图1 超声波测距原理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。首先,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C=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L,即:L= C×T /2 。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。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。
表1 超声波波速与温度的关系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,是作为倒车距离测量的理想选择。超声波传感器超声波为直线传播,频率越高,绕射能力越弱,但反射能力越强,为此,利用超声波的这种性质就可以制成超声波传感器。另外,超声波在空气中的传播速度较慢,这就使得超声波传感器的使用变得简单。 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。 超声波传感器主要由双压电晶片振子、圆锥共振板和电极等部分构成。两电极间加上一定的电压时压电晶片就会被压缩产生机械形变,撤去电压后压电晶片恢复原状。若在两极间按照一定的频率加上电压,则压电晶片也会保持一定的频率振动。经试验测得此型号压电晶片的固有频率为38.4 KHz,则在两极外加频率为40 KHz的方波脉冲信号,此时压电晶片产生共振,向外发射出超声波。同理,没有外加脉冲信号的超声波传感器在共振板接收到超声波时也会产生共振,在两极间产生