基于超声波传感器新技术的应用_曹瑞
基于超声波的动态距离测量系统[实用新型专利]
![基于超声波的动态距离测量系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/0b69a29fa417866fb94a8e2a.png)
专利名称：基于超声波的动态距离测量系统专利类型：实用新型专利
发明人：郑进科,杜志平,张涵,孙卫华,梁晨申请号：CN201020143651.3
申请日：20100326
公开号：CN201654231U
公开日：
20101124
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开一种基于超声波的动态距离测量系统，属距离测量技术领域。
该距离测量方法包括：发送端向接收端按照一定频率发送不同频谱特征的超声波信号，并记录所述超声波信号的频谱特征；接收所述接收端返回的无线电信号，所述无线电信号为接收端在收到发送端发送的所述超声波信号后，将所述超声波信号转换成的无线电信号；将所述无线电信号中承载的超声波信号的频谱特征与发送端记录的所述超声波信号的频谱特征匹配对比得出时间差，根据所述时间差计算确定发送端与接收端之间的距离。
该方法利用超声波与无线电技术，以简单易行的方式，实现了对两点之间距离方便、准确的进行测定，具有测量效率高、测距结果准确、可以不间断动态测量的优点。
申请人：北京物资学院
地址：101149 北京市通州区富河大街1号
国籍：CN
代理机构：北京凯特来知识产权代理有限公司
更多信息请下载全文后查看。
曹瑞-基于热释电传感器的红外报警装置-论文.doc
2.1
热释电传感器是一种由压电晶体或陶瓷氧化物组成的感温传感器，需要对表面电镀金属电极组件进行极化才能进行使用，当在监控范围内，红外信号变化时，热电晶体表面的温度也会发生急剧变化，两极之间会产生温差，由于热电效应，电荷将移动到两极并产生电荷差Δq，也就是产生弱电压Δv。由于输出阻抗非常高，所以需要使用效应阻抗匹配装置进行阻抗转换，当检测温度区域稳定时，不产生温差，也就不会产生电压，传感器也就没有了输出，当人体进入到检测区域时，由于人体和环境温度不同，所以会产生温差，两极之间也就可以产生Δv输出电压，从而触发报警电路。当人们站在测试区域时，温度不变，传感器不会产生输出。因此，这种传感器能够对运动的物体进行检测对静止的物体检测不到，如人体或动物在监测区域内有效。系统工作原理如图2-1所示。
Keywords:PyroelectricSensors: HC - SR501; AT89S51Chip
1
1.1
随着时代的发展，科技的更新，人们的意识也越来越前卫，对环境的关注越来越多，首先是生活环境，例如在一些商店等场所的财产安全，人们不得不防止一些恶意入侵的入侵者。现在安装了监控装置，绝大多数社区保卫人员昼夜巡逻，大大提高了生活环境的安全系数，但也有一些漏洞，给予犯罪分子机会。现在常见的报警是如此之少：开关电子报警，压力触发报警等，但有一些缺点或多或少。本文介绍了一种新型报警器——热电红外报警器。由于红外线不可见，所以具有非常好的保密性，所以在安全性上，警戒安全性在系统中得到广泛应用。而且由于它的稳定性可靠，制作工艺简单，技术成熟的优点，使得许多行业的专家和普通的用户对它也是情有独钟。
作者签名：指导教师签名：
日期：日期：
论文题目：基于热释电传感器的红外报警装置
摘要：随着社会的高速发展，科技越来越发达，人们的安全防范意识也越来越高，人们越来越重视自身环境的安全性。如今，绝大部分小区都有安保措施，但是既不美观，而且不符合防火的标准，再加上偷盗者技术的层出不穷，并不能有效的防范入侵者。现在市面上主要有的报警器大都有一些缺陷，会给犯罪分子以可乘之机。本文介绍的是一种热释电红外报警器，这种报警器制作简单，价格低廉，安装简便，防盗性能稳定，抗干扰能力较强，灵敏度较高，安全可靠，适合家庭使用，而且，这种报警器隐秘性较好，不容易被入侵者发现，有较高的实际的应用价值。
压电式超声波传感器的工程应用案例
压电式超声波传感器在工程中有许多应用案例，以下是其中一些：1. 盲点检测：在汽车工程中，压电式超声波传感器可用于检测相邻车道上的车辆，以便进行盲点检测。
这种传感器可以检测到汽车周围的物体，并在必要时提醒驾驶员。
2. 距离和位置测量：压电式超声波传感器可用于测量物体之间的距离和位置。
例如，在机器人技术中，这种传感器可以用于机器人对周围环境的感知和定位。
3. 液位测量：在化工和食品加工行业中，压电式超声波传感器可用于测量液体的液位。
这种传感器可以非接触地测量液位，并且可以在液体表面有波动或泡沫的情况下使用。
4. 流量测量：在流体动力学中，压电式超声波传感器可用于测量流体的流量。
这种传感器可以安装在管道中，以非侵入式的方式测量流体的流速和流量。
5. 振动检测：在机械工程中，压电式超声波传感器可用于检测机器的振动和异常。
这种传感器可以检测机器的振动频率和振幅，以便及时发现机器的故障或异常情况。
总之，压电式超声波传感器在工程中具有广泛的应用，可以在不同领域中实现多种功能。
基于STM32的六足机器人控制系统设计
基于STM32的六足机器人控制系统设计伍立春;王茂森;黄顺斌【摘要】基于仿生原理，以STM32F103VET6为核心的控制芯片构建硬件控制系统。
利用无线遥控器使芯片的通用定时器产生18路PWM波控制机器人各个关节的运动，同时通过串口能在上位机实时显示GPS、超声波测距传感器、加速度计、陀螺仪的输出数据，该机器人能严格按三角步态行走，实现诸如直线、转弯、躲避障碍物等行走功能。
实验结果表明，六足机器人的18个关节运动平稳，对复杂运动步态的控制精确，实现了在地面的稳定运动。
%this paper describes the fabrication of a hexapod bionic robot which is control ed bySTM32F103VET6 microprocessor and walks based on bionic principle. In its control system based on wireless remoter, 18-channel PWM wave generated by the timers STM32F103VE76, is used to control robot’ s legs, and the USART of STM32F103VET6 is used to display the output data of GPS, ul-trasonic sensor, accelerometer, gyroscope.This robot is provided with some abilities, such as linear walking, turning, avoiding barri-ers walking etc. The experiments show that free motion control of 18 joints is smooth, the smarter and smal er control system can be used to control complex walking movement precisely and its ground walking objective is atlained..【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P150-153,161)【关键词】STM32F103VET6;六足机器人;无线遥控;控制系统【作者】伍立春;王茂森;黄顺斌【作者单位】南京理工大学机械工程学院，江苏南京210016;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210016;南京理工大学机械工程学院，江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TP2420 引言移动机器人的发展是一个重要的科研领域，移动机器人可分为车轮式移动机器人、履带式机器人及其仿生技术的运动机器人[1]。
基于超声波定位的智能跟随小车_蔡磊（1）
第卷第期可编程器件应用电子测量技术３６１１年月ＬＥＣＴＲＯＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＥＴ２０１３１１基于超声波定位的智能跟随小车＊蔡磊周亭亭郭云鹏陈素芳吴汉帮（）长春长春理工大学光电工程学院１３００２２：、，摘要设计并实现了一种基于超声波定位红外避障以及单片机控制的智能跟随小车系统在开发板ＡＶＲｍｅａ１６ｇ。
，上完成了设计的全部功能通过安装在载物小车顶部的无线电装置和超声波传感器实时感知载物小车与主人的距。
，，并反馈给单片机用于控制电机的转速与载物小车的姿态为了提高超声波定位系统的精度采取了温度补偿离信息。
，，措施基于超声波四点定位系统高精度小盲区的设计使自动跟随小车能够转弯跟随加上小车具有避障功能使３６０°。
小车跟随目标更加精确和智能化：；；；关键词超声波定位温度补偿智能化ＡＶＲｍｅａ１６ｇ：：：中图分类号文献标识码国家标准学科分类代码ＴＰ２７４ＡＤ４２０ＩｎｔｅｌｌｉｅｎｔｆｏｌｌｏｗｉｎｃａｒｒｉａｅｂａｓｅｄｏｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｇｇｐｇＣａｉＬｅｉｈｏｕＴｉｎｔｉｎｕｏＹｕｎｅｎｈｅｎＳｕｆａｎＨａｎｂａｎＺＧＣＷｕｇｇｐｇｇｇ（，，），ＣｏｌｌｅｅｏｆＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｉｎｅｅｒｉｎＣｈａｎｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏＣｈａｎｃｈｕｎ１３００２２Ｃｈｉｎａ－ｇｇｇｇｙｇｙｇ：ＴＡｂｓｔｒａｃｔｈｉｓｄｅｓｉｎｓａｎｄｉｍｌｅｍｅｎｔｓａｎｉｎｔｅｌｌｉｅｎｔｃａｒｒｉａｅｓｓｔｅｍｗｈｉｃｈｃａｎｆｏｌｌｏｗｔｈｅｍａｓｔｅｒａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌａｅｒｇｐｇｇｙｙｐｐ，ｏｓｉｔｉｏｎｉｎｂａｓｅｄｏｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｉｎｆｒａｒｅｄｏｂｓｔａｃｌｅａｖｏｉｄａｎｃｅａｎｄｓｉｎｌｅｃｈｉｍｉｃｒｏｃｏｍｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ．Ｉｔｃｏｍｌｅｔｓａｌｌ－ｐｇｇｐｐｐｄｅｓｉｎｅｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｎＡＶＲｍｅａ１６．Ｂｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｒｅｃｅｉｖｉｎｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｓｅｎｓｏｒｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｔｈｅｔｏｏｆｔｈｅｇｇｙｇｐ，ｃａｒｔｈｅｃａｒｃａｎｓｅｎｓｅｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｒａｎｄｔｈｅｍａｓｔｅｒａｎｄｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｈｅａｄｏｂｓｔａｃｌｅｓｉｎｒｅａｌ－，ｔｉｍｅｔｈｅｎｆｅｅｄｂａｃｋｔｏｔｈｅｓｉｎｌｅｃｈｉｍｉｃｒｏｃｏｍｕｔｅｒｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｒｏｔａｔｅｓｅｅｄｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍａｃｈｉｎｅａｎｄｔｈｅｏｓｔｕｒｅｇｐｐｐｐ，ｏｆｔｈｅｃａｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｏｓｉｔｉｏｎｉｎｓｓｔｅｍａｄｏｔｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｅｎｓａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｙｐｇｙｐｐｐ，，ｏｓｉｔｉｏｎｉｎｏｉｎｔｓｒｅｃｉｓｉｏｎｄｅｓｉｎｂａｓｅｄｏｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｓｔｅｍａｔｆｏｕｒｗｈｉｃｈｉｓｏｆｈｉｈｗｉｔｈｓｍａｌｌｂｌｉｎｄａｒｅａｍａｋｅｓｔｈｅｐｇｐｐｇｙｇ，ｔｈａｔｆｏｌｌｏｗｓｔｈｅｍａｓｔｅｒａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｔｕｒｎ３６０°ｔｏｆｏｌｌｏｗ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｈｅｃａｒｒｉａｅｈａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｏｂｓｔａｃｌｅｃａｒｒｉａｅｙｇｇ，ａｖｏｉｄａｎｃｅｍａｋｉｎｔｈｅｃａｒｒｉａｅｆｏｌｌｏｗｔｈｅｍａｓｔｅｒｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｅｎｔｌ．ｇｇｙｇｙ：；；；ｕＡＶＫｅｗｏｒｄｓｌｔｒａｓｏｎｉｃＲｍｅａ１６ｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｅｎｓａｔｉｏｎｉｎｔｅｌｌｉｅｎｔｉｚａｔｉｏｎｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｐｐｇｐｇｙ引言１系统原理及硬件介绍２，，，这些年来小车智能化已是一种主流趋势然而目前系统实现了基于单片机的小车智能跟随ＡＶＲｍｅａ１６ｇ。
基于超声波测距的高精度室内位置感知系统研究
０ 引言 在室内位置感知中，基于超声波测距的定位技术
得到了广泛应用，提高定位精度是这项技术目前研究 的热点问题。 文献［１］利用病态数学和良态数学理论 指导参考节点的布置，用于提高定位系统的精度。 文 献［２］ 提出一种基于码分多址 （ ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ，ＣＤＭＡ） －到达时间差（ ｔｉｍｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ， ＴＤＯＡ） 的室内超声波定位系统，该系统通过提高待定 位物体接收和处理信号的能力来提高系统的定位精 度；文献［３－６］ 通过改进定位算法来提高系统的定位
（ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｗｉｄｅｌｙ， ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｆｏｒ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｓ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ａ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎｄｏｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ． Ｆｉｒｓｔｌｙ， ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｏｆ ｅｒｒｏｒ ｗｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂ⁃ ｌｉｓｈｅｄ． Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｅｒｒｏｒ ｗａｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ， ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｗａｓ ｒｅａｌ⁃ｔｉｍｅ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｃｏｍｐｕｔｅｒ， ａｎｄ ｆｉ⁃ ｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ⁃ｓｅｎｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ９５％， ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ５９ ｍｍ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ａｂｏｕｔ １８ｍｍ， ｗｈｉｃｈ ｓａｔｉｓｆｉｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ， ｅａｓｙ ｔｏ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ， ｓｏ ｉｔ ｈａｓ ｃｅｒｔａｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ； ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ； ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ； ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ； ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｎｇ
基于超声波传感器的自主移动机器人的探测系统
基于超声波传感器的自主移动机器人的探测系统作者：金文俊冯浩华亮来源：《现代电子技术》2008年第04期摘要：针对自主移动机器人沿墙导航过程，设计一种收发一体式超声波传感器与步进电机组成的探测系统。
介绍此系统的结构和软硬件设计。
实验总结超声波波束与目标物的入射角大小对测距稳定性的影响，提出搜寻离墙最近点的方法并应用于移动机器人自身位姿的矫正，且推广应用于移动机器人的环境探测。
关键词：超声波传感器；移动机器人；最近点；探测系统中图分类号：TPl8文献标识码：B文章编号：1004—373X(2008)04—156—03移动机器人要获得自主行为，其最重要的任务之一是获取关于环境的知识。
这是用不同的传感器测量并从那些测量中提取有意义的信息而实现的。
视觉、红外、激光、超声波等传感器都在移动机器人中得到实际应用。
超声波传感器以其性价比高、硬件实现简单等优点，在移动机器人感知系统中得到了广泛的应用。
但是超，声波传感器也存在一定的局限性，主要是因为波束角大、方向性差、测距的不稳定性(在非垂直的反射下)等，因此往往采用多个超声波传感器或采用其他传感器来补偿。
为了弥补超声波传感器本身的不足，又能提高其获取环境信息的能力，本文设计由一体式超声波传感器与步进电机组成的探测系统。
1 超声波传感器的探测原理及方法分析超声波传感器的基本原理是发送(超声)压力波包，并测量该波包发射和回到接收器所占用的时间。
L＝c×t/2(1)其中，L为目标距超声波传感器的距离；c为超声波波速(为了简化说明，本文以下讨论的测量距离时不考虑波速受温度的影响)；t为发射到接收的时间间隔。
由于用超声波测量距离并不是一个点测量。
超声波传感器具有一定的扩散特性，发射的超声能量主要集中在主波瓣上，沿着主波轴两侧呈波浪型衰减，左右约30°的扩散角。
事实上，式(1)计算度越时间的方式是基于超声波成功、垂直的反射名义下进行的。
但对于移动机器人很难保证其自身运动姿态的稳定性，采用超声波传感器固定在移动机器人车身的探测方式，当移动机器人偏离平行墙面时，探测系统往往很难得到实际的距离。
生活中超声波传感器的应用
生活中超声波传感器的应用
超声波传感器在生活中有多种应用，包括但不限于以下几个方面：
1. 测距应用：超声波传感器可以用于测量距离，例如智能手机中的距离传感器，可以感知用户的接近距离，以便自动调节屏幕亮度或关闭触摸屏。
2. 防撞和避障应用：超声波传感器广泛应用于机器人、无人机和车辆等设备中，以检测周围障碍物，避免碰撞或撞击。
例如，汽车的倒车雷达系统就是通过超声波传感器来检测周围障碍物的距离和位置。
3. 游戏和体感控制应用：超声波传感器可以用于游戏控制，例如在虚拟现实游戏中模拟真实的物体交互。
另外，超声波传感器还可以用于体感控制设备，例如体育游戏中模拟打击动作。
4. 水位和液位检测应用：超声波传感器可以用于检测水位或液位，例如在水箱、桶或容器中检测水位，以便进行自动供水或监测流量。
5. 声音和声波测量应用：超声波传感器可以用于测量声音和声波参数，例如在音频设备中用于频率分析或声场测量，以便进行音频优化和调整。
6. 医疗应用：超声波传感器在医疗领域中有广泛的应用，例如超声波检测和成像技术，用于检测和诊断疾病，如超声波产前
检查、心脏超声波等。
总之，超声波传感器在生活中具有广泛的应用领域，包括测距、避障、游戏控制、水位检测、声音测量以及医疗诊断等。
基于单片机的超声波液位测量系统 (卢瑞)
液位计的类型
按测量液位的感应元件与被测液体是否接触，液位仪表可以分为接触型和非接触型两大类。
一、接触型液位仪表：
接触型液位仪表主要有:人工检尺法、浮子测量装置、伺服式液位计、电容式液位计以及磁致伸：计量员上到罐顶，自计量孔投放测深钢卷尺，然后取出尺子，观测液面浸湿尺子的刻度，此为人工检尺法。人工检尺法具有测量简单、直观、成本低等特点，但由于其是人工测量，故不适合在恶劣的情况下使用，另外需要较长的测量时间，难以实现在线实时测量，不仅如此，还容易造成人为的测量误差。
近年来，随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，液位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。
在现代工业生产中，常常需要测量容器中液体的液位。在一般的生产过程中，液位测量的目的主要是通过液位测量来确定容器里的原料、半成品或产品的数量，以保证生产过程各环节物料平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据;另外还为了在连续生产的情况下，通过液位测量，了解液位是否在规定的范围内，从而维持正常生产、保证产品的产量和质量以及保证安全生产。液位的测量在工业生产过程中的作用已经相当重要。
超声波传感器中的新型压电材料应用
超声波传感器中的新型压电材料应用超声波传感器是一种广泛应用于工业、医疗和科学领域的先进传感技术，其通过利用压电材料的特性来检测并测量物体与声波之间的相互作用。
近年来，随着技术的不断进步，新型压电材料的应用在超声波传感器领域被广泛研究和探索。
1. 简介超声波传感器通过发射和接收超声波来实现对目标物的检测和测量。
压电材料作为其核心部件，具有压电效应，即当施加外力或压力时能够产生电荷。
这种特性使压电材料成为超声波传感器中不可或缺的关键元素。
2. 传统压电材料存在的问题传统超声波传感器中使用的压电材料主要是石英晶体和铅酿碎片。
然而，这些材料存在一些问题，如成本高、尺寸大、重量重以及制造过程中对环境的污染等。
因此，寻找新型的高性能压电材料对于超声波传感器的发展至关重要。
3. 新型压电材料的应用近年来，一些新型压电材料的出现为超声波传感器的应用带来了新的可能性。
以下是几种新型压电材料及其应用：(1) 压电陶瓷材料压电陶瓷材料具有高压电效应、耐高温和化学稳定性的特点，适用于高频超声波传感器。
其应用领域包括材料检测、医学成像和无损检测等。
(2) 压电聚合物材料压电聚合物材料相比传统材料具有柔性、轻质以及低成本的优势，广泛应用于生物医学领域。
例如，在生体组织成像和生物传感器中，压电聚合物材料可以提供更好的机械适应性和灵活性。
(3) 二维材料二维材料具有极高的比表面积和优异的机械性能，在超声波传感器中的应用前景广阔。
例如，氧化石墨烯和二硫化钼等二维材料被用于制备薄膜超声波传感器，具有高灵敏度和快速响应的特点。
(4) 多功能复合材料多功能复合材料将压电材料与其他功能材料结合，能够实现更加广泛的应用。
例如，将压电材料与光学材料结合，可以实现超声波传感器在光学成像或光声治疗方面的应用。
4. 新型压电材料的优势和挑战新型压电材料的应用为超声波传感器带来了许多优势。
首先，这些材料具有更高的压电响应和灵敏度，能够提供更准确的测量结果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
科技信息2009年第3期
SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION
●科
1.超声波传感器的原理及性能指标
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。
以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
超声波传感器利用传感器头部的压振陶瓷的振动，产生高频人耳听不见的声波来进行感应的，如果这声波碰到了某个物体，传感器就能接收到返回波。
传感器通过声波的波长和发射声波以及接收到返回声波的时间差就能确定物体的距离，一个传感器可以通过按钮的设定来拥有近距离和远距离两种设定，无论物体在那一种界限里，传感器都可以检测到。
有一些超声波传感器使用独立的发射器和接收器，当检测缓慢移动的物体，或者需要快速响应或者在潮湿环境中应用时，这种对射式或者叫分离式的超声波传感器就非常适用。
在检测透明物体、液体，检测光滑、粗糙和有光泽的，半透明材料的物体表面，和检测不规则物体时，超声波传感器都是首选。
超声波传感器不适用的情况有：户外，极热的环境，有压力的容器内，同样不能检测有泡沫的物体。
超声波传感器主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
小功率超声探头多作探测作用。
它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。
构成晶片的材料可以有许多种。
晶片的大小，直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。
超声波传感器的主要性能指标包括：
（1）工作频率工作频率就是压电晶片的共振频率。
当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
（2）工作温度由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。
医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3）灵敏度主要取决于制造晶片本身。
机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
2.超声波传感器的新技术
超声波传感器的新技术包括通过内建温度补偿电路，在正常或者变化的操作状态时，当有明显的温度变化时，由温度补偿电路进行校对；通过先进的过滤电路可以让超声波传感器屏蔽现场干扰。
新型传感器的感应头有着更强的自我保护能力，可以抵御物质损害，适应比较脏乱的环境。
使得今天的超声波传感器能经受的住恶劣环境的考验，超声波传感器可以应用于潮湿的环境中，比如瓶子清洗机器。
新一代超声波传感器的另外一个显著特性就是使用更加简单，这包括了按钮的设置，DIP开关编程和一些多重程序的选择。
开关按钮完全内嵌于传感器装置中，这使得调整安装传感器距离的远近非常容易，把目标物放在传感器前再按下按钮是一件很简单的事情。
这种传感器可以自动掌握窗口的大下和距离的远近。
方便安装意味着同样的传感器可以适应很多不同的应用。
超声波传感器一般在单个传感器中都包含多种输出类型，具有两路开关量输出型号可以用一个传感器同时感应两个不同距离的物体，而同时拥有一路开关量输出和一路模拟量输出的型号的传感器即可用于测量有提供警报输出。
以上这些新技术使得超声波传感器与其他技术的传感器相比，使用更加灵活，更具选择性。
新一代超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式。
位于传感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感器的接收器，从而使传感器检测到被测物。
目前还有部分超声波传感器采用对射式的检测模式。
一套对射式超声波传感器包括一个发射器和一个接收器，两者之间持续保持“收听”。
位于接收器和发射器之间的被检测物将会阻断接收器接收发射的声波，从而传感器将产生开关信号。
此外，还有外置探头型的超声波传感器，相应的电子线路位于常规传感器外壳内。
这种结构更适合检测安装空间有限的场合。
总之，科技的进步使得今天的超声波传感器非常坚固耐用并有着精确的感应能力，这些新技术使得超声波传感器可以更加简单、灵活，性价比更高。
这些新增强的特性拓展了一个新的应用领域，完全超越了传统的超声波传感器的应用。
其检测性能几乎不受任何环境条件的影响，包括烟尘环境和雨天。
3.新一代超声波传感器在工业中的应用
数年前，在传感器技术领域，超声波传感器一直是备用的选择，设计师只有在其他的传感技术无法工作的时候才会选择超声波技术，一般发生在检测透明物体，长距离的感应或者是当目标颜色改变时的才会采用这种技术。
新技术使得超声波传感器拓展了一个新的应用领域，完全超越了传统的超声波传感器的应用。
超声波传感器的工业应用领域包括探测填充状况，如在灌装车间，检测瓶子的灌装，在液位控制集成了泵入泵出功能逻辑的超声波传感器可以控制液位，在包装车间检测罐盖是否装歪或没有盖子。
可利用超声波传感器探测反光物体和物质，控制环绳的膨胀和测量距离。
在工业检测方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。
超声波传感器在工业上的应用正快速发展，这项曾经十分昂贵而且精准度不高的技术如今已经变得简单易用，精度高且费用低廉。
超声波传感器已经成了一个常规设备在过程控制中提高产品的质量，应用在检测次品，确认出现或者消失和其他一些领域。
这种传感器同样可以提高生产力，它可以减少废料，避免由于零件损坏造成的停工。
未来在此项技术领域内此类产品的发展仍将延续这种趋势，这是一项挑战，但是已经在工业领域内达成共识，那就是超声波传感器在所有的制造领域内，包括质量控制，过程控制和检测，俱有极大的发展潜力。
4.结束语
目前，更多的新一代超声波传感器安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。
在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器，利用声波介质对被检测物进行非接触式无磨损的检测，且其检测性能几乎不受任何环境条件的影响，包括烟尘环境和雨天。
【参考文献】
［1］何希才主编.传感器技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社，2005.［2］施涌潮等.传感器检测技术[M].北京:国防工业出版社，2007.
［3］曾光宇.现代传感器技术与应用基础[M].北京理工大学出版社，2006.
作者简介：曹瑞（1969—），从事电子信息教学工作。
［责任编辑：田瑞鑫］
基于超声波传感器新技术的应用
曹瑞包空军
（郑州轻工业学院河南郑州450002）
【摘要】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，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。
数年前，在传感器技术领域，超声波传感器一直是备用的选择。
新技术使得今天的超声波传感器非常坚固耐用并有着精确的感应能力，这些新增强的特性拓展了新的应用领域，完全超越了传统的超声波传感器的应用。
【关键词】超声波传感器；新应用领域
【Abstract】Ultrasonic sensors is the use of the characteristics of ultrasonic wave.With high frequency,short wave length,small diffraction phenomenon,it can become a ray.A few years ago,in the field of sensor technology,Ultrasonic sensor was the backup choice.New technology makes today's ultrasonic sensors very rugged and have precise sensor capabilities,These new features enhance the expansion of new application areas.
【Key words】Ultrasonic sensors；new application areas
○机械与电子○
491。