发布时间 : 星期三 文章52单片机超声波测距系统30读书笔记更新完毕开始阅读10b35ac2941ea76e58fa0480
本科毕业设计(论文) 读书报告（读书笔记）
学 院： 机械与控制工程学院 课题名称： 超声波测距系统 专业(方向)： 班 级： 学 生： 指导教师： 日 期：
读书笔记一：
读文献《超声波传感器介绍》：
[1] 曾光宇，杨湖，李博，王浩全，等 现代传感器技术与应用基础[M] 北京理工大学出版社，2006（8）：12-15
声波是一种机械波，是机械振动在介质中得传播过程。频率在16—20000Hz之间，能为人耳听闻的机械波，称为可闻声波；低于16Hz的机械波，称为次声波；高于20000Hz的机械波，称为超声波。超声波是一门学科，已有几十年的历史，其应用范围很广，超声波不仅用来测量各种参数，而且广泛应用于加工和处理技术。
超声波具有以下几种基本性质。
传播速度：超声波与其他声波一样，可以在气体、液体及固体中传播，并有各自的传播速度。一方面，声速与介质有关。例如，在常温下空气中的声速约为344m/s，在水中的声速约为1440 m/s，在钢铁中约为5000 m/s。另一方面，声速还与介质所处的状态（如温度）有关，对于空气来说，影响声速的主要因素是温度，其关系式为v=20.067sqrt T。而在许多固体和液体中的声速一般随着温度的增高而降低。
反射与折射现象：当声波从一种介质传播到另一种介质时，由于两种介质密度不同，所以声波在这两种介质中的传播速度也不同，且在分界面上声波会发生反射和折射现象。当超声波从液体或固体垂直入射到气体时，或相反情况，反射系数接近1，也就是说超声波几乎全部被反射。超声波测物位就是利用超声波的这种特性。
超声波在介质中传播时，由于介质吸收能量而使超声波的强度衰减。若超声波进入介质
I?I0时强度为I0，通过介质后的强度为I，在它们之间的关系式为：
-Ade，其中，d
为介质的厚度；A为介质对超声波能量的吸收系数。超声波衰减的程度与介质及超声波的频率有关系。气体对超声波吸收最强而衰减最大，液体次之，固体吸收最小而衰减最小。因此，对于一定强度的超声波，在气体中传播的距离会明显比液体和固体中传播的距离短。而且频率越高，衰减越大，因此超声波比其他声波在传播时的衰减更明显，总之，超声波具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定传播等特点。
以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。能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，或者超生探头。
超声波探头主要由压电晶体组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。其接收和发射是根据压电效应和逆压效应实现的。具有压电效应的压电晶体受到声波声压作用时，产生电荷，即将超声波转换成电能；反之，如果将交变电压加在晶体两端面的电极
上，沿着晶体厚度方向将产生与所加交变电压同频率的机械振动，并向外发射超声波，实现了电能与超声波的转换。
超生探头有许多不同的结构，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）。
超生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。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：
a) 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。 b) 工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用的超声波
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败。医疗用的超生探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
c) 灵敏度。主要取决于制造的晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反
之，灵敏度低。
通过读此书的章节，简单的了解了一些关于超声波的物理性质和超声波的类型、工作方式等。为我挑选超声波探头时候做参考，由于我是定向做测距仪，我选用了压电式超声双探头外形如图1。
图1
读书笔记二：
读文献《超声波传感器广泛应用》：
[2] 张洪润，张亚凡，邓洪敏，等 传感器原理及应用[M] 清华大学出版社，2008（6）：35-37
从超声波的行进方向来看，可分为两种基本类型：投射型和反射型。投射型超声波发射器与接收器分别置于被测物两侧，此种类型可以用于遥控器，防盗报警器、接近开关等。反射型的发射器与接收器置于被测物的同一侧，可用于接近开关、测距、测厚、液位和料位测量、金属探伤等。超声波检测广泛用在工业、国防、生物医学等方面。
超声波测距的原理是：超声波发射器发射超声波，通过被测物体的反射，接收器接收回波，从发射到接收的时差来测量被测距离，是一种非接触式测量。
测定物位距离时不接触被测物体，无活动部分，安装调式简单，维修保养方便，测量精度高。作为物位测量控制器，测量控制料位、液位变化的精确位置，因此可非接触测量有腐蚀性的各种液体，固体，实现料位、液位的自动化控制。
超声波物位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的，通过测量超声波从反射至接收到被物位界面反射的回波的时间间隔来确定物位的高低。
超声脉冲的传播时间t可以适用的电路进行精确的测量，而速度v会随着介质的温度、成分等变化而变化，如0℃时为331.36m/s，20℃时为343.38m/s。因此需要采取有效的补充措施。可以设置校正具，从被测介质中安装两组换能器探头，一组用作测量探头；另一组用作校正探头。校正方法是将校正用的探头固定在校正具的一端，校正具的另一端是一块反射板，由于校正探头到反射板的距离L。为一固定长度，测出超声脉冲从校正探头到反射板的往返时间t。，则可得声波在介质中的传播速度为 V0?2L0，因为校正探头和测量探头在同一介质中，如果两者t0L0t，由这式，只要测出时间t和t。，就T0的传播速度相等，即V0?V，代入H?能获得物位H，从而消除了声速变化引起的误差。
基于超声波测距的原理，还可以应用到其他地方，比如机器人防撞、各种超声波接近开关、自动门的设计应用、倒车雷达、交通车辆的检测以及防盗报警等相关领域。
比如，选用封闭型的发射超声波传感器MA40EIS和接收超声波传感器MA40EIR