超音波測距原理

超音波測距原理

超音波測距原理是在超音波發射裝置發出超音波,它的根據是接收器接到超音波時的時間差,與雷達測距原理相似。 超音波發射器向某一方向發射超音波,在發射時刻的同時開始計時,超音波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回來,超音波接收器收到反射波就立即停止計時。 (超音波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據計時器記錄的時間t(秒),就可以計算出發射點距障礙物的距離(s),即:s=340t/2)

特點

超音波指向性強,在介質中傳播的距離較遠,因而超音波經常用於距離的測量,如測距儀和物 位測量儀等都可以通過超音波來實現。利用超音波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易於做到實時控制,並且在測量精度方面能達到工業實用的要求,因此在移 動機器人的研製上也得到了廣泛的套用。

為了使移動機器人能自動避障行走,就必須裝備測距系統,以使其及時獲取距障礙物的距離信息(距離和方向)。本文所介紹的三方向(前、左、右)超音波測距系統,就是為機器人了解其前方、左側和右側的環境而提供一個運動距離信息。

分類

為了研究和利用超音波,人們已經設計和製成了許多超音波發生器。總體上講,超音波發生器可以分為兩大類:一 類是用電氣方式產生超音波,一類是用機械方式產生超音波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等;機械方式有加爾統笛、液哨和氣流鏇笛等。它們所產生 的超音波的頻率、功率和聲波特性各不相同,因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超音波發生器。

壓電式超音波發生器原理

壓電式超音波發生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超音波發生器內部結構如圖1所示,它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈衝信 號,其頻率等於壓電晶片的固有振盪頻率時,壓電晶片將會發生共振,並帶動共振板振動,便產生超音波。反之,如果兩電極間未外加電壓,當共振板接收到超音波 時,將壓迫壓電晶片作振動,將機械能轉換為電信號,這時它就成為超音波接收器了。

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