提高超声测距精度的设计

2004年7月A版

摘  要：  本文分析了温度对超声波声速的影响，超声波回波检测对超声波传播时间的影响，超声传感器所加脉冲电压对测试精度的影响。在此基础上，设计了应用于汽车和货车等车辆的车载超声测距仪。实验结果表明，注意以上三方面的因素能够提高超声测距精度。

关键词：  脉冲回波法；测距精度；超声速度；回波时间

引言

　　超声波测距由于其在使用中不受光照度、电磁场、色彩等因素的影响，加之结构简单成本低，在机器人避障和定位、汽车倒车、水库液位测量等方面已经有了广泛的应用。

　　从原理上讲，超声测距有脉冲回波法、共振法和频差法。其中脉冲回波法测距常用，其原理是超声传感器发射超声波，在空气中传播至被测物，经反射后由超声传感器接收反射脉冲，测量出超声脉冲从发射到接收的时间ts，在已知超声波声速Cs的前提下，可计算被测物的距离D，即：

              (1)

　　由于温度影响超声波在空气中的传播速度；超声波反射回波很难精确捕捉，致使超声波在空气中传播的时间很难精确测量。这些因素使超声波测距的精度和范围受到影响。

　　本文从引起超声测距误差的原因入手，分析了温度对超声波声速的影响；回波检测对时间测量的影响和超声传感器所加电压对测量精度和范围的影响。在此基础上，开发出以89C52单片机为核心，采用40KHz压电超声传感器，应用于长大汽车和货车等车辆倒车检测的车载超声测距仪。

超声测距误差因素分析

温度对超声声速的影响

　　空气中传播的超声波是由机械振动产生的纵波，由于气体具有反抗压缩和扩张的弹性模量，气体反抗压缩变化力的作用，实现超声波在空气中传播。因此，超声波的传播速度受气体的密度、温度及气体分子成份的影响，即：

              (2)

　　其中B为气体的弹性模量，r为气体的密度。

　　气体弹性模量，由理想气体压缩特性可得：

　　B=g