超聲波測距系統(tǒng)(論文)正文、結(jié)論、參考文獻等(1)

1、本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）第1頁共34頁1緒論緒論1.11.1超聲波技術(shù)的廣泛應(yīng)用超聲波技術(shù)的廣泛應(yīng)用超聲的研究和發(fā)展，與媒質(zhì)中超聲的產(chǎn)生和接收的研究密切相關(guān)。1883年Galton首次制成超聲氣哨，其原理是將壓縮氣體經(jīng)過狹縫噴嘴形成氣流，吹動圓形刀口振動形成共振腔，從而產(chǎn)生超聲。此后又出現(xiàn)了各種形式的汽笛和液哨等機械型超聲換能器。由于這類換能器成本低，所以經(jīng)過不斷改進，至今仍廣泛地用于超聲處理技術(shù)中。20世紀初，電子學的發(fā)展使人們能利

2、用某些材料的壓電效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)制成各種機電換能器。1917年，法國物理學家PaulLangevin用天然壓電石英制成了夾心式超聲換能器，并成功地應(yīng)用于水下探測潛艇。隨著軍事和國民經(jīng)濟各部門中超聲應(yīng)用的不斷發(fā)展，又出現(xiàn)更大超聲功率的磁致伸縮換能器，以及各種不同用途的電動型、電磁力型、靜電型等多種超聲換能器。材料科學的發(fā)展，使得應(yīng)用廣泛的壓電換能器也由天然壓電晶體發(fā)展到機電耦合系數(shù)高、價格低廉、性能良好的壓電陶瓷、人工壓電單晶、壓電半導

3、體以及塑料壓電薄膜(PVDF)[1]等。產(chǎn)生和檢測超聲波的頻率，也由幾十千赫提高到上千兆赫。產(chǎn)生和接收的波型也由單純的縱波擴大為橫波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波、表面波等。如頻率為幾十兆赫到上千兆赫的微型表面波都己成功地用于雷達、電子通信和成像技術(shù)等方面。利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是由生物體發(fā)射不被人們聽到的超聲波(20kHz以上的機械波)，借助空氣媒質(zhì)傳播由被待捕捉的獵物或障礙物反射回來的

4、時間間隔長短與被反射的超聲波的強弱判斷獵物性質(zhì)或障礙位置的方法。由于超聲波的速度相對于光速要小的多，其傳播時間就比較容易檢測，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強度好控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測距。超聲波測距是一種利用聲波特性、電子計數(shù)、光電開關(guān)相結(jié)合來實現(xiàn)非接觸式距離測量的方法。它在很多距離探測應(yīng)用中有很重要的用途，包括非損害測量、過程檢測、機器人檢測和定位、以及流體液面高度測量[2]等。超聲波方法在某些方面具有突出的優(yōu)點：本科畢

5、業(yè)設(shè)計說明書（論文）第3頁共34頁靠、易于小型化和集成化。因此，超聲波作為一種測距識別手段，已越來越引起人們的重視。而我國，關(guān)于超聲的大規(guī)模研究始于1956年。迄今，在超聲的各個領(lǐng)域都開展了研究和應(yīng)用，其中有少數(shù)項目已接近或達到了國際水平。2超聲波測距技術(shù)綜述超聲波測距技術(shù)綜述2.12.1超聲波超聲波2.1.1超聲波的基本性質(zhì)聲波是一種傳遞信息的媒體，它與機械振動密切相關(guān)，可以由物體的撞擊、運動所產(chǎn)生的機械振動以波的形式向外傳播。根據(jù)振

6、動所產(chǎn)生波的頻率高低分為可聞聲波、次聲波和超聲波，高于20kHz的聲波稱為超聲波[5]。波長這樣短的超聲波具有類似光線的一些物理性質(zhì)[67]：（1）超聲波的傳播類似于光線，遵循幾何光學的規(guī)律，具有反射、折射現(xiàn)象，也能聚焦，因此可以利用這些性質(zhì)進行測量、定位、探傷和加工處理等。在傳播中，超聲波的速度與聲波相同；（2）超聲波的波長很短，與發(fā)射器、接收器的幾何尺寸相當，由發(fā)射器發(fā)射出來的超聲波不向四面八方發(fā)散，而成為方向性很強的波束，波長愈短

7、方向性愈強，因此超聲用于探傷、水下探測，有很高的分辨能力，能分辨出非常微小的缺陷或物體；（3）能夠產(chǎn)生窄的脈沖，為了提高探測精度和分辨率。要求探測信號的脈沖極窄，但是一般脈沖寬度是波長的幾倍(如要產(chǎn)生更窄的脈沖在技術(shù)上是有困難的)，超聲波波長短，因此可以作為窄脈沖的信號發(fā)生器；（4）功率大，超聲波能夠產(chǎn)生并傳遞強大的能量。聲波作用于物體時，物體的分子也要隨著運動，其振動頻率和作用的聲波頻率一樣，頻率越高，分子運動速度越快，物體獲得的能量