超声波测距电路
超声波测距电子电路设计详解
超声波测距电子电路设计详解在自主行走机器人系统中，机器人要实现在未知和不确定环境下行走，必须实时采集环境信息，以实现避障和导航，这必须依靠能实现感知环境信息的传感器系统来实现。
视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到广泛应用。
由于超声波测距方法设备简单、价格便宜、体积小、设计简单、易于做到实时控制，并且在测量距离、测量精度等方面能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。
本文所介绍的机器人采用三方超声波测距系统，该系统可为机器人识别其运动的前方、左方和右方环境而提供关于运动距离的信息。
超声波测距原理超声波发生器内部由两个压电片和一个共振板组成。
当它的两极外加脉冲信号，且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，如果两极间未加外电压，当共振板接收到超声波时，就成为超声波接收器。
超声波测距一般有两种方法：①取输出脉冲的平均电压值，该电压与距离成正比，测量电压即可测量距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，根据被测距离s=vt？2来得到测量距离，由于超声波速度v与温度有关，所以如果温度变化比较大，应通过温度补偿的方法加以校正。
本测量系统采用第二种方法，由于测量精度要求不是特别高，所以可以认为温度基本不变。
本系统以PIC16F877单片机为核心，通过软件编程实现其对外围电路的实时控制，并提供给外围电路所需的信号，包括频率振动信号、数据处理信号等，从而简化了外围电路，且移植性好。
系统硬件电路方框图见图1。
图1 系统硬件电路方框图由于本系统只需要清楚机器人前方、左方、右方是否有障碍物，并不需要知道障碍物与机器人的具体距离，因此不需要显示电路，只需要设定一距离阀值，使障碍物与机器人的距离达到某一值时，单片机控制机器人电机停转，这可通过软件编程实现。
超声波发射电路超声波发射电路以PIC16F877为核心，当单片机上电时，单片机从RA0口产生40kHz的超声波信号，但是此时该信号无法通过与非门进入放大电路使超声波发射头发射超声波，只有闭合开关S1时，从RA1口发射出一门控信号，该信号的频率为4kHz，同时启动单片机内部的定时器TMR1，开始计数。
超声波距离检测报警电路
综合课程设计报告木萨.吐尔逊一、课题的任务要求：制作一个汽车倒车报警器。
模拟障碍物为一40cm X 40cm 的纸板。
当障碍物距测距仪2m 士20cm 以内时，报警器发出报警声，当距1m 士10cm 以内时，发出尖锐的报警声，且距离越近，报警声越大。
二、课题的概要设计：本系统由电源，波形发生电路，超声波发射电路，超声波接受和放大整形电路，收发控制电路，距离判断电路，压控音频发生器及喇叭构成。
框图如下：收发控制模块每隔一定时间使波形发生模块发生40KHZ 方波，经功率放大后加到超声波发射头上发射超声波，同时距离判断电路开始定时，超声波经障碍物反射后，有接收头接受，经放大整形后输出到距离判断模块，停止定时，输出相应的电平给报警模块，报警模块发出相应的声光信息。
三、课题的详细设计： 1）、收发控制、波形发生及超声波发射电路，原理图如下：T1TR ANS1T 1GND 2T2TT1ms 左右的正脉冲，由端口T 输出，周期和脉宽分别由R2*C1和R3*C1决定。
与非门U3,U4与R4,R5,C2构成40KHZ 方波发生器，当T 为高时使能，Q1与R6,变压器T1,D2,稳压管D3构成功率放大器，T2为超声波发射头。
这样，每隔50ms ，就发射一时长1ms 的超声波脉冲。
2）、超声波接受与整形电路，原理图如下：T1T1为超声波接受头，经Q1,Q2组成的两级放大，D1,C2,R5构成二极管检波电路，检波电压有R输出。
当接收到超声波时R输出高电平。
Q1的基极还可以接时间增益控制端，具体描述见下文。
3）时间增益控制电路：由于近距离的物体发射回超声波幅度大，远距离物体反射微弱的多，如果放大器增益固定，由于发射头的方向性不是理想的，则近处物体（如地面）的漫反射很容易造成误判，故每次发射后，放大器的增益应，开始较小，随时间变大。
实现电路如下：当信号发射时C2中的电压被清零，之后R1对C2充电，C2中电压渐渐升高，此电压通过R3调节接受电路三极管基极电流，就可以调节放大倍数，实测表明该方法相当有效。
用于超声波测距发射及接收电路设计
以 保证
,
基 极 的 方 波 不 失真
。
起保 护 三 极 管 的 作 用 日 起 限 流 的作 用
、
。
及
的 匝数 为
,
设 接入 系 数
二
,
近似
。
等于Байду номын сангаас
与超 声 波 换 能器在 发 射 时 所 需 正 弦 信号 的 振 幅 之 比
,
当
,
较小 时 要求
能 输 出较 大 的 电流振 幅 这 时
。
,
应 取 小一 些
、
,
这 样 可 以 提 高发 射 功 率 和 接 收信 号 的质 量 后 减小 了 发 射与接 收 间 的影 响
,
。
加上
么
损 坏 电感 号及
。
、
、
的 参数 由 发 射 的 超 声 波 频 率 三 极 管 的 型
。
、
。
的 大 小决 定
偏小 时
,
口
输 出 的 方 波 祸合 到 三 极
,
管 的基 极 后 变 为 脉 宽较 窄 的 不 标 准 的 脉 冲波
,
,
以 下 不 会损 坏 接 收部 分 的 电路
。
在 发 射 时 发 射 电路 不 能 破坏 接 收 电 路
, ,
接 受 电 路也 不 能 影 响 发
、
射 在接 收信 号 时 由于信号 较 弱 应 尽 量减 少 由发 射 电路所造 成
的 对 信 号 的损 耗 我们 所设 计 的 电路 如 附 图 所 示 试 验 效 果 良好
用 于 超 声 肠 测 距发尉 及 拐 成 毋 路 计
在具 有超 声 波 测 距 功 能 的 仪器 设 备 中 用 于 驱 动 超声 波发 射
超声波测距电路
超声波测距电路材料包清单及注意事项
类型型号数目类型型号数目
非线性元件
MA40B8S(T) 1 电解电容10μ 1 MA40B8R(R) 1
定值电阻
100K(棕黑黄金） 6 CD4049B 5 150K（棕绿黄金） 2 CD4011B 7 1K（棕黑红金）8 NE555 1 3.9K（橙白红金） 1 NJM4556 1 1M（棕黑绿金） 1
2903 1 10K（棕黑橙金） 3 4069UB 6 47K（黄紫橙金） 1 TC5022 1 15K（棕绿橙金） 3
TC5051P 1
可变电阻
30K 1 2SC945 3 10K 1 1S1588(4148替换） 3 三联七段数码管 1 1N60（4007替换） 2 DIP16双列之插座 1
瓷介电容
0.1μ（104） 1 电路板 1 560p（560） 1 彩色排线0.2m 0.01μ（103）7 红黑彩导线0.1m 1000p（102） 2
0.015μ（153） 1
220p（221K) 1
注意事项：
1、请组同学在进行操作之前，先检查一遍分配获得的材料包中各元件数目是否正确，如有个别元件多余，则上交给学委，如发现有缺少或在操作过程中损坏，请及时联系学委补发。
2、1S1588已用4148替换，1N60已用4007替换，其他元件均与电路图对应。
附录：
瓷介电容数值与型号：
0.1μ→104
560p→560
0.01μ→103
1000p→102
0.015μ→153
220p→221K
定值电阻识别：
黑棕红橙黄绿兰紫灰白
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9。
超声测距设计与制作
达到超声波测距器设计要求。 制作工艺符合要求，有相应的工艺文件。
谢谢！
超声波测距 原理
利用超声波在空气中的传播速度为已知，测 量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间， 根据发射和接收的时间差计算出发射点到障 碍物的实际距离。 测距的公式表示为：L=C×T
式中L为测量的距离长度； C为超声波在空气中的传播速度； T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时 间数值的一半)
超声波测距 框图
超声波测距硬件电路
稳压电路：将交流电变压、整流、滤波，用集成稳 压块LM7812、LM7912、LM7805输出＋5V、＋ 12V、－12V供单片机、运算放大器、555芯片等电路 使用。 加减键功能： 超声波发射电路：运用555振荡产生振荡信号，经 过非门控制40KHz脉冲波形，通过超声波发射器发射 出去。 超声波接受电路：运用超声波传感器接收反射回来 的信号，通过LM358比较、放大后，将信号输入单片 机。 LED显示：将接收到的超声波信号，输入单片机， 程序处理，计算出反射物的距离，并用数码管显示距 离设置。
超声波测距 软件流程
超声波测距 调试
测试结果：
LED显示距离：30cm，实际距离35cm； LED显示距离：60cm，实际距离38cm； LED显示距离：90cm，实际距离99cm； LED显示距离：120cm，实际距离129cm；
测试结果表明：超声波测距器可以工作，测试结果有误差， 但在允许范围。
超声波测距专用集成电路LM1812
超声波测距专用集成电路LM1812LM1812超声波遥控专用集成电路LM1812是一种性能优良，且即能发送又能接收超声波的通用型超声波集成器件。
芯片内部包括：脉冲调制C类振荡器、高增益接收器、脉冲调制检测器及噪音抑制器。
它除了可用于遥控器、报警器、自动门控制及通信方面外，还可用于工业上的料位或液位的测量与控制、测距及测厚等方面，应用十分广泛。
（1）外形及引脚功能LM1812超声波专用器件外形为18脚双列直插塑料土封装形式，其外形及引脚排列见图1-1,相应引脚功能为；1脚第二增益级输出／振荡器端，6脚发射器输出端，7脚发射驱动器13脚外接电源退耦电容端，14脚检出器输出端，16脚输出驱动器端，17脚噪声控制端，18脚积分器复位时间常数控制端。
图1 -2为其内部原理框图。
（2）持点及电气参数1、特点LM1812具有如下特点：a、可以使用一个发送／接收换能器工作，也可使用两个换能器分别发送和接收超声波b、器件具有互换性。
c、在电路中使用时不用外接晶体管驱动。
d、使用时不用外接散热器。
e、器件内部具有保护电路。
检测器输出可驱动1A的峰值电流。
f、在水中测距超过30m，在空气中测距超过6m。
g、发送功率可达12W（峰值）。
2、电气参数表1-1和表1-2分别给出了LM1812超声波专用电路的极限工件参数和典型电气参数值表1-1 极限工作参数（3）工作原理LM1812第1脚外接L1、C1决定了电路发送或接收的工作频率，其工作频率fo＝1/（2π ）,最高可达325kHz。
当8脚为高电平时，L1、C1振荡槽路被切换为振荡模式，振荡信号经驱动放大后，由13脚及6脚输出（一般6、13脚之间接变压器，以便与超声波发送器阻抗匹配）。
为保证输出级不过载，使用时应在6脚测试一下电流，一般此脚峰值电流不能超过1A。
若需更大的功率，可采用外加脉冲放大器的方法来实现，输出电流可达5A；当8脚为高电平时、LM1812处于发送模式；8脚为低电平时，LM1812处于接收模式（8脚输入电流设计在1～10mA范围内）。
使用TA8141S做超声测距的应用电路
还没执行完之前，又会有下一个中断产生。所以，单片将会产生一个错误频率
的信号。往往这个错误的频率会比预期的值偏低。比如程序原本要产生一个
40KHz 的信号。实际单片机只能产生一个 20KHz 左右的信号。（金聚宝电子提供
的程序仅供参考）
40KHz 的信号可以用一个汇编语言子程序来产生。程序如下：
NAME CS_T ? PR? CS_T? CS_T SEGMENT CODE
PUBLIC CS_T
RSEG ?PR?CS_T?CS_T
CS_T:
PUSH ACC
MOV TH0, #00H MOV TL0, #00H
MOV A, #4D
SETB TR0
CST_1:
CPL P1.0
郑州火车站中州商场 3 楼北厅 3438 号 电话:0371--66987238 13733178417 QQ:308894904 电子信箱: saxmcu@
郑州金聚宝电子科技有限公司
发射电路 下图是使用 ＴＡ８１４１Ｓ 作为超声波接收处理的典型电路，供参考。（当 ＴＡ８１４１Ｓ 接收到 ４０ＫＨｚ 的信号时，会在第 ８ 脚产生一个低电平下降脉冲，这个信 号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入）
大量提供 ＴＡ８１４１Ｓ 芯片：３ 元／只
郑州金聚宝电子科技有限公司
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超声波测距电路图及程序
//#include <AT892051.H>#include <AT89X51.H>#define k1 P2_0#define csbout P2_7 //超声波发送#define csbint P3_2 //超声波接收#define csbc 0.034#define DQ P3_0unsigned char opto,digit;unsigned xm1,xm2,xm0,xm3,xm4,key,jpjs;unsigned sx1,mqs,buffer[5];unsigned convert[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//0~9bit cl; //段码unsigned int s,t,i, xx,j,sj1,sj2,sj3,sx1;typedef unsigned char byte;typedef unsigned int word;void js();void delay(int i); //延时函数void scanLED(); //显示函数void allToBuffer(); //显示转换函数void keyscan();void offmsd();void delay1(word useconds);byte ow_reset(void);byte read_byte(void);void write_byte(char val);char Read_Temperature(void);void main() //主函数{EA=1; //中断允许TMOD=0x11; //设定时器0为计数，设定时器1定时ET0=1; //定时器0中断允许ET1=1; //定时器1中断允许TH0=0x00;TL0=0x00;TH1=0x9E; ///定时器T1置为25msTL1=0x57;csbint=1; //p3.2置位csbout=1; //p2.7置位cl=0;opto=0xff;jpjs=0;sj1=20;sj3=600;TR1=1;while(1){keyscan();if(jpjs<1){js();if(s>sj3){buffer[2]=0x00;buffer[1]=0x00;buffer[0]=0x00;}else if(s<sj1){buffer[2]=0x00;buffer[1]=0x00;buffer[0]=0x00;}else allToBuffer();}else allToBuffer(); //将值转换成LED段码offmsd();scanLED(); //显示函数}}void scanLED() //显示功能模块{digit=0x01;for( i=0; i<5; i++) //5位数显示{P0=~digit&opto; //依次显示各位数P1=buffer[i]; //显示数据送P1口delay(20); //延时处理if(!(P0&0xEF)) //判断5位是否显示完key=0;digit<<1; //循环左移1位}}void allToBuffer() //转换距离数码管功能模块{int temperature;xm0=s/100;xm1=(s-100*xm0)/10;xm2=s-100*xm0-10*xm1;buffer[2]=convert[xm2];buffer[1]=convert[xm1];buffer[0]=convert[xm0];temperature=Read_Temperature();xm3=temperature/10;xm4=temperature-10*xm3;buffer[4]=convert[xm4];buffer[3]=convert[xm3];}void delay(int i){while(--i);}void js(){int temprature;temprature=Read_Temperature();if(cl==1){TR1=0; //定时器1关闭TH0=0x00;TL0=0x00;//定时器0清零i=10;while(i--){csbout=!csbout;} //连续取反10次发射5个周期超声波TR0=1; //开启计数器t0i=mqs; //盲区while(i--){}i=0;while(csbint){i++;if(i>=2450) //上限值{csbint=0;}}TR0=0;TH1=0x9E;TL1=0x57;t=TH0;t=t*256+TL0;s=t*(csbc+0.61*temprature)/2;TR1=1;cl=0;}}void keyscan() //健盘处理函数{xx=0;if(k1!=1) // 判断开关是否按下{delay(400); //延时去抖动延时3.6msif(k1!=1) // 判断开关是否按下{while(!k1){delay(30);xx++;}if(xx>2000){jpjs++;if(jpjs>4)jpjs=0;}xx=0;mqs=65; //while循环一周期9us ,20cm需要等待65*9us }}}void offmsd(){if (buffer[0] == 0x3f)buffer[0] = 0x00;}//ds18b20的完整程序（c51）(sparkstar)//DS1820 C51 子程序//这里以11.0592M晶体为例，不同的晶体速度可能需要调整延时的时间//sbit DQ =P2^1;//根据实际情况定义端口//延时void delay1(word useconds){for(;useconds>0;useconds--);}//复位byte ow_reset(void){byte presence;DQ = 0; //pull DQ line lowdelay1(29); // leave it low for 480usDQ = 1; // allow line to return highdelay1(3); // wait for presencepresence = DQ; // get presence signaldelay1(25); // wait for end of timeslotreturn(presence); // presence signal returned} // 0=presence, 1 = no part//从1-wire 总线上读取一个字节byte read_byte(void){byte i;byte value = 0;for (i=8;i>0;i--){value>>=1;DQ = 0; // pull DQ low to start timeslotDQ = 1; // then return highdelay1(1); //for (i=0; i<3; i++);if(DQ)value|=0x80;delay1(6); // wait for rest of timeslot}return(value);}//向1-WIRE 总线上写一个字节void write_byte(char val){byte i;for (i=8; i>0; i--) // writes byte, one bit at a time {DQ = 0; // pull DQ low to start timeslotDQ = val&0x01;delay1(5); // hold value for remainder of timeslot DQ = 1;val=val/2;}delay1(5);}//读取温度char Read_Temperature(void){union{byte c[2];int x;}temp;ow_reset();write_byte(0xCC); // Skip ROMwrite_byte(0xBE); // Read Scratch Padtemp.c[1]=read_byte();temp.c[0]=read_byte();ow_reset();write_byte(0xCC); //Skip ROMwrite_byte(0x44); // Start Conversionreturn temp.x/2;}。
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超声波测距电路摘要：随着单片机、DSP、FPGA、CPLD技术的不断成熟，各种智能测量系统不断涌现，测距电路可以用在工业生产、医疗技术、日常生活中各个方面，典型的应用如汽车倒车告警、机器人的自动避障行走、工业上的液位、井深、管道长度等场合，本文在介绍超声波测距原理的基础上总结并讨论现有的几种电路设计方法，并提出增大测量距离及改善系统性能的实现方法。
关键词：超声波；测距；FPGA实现1超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,它是由与介质相接触的振荡源所引起的,其频率在20KHz以上。
超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。
超声波在介质中传播时在不同介面上具有反射的特性,由于它有指向性强、方向性好、传播能量大、传播距离较远等特点,常用于测量物体的距离、厚度、液位等。
超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关,它在空气中的传播速度为340m/s。
发射一定频率的超声波,借助空气媒质传播,到达测量目标或障碍物后反射回来,其所经历的时间长短与超声波传播的路程的远近有关,测试传输时间可以得出距长。
利用超声波特性、单片机控制、电子计数相结合可以实现非接触式测距。
由于超声波检测迅速、方便、计算简单,且不受光线、电磁波、粉尘等的干扰,其测量精度较高。
常用于桥梁、涵洞、隧道的距离检测中。
2使用超声波和使用激光测距的比较：基于以上介绍的超声波的特点不难区分它们的各自的适用场合，激光测距主要用于远程，如测月球到地球距离，或远距离无障碍测距，而且成本要比用超声波大，因为光速为3×10^8M/S，而一般市场上的单片机最高频率在十几至几十兆，（本人接触的ARM最大30M）如果测量的距离在十米左右，那么假设单片机别的都不做只是计数，出射光将在大约0.033us后返回，要求单片机CLK为1/0.033MHz，也就是说30M时钟频率的单片机刚发出出射激光的命令，光就已经在它的下个CLK脉冲来到了，更别提计数了，即使使用频率很高的单片机或其他器件如FPGA等在精度上将不能满足需要（通常在收发间隔中得到的计数脉冲越多精度越高）。
但值得注意的是,超声波在空气中传播速度会随介质温度的升高而增大,气温每上升1℃,声波速度增加0.6mPs。
所以在测量中要考虑温度变化的因素,进行温度补偿修正,减少测量误差。
另外超声波在传输距离稍大时衰减很大，精度也随之降低。
3超声波发生/接收器：为了研究和利用超声波,人们研究了多种超声波发生器,常用的超声波发生器可以分为二大类,一是用电气方式产生超声波,如压电式、磁致伸缩式超声波发生器;二是用机械方式产生超声波,有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。
它们产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同。
这里采用第一类的压电式超声波发生器,是利用压电晶体的电致伸缩现象,即压电效应。
常用的压电材料有石英晶体、压电陶瓷等。
在压电材料切片上施加一定频率的交变电压,当外加信号频率等于压电晶片的固有频率时,会产生电致伸缩振动,产生共振,并带动共振板振动,产生超声波。
超声波的频率越高,方向性越好,但频率太高,衰减也大,传播的距离越短。
考虑到实际工程测量要求,可以选用超声波的频率f=40kHz,波长λ=0.85cm。
超声波的接收是利用超声波发生器的逆效应(逆压电效应)而进行工作的。
当一定频率的超声波作用到压电晶体片上时,使晶体伸缩,在晶体的两端面产生交变电荷,把电荷转换成电压,再经放大输出,它的结构与发生器类似。
发送和接收可以由一个超声换能器承担，它是一种既可以把电能转化为声能、又可以把声能转化为电能的器件或装置。
换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能，向外发送超声波；反之，当换能器处在接收状态时，它可将声能(机械能)转换为电能。
超声波发生/接收器的外形和通常的驻极体话筒差不多，如果发生接收是分开的两个在安装过程中要注意它们之间的距离大概在6—8CM否则过于靠近易产生干扰。
（可采用MA40LIS和MA40LIR）4超声测距原理：最常用的超声测距方法是回声探测法。
其工作原理是：使换能器向介质发射声脉冲，声波遇到被测物体(目标)后必有反射回来的声波(回波)作用于换能器上。
若已知介质的声速为c，第一个回波到达的时刻与发射脉冲时刻的时间差为t，那么即可按式s=ct／2计算换能器与目标之间的距离。
考虑到传感器的成本与安装的方便性，也可采用收发兼用型超声波探头，即实际距离d=s。
声波的速度c与温度T有关。
如果环境温度变化显著,则必须考虑温度补偿问题。
5系统设计：其中计时及LED译码、测温A/D转换等都可以由单片机的集成外围实现（LED驱动可采用动态扫描，要加三极管放大电流），因为在这里单片机在整个系统中的作用相对简单，所以如果考虑成本的话也可以不用单片机而改用一个十四位左右的计数器实现，如CD4060等，这样LED显示要配译码电路，A/D转换也要另加，而且制作好后可调试性较差，没有单片机灵活。
另外单片机如果改为FPGA则整个系统的频率又可提升很多，不过成本要高一些。
6单元电路实现：（1）接收放大电路如上图，采用两级放大，并采用“虚地”接法使运放正负极电流同时放大，是常用接法。
（2）检波电路，采用的是包络检波。
本人用EWB5.0模拟后数据如下：输出波形满足要求。
（3）整形电路：把运放接成比较器，工作在饱和方式。
其中Rb最好选择可变电阻，保证当要调整电路可测范围时比较电平可调，参考电平计算如下。
Vrf=(Rb x Vcc)/(Ra+Rb)=(47K-ohm x9V)/(1M-ohm+47K-ohm)=0.4V（4）信号保持：采用RS触发器接法，也可用D触发器。
（5）超声波发射驱动：这里采用CD4069（反相/驱动）来提高驱动的功率以使超声波发射信号足够大提高测量距离。
另外采用推拉式驱动也可以提高发射信号质量。
（6）显示驱动电路：充分利用单片机资源用来译码，驱动用三极管，采用动态扫描一方面充分利用单片机资源，另一方面可以减少功耗，还可以节省硬件资源。
（7）超声波测距系统的软件设计，由于超声发射传感器与超声接收传感器相隔很近，当发射超声波时，接收传感器会收到很强的干扰信号。
为防止系统的误测，在软件上采用延迟接收技术，来提高系统的抗干扰能力。
一旦按下起始键，即发送发射超声波的指令，同时单片机控制系统开始执行程序，完成对温度的采样、滤波，然后获得发送、接收超声波的时间间隔，最后计算出距离值。
7误差分析（1）环境对测量的影响：声波传输速度与媒介的弹性模量和密度相关,因此,利用声速测量距离,就要考虑这些因素对声速影响。
在气体中,压强、温度、湿度等因素会引起密度变化,气体中声速主要受密度影响,液体的深度、温度等因素会引起密度变化,固体中弹性模量对声速影响较密度影响更大,一般超声波在固体中传播速度最快,液体次之,在气体中的传播速度最慢。
气体中声速受温度的影响最大。
声波扰动是机械的,声波在传播中带有机械能量,声能传播的途中逐渐转变成热,从而出现随距离而逐渐衰减的现象,称为声吸收。
声波的频率越高衰减得越厉害,传播距离也越短,在给定的频率下,衰减是湿度的函数。
（2）超声发送和接收：超声传感器等效为1个电感器、2个电容器和1个电阻器串并联电路如图所示。
图中,左右两侧呈现容性,中间呈现感性,是一种典型高Q值晶体振子特性。
在fS和f P处出现2个阻抗最低点,因此,有2个谐振峰。
发送传感器在串联谐振峰有最高灵敏度,接收传感器在并联谐振峰有最高灵敏度。
电路激励和接收频率要考虑在此谐振点工作,此外,由于通常需要大功率驱动,可考虑用谐振升压推动。
超声波发送应考虑因素有:1，量程范围;2，目标距离和目标反射情况。
超声波频率高对探测较小目标有利,有效反射目标应大于至少10个波长以上,对于非垂直于发射波束的目标,大波束角的传感器通常可以获得更强的回波信号,而波束角越窄对于减小散射波的干扰越有利。
（3）回波测量的计时准确度：在室温下,空气中的声速是345m/s,考虑反射式测量有2倍路程,采用1MHz的计数频率测时,对应最小分辨力为0.172mm。
这种分辨力可以满足大多数工业测量场合。
（4）回波信号放大与整形：接收传感器的感应信号通常是mV级,需要经过上百近千倍的增益放大,然后再整形。
采用调谐放大器比直接放大器虽然复杂,但可以获得更高的信噪比。
由于声波在传输过程中的吸收衰减和扩散损失,声强随目标距离增大而衰减,在量程范围内,最近目标和最远目标的回波幅度可能相差1个数量级。
远目标回波信号幅度小、信噪比低,可能导致整形失败或者是越过门槛的时刻前后移动,这是影响大多数测距装置重复性和测量准确度的一个原因。
以40kHz声波频率为例,采用1MHz计数频率,若越过门槛的时刻前后移动仅仅2个周期,就会产生50μs误差,相应测距误差为0.1720mm×50 =8.6mm。
可考虑放大器采用AGC自动增益控制,但仍然未能解决问题,因为AGC电路(包括放大器本身)对信号的阶跃响应有滞后,瞬时跟踪性不佳,而回波信号恰恰是爆发性的。
由此不应该对近程的强回波信号和远程的弱回波信号采用同一个门槛电压,恒定的门槛阈值相对强信号偏低,本可以被压制的噪声信号不能压制。
而对弱信号而言,相对又太高,更容易被叠加的噪声信号误触发。
可采用的方法是专门产生一个随时间减小的阈值信号。
8系统性能改善和增大测量距离讨论：硬件：（1）接收放大电路，可加入带通滤波或锁相放大（LM567）以尽可能减少干扰信号引起误触发，另外为防止发射信号直接进入接收端所以设置一定的延时。
锁相应用电路，调整在40KHZ上，但要考虑加入后对接收处理的延时，用软件调整。
另一方面可采用自动增益补偿技术,随着时间的增加,AGC的放大倍数呈指数规律变化,从而保证了超声波接收器波形的幅值不随测量距离的变化而大幅变化,使得每次在同一个波头触发计时电路,提高了系统测量准确度。
电路可以采用如下图所示或者采用单片AD603实现，在这里不具体讨论。
（2）发射驱动电路，为放大驱动脉冲可以再加入一级三极管放大电路，三极管要选用高频的如9018以减少放大后波形的失真；另一方面还可以根据超声波发生器的特点合理设计阻抗匹配，功放效率和机电转换效率；为此可采用脉冲变压器，脉冲变压器是超声换能器驱动电路中最重要的器件，它的用途是升高脉冲电压信号，并使功率放大器的输出阻抗与换能器的负载阻抗匹配。
一般脉冲变压器以变压器的功率、原副边电压信号的幅值确定变压器的尺寸和变比；而超声换能器驱动用变压器则主要以功率和原副边电感及阻抗匹配确定变压器的尺寸和变比。
缺点是制作和测量都比较麻烦。
在大量程应用场合还可以应用电容瞬间放电或电感瞬间放电产生高压激励脉冲。
（3）其它可改善的地方，可采用超声波测距专用芯片SB5027；也可以采用LM1812N单片超声波收发集成电路。