浅析超声波测距系统

摘 要：超声波检测的优点在于非接触型，高精度，简单易操作，因此在国民生产生活的各个领域都得到了广泛的应用。本文通过对超声波测距原理进行阐述，并针对国内外超声波测距技术发展的现状进行了论述，表明了超声波测距的先进性和准确性以及可操作性。

关键词：超声波；测距；技术

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等，超声波检测的优点在于非接触型，高精度，简单易操作，正是它的这些特点，被广泛的应用于实际生产中。

目前在国民生活生产中的各个领域里都得到了人们的应用，尤其是化工，航海，机械制造，交通等领域内，另外在医学、材料科学、生物科学等领域中也占有重要的地位。

1 超声波测距的原理

由超声波发生器在控制系统的控制下，向被测物体发射超声波，同时控制计时器进行计时，超声波在向被测物体传播时，当它接触到被测物体时，会被反射，回波被接收装置接收，同时控制计时器结束计时，计时器所记录的时间即为超声波来回的时间，通过计算就可以得到发射点距被测物的距离。原理如图1 所示。

测量电路简单，测量的范围适中，精度较好，使用较为广泛。

2 国内外超声波测距技术研究进展

近年来，由于各种超声波检测仪器大量问世，带动了超声波测距系统的长足发展。目前在超声波回波信号的处理方法上、新型的超声波换能器的研发上、超声波发射脉冲的选取三个方面，做了大量的研究工作，并针对影响超声波测距的因素，提出了温度补偿、接收回路串入自动增益调节等措施，提高了超声波测距系统的准确度。但是作为超声波测距系统的关键技术之一，回波信号处理仍然是目前研究的重点方向。

2.1 国内超声波测距技术研究进展

国内在超声波测距仪器上的研究也步入了国际先进行列。其中，由某研究院设计的型号为2000A的超声分析检测装置，是一个智能化测量仪器，在它的内部自带一个微处理器，所有的操作全部在微处理器的控制之下，其测试波形清晰，状态稳定，且操作简单，并具有断电存贮的功能。其先进的设计理念，齐全的使用功能，且在设计上的创新和突破都遥遥领先与国内同类产品，并进入了国际领先行列。

李云龙等人在2012年第1期《仪表技术与传感器》发表的“新型嵌入式超声波测距系统”一文中，设计了一种以C8051F320单片机、反激变换器和专用集成电路为核心元件的超声波测距系统，它可以增大超声波的发射频率和准确接收回波信号。测试结果表明这种系统测量数据准确，线性度好，性能稳定，成本低等特点可以广泛应用于工业领域。

王小华等人在2012年第33期《广西物理》发表的“基于温度补偿的超声波测距系统设计”一文中，设计了一个超声波测距系统，它包含AT8951单片机，发射、接收电路，温度补偿电路及显示电路等5部分。对温度、距离衰减及时间差测量进行补偿。实验结果证明该系统，稳定，精度较高，最大误差小于2cm。

2.2 国外超声波测距技术研究进展

国外在超声波测距领域起步较早，尤其在超声波测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》发表的“The Optimized Pseudorandom Digital Modulation Excitation Sequences for Multichannel Ultrasonic Ranging system”一文中，提出了采用多通道超声波传感器随机数字调制激励序列，以避免串扰。充分利用了传感器的带宽来配置传感器的调制参数，它可以使八通道超声波测距系统协同工作，并无串扰，具有最大误差不超过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，对超声测距方法的不同技术和局限性进行了综述，重点对测量精度和可重复性进行了讨论。得出“简单的时域方法都与它们的频域等值相关”的结论。

3 结论

纵观上述可以发现，超声波测距技术的研究，除了采用先进的计算机控制技术之外，主要集中在对测距信号的影响因素以及补偿处理方法等方面，以提高测距精度与可靠性。

参考文献：

[1] 李云龙，卜雄洙，赵文，朱雅平.新型嵌入式超声波测距系统.仪表技术与传感器，2012，No.1：97-99.

[2] 苏琳.基于HC-SR04的超声波测距器的设计.机械与电子，2012，9：124-125.

[3] 兰羽.具有温度补偿功能的超声波测距系统设计.电子测量技术，2012，2：85-87.

作者简介：潘晓绒（1981-），女，陕西大荔人，汉族，硕士，讲师，研究方向：自动检测及控制系统。