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正文內(nèi)容

基于單片機的測距儀設(shè)計(參考版)

2024-11-11 08:34本頁面
  

【正文】 (1).標稱頻率( KHz): 40KHz (2).發(fā)射聲壓 at10V( 0dB=):≥ 117dB (3).接收靈敏度 at40KHz (0dB=V/ubar):≥ 65dB (4).靜電容量 at1KHz,1V (PF): 2020177。 XX 代表超聲波傳感器的外殼直徑 (mm),T 代表英文 transmit,中文意思為發(fā)射; R 代表英文 receive,中文意思為接收。 TCT4016T/R 超聲波傳感器 T/R40XX 系列超聲波傳感器典型的工作頻率為 40kHz177。由于壓電陶瓷的出現(xiàn),開辟了壓電材料的廣闊前景,也使壓電換能器的理論發(fā)展和實際應(yīng)用提高到一個新的高度。壓電陶瓷自問世以來,至今已有 30 多年歷史。大致可分為五類:壓電單晶體、壓電多晶體、壓電半導體、壓電高分子聚合物、復合壓電材料。相反地,若在電介質(zhì)上加一外電場,在此電場作用下,電介質(zhì)內(nèi)部電極化狀態(tài)會發(fā)生相應(yīng)的變化,產(chǎn)生與外加電場強度成正比的應(yīng)變現(xiàn)象,這一現(xiàn)象叫做逆壓電效應(yīng)。錐形揚聲器能使發(fā)射和接受的超聲波能量集中,并使傳感器具有一定的指向角。超聲波傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示,其主要由金屬網(wǎng)、外殼、錐形揚聲器、壓電晶片、底座、引腳等部分組成。 侯杰:基于單片機的測距儀設(shè)計 12 超聲波傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 超聲波傳感器的典型外形如圖 所示,金屬外殼主要是為防止外力對內(nèi)部元件的損壞,并防止超聲波向其他方向散射。 采用超聲波 傳感器測距主要有以下幾方面的因素: (1)測距方式原理簡單,便于實現(xiàn); (2)測距精度高; (3)超聲波傳感器有一定的覆蓋性,因此,可以用較少的傳感器數(shù)量覆蓋較大的測量范圍。超聲換能器的種類很多,按照其結(jié)構(gòu)可分為直探頭 (縱波 )、斜探頭 (橫波 )、表面波探頭、雙探頭 (一個發(fā)射,一個接受 )、聚焦探頭 (將聲波聚集成一束 )、水浸探頭 (可浸在液體中 )以及其它專用探頭。它是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件。 (4)超聲測距傳感器 在排除了以上幾種測距傳感器的條件下,我們選擇了超聲測距傳感器,作為測距的主要傳感部件。通過光敏元件來發(fā)射和接收信號,從而判斷障礙物的存在與否。因此,不適合精確的測距 用途。電容式傳感器只能用來檢測很短的距離,一般僅為幾個毫米,超過這個距離,傳感器的靈敏度將急劇下降 。 (2)電容式測距傳感器 四川理工學院畢業(yè)設(shè)計(論文) 11 此類傳感器通過檢測外界物體靠近傳感器所引起的電容變化來反映距離信 息。 由以上對于幾種感應(yīng)式傳感器的分析可以看出,它們存在一些缺陷: ①這一類傳感器一般對于鐵磁材料比較敏感 。當其靠近時,磁場變?nèi)?。通過適當?shù)臋z測電路,可從線圈中耗散功率的變化中,得出傳感器與外界物體之間的距離。當傳感器與被測物體相對靜止時,由于磁力線不發(fā)生變化,因而線圈中沒有電流,因此這種傳感器只是在外界物體與之產(chǎn)生相對運動時,才產(chǎn)生輸出,且隨著距離的增大,輸出信號明顯減弱,因而這種類型的傳感器只能用于很短距離的測量。根據(jù)所采用的原理不同,測距傳感器可以分為以下幾種: (1)電磁類測距傳感器 電磁類測距傳感器主要有三種類型,它們分別基于電磁感應(yīng)、霍爾效應(yīng)、電渦流原 理。非接觸測量距離的方法很多,從納米級微小位移到成千上萬公里甚至更遠的距離,它們的測量應(yīng)用了多種原理,采用了各種不同的裝置。各種氨基酸和其他有機物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后,特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收,這表明空化作用使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。超聲波還可加速許多化學物質(zhì)的水解、分解和聚合過程。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過氧化氫;溶有氮氣的水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸;染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會變色或退色。 ④ 化學效應(yīng)。 ③熱效應(yīng)。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷,并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質(zhì)的振動而不斷運動、長大或突然破滅。另一原因是強大的拉應(yīng)力把液體“撕開”成一空洞,稱為空化。超聲波作用于液體時可產(chǎn)生大量小氣泡。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時,由于超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生 磁化。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。 入射角。 其反射與折射滿足如下規(guī)律 : 圖 超聲波的反射、折射原理圖 四川理工學院畢業(yè)設(shè)計(論文) 9 入射角α的正弦與反射角 a’的正弦之比,等于波束之比。除了有縱波的反射波折射波以外,還有橫波的反射和折射,如圖 所示。 超聲波的物理特性 當聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時,在兩介質(zhì)的分界面上, 一部分能量反射回原介質(zhì),稱為反射波;另一部分能量透射過界面,在另一個介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播,稱為折射波,如圖 所示。蘭姆波沿著板的兩表面及中部傳播,兩表面質(zhì)點的振動是縱波和橫波成分之和,運動軌跡是橢圓。 (3)表面波 表面波是質(zhì)點振動介于縱波和橫波之間,沿著固體表面?zhèn)鞑?,振幅隨深度增加而迅速衰減的波為表面波。 (2)橫波 橫波也稱瑞利波,它是質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波稱為橫波。 聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向不同,超聲波通常有四種形式: 侯杰:基于單片機的測距儀設(shè)計 8 (1)縱波 縱波是質(zhì)點振動方向與傳播方向一致的波為縱波。我們知道,電磁波的傳播速度為 3 108m/s,而超聲波在空氣中常溫下的傳播速度為 340m/s,其速度相對電磁波是非常慢的。
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