5

9

No

.

Z

Feb

.

9

Z

006

作者简介

!

滕艳菲

9

女

9

现就读于桂林电子工业学院电子工程系

9

主要研究方向

I

测试与控制

O

超声波测距精度的研究

滕艳菲

陈尚松

!

桂林电子工业学院电子工程系

桂林

541004

"

摘

要

!

介绍了一种基于回波包络分析的高精度超声波测距方法

!

该方法研究了幅度起伏和时间

漂移条件下回波包络模型

"

并对模型进行了简化处理

"

可以更准确地计算超声波渡越时间

!

另外

"

实

时测量环境温度对超声波传播速度加以修正

"

从而大大提高了测量精度

!

关键词

!

超声波

测距

回波包络

峰值检测

中图分类号

!

TB517

TPZ

74

.53

S

t

ud

y

on

p

recis

i

on

of

ultrasonic

ran

g

i

n

g

T

en

g

Yanf

ei

Chen

Shan

g

son

g

(

Elect

ronic

En

g

ineerin

g

De

P

Ort

m

ent

9

Guilin

Unizersit

S

o

f

Elect

ronic

Ond

T

ec

hnol

o

gS

9

Guilin

541004

)

Abstract

I

Thi

s

p

a

p

er

i

ntr

oduces

an

ultrasoni

c

ran

g

i

n

g

m

et

hod

based

on

anal

y

Zi

n

g

t

he

envel

o

p

e

of

echo

.

Thi

s

m

et

hod

researches

t

he

echo

envel

o

p

e

model

Whi

ch

has

been

si

m

p

lifi

ed

i

n

t

hi

s

p

a

p

er

under

ran

g

e

Wave

and

ti

m

e

excursi

on

9

and

can

co

m

p

ut

e

t

he

trans

m

itti

n

g

ti

m

e

more

accurat

el

y

.

in

addi-

ti

on

9

t

he

real

-

ti

m

e

envir

on

m

ent

al

t

e

m

p

erat

ure

i

s

al

so

m

easured

t

o

cali

brat

e

t

he

s

p

eed

of

ultrason-

i

c

9

conse

C

uentl

y

9

i

m

p

r

ove

m

easuri

n

g

p

reci

si

on

g

reatl

y

.

Ke

y

words

I

ultrasoni

c

9

m

easuri

n

g

di

st

ance

9

envel

o

p

e

of

echo

9

det

ecti

n

g

p

eak

val

ue

.

0

引

言

随着自动测量

和

微

机

技术

的

发

展

9

超

声

波

测

距

作为一种现代化的

测

量手

段

以

其

不接

触

被

测

物

体

\

可测范围广

\

不受光线和被测物体颜色的影响

\

易于

控制等优点

9

已经在液位测量

\

建筑测量等方面得到

越来越广泛的应用

O

目

前

9

国内

的

超

声波

测

距专

用

集成电路的精度只能

达

到厘

米

级

9

可

以满

足

一般

工

业测量的要求

9

但是对

于

一些

精

度

要

求

较高

的

测

距

场合就不适合了

O

本

文

从

提

高测

距

精度

出

发

9

分

析

了误差来源

9

重点介绍

通

过研

究

幅

度

起

伏和

时

间

漂

移条件下的回波包络

模

型

9

并对

模

型

进行

简

化处

理

以精确计算渡越时间

的

方

法

O

通过

实

验

证明

9

所

设

计的超声波测距系统误差小于

3

%

9

满足了各种高

精度近距离测距的要求

9

有广阔的应用前景

O

l

超声波测距原理

本系统采用渡越时间法测量超声波

O

所谓渡越

时间法可以表述为

I

设超声波发射换能器到目标障

碍物的距离为

L

9

超声波在空气中的传播速度为

C

9

超声波从超声波发射到接收换能器接收所经历的渡

越时间设为

t

9

则

L

=

C

t

Z

O

2

系统设计及工作原理

系统设计如图

1

所示

9

由超声波测距系统

\

控制

系统和显示部分组成

O

2

.

l

超声波发射及驱动

由于超声波在空气中传播时

9

超声波散射与超

声波频率的四次方成正比

9

被空气吸收的能量与超

声波频率的平方成正比

9

所以超声波频率越高所能

测量的距离越短

9

因此在测量较远距离时超声波频

率不可过高

O

本系统采用的是

40

K

HZ

的超声波

9

经

由单片机的

i

O

口产生

9

由功率放大电路驱动超声

波发射换能器发射超声波

O

2

.

2

超声波接收电路

系统

为

判

断

回

波

信

号

前

沿

而

设

置

一

定

的

门

限