1.线对线分辨力测试法：此方法通过将两根直径接近的金属丝放在相邻位置，然后用超声波传感器进行检测，看是否能够将两根金属丝分辨出来。
这种方法通过在测试时调整超声波传感器的参数，如频率、脉冲宽度等，可以得到不同条件下的分辨力。
2.板对孔分辨力测试法：此方法在一个金属板上钻孔，然后用超声波传感器对板上的孔进行检测，看是否能够清晰地分辨出不同大小的孔。
通过改变孔的直径、深度等参数，可以得到不同分辨力条件下的测试结果。
3.球对板分辨力测试法：此方法使用不同直径的球体放在金属板上，然后用超声波传感器对球体进行检测，看是否能够清晰地分辨出球体与板的界限。
通过改变球体的直径、材料等参数，可以得到不同分辨力条件下的测试结果。
4.薄板分辨力测试法：此方法使用不同厚度的金属薄板，将其叠加在一起，然后用超声波传感器对薄板进行检测，看是否能够清晰地分辨出每个薄板的边界。
通过改变薄板的厚度、材料等参数，可以得到不同分辨力条件下的测试结果。
除了以上几种常用方法外，还可以使用其他复杂的试样进行测试，如模拟人体组织的试样，以模拟医学超声的应用，或者使用具有复杂结构的试样，以模拟工业检测的应用。
此外，还可以通过改变超声波传感器的结构、使用不同参数的超声波波形等方法，来提高超声分辨力。
总之，超声分辨力的测试方法有很多种，选择合适的测试方法应根据具体的应用需求和测试目的来确定。
同时，在测试过程中要注意调整超声波传感器的参数，以获取准确的测试结果。
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【超声波传感器的性能测试】
一．测试目的
1．掌握超声波测距传感器学会基本的测试使用方法。
2．了解超声波传感器的幅频特性，确定其此超声波传感器的中心频率（或谐振频率）。
二．测试器材
超声波传感器一套、信号发生器一台、示波器一台，直尺一把
三．测试步骤
1. 装置连接
（1）调节信号发生器输出方波信号，其峰峰值可在2V~10V 范围调整，频率可在30K ～49K 范围内连续可调整，要求通过示波器确认信号幅度及频率输出情况。
（2）将方波信号输出端子接到超声波传感器发射头的两个输入引脚，将示波器的接地
端子和信号端子分别连接超声波传感器接收头的两个输出引脚。
（3）固定发射头与接收头的间距为
10cm ，并将发射头对准接收头，准备测试接收头接
收到的同频信号电压。
图3.9 装置连接图
2．测试超声波传感器的幅频特性：
（1）调节信号发生器输出方波信号的峰峰值为
10V ，本测试要保证输出幅度恒定的情况下进行。
（2）调节方波信号的频率，
使其在30K ～49K 范围内变化，用示波器观察超声波接收头的输出信号波形，记下
P P V 的值。
请按照如下表格设置的频率数据要求进行测试，总计测试30对数据。
表3.1
f ( kHz ) 30K 31K 32K 33K 34K 35K 35.5K 36K 36.5K 37K P P V ( V )
f ( kHz )
37.5K 38K 38.5K 39K 39.5K 40K 40.5K 41K 41.5K 42K P P V ( V ) 信号发生器示波器发射头接收头
R
探头。