【正文】 超聲清洗：清除污染物，疏通細小孔洞，如：清潔印章，古董修復和汽車電噴頭疏通等。超聲攪拌：加快溶解，提高均勻度，加快物理化學反應，防止過腐蝕和加速油水乳化，如：溶劑染料混合和超聲磷化等。超聲凝聚：加速沉淀，分離，如：種子浮選和飲料除渣等。超聲殺菌：殺滅細菌及有機污染物，如：污水處理和除氣等。超聲粉碎：降低溶質顆粒度，如：細胞粉碎和化學檢測等。超聲封孔：排除間隙氣體，提高整體密度，如：工件浸漆等。2超聲波測距系統(tǒng)人耳能聽到的聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20HZ20KHZ范圍內，超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ的稱為次聲波。超聲波是在一種彈性介質中的機械振蕩，它有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。在工業(yè)中應用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度受很多因素的影響。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低、衰減較快。超聲波波長短，繞射現(xiàn)象小，其方向性好，而且穿透能力很強，且碰到雜質或分界面就會有顯著的反射現(xiàn)象。這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像等技術?？v波是質點振動方向和超聲波傳播方向一致的波，在固體、液體和氣體中傳播如圖1所示：橫波是質點的振動方向垂直于傳播方向的波，它只能在固體中傳播。其傳播方向如圖2所示： 圖1 縱波 圖2 橫波 表面波是質點的振動方式介于縱波和橫波之間沿著固體表面?zhèn)鞑サ牟?，其振幅大小隨著傳播深度的增加而迅速衰減。表面波只能沿著固體表面?zhèn)鞑ィ滟|點運動軌跡為橢圓形，且橢圓的長軸垂直于傳播方向，而短軸平行于傳播方向。傳播方向如圖3所示：圖3 表面波超聲波在介質傳播過程中，會發(fā)生衰減和散射。由于受介質和雜質的阻礙或吸收，其強度會產生衰減。尤其是超聲波測距儀，對所接受的聲波強度都有一定要求，所以都要對各種衰減進行抑制。超聲波聲束能集中在特定的方向上，具有良好的指向性。超聲波可以在固體、液體和氣體中以不同的速度進行傳播，其速度受介質溫度、壓力等因素的影響，但在相同外部環(huán)境下，超聲波在同一介質中的傳播速度是一常數(shù)。這是超聲儀表進行測距的基礎。超聲波在異種介質的界面上會產生反射、疊加等現(xiàn)象。利用超聲波在異質界面上發(fā)生的反射特性，獲得從界面反射回來的反射波，通過內部的電路處理從而達到探測距離的目的。聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質向四面八方傳播，這便是聲波。 超聲波是指振動頻率大于20000Hz以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點是超聲頻率高，波長短，在一定距離內沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為v，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=vt/2 這就是所謂的時間差測距法。采用超聲波測量大氣中的地面距離，是近代電子技術發(fā)展才獲得正式應用的技術，由于超聲測距是一種非接觸檢測技術，不受光線、被測對象顏色等的影響，在較惡劣的環(huán)境(如含粉塵)具有一定的適應能力。因此，用途極度廣泛。例如:測繪地形圖，建造房屋、橋梁、道路、開挖礦山、油井等，利用超聲波測量地面距離的方法，是利用光電技術實現(xiàn)的，超聲測距儀的優(yōu)點是:儀器造價比光波測距儀低，省力、操作方便。由于是利用超聲波測距，要測量預期的距離，所以產生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達到預定的傳播距離，同時這是得到足夠的回波功率的必要條件，只有的得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測到回波信號和防止外界干擾信號的干擾。經分析和大量實驗表明，頻率為40KHz左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時為了處理方便，發(fā)射的超聲波被調制成具有一定間隔的調制脈沖波信號。限制該系統(tǒng)的最大可測距離存在四個因素：超聲波的幅度、反射物的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收裝置的靈敏度。接收裝置對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小可測距離。超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為2325kHz及4045kHz。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。若對發(fā)送傳感器內諧振頻率為40kHz的壓電陶瓷片(雙晶振子)施加40kHz高頻電壓，則壓電陶瓷片就根據(jù)所加高頻電壓極性伸長與縮短，于是發(fā)送40kHz頻率的超聲波，其超聲波以疏密形式傳播( 疏密程度可由控制電路調制)，并傳給波接收器。接收器是利用壓力傳感器所采用的壓電效應的原理，即在壓電元件上施加壓力，使壓電元件發(fā)生應變，則產生一面為“+”極，另一面為“”極的40kHz正弦電壓。因該高頻電壓幅值較小，還必須進行放大。常用的超聲波傳感器有T/R4060，T/R4012，HCSR04等（其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40kHZ）。本設計選用HCSR04 超聲波傳感器。 本章小結本章主要介紹了超聲波的特性以及工作原理，因為超聲波在固體、液體和氣體中的傳播速度不同，其速度受介質溫度、壓力等因素的影響。因此，我們在進行超聲波測距的時候要加以注意，以免造成較大誤差。3超聲波測距系統(tǒng)的硬件設計由單片機發(fā)出40kHz的方波信號進入超聲波發(fā)射電路，超聲波發(fā)射頭發(fā)射的超聲波在空氣中傳播一段時間后經前方被檢測物體反射回來，由超聲波接收頭接收，超聲波接收電路接收回波后發(fā)出一個下拉電平使單片機進入中斷程序，在中斷程序中，應用時差法計算所檢測的距離，最后所有的數(shù)據(jù)都在LED顯示電路上顯示。超聲波測距系統(tǒng)基本框圖如圖4所示： 單片機控制器超聲波發(fā)射電路超聲波接收電路LCD顯示電路溫度檢測電路圖4 超聲波測距系統(tǒng)基本框圖由單片機AT89S52編程產生10US以上的高電平，（Echo引腳）等待高電平輸出。一旦有高電平出處，即在模塊中經過放大電路，驅動超聲波發(fā)射探頭發(fā)射超聲波。發(fā)射出去的超聲波經障礙物反射回來后，由超聲波接收頭接收到信號，通過接收電路的檢波放大、積分整形及一系列處理，讀取單片機中定時器的值。單片機利用聲波的傳播速度和發(fā)射脈沖到接收反射脈沖的時間間隔計算出障礙物的距離，并由單片機控制顯示出來。該測距裝置是由超聲波模塊、單片機、和LED顯示電路組成。傳感器輸入端與發(fā)射接收電路組成超聲波測距模塊，模塊的輸出輸入端與單片機相連接，單片機的輸出端與顯示電路輸入端相連接。其時序圖如圖5所示。圖5時序圖超聲波測距模塊的發(fā)射端在T0時刻發(fā)射方波，同時啟動定時器開始計時，當收到回波后，產生一負跳變到單片機中斷口，單片機響應中斷程序，定時器停止計數(shù)。計算時間差，即可得到超聲波在媒介中傳播的時間t，由此便可計算出距離。本設計采用的AT89S52是美國ATMEL公司生產的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89S52單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。單片機AT89S52的特性如下：AT89C系列單片機是Atmel公司生產的一款標準型單片機。其中數(shù)字89是單片機AT89S52的特性，C表示CMOS工藝。其管腳圖如圖6所示。圖6 AT89S52單片機管腳圖AT89S52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。P0口：P0口為一個8位漏級開