超声波测距仪.doc

1、项目必要性
随着我国经济能力的增长，科学技术正在突飞猛进的发展，经济推动科技进步，科技反过来对经济有促进作用。的确，国民经济离不开科技基础，在万事日新月异的今天，科技对我们的生活起着举足轻重的作用。
距离测量工作在工程技术、工业生产、铁道交通、水利水文、人工智能、航宅航天、国防建设等多个领域发挥着重要的作用，高精度、高效率的测距技术一直是国内外测控专家关注和研究的对象。随着电子技术的发展，非接触式测距主要分为微波雷达测距、激光测距和超声波测距三大类，前两种方法技术难度大、成本高，一般仅用于航空航天和国防建设领域，而超声波测距由于其技术难度相对较小，且成本低廉，适于民用推广。
距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数，测距成为数据采集中要解决的一个问题。而由于超声波的速度相对光速小的多，其传播时间比较容易检测，并且易于定向发射，方向性好，强度好控制，因而人类采用仿真技能利用超声波测距。超声波测距是一种利用超声波特性、电子技术、光电开关相结合来实现非接触式距离测量的方法。因为它是非接触式的，所以它就能够在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用。比如要测量有毒或有腐蚀性化学物质的液面高度或高速公路上快速行驶汽车之间的距离。
超声波测距最主要的是利用声波的强反射性，与光和点的测量不同，它单一、结构简单，无需配备附属的器件。电测量利用电阻抗的相对变化，多数需要成对的器件来引起阻抗的变化；光测量多需要感光物质，虽然它测量精度极高，但器件精细贵重，不易普遍采用。超声波测距只需将探测头对准物体，测量简单方便，适用在精度要求不高的场合。随着技术手段的不断提升，软硬件的发展，目前，超声波测量精度已经非常准确，完全达到日常生产生活的要求，因此，其利用范围正在逐步扩大，受重视程度正在逐步提高。
2、超声波技术在国内的发展
国内从五十年代起对超声波测距进行了较多的研究，并取得了可喜的成果。近年来由于电子技术的飞速发展，特别是单片机技术的应用，使得原来非常复杂的超声物位测量仪的设计有了大幅简化的可能，如采用zilog公司的z86E08单片机控制的超声波测距数显装置，以8098单片机为核心的智能物位测量仪等，从而使得超声物位测量仪的应用得到更多的普及.
国内的早期的测距仪也是基于机械原理的，但是随着世界的电子技术的发展，国内位移测距仪在各方面不甘落后，甚至在某一方面科技含量更高。　以下几种测量方式的介绍:　
1、人工检尺 　　
利用皮尺测量距离，这是至今仍然在全世界广泛使用的最简单方法，人工测量的精度一般，存在人为因素误差。
2、雷达测距仪 　
连续式微波测距仪这几年逐步推向市场。它通常采用调频雷达原理，利用同步调频脉冲技术，微波发射和接收器安装在发射点，向需要被测物面发射频率调制的微波信号。当接收到回波信号时，由于来回传播时间延迟，发射频率己改变了。将两者信号混合处理，所得信号差频正比于发射点到被测物面之间的距离.　
3、激光测距仪
激光测距仪的测量原理是用光波代替超声波。即传感器发射激光，照射被测物面，接收反射光，将从发射至接收的时间换算成距离。激光光束很窄，在测距仪中通过光学系统转换成约20ram宽光束，这样即使被测物面很粗糙，漫反射光也能被传感器接收　
激光测距仪技术参数：　
(1)测程：7.5Km；
(2)测距精度，±5m 　　
(3)温度范围：--40℃～+50℃　　 　　
　4、γ射线测距仪 　
该技术是基于γ射线对不同物质产生不同衰减的理论，将放射源钻60或艳137置于一个防护容器内，放在被测介质的一侧(此被测介质对y射线有一定的衰减作用)，在介质的另一面，装有一个检测器，当y射线穿透这个有一定厚度距离时，它被衰减，其衰减率取决于被测介质的密度、吸收系数和厚度。介质厚度越大，衰减越大，接收器将γ射线量变为光脉冲信号，再由光电倍增管转换为电脉冲信号。由于介质与γ射线衰减量是非线性关系，所以必须通过统计标定。γ射线测距特别适用于传统测量仪表不能解决的测量问题，因为测量件没有任何部件与被测介质相接触。
　5超声波测距仪仪 　
超声波测距仪是非接触测距仪中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气中的传播速度及遇到被测物体表面产生反射的原理。智能化的超声波测距仪带有一个功能很强的智能回波分析软件包。它可以将各种干扰过滤出来，识别多重网波，分析信号强度和环境温度等有关信息，这样即便在有扰动条件下读数也基本精确的。新型气密结构、耐腐蚀的超声换能器可测量高达12m，输出信号符合HART协议或profibus总线标准或FF总线标准。
在国内有超声波测距仪，精度不高，而且用于多方方向的测距仪也不多见。以下是深圳莱德电子超声波测距仪的技术参数:
　测程：0．5m～20．0m 　
　精度：±(Icm+0.5％×距离) 　
　温度补偿：0～38 　
　分辨率：1cm 　　
3、超声波测距仪的经济效益
自19世纪末到 20世纪初, 在物理学上发现了压电效应与反压电效应之 后,人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法,从此迅速揭开了发展与 推广超声技术的历史篇章.最早时候超声治疗在欧美兴起,这是一项划时代的技术,为医学上各种疑难杂症的治疗提供了新的解决办法 ,为超声治疗学的发展 奠定了基础.
随着科技发展,超声波取得的经济效益越来越大,不仅推动了医学的发展,而且逐渐的运用到了工业,航天,民生等各个方面.以测距原理为依托不断衍生出各种新的新产品,如超声波探伤,超声波倒车雷达,超声波系统管道的排污等等,可以说生活中是随处可见,创造的经济效益有目共睹.
4、超声波技工程术难题的解决
　综合国内超声波测距仪，精度都不高，分辨率是lcm，存在盲区，技术保密。本文设计的测程较之前面所述的超声波测距仪稍短。在测量原理中，激光测距仪测程远，但是在箱涵中，受光线影响不适宜采用激光原理测距。人工检尺方式不可能，雷达造价高，γ射线需事先定性定量，因此，在箱涵等许多特殊场合中只能用超声波测距原理来设计测距仪.
5、超声波测距仪的发展方向
目前国内一般使用专用集成电路设计超声波测距仪，但是专用集成电路的成本很高，并且显示距离也比较困难，操作使用也不是很方便。而本设计研究的测距仪成本低廉，性能优良，市场前景极为广阔。
超声波是频率高于 20000 赫兹的声波,它方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声音,在水中传播距离远,可用于测距,测速,清洗,焊接,碎石, 杀菌消毒等.在医学,军事,工业,农业上有很多的应用.
6、超声波测距仪的应用
超声波测距倒车.在整个倒车过程中自动测量车尾到最近障碍物的距离，并用数字显示出来，在倒车到极限距离时会发出警告声，提醒驾驶员注意刹车,从而可望成为驾驶员特别是货车以及公共汽车驾驶员的好帮手，可有效的减少和避免那些视野不良的大型汽车，如集装箱车、载货车、公共汽车等倒车交通事故。
超声检验.超声波的波长比一般声波要短,具有较好的方向性,而且 能透过不透明物质,这一特性已被广泛用于超声波探伤,测厚,测距,遥控 和超声波成像技术.超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术 . 把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上,从试样透出的超声 波携带了被照部位的信息(如对声波的反射,吸收和散射的能力) ,经声透镜汇聚在压电接收器上,所得电信号输入放大器,利用扫描系统可把不透明 试样的形象显示在荧光屏上.