超声波传感器与应用电路
超声波测距的原理
超声波测距的原理超声波测距是一种常用的距离测量方法，其原理是利用超声波在空气介质中的传播速度进行测量。
下面将详细介绍超声波测距的原理。
超声波是指频率大于20kHz的声波，其在空气中的传播速度约为343m/s。
超声波测距利用超声波的特性实现距离测量。
超声波测距一般由测距传感器和控制电路两部分组成。
首先，超声波测距传感器发射一段持续时间很短的超声波脉冲。
当超声波遇到物体时，部分声能会被物体反射回传感器。
接收到反射信号后，传感器会将其转换为电信号并送入控制电路。
控制电路通过计算从超声波发射到接收所经过的时间，即超声波的回传时间，来计算测量距离。
这里需要注意的是测距传感器发射的超声波是沿直线传播的，而物体可能位于传感器发射超声波的路径上的任意位置。
因此，控制电路需要考虑超声波的传播时间和传感器离物体的实际距离之间的关系。
控制电路会根据声波的回传时间来计算物体与传感器的距离。
具体计算公式是：距离= 回传时间x 速度其中，速度指的是超声波在空气中传播的速度。
由于声波在空气中的传播速度几乎是一个固定值，所以只要计算超声波回传时间，就可以准确地测量距离。
为了提高测量的精度，超声波测距通常会对回传时间进行多次测量，并取平均值以减小误差。
此外，还可以通过调整超声波发射的持续时间或频率，以及增加传感器的发射和接收角度，进一步提高测量精度。
超声波测距的原理基于声波在空气中的传播速度和超声波的回传时间的关系。
通过测量超声波的回传时间，可以计算出物体与测距传感器之间的距离。
这种测距方法具有测量范围广、精度高、稳定性好等优点，在工业、测量等领域有着广泛的应用。
压电式超声波传感器
压电式超声波传感器简介压电式超声波传感器是一种常用于测量距离、检测目标位置以及检测物体存在的传感器。
它利用压电效应来产生超声波，并通过测量超声波的回波来实现测量和检测的功能。
本文将介绍压电式超声波传感器的工作原理、特点、应用以及一些常见问题。
工作原理压电式超声波传感器的工作原理基于压电效应和超声波的传播。
压电材料在受到外力作用时会发生形变并产生电荷，这被称为压电效应。
超声波是一种高频声波，是由压电材料振动产生的。
当压电材料振动时，它会产生超声波并向外传播。
当超声波遇到目标物体或障碍物时，会发生回波并被传感器接收到。
传感器通过测量回波的时间延迟来计算出目标物体与传感器之间的距离。
特点高精度测量压电式超声波传感器具有高精度的测量能力。
它可以实现毫米级的距离测量，并且具有较高的测量精度。
这使得压电式超声波传感器在需要精确测量距离的应用领域得到广泛应用。
非接触式测量压电式超声波传感器是一种非接触式的测量技术。
它可以在不接触目标物体的情况下进行测量，并且对目标物体没有干扰。
这使得它非常适用于需要远程测量或对目标物体表面不能有实际接触的应用。
宽工作范围压电式超声波传感器具有宽工作范围的特点。
它可以在不同的环境条件下正常工作，包括室内和室外环境。
不受光照、温度和湿度等因素的影响，可以稳定准确地进行测量。
多功能应用压电式超声波传感器可以应用于多个领域。
它可以用于测量距离、检测目标位置、避障、流量测量等。
在工业自动化、机器人、车辆导航等领域都有广泛的应用。
应用距离测量压电式超声波传感器广泛应用于距离测量领域。
它可以测量目标物体与传感器之间的距离，并提供精确的测量结果。
距离测量应用包括机器人导航、自动驾驶、车辆倒车辅助等。
避障检测压电式超声波传感器也可以用于避障检测。
在自动化设备或机器人中，传感器可以用来检测障碍物的存在，从而避免碰撞或损坏。
它在制造业、仓储物流等领域起着重要的作用。
流量测量压电式超声波传感器还可以用于流量测量。
i2c 超声波传感器
超声波测距模块使用手册URF01-I2C一、概述URF02-I2C是一款高性能的超声波测距模块，它是通过I2C总线与各种微型控制器(MCU)通讯，I2C 总线有连接多个外围设备功能。
对使用者来说，URF02模块相当于一个AT24C02的存储器(EEPROM)，这样做可以解决了RS232接口只能接一个外部设备问题，减少了使用者的开发时间。
默认I2C地址是0xE0，用户可以设置16个不同的IIC地址中的一个。
二、产品应用● 程控小车躲避障碍；● 机器人躲避障碍；● 汽车倒车；● 测量物体间的距离；● 移动机器人主要技术参数：序号 项目 参数 单位备注1 工作电压 5V ±5% VDC 保证5V的工作电压2 工作电流 <20 mA3 测量范围 3～550 cm4 感应角度 <55℃ 度6 显示分辨率 1 mm7 响应频率 20 Hz9 工作温度 -40℃～80℃ 度10 储存温度 -40℃～80℃ 度11 尺寸 53*20*21 mm 长*宽*高三、超声波测距原理发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt2即可算出被测物体的距离。
由于超声波也是一种声波，其声速v与温度有关。
在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。
如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正,计算公式：测试距离=(测量时间*声速(340M/S))/2;四、IIC总线通讯协议4.1、产品说明:1、URF02-I2C模块的通讯方式与IIC存储器(AT24C02)一样，最高的同步时钟为400KHz，默认I2C地址是0XE0。
2、主机与从机(本模块)进行IIC通讯需要三根线，即SDA(数据总线)，SCL(时钟总线)，GND(主、从共用的地线)。
如果要多个设备用在同一个总线上，请安装电阻值为4K7的上拉电阻，可防止设备间不能通讯。
4.2、URF01-I2C内部数据地址定义:序号 数据地址 读出数据的定义 写入数据的定义1 Byte0 产品编号(0x40) 命令寄存器2 Byte1 测距长度的高8位 未用3 Byte2 测距长度的低8位 未用4 Byte3 测距时间的高8位 未用5 Byte4 测距时间的低8位 未用6 Byte5 内部测试参数1 未用7 Byte6 内部测试参数2 未用注意： 1、 测距长度：超声波的测量距离，单位是毫米(mm)2、 测距时间：超声波的测量距离的时间/2，单位是微秒(us)4.3、相关命令字符:含义序号 命令分类 命令字符(HEX)1 设置地址 0xA0 1st 按顺序改变I2C地址2 设置地址 0xA5 3rd 按顺序改变I2C地址3 设置地址 0xAA 2nd 按顺序改变I2C地址4.4、更改I2C总线地址命令字符1 命令字符2 命令字符3 IIC的新地址0xA0 0xAA 0xA5 0xE8更改I2C地址时,总线中只能连接一个I2C设备。
超声波传感器深度增益补偿电路设计
Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ４ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｃ ｏ ｍ ｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｉ ｎ ｂ ｏ ｉ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｃ Ｒ Ｔ， ｔ ａ ｋ ｅ
２ ０ １ ４年 第 ３ ３卷 第 ２期
传感器 与微 系统（ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ）
１ ２ ３
超 声 波 传 感 器 深 度 增 益 补偿 电路 设 计
张 永宏 ，井晨 志 ，王 琦
中图分 类号 ：Ｔ Ｎ７ ９ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ０ － ９ ７ ８ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ － ０ １ ２ ３ － ０ ４
ｃ ｏ０Ｉ ｎ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｄ ｅ ｐｔ ｈ ｇ ａ ｉ ｎ
（ 南京信息工程大 学 信 息与控 制学院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ ４ ）
摘
要 ：为了补偿超声探伤信号在动车组转 向架 中的传播损耗 ， 利用超声波传感器 ， 根据深度增 益补偿的
基本原理 和微弱信号在不 同深度处 的衰减 规律 ， 设 计 了基于现 场可 编程 门阵列 （ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ） 的数字 可控 制式 的增益放 大补偿 方法和 电路 。由 Ｘ Ｃ ６ Ｓ Ｌ Ｘ １ ６型 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的 Ｐ Ｌ Ｌ模块 产生精确 的时钟控 制信号 ， 并 输 出数字 量到 Ｄ Ａ芯片产生补偿 电压 曲线控制 Ａ Ｄ ８ ３ ３ ０的放大增益倍数 ， 再使 深度补偿 增益后的 回波模拟信号进入 Ｌ Ｔ Ｃ ２ ２ ４ ９芯片内转 换成数字信号 ， 以便 为下 级数 字信 号再处理使用 。实验结果表 明： 在超声 波探伤仪 系统 的电路输入 端加 入频率为 ５ ＭＨ ｚ 、 峰峰值为 ２ ｍ Ｖ的正 弦波激励后 ， 通过 改变步进值 为 ５ ｄ Ｂ的 ３种不 同增 益 的大小 ， 可 以实现不 同的放 大增 益 ， 使衰减得到补偿 。 关键词 ：超声波 衰减 ； 现场可编程 门阵列 ； 超声波传感器 ；深度增益补偿
第三章超声波传感器ppt课件
漫反射光电开关
光幕光电传感器
11、超声波探伤的原理
• 超声波探伤是利用超声能透入金属材料的 深处，并由一截面进入另一截面时，在界 面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的 一种方法，当超声波束自零件表面由探头 通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就 分别发生反射波来，在萤光屏上形成脉冲 波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置 和大小。
第三章超声波传感器
3、什么是超声波单晶探头、双晶探 头、斜探头？用途？
• 单晶探头特点：1、适用于探测晶片正下方与 声速方向垂直的缺陷。2、探测深度较大，使 用范围较广。3、检测灵敏度高。 • 双晶探头特点：1、双晶片声场重叠区域灵敏 度高，一般用于定位检测。2、探测深度较少。 3、检测灵敏度较高。 • 斜探头特点：1、适合探测探头斜下方不同角 度方向的缺陷。2、探测深度较少，适用单晶 探头难以探测的部位。3、检测灵敏度较高。
设计题：1、如图A在一批异形工件上安 装有两颗螺栓，如何设计检测装置在线 检测工件时是否如图所示的缺螺栓？
• 最佳的方式是把他按一定的顺序放在输送上往 前输送，在工件的上方相应的位置设置两传感 器，检测螺栓相对传感器的距离，然后根据距 离与标准值的差异来判断是否缺螺栓。
3、如图，如何设置传感器，使货箱 被送到导轨上的叉车后，叉车能够 自动把货箱送到指定的仓格内？
• 在升降机架上方加焊一横梁，然后在上面 安装一单晶直探头，再在仓库相应每一格 的顶端加焊相应的定位条，就可以实现目 的。
5、设计4种或以上的用超声波传感 器检测水罐内液体高度的方案。
如图上所示为脉冲回波式测量液位的工作原理 图。探头发出的超声脉冲通过介质到达液面， 经液面反射后又被探头接收。测量发射与接收 超声脉冲的时间间隔和介质中的传播速度，即 可求出探头与液面之间的距离
超声波传感器的设计与开发
超声波传感器的设计与开发超声波传感器是一种最常见的无线传感器，它可以被广泛应用于不同行业和领域中，例如医疗、汽车、机器人、工业、物流等等。
在这篇文章中，我们将探索超声波传感器的设计与开发，包括其原理、优势和限制、应用案例和未来趋势。
一、超声波传感器的原理超声波传感器是一种利用声音波长决定距离进行物体测距的技术。
它通过将超声波发射至目标区域或物体，测量声波的回声时间差来计算距离。
其原理类似于蝙蝠依靠声纳感知物体。
超声波传感器的工作原理基于以下一些关键组件：1. 发射器：通过发射频率为40kHz至200kHz的超声波脉冲。
2. 接收器：接受反射回来的声波并将其转换为电信号。
3. 时间计算器：计算声波的传播时间，通常以微秒计算。
4. 控制电路：控制发射器和接收器的运行和同步。
二、超声波传感器的优势和限制与其他传感器技术相比，超声波传感器有着一些优势和限制。
优势：1. 精度高：超声波传感器的距离测量可达到0.1mm左右的高精度。
2. 非接触：可以在不接触物体的情况下测量距离和位置。
3. 适用性广：适用于测量各种形状和物质的物体。
限制：1. 受环境影响：超声波传感器在声波传播和反射方面受到环境因素的影响，如温度、湿度、气压等。
2. 通常只适用于短距离测量：通常只能在一定距离内进行测量，超过一定距离距离的信号会被削弱或丧失。
3. 反射需求：超声波传感器测量距离和位置需要物体表面有明显的反射信号。
三、超声波传感器的应用案例超声波传感器已被广泛应用于不同行业和领域中，以下是一些应用案例：1. 医疗：用于测量心脏、血管等的运动、压力和速度等。
2. 汽车：用于停车辅助和应急制动系统中。
3. 机器人：用于测量机器人周围物体的距离和位置，以防止机器人碰撞障碍物。
4. 工业：用于测量物体和槽内液体的距离和位移。
5. 物流：用于测量货物在仓库中的位置和距离。
四、超声波传感器的未来趋势超声波传感器的应用前景广阔，未来发展趋势如下：1. 精度和速度的提高：随着技术的不断发展，超声波传感器在精度和速度方面将会得到进一步提高。
超声波测距 含51单片机程序与电路图1
超声波测距摘要该超声测距系统采用芯片STC89C52作为系统的主控制器，利用NE555作为本系统的脉冲发射源，结合3位7段数码管液晶显示，达到了较大的测试距离和较高的测量精度，并能实时显示且无明显失真。
关键字: 超声波测距实时第1章设计题目与要求1.1 设计要求采用压电式超声波换能器，使用单片机作为控制器，完成超声波测距仪的软硬件设计。
1.2 基本要求：(1)具有反射式超声波测距功能，测量距离0.1m~3.0m；(2)测量距离精度：误差±1cm；(3) 利用LED数码管显示测试距离；(4)实时显示测量的距离，显示格式为：□.□□米第2章系统总体方案论证2.1 系统总体方案题目要求设计一个利用超声波反射原理测量距离的超声波测距仪，并且具有实时同步显示，由此本系统可以划分为发射、接收、显示、主控制模块共四大模块，如图2.1所示：图2.1系统基本方框图针对技术指标的需要，为使系统的测量距离更远、精度更高，提高系统的整体完善性，现对以上系统各个功能模块进行一一的方案论证：2.2 主控制模块2.2.1 主控制模块概述主控制器模块其实就是一个简化的嵌入式系统。
嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。
它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。
2.2.2 主控制模块方案选择根据以上知识，考虑到目前市场上比较常用的AVR、61、51三种微控制器，我们有如下三种方案可供选择。
方案一：AVR单片机AVR单片机种类丰富，有AT tiny、AT90S、ATmeg系列，各个系列又有不同的型号，价格较适中。
相对来说，比起51单片机来说资源较丰富，内部也有集成A/D ，有PWM 输出，但在系统进一步扩展方面不是很好，这类单片机主要应用于工业控制领域，在语音处理方面没有什么优势。
方案二：SPCE061A.凌阳单片机的资源相对来说比较丰富，32K ×16bitFlash ，两路D/A ，1个全双工异步串行口（UART ）方便其跟其他为控制通信。
超声波及应用
超声波1.超声波简介声波是一种机械波。
声的发生是由于发声体的机械振动，引起周围弹性介质中质点的振动由近及远的传播，这就是声波。
人耳所能听闻的声波其频率在20～20000Hz之间，频率在20～20000Hz以外的声波不能引起声音的感觉。
频率超过20000Hz的叫做超声波，频率低于20Hz的叫做次声波。
超声波的频率可以高达911Hz，而次声波的频率可以低达9-8Hz。
2.超声波传感器一般超声波传感器运用压电效应原理。
（1）发生器：压电式超声波发生器是利用压电晶体的电致伸缩现象制成的。
常用的压电材料为石英晶体、压电陶瓷锆钛酸铅等。
在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动，而产生超声波。
（1）接收器：当超声波作用到压电晶体片上时，使晶片伸缩，则在晶片的两个界面上产生交变电荷。
这种电荷先被转换成电压，经过放大后送到测量电路，最后记录或显示出结果。
它的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个超声波发生器兼做超声波接收器。
3.应用于弹性模量测量在各向同性的固体材料中，根据应力和应变满足的虎克定律，可以求得超声波传播的特征方程。
（当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，称为纵波；当介质中质点振动方向与超声波的传播方向垂直时，称为横波。
在气体介质中，声波只是纵波。
在固体介质内部，超声波可以按纵波或横波两种波型传播。
）对于同一种材料，其纵波波速和横波波速的大小一般不同，但它们都由弹性介质的密度、杨氏模量和泊松比等弹性参数决定。
相反，利用超声波速度可以测量材料有关的弹性常数。
（固体在外力作用下，其长度沿力的方向产生变形，变形时的应力与应变之比就定义为杨氏模量，一般用E表示。
固体在应力作用下，沿纵向有一正应变（伸长），沿横向就将有一个负应变（缩短），横向应变与纵向应变之比被定义为泊松比。
）4.超声波探伤对高频超声波，由于它的波长短，不易产生绕射，碰到杂质或分界面就会有明显的反射，而且方向性好，能成为射线而定向传播；在液体、固体中衰减小，穿透本领大。