提高超聲測距精度的設計

2004年7月A版

摘  要：  本文分析了溫度對超聲波聲速的影響，超聲波回波檢測對超聲波傳播時間的影響，超聲傳感器所加脈沖電壓對測試精度的影響。在此基礎上，設計了應用于汽車和貨車等車輛的車載超聲測距儀。實驗結果表明，注意以上三方面的因素能夠提高超聲測距精度。

關鍵詞：  脈沖回波法；測距精度；超聲速度；回波時間

引言

　　超聲波測距由于其在使用中不受光照度、電磁場、色彩等因素的影響，加之結構簡單成本低，在機器人避障和定位、汽車倒車、水庫液位測量等方面已經有了廣泛的應用。

　　從原理上講，超聲測距有脈沖回波法、共振法和頻差法。其中脈沖回波法測距常用，其原理是超聲傳感器發(fā)射超聲波，在空氣中傳播至被測物，經反射后由超聲傳感器接收反射脈沖，測量出超聲脈沖從發(fā)射到接收的時間ts，在已知超聲波聲速Cs的前提下，可計算被測物的距離D，即：

              (1)

　　由于溫度影響超聲波在空氣中的傳播速度；超聲波反射回波很難精確捕捉，致使超聲波在空氣中傳播的時間很難精確測量。這些因素使超聲波測距的精度和范圍受到影響。

　　本文從引起超聲測距誤差的原因入手，分析了溫度對超聲波聲速的影響；回波檢測對時間測量的影響和超聲傳感器所加電壓對測量精度和范圍的影響。在此基礎上，開發(fā)出以89C52單片機為核心，采用40KHz壓電超聲傳感器，應用于長大汽車和貨車等車輛倒車檢測的車載超聲測距儀。

超聲測距誤差因素分析

溫度對超聲聲速的影響

　　空氣中傳播的超聲波是由機械振動產生的縱波，由于氣體具有反抗壓縮和擴張的彈性模量，氣體反抗壓縮變化力的作用，實現超聲波在空氣中傳播。因此，超聲波的傳播速度受氣體的密度、溫度及氣體分子成份的影響，即：

              (2)

　　其中B為氣體的彈性模量，r為氣體的密度。

　　氣體彈性模量，由理想氣體壓縮特性可得：

　　B=g