超声波测距的主要应用领域 - 全文

　　超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。

　　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，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。

　　超声波测距系统采用最现代化的信号处理技术，高性能声波传感器的运用而获得了可靠而精确的测量效果。在模拟信号输出、开关信号输出的同时，RS-232和RS-485接口允许用户将超声波测距系统连接到电脑上。
 
　　通过设备同步功能，几台超声波测距系统可同时工作。这样，我们就可以利用超声波系统阵列测量出物体的形状结构了。

　　测量对象

　　几乎所有可反射声波的物质都可以被测量，甚至包括吸收声波的物质（例如纤维棉或泡沫橡胶等）也可被检测，只是最大检测范围会缩短。因为检测结果不受对象形状影响，因此，检测对象可以是固体、液体甚至粉末。

　　最大检测距离

　　最大检测距离是由从被测对象身上返回的超声波数量所决定，而反射波数量又由对象的尺寸、表面结构和与超声波波束角度决定。如果条件合适，即使很小的对象，例如直径仅0.2mm的导线也可检测到。然而，任何对象，如果测量条件与理想条件不同，都会影响最大测量距离和测量稳定性。

　　超声波发射角

　　超声波发射角是指声波在衰减达3dB的范围，如测量目标很近，也可以忽略这一限制。如果要达到最大测量距离，被测对象应位于发射角区域内。

　　量程

　　量程由最大和最小测量距离决定，如果测量距离过短，则超声波脉冲的转换时间就不能准确测量。

　　测量频率
 
　　仅当超声波反射脉冲被接收到，并延迟一定时间后，一个新超声波脉冲会发射，因而，测量距离长的超声波测距系统测量频率低，而测量距离短的超声波测距系统测量频率高。

　　最小测量距离、盲区

　　超声波测距系统使用单换能器实现超声波脉冲的发射和接收，因为换能器不可能同时执行两种操作，所以在超声波测距系统前保留了一个区域，在此区域内的对象将不能被检测到。

　　感应距离

　　换能器能接收到一个完整回波的最大距离。

　　环境影响

　　诸如潮湿、灰尘和烟尘等环境因素均不会影响测量精度。
 
　　超声波系列产品仅可用于空气中，在其它气体，如一氧化碳气中，会因为传播速度和吸收率的不同而导致测量误差，在超声波测距系统换能器上水蒸汽的凝结也会影响测距功能的实现。

　　超声波测距系统都具有温度补偿功能，用以补偿由于温度变化而导致的超声波传播速度的变化。

　　剧烈的空气运动会导致测量不稳定。不过普通气流速度是不会妨碍测量的，因此本公司的超声波测距产品可以在露天中使用。

　　安装方式

　　超声波测距系统可安装在任何需要的位置，只要避免声波被无关目标表面吸收和反射即可。
 
　　超声波束也能被反射板改变传播方向，但是会影响最大检测距离。如果使用聚焦反射板可以减少超声波的损失。

　　声波测距作为一种典型的非接触测量方法，在很多场合，诸如工业自动控制，建筑工程测量和机器人视觉识别等方面得到广泛的应用。和其他方法相比，如激光测距、微波测距等，由于声波在空气中传播速度远远小于光线和无线电波的传播速度，对于时间测量精度的要求远小于激光测距、微波测距等系统，因而超声波测距系统电路易实现、结构简单和造价低，且超声波在传播过程中不受烟雾、空气能见度等因素的影响，在各种场合均得到广泛应用。

　　然而超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度。一是超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大的误差；二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大地展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。其他还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响，这些因素都限制了超声波测距在一些对测量精度要求较高的场合的应用，如何解决这些问题，提高超声波测距的精度，具有较大的现实意义。