淺析超聲波測距系統

摘 要：超聲波檢測的優點在于非接觸型，高精度，簡單易操作，因此在國民生產生活的各個領域都得到了廣泛的應用。本文通過對超聲波測距原理進行闡述，并針對國內外超聲波測距技術發展的現狀進行了論述，表明了超聲波測距的先進性和準確性以及可操作性。

關鍵詞：超聲波；測距；技術

超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，它的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，超聲波檢測的優點在于非接觸型，高精度，簡單易操作，正是它的這些特點，被廣泛的應用于實際生產中。

目前在國民生活生產中的各個領域里都得到了人們的應用，尤其是化工，航海，機械制造，交通等領域內，另外在醫學、材料科學、生物科學等領域中也占有重要的地位。

1 超聲波測距的原理

由超聲波發生器在控制系統的控制下，向被測物體發射超聲波，同時控制計時器進行計時，超聲波在向被測物體傳播時，當它接觸到被測物體時，會被反射，回波被接收裝置接收，同時控制計時器結束計時，計時器所記錄的時間即為超聲波來回的時間，通過計算就可以得到發射點距被測物的距離。原理如圖1 所示。

測量電路簡單，測量的范圍適中，精度較好，使用較為廣泛。

2 國內外超聲波測距技術研究進展

近年來，由于各種超聲波檢測儀器大量問世，帶動了超聲波測距系統的長足發展。目前在超聲波回波信號的處理方法上、新型的超聲波換能器的研發上、超聲波發射脈沖的選取三個方面，做了大量的研究工作，并針對影響超聲波測距的因素，提出了溫度補償、接收回路串入自動增益調節等措施，提高了超聲波測距系統的準確度。但是作為超聲波測距系統的關鍵技術之一，回波信號處理仍然是目前研究的重點方向。

2.1 國內超聲波測距技術研究進展

國內在超聲波測距儀器上的研究也步入了國際先進行列。其中，由某研究院設計的型號為2000A的超聲分析檢測裝置，是一個智能化測量儀器，在它的內部自帶一個微處理器，所有的操作全部在微處理器的控制之下，其測試波形清晰，狀態穩定，且操作簡單，并具有斷電存貯的功能。其先進的設計理念，齊全的使用功能，且在設計上的創新和突破都遙遙領先與國內同類產品，并進入了國際領先行列。

李云龍等人在2012年第1期《儀表技術與傳感器》發表的“新型嵌入式超聲波測距系統”一文中，設計了一種以C8051F320單片機、反激變換器和專用集成電路為核心元件的超聲波測距系統，它可以增大超聲波的發射頻率和準確接收回波信號。測試結果表明這種系統測量數據準確，線性度好，性能穩定，成本低等特點可以廣泛應用于工業領域。

王小華等人在2012年第33期《廣西物理》發表的“基于溫度補償的超聲波測距系統設計”一文中，設計了一個超聲波測距系統，它包含AT8951單片機，發射、接收電路，溫度補償電路及顯示電路等5部分。對溫度、距離衰減及時間差測量進行補償。實驗結果證明該系統，穩定，精度較高，最大誤差小于2cm。

2.2 國外超聲波測距技術研究進展

國外在超聲波測距領域起步較早，尤其在超聲波測距精度方面做了大量的研究，其中Zhenjing Yao，Tao Gao等人在2012年第7期《Journal of Networks》發表的“The Optimized Pseudorandom Digital Modulation Excitation Sequences for Multichannel Ultrasonic Ranging system”一文中，提出了采用多通道超聲波傳感器隨機數字調制激勵序列，以避免串擾。充分利用了傳感器的帶寬來配置傳感器的調制參數，它可以使八通道超聲波測距系統協同工作，并無串擾，具有最大誤差不超過4.1cm的精度。

Jackson Joseph，Summan Rahul等人在2013年第60卷《Ferroelectrics and Frequency Control》發表的“ Time-of-flight measurement techniques for airborne ultrasonic ranging”一文中，對超聲測距方法的不同技術和局限性進行了綜述，重點對測量精度和可重復性進行了討論。得出“簡單的時域方法都與它們的頻域等值相關”的結論。

3 結論

縱觀上述可以發現，超聲波測距技術的研究，除了采用先進的計算機控制技術之外，主要集中在對測距信號的影響因素以及補償處理方法等方面，以提高測距精度與可靠性。

參考文獻：

[1] 李云龍，卜雄洙，趙文，朱雅平.新型嵌入式超聲波測距系統.儀表技術與傳感器，2012，No.1：97-99.

[2] 蘇琳.基于HC-SR04的超聲波測距器的設計.機械與電子，2012，9：124-125.

[3] 蘭羽.具有溫度補償功能的超聲波測距系統設計.電子測量技術，2012，2：85-87.

作者簡介：潘曉絨（1981-），女，陜西大荔人，漢族，碩士，講師，研究方向：自動檢測及控制系統。