超声波发展背景

国外：国外测距器表早期多采用机械原理，但近年来随着电子技术的应用，逐步向机电一体化发展，并且总结了许多测量原理。在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构一了很大的改善，功能一了很大的提高。从国外测距器表发展的技术动向看，当前国外测距器新技术普遍应用。普遍采用电子设计自动化计算机辅助测试专用集成电路及表面粘装技术等。呈现出（1）智能测距器；（2）非接触测量方式的测距器；（3）新原理的小型测距国内：国内的早期的测距器也是居于机械原理的，但随着世界的电子技术的发展国内位移测距器在各方面不甘落后，甚至在一些方面科技含量更高。但国内的超声波测距器，精度不高，而且用于多方方向的测距器也不多见发展趋势：随着科学技术的快速发展，超声波将在测距器中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，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，超声波测距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，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距器将与自动化智能化接轨，与其他的测距器集成和融合，形超声波测距第5页成多测距器。随着测距器的技术进步，测距器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的测距器将发挥更大的作用前言目前测量距离一般都采用波在介质中的传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距和超声波测距三种。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远的优点，因而经常用于距离的测量。超声波测距主要应用于一些工业现场的位置监控、移动机器人的自动避障行走、汽车倒车、建筑施工工地，可在潮湿高温。多尘等恶劣环境下工作。例如：液位、厚度、管道长度等场合。相比于其它定位技术而言，超声波定位技术成本低、精度高、操作简单、工作稳定可靠，非常适合于短距离测量定位。AT89C51单片机为许多控制提供了高度灵活和低成本的解决办法。充分利用它的片内资源，即可在较少外围电路的情况下构成功能完善的超声波测距系统。本文介绍一种以AT89C51单片机为核心的低成本、高精度、LED数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方法。实际使用证明该仪器工作稳定，性能良好,但是限于本人的能力以及经验有限，设计中的错误与缺陷也是在所难免的，希望各位老师能够不吝给予批评和指导。超声波测距第2页第一章绪论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。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、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。目前在近距离测量方面较为常用的是压电式超声波换能器。本章阐述了超声波测距器的历史背景和研究意义，介绍了国内外研究现状和发展趋势。1.1超声波检测发展综述超声学是声学的一个分支，涉及的频率超过可听限度，19世纪才开始对其进行研究。作为无损检测则更晚，最早由苏联萨哈诺夫提出。1981年美国前总统里根在给美国无损检测学会成立40周年大会的贺信中就说过：“你们能够给飞机和空间飞行器，发电厂，船舶，汽车和建筑物等带来更大程度的可靠性。没有无损检测，我们就不可能享有目前在这些领域和其他领域的领先地位。”无损检测正在以迅猛之势向纵深发展，客观的需要毕竟是一种专业可以发展的最大动力。现在，在工业发达国家，无损检测在产品的设计，研制，使用部门已被卓有成效的运用。我国无损检测技术是从无到有，从低级阶段逐渐发展到应用普及的现阶段水平。超声波检测仪器的研制生产，也大致按此规律发展变化。超声波检测技术是我国重点发展和推广的新技术，其具有高精度，无损，非接触等优点。目前，已经广泛地应用在机械制造，电子冶金，航海，宇航，石油化工，交通等工业领域。此外，在材料科学，医学，生物科学等领域中也占具重要地位。国外在提高超声波测距方面做了大量研究，国内一些学者也做了相关研究。对超声波测距精度主要取决于所测的超声波传播时间和超声波在介质中的传播速度，二者中以传播时间的精度影响较大，所以大部分文献采用降低传播时间的不确定度来提高测距精度。目前，相位探测法和声谱轮廓分析法或二者结合起来的方法是主要的降低探测传输不确定度的方法。超声波检测技术作为无损检测技术的重要手段之一，在其发展过程中起着超声波测距第3页重要的作用，它提供了评价固体材料的微观组织及相关力学性能、检测其微观和宏观不连续性的有效通用方法。由于其信号的高频特性，超声波检测早期仅使用模拟量信号的分析，大部分检测设备仅有A扫描形式，需要通过有经验的无损检测人员对信号进行人工分析才能得出正确的结论，对检测和分析人员的要求较高，因此，人为因素对检测的结果影响较大，波形也不易记录和保存，不适宜完成自动化检测。目前国内外在超声波检测领域都向着数字化方向发展，数字式超声波检测仪器的发展速度很快。国内近几年也相继出现了许多数字式超声波仪器和分析系统。国际上对超声波检测数字化技术的研究非常重视，国外生产类似产品和研究的公司有美国的泛美（PANAMETRICS）公司、METEC公司，加拿大的R/DTECH公司，德国的K-K公司、法国的SOFRATEST公司和西班牙的TECNATOM公司等等，上述这些公司生产的超声波检测采集、分析和成像处理系统的技术水平较高，在世界上处于领先水平。由于计算机市场价格大幅度下降，采用非一体化超声波检测仪器，计算机可发挥它一机多用的各种功能，实际上是最大的节约。过去那种全功能的仪器设置，还不如单独的超声仪，计算机可充分发挥各自特点。高智能化检测仪器只能满足检测条件，使用环境，重复性测试内容等基本情况一样，才可充分发挥其特有功能。仪器设计也应从实际情况出发，才能满足用户的要求。1.2超声波测距器的研究意义在控制领域中，确定物体的距离是十分重要的，一些传统的距离测量方式在某些特殊场合存在不可克服的缺陷：例如，液面测量就是一种距离测量，传统的电极法是采用差位分布电极，通过给电或脉冲来检测液面，电极长期浸泡于水中或其他液体中，极易被腐蚀、电解，失去灵敏性，利用超声波测量距离可以解决这些问题，并且，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。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到日常使用的要求。因此超声波测量距离技术在工业控制、勘探测量、机器人定位和安全防范等领域得到了广泛应用。