用于激励超声导波的激励信号源的设计方法

在应用于管道缺陷检测的众多无损检测技术当中，超声导波检测技术与常规无损检测方法相比，具有检测距离长，检测速度快等突出优点。超声导波在管道中传播时存在多模态与频散特性，若超声导波所用的激励源仍采用常规超声检测时宽带激励的方法，则在管道中所激发出的超声导波，将会发生频散，即不同频率的超声导波其群速度也不一样，这样会使管道中接收到的超声导波回波信号的幅值微弱，不利于缺陷检测的分析与处理，频散严重时可能无法得到缺陷回波信号。通过分析频散曲线可知，在某一频率范围内，某一模态的导波几乎不发生频散，纵向轴对称导波模态L(O，2)就是其中的一种，L(0，2)模态在一定的频率范围(40～500 kHz)内其传播速度几乎保持不变，且传播速度最快。若采用相应频段内的窄带脉冲作为激励信号，则可激励出L(O，2)模态占

主导的超声导波，这样可最大限度地避免超声导波的频散现象带来的不利影响。利用高速单片机，数模转换器等设计了专门用于激励超声导波的窄带激励信号源，该信号源可实现汉宁(Hanning)窗的宽度可调，单音频信号频率可调的功能，提供了一种用于激励超声导波的激励信号源的设计方法。

1 系统总体结构

在进行超声导波管道检测时，一般选用汉宁窗调制单音频的窄带信号脉冲作为激励信号源，即选的激励函数为

其中，f为单音频信号频率，n为汉宁窗调制的单音频的周期数。

根据超声导波在管道中的传播特性，对于不同材料及尺寸的管道，所需的超声导波窄带激励信号的频率及周期数不尽相同。利用高速单片机与数模转换器构成信号发生器，实现汉宁窗调制下的单音频信号的频率可调及汉宁窗宽

超声波发生器电源控制电路

超声波发生器电源控制电路信息发布时间：(2008年8月7日22:02:40 ) 发布者IP地址: 信息详细内容: 第60324篇:基于PWM大功率超声波电源的设计发布时间:2006年12月30日点击次数:120 来源:电子设计应用作者:内蒙古科技大学机械工程学院苏凤岐汪建新孙建平摘要：本文详细介绍了为驱动磁滞伸缩换能器而设计的一种频率、功率可调式大功率超声波电源,该电源采用由IGBT构成的全桥式逆变主电路,实现了逆变降压和输出电压调控。控制电路以脉宽调制电路为核心,通过给定信号和反馈信号电压的比较,获得宽度可变的脉冲信号,调节电源的输出电压,并实现对电源的闭环控制。关键词：IGBT;波形发生器;超声换能器;脉宽调制引言近年来,随着全控制型电子器件和PWM技术的迅速发展,功率超声的应用及其驱动电源的开发已成为热点研究领域之一。本文介绍的高频换能器驱动电源,采用全桥移相式串联电路拓扑,以单片脉宽调制电路为核心、IGBT功率管为功率开关器件,实现了大功率输出。它具有效率高、性能稳定、体积小、质量轻和调节方便等优点。超声波电源的设计超声波电源的组成及原理框图逆变式超声波电源主要由主电路和控制电路两部分组成,其基本原理框图如图1所示。图1超声波发生器原理框图主电路是将电能从电网传递给负载的电路,其主要作用是减小变压器体积和改善电源的动态品质。控制电路则主要为逆变主电路提供开关脉冲信号,驱动逆变主电路工作,并借助反馈电路和给定电路来实现对逆变器的闭环控制。逆变主电路逆变主电路包括输入整流滤波、逆变器和输出滤波三个主要部分,而逆变器则是其核心部件。逆变器本设计采用的逆变电路为全桥式逆变电路,其优点是：适用于大功率输出,主变压器只需一个原边绕组,通过正、反向的电压得到正、反向的磁通。因此,变压器铁芯和绕组得到最佳利用,使效率得到提高。另外,功率开关管在正常运行情况下,最大的反向电压不会超过电源电压,4个能量恢复二极管能消除一部分由漏感产生的瞬时电压,无须设置能量恢复绕组,反激能量便得到恢复利用。在全桥式逆变电路中,采用IGBT作为大功率开关器件。IGBT管构成的逆变器的电路原理图如图2所示。图2桥式变换电路图交流电经桥式整流器而获得直流电压,并经C0滤波,变成平滑的直流电压V+。该电压加在IGBT功率管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4组成的逆变桥上。当Tr1、Tr2、Tr3、Tr4都截止时,中频变压器T 原边线圈绕组T1p两端的电压U1=0。给Tr1、Tr3触发脉冲,这两个功率管导通, Tr2、Tr4截止时, 此时中频变压器T原边线圈绕组T1p两端的电压U1=V+,流经变压器原边线圈绕组T1p的电流方向由下至上。当Tr1、Tr3截止, Tr2、Tr4导通时, 此时中频变压器T原边线圈绕组T1p两端的电压U1=-V+,变压器原边线圈绕组T1p电流的方向为由上至下。由此可见,通过Tr1、Tr3和Tr2、Tr4的交替导通和关断,也就是交替驱动Tr1、Tr3和Tr2、Tr4, 中频变压器T的二次侧即得到矩形波交流输出,实现了直流变交流的过程。T r1, Tr2、Tr3, Tr4的通断受控于电子控制电路,其每秒钟驱动IGBT的次数决定了电源的工作频率。中频变压器在逆变器部分, 中频变压器的作用是实现电压变换,功率传递以及输入、输出之间的隔离。由于中频变压器的工作频率较高,随着频率的增大,铁芯的铁损将成倍增加。为了减少其铁损需选用厚度极薄的硅钢片,这显然是很不经济的,因而选用高导磁合金材料的铁氧体磁芯。铁氧体磁芯的规格可根据输出功率及其效率来确定,则磁芯有效截面积Ae、总磁感应强度增量△B也就确定。根据公式1,可计算出中频变压器的原边绕组匝数。 (1) 其中,Np为变压器原边绕组匝数,U1为变压器绕组电压,△B为总磁感应强度增量,Ton为最大导通时间。控制电路控制电路主要由电子控制电路和驱动电路构成,而电子控制电路又包括时序控制电路和脉宽调制电路。其中,脉宽调制电路是整个超声电源控制系统的核心,它与控制系统中的其它电路都有直接联系,其主要作用是将电压给定信号和电压反馈信号进行比较放大,根据给定值与反馈值的差值,输出相应宽度的脉冲信号,以调整电源输出电压的大小。通常采用定频率调脉宽的PWM方式来达到换能器所需的各种特性控制。脉宽调制电路还有欠压、过压、过流等保护功能,封锁输出脉冲,使电源停止输出。另外,脉宽调制电路还具有软启动、死区设定等功能。脉宽调制电路本设计采用SG3525A作为电源的PWM芯片。该芯片使用简单,只需要外接少量电阻电容,即可构成所需的脉宽调制电路。如图3所示,芯片内部主要由误差放大器N1、比较器N2、振荡器、分相器和触发器等组成。图3 脉宽调制电路图给定电压Ug和反馈电压Uf分别接至误差放大器N1的同相端和反相端,N1 端的输出电压UN1接至比较器N2的反相输入端,同时,振荡器产生的三角波信号UN2,接至N2的同相输入端。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较,从而在比较器的输出端输出一个随误差放大器输出电压的高低而改变脉宽的方波脉冲。再将此方波脉冲送或非门的一个输入端,或非门另三个输入端分别为触发器、振荡锯齿波、欠压

传感器教案.

传感器教案. -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

教案

第一章概述—传感器技术基础知识1.1传感器的定义及组成 1.1.1 定义国家标准（GB/T7665-1987）规定：传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。也叫发送器；传送器；变送器；Transducer/Sensor等。对定义的理解：它是测量装置；输入量是某一被测量（物理、化学、生物等）；输出量是某种物理量（气、光、电等），主要是电物理量；输出输入有对应关系，并应有一定的精度 1.1.2 传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成，组成框图如图示。 1.2传感器的分类 1.2.1按工作机理分（1）物理型按构成原理：结构型；物性型电信号非电物理量敏感元件转换元件接口电路辅助电源

结构型：是以结构（如形状、尺寸等）为基础，利用物理学中场的定律构成的，动力场的运动定律、电磁场的电磁定律等。必须依靠精密设计的结构予以保证。如：磁隙型电感传感器、电动式传感器等。物性型：是利用物质定律构成的，利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量。虎克定律、欧姆定律等。主要依靠材料本身的效应来感应信息。如：光电管（外光电效应）、压电晶体（正压电效应）、光敏电阻、所有半导体传感器、以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金的性能变化的传感器。按能量转换情况：能量控制型、能量转换型能量控制型：在信息变化过程中，其能量需要外电源供给。如：电阻、电感、电容、基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等。能量转换型：主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如：压电效应、热电效应、光电动势效应等。按物理原理电参量式（包括电阻式、电感式、电容式等三个基本形式）、磁电式（包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式、光电式（包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等）、气电式、热电式、波式（包括超声波式微波式等）、射线式、半导体式、其它原理等。可以是两种以上原理的复合形式。（2）化学型利用电化学反应原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。最常用的是离子选择性电极。核心部分是离子选择性敏感膜。广泛应用于化学分析、化学工业的在线检测

超声波测距课程设计样本

目录前言 1课题设计目及意义----------------------------------------------- 1 1.1设计目----------------------------------------------------- 1 1.2设计意义----------------------------------------------------- 1 1.3课题设计任务和规定------------------------------------------- 1 正文 1 课程方案设计------------------------------------------------- 2 1.1系统整体方案--------------------------------------------------- 2 1.2系统整体方案论证-------------------------------------------- 2 2系统硬件构造设计------------------------------------- 2 2.1 51系列单片机功能特点及测距原理------------------------------ 3 2.1.1 51系列单片机功能特点------------------------------------- 3 2.1.2 单片机实现测距原理 ----------------------------------------- 3 2.2 超声波电路构造------------------------------------------------ 4 2.3 超声波测距系统硬件电路设计---------------------------------- 4 2.4 PCB版图设计---------------------------------------------------- 5 3 系统软件设计----------------------------------------- 6 3.1 超声波测距仪算法设计---------------------------------------- 7 3.2 主程序流程图--------------------------------------------------- 7 3.3单片机某些C语言程序-------------------------------------------- 8 3.4超声波测距某些C语言程序-------------------------------------- 11

超声波收发电路大全

40kHZ超声波发射电路(1) 40kHZ超声波发射电路之一，由F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由C1、R1和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。F3的输出激励换能器T40-16的一端和反向器F4，F4输出激励换能器T40-16的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。电容C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。电路中反向器F1~F4用CC4069六反向器中的四个反向器，剩余两个不用（输入端应接地）。电源用9V叠层电池。测量F3输出频率应为40kHZ±2kHZ，否则应调节RP。发射超声波信号大于8m。 40kHZ超声波发射电路(2) 40kHZ超声波发射电路之二，电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。T40-16是反馈耦合元件，对于电路来说又是输出换能器。T40-16两端的振荡波形近似于方波，电压振幅接近电源电压。S是电源开关，按一下S，便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。电路工作电压9V，工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。电路不需调试即可工作。 40kHZ超声波发射电路(3)

40kHZ超声波发射电路之三，由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。电路的振荡频率决定于反馈元件的T40-16，其谐振频率为 40kHZ±2kHZ。频率稳定性好，不需作任何调整，并由T40-16作为换能器发出40kHZ的超声波信号。电感L1与电容C2调谐在40kHZ 起作谐振作用。本电路适应电压较宽（3~12V），且频率不变。电感采用固定式，电感量5.1mH。整机工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。 40kHZ超声波发射电路(4) 40kHZ超声波发射电路之四，它主要由四与非门电路CC4011完成振荡及驱动功能，通过超声换能器T40-16辐射出超声波去控制接收机。其中门YF1与门YF2组成可控振荡器，当S按下时，振荡器起振，调整RP改变振荡频率，应为40kHZ。振荡信号分别控制由YF4、YF3组成的差相驱动器工作，当YF3输出高电平时，YF4一定输出低电平；YF3输出低电平时，YF4输出高电平。此电平控制T40-16换能器发出40kHZ超声波。电路中YF1~YF4采用高速CMOS电路74HC00四与非门电路，该电路特点是输出驱动电流大（大于15mA），效率高等。电路工作电压9V，工作电流大于35mA，发射超声波信号大于10m。 40kHZ超声波发射电路(5)

超声波测距器课程设计

《微机原理及应用》课程设计超声波测距器的设计学生姓名郝强学号20110611113 学院名称机电工程学院专业名称机械电子工程指导教师王前 2013年12月27日

摘要随着科学技术的快速发展，超声波将在科学技术中的应用越来越广。本文对超声波传感器测距的可能性进行了理论分析，利用模拟电子、数字电子、微机接口、超声波换能器、以及超声波在介质的传播特性等知识，采用以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。为了保证超声波测距传感器的可靠性和稳定性，采取了相应的抗干扰措施。就超声波的传播特性，超声波换能器的工作特性、超声波发射、接收、超声微弱信号放大、波形整形、速度变换、语音提示电路及系统功能软件等做了详细说明。关键词：超声波；传感器；测量距离；控制

目录摘要 (2) 目录 (3) 1.设计目的 (4) 2.总体方案 (4) 3.硬件设计 (5) 3.1 超声波测距器硬件电路设计 (5) 3.2.1单片机芯片的选择 (6) 3.2.2AT89C51定时计数应用电路 (6) 3.3超声波发射电路设计 (6) 3.3.1选择超声波发生器类型 (6) 3.3.2 超声波发射电路设计 (7) 3.4超声波接收电路设计 (8) 3.5超声波显示电路设计 (9) 4.软件设计 (9) 4.1波测距器的算法设计 (10) 4.2系统的主控制程序设计 (11) 4.3发生子程序设计 (12) 4.4接收中断程序设计 (13) 4.5显示程序设计 (14) 4.6距离计算程序 (15) 5.结论 (17) 参考文献 (18)

超声波发射电路设计

中北大学课程设计说明书学生姓名：杨胜华学号：0805014137 学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术题目：超声波发射电路设计指导教师：程耀瑜职称: 教授李文强职称：讲师 2011 年 1 月 7 日中北大学

课程设计任务书 2010/2011学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术学生姓名：杨胜华学号：0805014137 课程设计题目：超声波发射电路设计起迄日期：12月26日～1月7日课程设计地点：中北大学指导教师：程耀瑜，李文强系主任：程耀瑜下达任务书日期: 2010 年 12 月 26 日课程设计任务书

课程设计任务书

一．绪论----------------------------------------------------------------1页 1.1课程设计的目的及意义-------------------------------------1页 1.2 超声波发射电路的设计思路------------------------------3页 1.3 课程设计的任务及要求------------------------------------ 3页二．课程的方案设计与选取---------------------------------------- 4页 2.1 课程的方案设计--------------------------------------------- 4页 2.2 课程的方案选取--------------------------------------------- 6页三．系统的硬件结构------------------------------------------------- 6页 3.1 触发脉冲产生电路------------------------------------------ 7页 3.2发射脉冲产生电路------------------------------------------- 8页 3.3 换能器部分--------------------------------------------------- 9页四．Protel 99 SE 简介及原理图绘制 4.1Protel 99 SE 相关介绍及原理图绘制--------------------11页五．总结----------------------------------------------------------------12页六．参考文献----------------------------------------------------------14页附录一：超声波发射电路仿真-------------------------------------15页附录二：超声波发射电路原理图----------------------------------17页绪论

超声波位移传感器-教学设计说明

《超声波位移传感器》教学设计

教学过程师生互动设计意图教师活动学生活动新课引入（5分钟）师生互动教师活动学生活动概念引入：上课之前，老师先为大家演示一个实验：拿出手机，打一个，在通话界面用手靠近手机会发现手机黑屏了，但任然在通话，这就避免了打的时候误操作，也节省了电量！老师提问：为什么靠近过一点距离手机会黑屏？是因为手上的温度还是因为遮挡了某种我们看不见的东西？教师讲解：根据现象可以看到，当有物体接近手机正面的小区域时，手机就会黑屏，远离后又亮屏。所以决定因素是距离，这就是距离传感器，也是位移传感器的一种。【板书】课题：超声波位移传感器引导学生进行相通的探究实验，用不同的物体（温度不同的，透明度不同的），从不同的角度和高度接近目标区域，观察现象。用生活家常见的现象，提出问题，调动学生学习的兴趣，并积极思考。新课教学（15分钟）生活中有哪些事物运用了位移传感器呢？老师为大家准备了几个例子：能感应自身位移的光电鼠标、能报警的倒车雷达思考：它们的共同特征在哪里？引出位移传感器的概念：位移传感器：是能够感知并且把物体的运动位移、空间距离大小，如距离、位置、尺寸、速度等非电学物理量转换成电学量的装置。让学生了解生活中有哪些地方用到传感器，并思考位移传感器的共同特征，互相交流，表达自己的观点。回答：它们可以通过感知光照、声波、磁场等物理量测量距离让学生了解传感器给生活带来的积极影响，培养学生发现问题的能力，体现从生活走向物理的理念。

基于超声波传感器的障碍物检测课程设计

《智能仪器仪表设计基础》课程设计报告单位：学生姓名：专业：班级：学号：指导老师：成绩：设计时间：2013 年5月

指导老师提供的设计题目和要求 1、设计题目：基于超声波传感器的障碍物检测电路仿真设计 2、指导老师： 3、设计条件： [1]仿真软件可用Multisim10软件或者saber软件。 [2]超声波传感器详细参数：工作频率：40KHz±1.0KHz 声压值：≥94dB(30cm/10Vrms sine wave) 灵敏度：≥-82dB/v/u bar(0dB=v/pa)；余振：：≤1.2ms； -6dB方向性(度)：60°±10° 电容：2000pf±10%；最大输入电压(Vp-p)：150(40KHz) 使用温度范围：-35℃—+80℃ 储藏温度范围：-40℃—+85℃ 4、设计要求： [1]设计电路包括超声波发射电路、超声波回波接收电路两部分。超声波发射电路包括升压激励模块。超声波回波接收电路包括一级带通滤波电路、二级带通电路、回波二值化电路组成。 [2]当在超声波发射电路输入端输入VPP=5V，Vmin=0V的方波信号时，超声波发射电路输出端能输出VPP=100V~150V，f=40KHZ的一个激励信号。 [3]当在超声波回波接收电路输入端输出VPP=60mV~2V，f=40KHZ的正弦波信号时，超声波回波接收电路输出端能输出电平信号。当在超声波回波接收电路输入端输入低电平信号时，超声波回波接收电路输出端能输出高电平信号。 [4]附加要求：请用虚拟仪器显示各个电路模块输入端信号及输出端信号 5、参考书目 [1]胡向东，刘京诚，余成波等编著，传感器与检测技术机械工业出版社，2009 [2] 张国雄主编测控电路机械工业出版社，第4版

超音波熔接线的设计

超音波熔接线的设计问题一：超音波导熔线开设不当。解析：我们欲求产品达到水、气密的功能时，定位与超音波导熔线是成败的重要关键，所以在产品设计时的考虑，如：定位、材质、肉厚，与超音波导熔线的对应比例有绝对的关系。在一般水、气密的要求，导熔线高度应在 0.5~0.8m/m 之范围（视产品肉厚而定），如低于0.5m/m以下，要达到水气密的功能，除非定位设定要非常标准，而且肉厚有 5 m/m 以上，否则效果不佳。一般要求水气密的产品其定位与超音波导熔线的方式如下：斜切式：适合水密性及大型产品之熔接，接触面角度 =45°， x=w/2， d=0.3~0.8mm为佳。阶梯尖式：适合水密性及防止外凸或龟裂之方法，接触面的角度= 45°，x=w/2， d=0.3~0.8mm为佳。峰谷尖式：适合水密性且高强度熔接，d=0.3~0.6mm内侧接触面之高度 h 依形状大小而有变化，但 h 约在1~2mm左右。 ※以上三种为水气密超音波导熔线设计法。问题二：熔接条件不当。解析：产品实施超音波作业无法达到水、气密，除了超音波导熔线、治具定位、产品本身定位等因素外，超音波设定的条件也是一项主因。我们在此更深入探讨引响水气密的另一原因（熔接条件），在我们实施超音波熔接作业时，求效率求快是最基本目标，但往往也忽略了其求效率的要领，我们将从下面二个条件来探讨：一、下降速度、缓冲太快：此一形成的速度，使动态压力加上重力加速度将把超音波导熔线压扁，使导熔线无法发挥导熔的作用，形成假相熔接。二、熔接时间过长：塑料产品因接收过长时间的热能，不仅使塑料材质熔化，更进而造成塑料组织焦化现象，产生砂孔，水或气即由此砂孔渗透而出。这是一般生产技术者最不易发现之处

超声波测距电路图

超声波测距电路图超声波测距电路原理和制作由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。为了使移动机器人能自动避障行走，就必须装备测距系统，以使其及时获取距障碍物的距离信息（距离和方向）。本文所介绍的三方向（前、左、右）超声波测距系统，就是为机器人了解其前方、左侧和右侧的环境而提供一个运动距离信息。二、超声波测距原理 1、超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。

2、压电式超声波发生器原理压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 3、超声波测距原理超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 图1 超声波传感器结构这就是所谓的时间差测距法。 < 三、超声波测距系统的电路设计图2 超声波测距电路原理图

实验四超声波测距电路的设计--改后

实验三超声波测距电路设计一．实习的性质：综合二．实验目的：通过本实验了解和掌握超声波传感器测量的原理和方法，加深理解超声波传感器的处理电路设计，掌握温度补偿的办法及提高测量精度的方法。三、实验的时间分配：总学时12学时 1、电路设计4学时 2、电路焊接4学时 3、电路调试4学时四、实验地点：东一教811和816实验室五、实验要求： 1、理解超声波测距原理及方法。 2、根据给出的题目，参照附录中给定的题目所需的参考资料，自行设计超声波测距的发射与接收电路，并理解和掌握整体电路的设计思路和电路的工作原理。 3、根据设计的电路图独立完成电路的焊接及调试工作，掌握焊接方法及调试步骤。扩展练习：采用单片机实现超声波测距的原理、方法及接口电路的设计。六、实验原理声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等。 1)次声波：振动频率低于l6Hz的机械波。 2)声波：振动频率在16—20KHz之间的机械波，在这个频率范围内能为人耳所闻。 3)超声波：高于20KHz的机械波。超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。例如，在钢材中甚至可穿透10米以上。超声波在均匀介质中按直线方向传播，但到达界面或者遇到另一种介质时，也像光波一样产生反射和折射，并且服从几何光学的反射、折射定律。超声波在反射、折射过程中，其能量及波型都将发生变化。超声波在界面上的反射能量与透射能量的变化。取决于两种介质声阻抗特性。和其他声波一样，两介质的声阻抗特性差愈大，则反射波的强度愈大。例如，钢与空气的声阻抗特性相差10万倍，故超声波几乎不通过空气与钢的介面，全部反射。超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，能量的衰减决定于波的扩散、散射 (或漫射)及吸收。扩散衰减，是超声波随着传播距离的增加，在单位面积内声能的减弱；散射衰减，是由于介质不均匀性产生的能量损失；超声波被介质吸收后，将声能直接转换为热能，这是由于介质的导热性、粘滞性及弹性造成的。

超声波传感器的设计与应用演示教学

超声波传感器的设计与应用

传感器课程设计（2010级）题目：超声波传感器的设计与应用学员姓名：xxx 学号：201003011020 学员姓名：xxx 学号：201003011027 学员姓名：xxx 学号：201003011003 xxx

二〇一三年九月

目录 ...............................................................................................................................................第一章超声波传感器简介........................................................................................ 1.1超声波传感器是什么 (2) 1.2超声波传感器应用前景 (2) 第二章超声波传感器设计 (3) 2.1设计目标描述 (3) 2.2 设计指标 (3) 2.3 传感器结构概述 (4) 2.4 传感器设计原理 (4) 2.4.1 物理部分设计 (4) 2.4.2 电路部分设计 (7) 第三章硬件设计 (8) 3.1 单片机设计 (8) 3.2 传感器设计 (11) 3.3 单片机与传感器连接 (12) 第四章软件设计 (13) 4.1 总体设计思路 (13) 4.2 软件程序 (13) 第五章测试结果与分析 (21) 第六章结论 (22) 参考文献 (24)

第一章超声波传感器的设计 1.1超声波传感器是什么超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 1.2超声波传感器应用前景随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以

超声波焊接件的工艺设计

超声波焊接件的工艺设计作者：欣宇机械来源：本站原创日期：2014-5-5 17:32:38 点击：6943 属于：行业新闻超声波焊接件的工艺设计-东莞市欣宇超声波机械有限公司在超声波焊接行业中，很多客户都不知道塑料件焊接，焊接产品优良不只是跟材质，超声波选择机型功率有关系，最容易被忽略的一点是：超声波焊接件的工艺设计，塑料焊接件需要设计有超声线，焊接出来的产品才是比较完美的。那么，超声波焊接件的工艺设计是怎么样的呢？要怎么设计呢？很多客户初步使用超声波焊接，都会对个问题不了解，今天，欣宇小陈为大家讲解：超声波焊接件的工艺设计，希望对朋友有所帮助！超声波塑料件的结构设计必须首先考虑如下几点： 1.是否需要水密、气密。 2.是否需要完美的外观。 3.是否适合焊头加工要求。 4.焊缝的大小（即要考虑所需强度）。 5.避免塑料熔化或合成物的溢出。超声波焊接质量获得原因： 1.材质 2.上下表面的位置和松紧度 3.焊头与塑料件的妆触面 4.顺畅的焊接路径 5.塑料件的结构 6.焊接线的位置和设计 7.焊接面的大小 8.底模的支持为了获得完美的、可重复的超声波熔焊方式，必须遵循三个主要设计方向： 1.围绕着连接界面的焊接面必须是统一而且相联系互紧密接触的。如果可能的话，接触面尽量在同一个平面上，这样可使能量转换时保持一致。 2.最初接触的两个表面必须小，以便将所需能量集中，并尽量减少所需要的总能量（即焊接时间）来完成熔接。 3.找到适合的固定和对齐的方法，如塑料件的接插孔、台阶或齿口之类。下面就对超声波塑料件设计中的要点进行分类举例说明：超声波整体塑料件的结构 1.1塑料件的结构塑料件必须有一定的刚性及足够的壁厚，太薄的壁厚有一定的危险性，超声波焊接时是需要加压的，一般气压为 2-6kgf/cm2 。所以塑料件必须保证在加压情况下基本不变形。 1.2罐状或箱形塑料等，在其接触焊头的表面会引起共振而形成一些集中的能量聚集点，从而产生烧伤、穿孔的情况（如图1所示），在设计时可以罐状顶部做如下考虑

超声波发射和接收电路

超声波发射和接收电路在本设计中，我们设计的发射和接收电路都是分别只有一个，通过继电器进行顺、逆流方向收发电路的切换，这样做既降低了成本，又消除了非对称性电路误差，且发射脉冲通过使用单独的继电器分别对发射和接收换能器进行控制，使换能器的发射和接收电路完全隔离，消除了发射信号对接收的影响。 4.2.1超声波发射电路接收信号的大小和好坏直接取决于发射传感器的发射信号,由于使用收发共用型超声换能器，所以除了选用性能优良的超声波传感器外，发射电路和前级信号接收电路至关重要，它决定着整个系统的灵敏度和精度。超声波测量最常用的换能器发射电路大体可分为三种类型：窄脉冲触发的宽带激励电路、调制脉冲谐振电路和单脉冲发射电路。从早先国内进口的日本超声波流量计来看，基本都采用的是窄脉冲驱动电路。这种电路在设计上一般是用一个极快速的电子开关通过对储能元件的放电来实现，这些开关器件通常为晶闸管或大功率场效应管（MOSFET）。由于需要输出激励信号的瞬时功率大，因此开关器件必须由直流高压供电，一般要达到几十到一百伏以上，这在电池供电的系统中无法实现；此外，开关瞬间会产生高压脉冲，对整个电路的抗干扰设计不利。而脉冲谐振电路设计起来比较简单，其基本方法是用振荡电路产生一个高频振荡，经过幅值和功率放大后接至换能器，使换能器发出超声波，确保高频振荡的频率与换能器固有频率一致，则可获得超声发射的最佳效果。谐振电路能够使用较低的电压产生较强的超声波发射，适合使用电池供电的系统，而且它能精确地控制发射信号，效率高。在本设计中，超声发射电路采用了连续脉冲发射电路，它由脉冲发生、放大电路构成，具体电路连接如图17所示。单片机发出的方波信号经三极管放大和变压器升压，达到足够功率后推动换能器超声超声波，这里变压器的主要用途是升高脉冲电压和使振荡器的输出阻抗与负载（超声换能器）阻抗匹配，变压器与探头接成单端激励方式。图17超声波发射电路 4.3.2 超声波接收电路

小学六年级《信息技术》 10《扫地机器人》教学设计

第10课扫地机器人一、教材分析基于传感器的教育机器人的学习和应用是随着信息技术应运而生的教学内容，本课就从生活出发，将清洁机器人作为教学内容进行设计，综合应用传感器和舵机完成能实现避障和清扫操作的清洁机器人。教学内容主要分为任务分析、模块搭建和程序编写与运行，教师在教学时可以先让学生观察清扫机器人，引导学生分析清扫机器人的任务，再展开教学。扫地机器人的学习是在超声波传感器实践应用的基础上展开的，主要要求学生学习拼搭舵机，再结合已学的避障程序进行舵机程序的添加，因此建议通过迁移应用实践于课堂中。二、学情分析根据皮亚杰的认知发展规律可知，本课的学习对象六年级的学生已经具备了一定的逻辑思维能力，能通过任务的铺垫分析清洁机器人的工作任务。学生在本课之前的学习中，已经接触了实体机器人的应用，搭建实现清洁机器人的脚本在学生的实践能力范围内。但本课加入了舵机的拼搭和使用，对学生的操作能力又提高了要求，可以结合学生的实践探究和教师的搭建分享展开学习。三、教学目标与要求理解“如果那么否则”语句的含义，学会拼搭清洁机器人，理解超声波测距传感器的应用原理，完成避障程序搭建。通过分析清洁机器人的任务，体验思维和分析的过程，初步掌握问题分析的基本方法。通过清洁机器人，感受机器人的可实践性，感受信息技术发展的变化，形成乐学的学习态度，实现技术发展的愿望。四、教学重点与难点

1. 重点：理解“如果那么否则”语句。 2. 难点：理解避障程序和清扫程序的顺序关系。五、教学方法与手段本课采用任务驱动法，让学生在有引导的教学环境中围绕任务分解任务，在小组讨论的过程中迁移运用已有知识，不断优化各分解任务，最终整合实现清洁机器人的任务效果。六、课时安排安排1课时。七、教学准备教学课件、教师用演示文稿和学生用演示文稿。八、教学过程（一）情境导入教师：同学们，今天老师到家看到了这样的场景！（出示图片）怎么办？工作一天已经很累了，我想休息一下，能有个机器人帮帮我吗？学生提出机器人来清洁。教师：对呀！有清洁机器人，商场里看到过很多呢！其实清洁机器人我们也能自己做，今天跟着老师一起来做一做清洁机器人！（板书：清洁机器人）【设计意图】通过提出生活实践中的问题，学生初步形成解决问题的意识，并揭示主题“清洁机器人”的搭建。（二）实践探究 1. 项目分析

超声波测距课程设计.docx

附录 20 目录 .、八、- 刖言 1课题设计目的及意义 ---------------------------- 1 1.1设计的目的 ------------------------------------- 1 1.2设计的意义 ------------------------------------- 1 1.3课题设计的任务和要求正文 1课程的方案设计 ------------------------------- 2 1.1系统整体方案 ----------------------------------- 2 1.2系统整体方案的论证 ------------------------------- 2 2 系统的硬件结构设计 ----------------------------- 2 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 ----------------------- 3 2.1.1 51 系列单片机的功能特点 -------------------------- 3 2.1.2单片机实现测距原理 ----------------------------- 3 2.2超声波电路结构 ---------------------------------- 4 2.3超声波测距系统的硬件电路设计 ------------------------- 4 2.4 PCB 版图设计 ---------------------------------- 5 3系统软件的设计 ---------- 3.1超声波测距仪的算法设计- 3.2主程序流程图 -------------- 3.3单片机部分C 语言程序 ----- 3.4超声波测距部分C 语言程序 4实物制作 ---------------------------------- 17 4.1电路板焊接及连线图 ------------------------------- 17 4.2实物调试效果图 ---------------------------------- 18 4.3焊接电路板时所遇问题 ------------------------------ 19 --- 6 -——7 7 -----8 ——11

塑胶产品设计之《超声波线的设计》

超声波线设计焊接热塑性制品的最普通的方法是超声焊接.这种方法是采用低振幅,高频率(超声)振动能量使表面和分子摩擦产生焊接相连垫塑性制件所需的热量.(正弦超声振动) 超声焊接在20-50kHz 的频率范围内发生,其一般振幅范围为15-60um.在低达15kHz(较高振幅)的声频有时用于较大制件或较软材料.焊接过程通常在0.5-1.5s 内发生.焊接工艺变量包括焊接时间,焊头位置和焊接压力.超声焊接方法可根据焊接时间或焊缝位置(塌陷距离)或焊接能量控制.也对焊接压力和冷却时间提供附加控制. 超声焊接设备通常用来焊接中,小尺寸的热塑性塑料制品,而很大的制品可用多点焊接. 超声焊接设备一般不是在20kHz 就是在40kHz 频率下运行 .20kHz 装置更常用. 接头设计:第一类即最常用的接头类型,在被连接表面的垂直方向上利用超声振动.对接和Z 形接合归入这一类,适用于多数聚合物.第二类超声焊接接头包括与接头表面平行的振动,形成剪切状态.各种类型的剪切和嵌接归入第二类. 能量控制嚣接点与无定形材料一起使用最佳,图1所示较大的能量控制嚣结可在一些不密闭的半结晶材料中应用.

＊剪切接头当焊接半结晶聚合物（或其它难以焊接的聚合物）和需要密封接头号时，一般推荐使用剪切接。需要高强度，高质量接碚的环形和矩形制件都用剪切接头。剪切接

图6 超声焊执着用典型的斜坡接合设计（a）斜坡接合；改进的斜坡接合（附加公差） 1-溢料槽；2-夹具斜坡接合具有30°-60°的角且应该在±1°内装配。为附加的熔区材料厚度增加的

＊溢流式铆焊溢流式铆焊用在要求表面为平的或隆起的及锁信制件的厚度被允许使 ●

超声波发生器的整体电路5

超声波发生器的整体电路基本由三部分组成，信号发生部分，功率放大部分，换能器和换能器的的匹配电路组成。信号发生电路可由RC 振荡电路、555 定时器构成的多谐波振荡器分别产生正弦波和矩形波两种，并且依据不同的原理可以实现变频。功率放大部分，由选定的功率放大器或模块实现功率放大，用来达到驱动功率放大器的功率。换能器是用来实现能量转化的，在两种电路中的用法和作用完全相同，都是在匹配电路的作用下实现能量转化的最大化。 5.1 变频RC 振荡整体电路的简述。变频RC振荡整体电路由三部分部分组成，第一部分是变频RC振荡电路的发生部分，振变频RC振荡电路是用来产生一定频率和一定幅值正弦波的电路，它不需要外接输入信号，输出端就有信号输出。它的基本构思是在放大电路中人为地介入正反馈电路来产生稳定的振荡。根据选择电阻的不同来控制不同的频率，它的基本组成是RC振荡电路，运算放大器等组成第二部分是功率放大部分。信号发生电路中输出的信号功率较小，不足以带动换能器工作，在逐级信号传递过程中，信号功率因太小，易失真和掺入杂波，加上功率放大电路，以满足小功率信号传递的需要。为输出足够大的功率，功率放大电路的输出电压、电流幅度都比较大。功率放大电路工作在大信号工作状态，从能量转换的观点来看，功率放大电路提供给负载的交流功率是在输入交流信号的控制下，将直流电源提供的能量转换成交流能量而来的。第三部分为换能器和换能器的匹配电路，换能器是超声波发生器的核心器件，其特性参数决定整个设备的性能。超声波换能器就是通过换能器将高频电能转换为机械振动。换能器的特性取决与选材和制作工艺，匹配电路的作用是保证电信号能高效而安全地传输给换能器。由三部分组成的变频RC 振荡整体电路如下

有趣的超声波传感器教学设计--郝劲峰

综合实践研究性学习开展创新性活动品位创新的快乐《有趣的超声波传感器》北京市丰台区丰台第五小学郝劲峰

一、指导思想与理论依据（一）指导思想综合实践的总目标是密切学生与生活的联系,推进学生对自然、社会和自我之内在联系的整体认识与体验，发展学生的创新能力、实践能力以及良好的个性品质。（二）理论依据 1. 坚持学生的自主选择和主动参与,发展学生的创新精神和实践能力综合实践活动的实施要以学生的直接经验或体验为基础，将学生的需要、动机和兴趣置于核心地位,充分发挥学生的主动性和积极性,鼓励学生自主选择活动主题,积极开展活动,在活动中发展创新精神和实践能力。 2. 面向学生完整的生活领域,为学生提供开放的个性发展空间综合实践活动的实施是面向学生完整的生活领域，引领学生走向现实的社会生活，促进学生与生活的联系，为学生的个性发展提供开放的空间。 3. 注重学生的亲身体验和积极实践，促进学习方式的变革综合实践活动的实施强调学生乐于探究、勤于动手和勇于实践，注重学生在实践性学习活动过程中的体验和感受，要求学生超越单一的接受学习，亲身经历实践过程，体验实践活动，实现学习方式的变革。二、教材分析 1.教学内容：《有趣的超声波传感器》是我校自主开发的机器人校本课程中的四年级部分。本课共分为两课时，第一课时，学生学习认识超声波的概念，理解超声波传感器测距的原理，并能够使用超声波进行实际距离的测量。本节课重点在与超声波在程序中的应用，通过超声波等待模块的使用来实现自动停车，机器人避障的效果，让学生感受程序与传感器共用所带来的神奇与乐趣。 2.知识背景：（1）声波：发声体产生的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。根据震动频率及人耳朵能够听到的范围分为次声波（震动频率20赫兹一下），声波（震动频率在20-20000赫兹之间），超声波（震动频率在20000赫兹以上）（2）超声波：声音的震动频率在20000赫兹以上，超出人耳朵能够听到的范围的声波。超声波具有良好的指向性、传导性。（3）超声波传感器：将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。，多用于测距、医疗检查、金属探伤、雷达等设计，为人们的工作和生活提供了方便。作为教师，选择的活动载体，一定要既具有普遍性，同时又能够突显出教育目标。在活动过程中，学生的主要精力应放在对方法的掌握和运用上，尽量避免过难的知识对主要教学目标的达成产生较大的干扰和阻碍。本次活动方案选择“超声波”作为活动的载体，有两层含义：从生活中看，超声波是声音的一种，源于学生的生活；从科学上看超声波又具有很多有神奇的特性，激发学生对科学的兴趣和求知欲。