【正文】 21)11(121)(???????????sQssQARRRCsCRssCRSAuou (322) 上式中 : 210 ??? ?? 為帶通濾波器的中心角頻率。 (4)有源濾波器的上限頻率由于受有源器件 (主要是集成運放 )本身帶寬的限制，一般只用在幾十千赫以下的頻率范圍內，其最高頻率也只接近 1 頻率范圍內一般均采用無源濾波器。 （ 2)由于運算放大器具有輸入阻抗高、輸出阻抗低以及高增益、高穩(wěn)定性 和高閉環(huán)增益等參數調整靈活的一系列優(yōu)點，從而為有源濾波器的設計提供了很 大的方便。與無源濾波器相比，有源濾波器一般具有下列特點 [17]。 在電子電路控制系統中，積分電路與微分電路常用作調節(jié)電路，此外也廣泛應用于波形的產生和變換之中，以集成運放作為放大電路，利用電阻電容作為反饋網絡，可以實現此兩種運算電路 [16]。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 THO,00H MOV TL0,OOH MOV A, 4D SETB TR0 CST_1: CPL NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP DJNZ ACC,CS_T1 POP ACC RET END 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 19 根據電路需求，需要接收放大電路滿足以下要求 : (1)將微弱信號放大 。中斷服務不能過長，如果過長，單片機在前一個中斷服務程序還沒執(zhí)行 完之前，又會有下一個中斷產生。 兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間分別為 : 1)1( CRRt Wa?? (314) 1)2( CRRt Wb?? (315) 振蕩周期 T為 : 1)21( CRRRttT W????? （ 316） 占空比為 : WWaRRR RRTtD ?? ??? 21 11 （ 317） 其中 WbWaW RRR ?? 該電路通過調節(jié)可變電阻 Rw，可實現調節(jié)占空比的大小。電源編對電容充電，充電回路為 : ????? 111 CDRRV WaDD 地。在超聲測距中，一般采用 40kHz 的信號。當加載在超聲波傳感器的兩端的信號頻率與其固有頻率為同一頻率時，發(fā)生共振，電能可以高效率的轉化為機械機械能。 當 Q2導通時 a、 E3 單獨作用時 )( 1 mAI ???? b、 E2 單獨作用時 )(1 4 0 0 2 mAI ????? 由上面兩式可得 : )( mAIIIb ??? 于是 mAmAII bc )(1 5 622 ???? ? 所以，根據所選參數，三極管 Q2可以處于深度飽和導通。當 bsc UE ?? ， cesc UE ?? ， bsb UE ?? ，cc RRR ????? 時，則上式可近似為 : cbb E RER ?? (313) 這是選擇 Rb的另一個條件。而另一個三極管是工作在截止狀態(tài)，但集電極仍有一小電流 Icbo，因此導通三極管基極部分的電流如圖 所示。設晶體管臨界截止的基極電壓為 Uboc，則保證晶體管截比的基極電壓 Ubo≤ Uboc，則 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 13 b o cbc b obbbb bc e sb UEIRR RRRRR EUU ???????0 (37) bocb bc b obbcesbo URR RRIRERUU ?? ??? (38) 從式 38 可以看出 :Rb 、 |Uces|越小， |Eb| R 越大，基極和發(fā)射極之間反向偏電壓降越大，三極管截止越深 。 超聲波發(fā)射電路 要電路能正常工作，就要求在沒有加任何外加信號時，觸發(fā)器截止的晶體管能可靠地截止，導通的晶體管能可靠的飽和 [13]。電阻大時阻尼小，發(fā)射強度大，儀器分辨率低，適宜于探測厚度大，對分辨力要求不高的試件。但是，每一支實際的發(fā)射傳感器有其工作電壓的極限值，即當工作電壓超過了這個極限值之后，會對傳感器的內部襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 12 電路造成不可恢復的損害。在非調諧式電路中沒有調諧元件，發(fā)射出的超聲頻率主要由壓電晶片的固有參數決定，頻帶較寬。如果需要更高頻率的超聲探頭，比如幾百 赫茲或者幾兆赫茲的頻率，就需要到專業(yè)經營超聲產品的廠商去購買或者定制。 超聲波信號被超聲波接收換能器 R 收到，并超聲波接收換能器 R的輸出信號為 f3, f3 通過 4級選頻放大器和 4級門限電路后，其輸出信號為 f7。 系統的設計及器件的選擇也正是在這個基礎上進行的，系統結構如圖 所示 圖 超聲波測距硬件電路圖 超聲波測距系統的具體工作過程計劃如下 : 由單片機發(fā)出 40kHz 的脈沖串 。 圖 波測距原理圖 超聲波測距原理如圖 ，圖中被測距離為 H，兩探頭中心距離的一半用 M表示，超聲波單程所走過的距離用 L 表示 ，由圖中關系可得 : ?cos??LH (31) )( HMrctg?? ? (32) 將（ 32）式代入（ 31）式可得： )](c o s [ HMrctgLH ??? （ 33） 在整個傳播過程中，超聲波所走過的距離為 : tvL ??2 （ 34） 式中 V 為超聲波的傳播速度， t 為傳播時間，即為超聲波從發(fā)射到接收的時間。 襄樊學院 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 頁 9 第三章 超聲波測距系統的原理與設計 在上一章中，我們己經知道超聲波的基本特性和超聲波傳感器的工作原理。 利用超聲波除了可以測量距離、液位高度以外，還可以用于超聲探 傷。 超聲 波測量在國防、航空航天、電力、石油化工、機械、材料等眾多領域具有廣泛的作用，它不但可以保證產品質量、保障安全，還可起到節(jié)約能源、降低成本的作用。若將超聲波作為載波傳送某些信號，則可制成水中電話，水中遙測儀等，以進行水中通信。在人體中則可以協助臨床診斷疾病 (如肝膿腫、腫瘤、膽結石等 )和探測胎兒等。利用超聲波檢測往往比較迅速，方便，易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，主要應用于倒車雷達、建筑施工工地以及一些工業(yè)現場，例如 :液位、井深、管道長度等場合。金屬網也是起保護作用的，但不影響發(fā)射與接收超聲波。 c mR 0R mABC 0L m 圖 雙壓電品片等效電路 超聲波傳感器的機械能用 Qm 表示，電能用 Qe表示。發(fā)射超聲波時，加在 其上面的交變電壓的頻率要 與它的固有諧振頻率一致。如果在壓電陶瓷晶片上有超聲機械波作用，這將會使其產生機械 變形，這種機械變形是與超聲機械波一致的，機械變形使壓電陶瓷晶片產生頻率與超聲機械波相同的電信號 [8]。超聲波傳感器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成。 傳感器的主要組成部分是壓電晶片。利用逆壓電效應能產生超聲波。因此，用這種材料可以制成超聲波傳感器。屬于晶體的如石英，妮酸鏗等，屬于壓電陶瓷的有錯欽酸鉛，欽酸鋇等。由于工作頻率與應用目的不同，超聲波傳感器的結構形式是多種多樣的，并且 名稱也有不同，例如在超聲檢測和診斷中習慣上都把超聲波傳感器稱作探頭，而工業(yè)中采用的流體動力型傳感器稱為“哨”或“笛” [5]。 超聲波傳感器 (也稱作超聲波換能器 )是一種將其他形式的能轉變?yōu)樗桀l率的超聲能或是把超聲能轉變?yōu)橥l率的其他形式的能的器件。聲波作用于物體時，物體的分子也要隨著運動，其振動頻率和作用的聲波頻率一樣，頻率越高，分子運動速度越快，物體獲得的能量正比于分子運動速度的平方。在傳播中，超聲波的速度與聲波相同 。 3)由于傳播時受介質聲速、聲阻抗和衰減常數的影響大，所以，反過來可由超聲波傳播的情況測量物質的狀態(tài) [3]。它的物理意義是 :在 1/α長度上，平面聲波的振幅衰減為原來的 e分之一，由此可以看出，頻率越高，衰減得越厲害，傳播的距離也越短。超聲波在相同的傳播媒體里 (如大氣條件 )傳播速度相同，即在相當大的頻率范圍內聲速不隨頻率變化，波動的傳播方向與振動方向一致，是縱向振動的彈性機械波，它是借助于傳播介質的分子運動而傳播的，波動方程描述方法與電磁波是類似的 : )c o s ()( kxwtxAA ?? (21) axeAxA ?? 0)( (22) 式中， A(x)為振幅， A0為常數， w 為圓頻率， t 為時間， x 為傳播距離， ??2?K 為波數， A 為波長， a為衰減系數。尤其是超聲波傳感器是超聲波測距系統的重要部件，用于超聲波的發(fā)射和接收，所以超聲傳感器的工作原理也是整個測距系統設計的關鍵 ，這些將是本章討論的重點。 (3)超聲波傳感器結構簡單，體積小，費用低，信息處理簡單可靠，易于小型化和集成化。超聲波測距是一種利用聲波特性、電子計數、光電 開關相結合來實現非接觸式距離測量的方法。此后又出現了各種形式的汽笛和液哨等機械型超聲換能器。高智能化檢測儀器只能滿足檢測條件，使用環(huán)境，重復性測試內容等基本情況一樣，才可充分發(fā)揮其特有功能。 1978 年 10月，中國建筑科學院研制出 JC2 型便攜式超聲波檢測儀。五十年代末六十年代初，國內科研單位進口了波蘭產超聲儀，并進行仿制生產。 這些年來，隨著超聲波技術研究的不斷深入，在加上其具有的高精度、無損、非接觸等優(yōu)點，超聲波的應用變得越來越普及。當然，這與數十年來多方的重視和廣大從業(yè)人員的艱辛努力是分不開的，由于他們的努力使無損檢測技術在這方面已具有一定的水平，在工業(yè)發(fā)達國家，無損檢測在產品的設計，研制，使用部門已被卓有成效的運用。在介紹超聲傳感器原理與特性和超聲測距系統功能的基礎 上，提出了系統的總體構成。該系統以空氣中超聲波的傳播速度為確定條件，利用反射超聲波測量待測距離。設計和工藝人員理應了解非均一的組織結構，隨機出現的微觀，宏觀缺陷，常?？梢杂袝r甚至是只能依靠無損檢測技術的運用方可予以發(fā)現和評價。當時Galton 哨在空氣中產生的頻率達 3 X 100Hz，這是人類首次有效產生的高頻聲波。 五十年代，我國開始從國外引進超聲波儀器，多是笨重的電子管式儀器。隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，半導體元件逐漸代替了電子管器件，更有利于無損檢測技術的推廣普及。過去那種全功能的儀器設置，還不如單獨的超聲儀，計算機可充分發(fā)揮各自特點。 1883 年Galton 首次制成超聲氣哨，其原理是將壓縮氣體經過狹縫噴嘴形成氣流，吹動圓形刀口振動形成共振腔，從而產生超聲波。由于超聲波的速度相對于光速要小的多，其傳播時間就比較容易檢測，并且易于定向發(fā)射，