2 超生波测距方案分析

超声波测距是一种非接触式的检测技术。与其它方法相比，如电磁或光学的方法，它不受光线、被测物处于黑暗、有灰尘、烟雾、电磁干扰，在有毒等恶劣的环境下有一定的适应能力。因此在液位测量、机械手控制、车辆自动导航、物体识别等有广泛应用。特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢，其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来，具有很高的分辨率，因而其准确度也较其它方法为高；而且超声波传感器具有结构简单、体积小、信号处理可靠等特点。

2.1  超声波测距原理

2.1.1  超声波参数分析
超声波的类型：超声波在介质中传播的波型取决于介质本身的固有特性和边界条件，对于流体介质，当超声波传播对，在介质中只有拉伸形变而没有切变形变发生，所以只存在超声纵波；在固态介质中，由于切变变形产生，故还存在超声横波。

（1） 纵波
当介质中的质点振动方向和超声波传播方向相同时，超声波为纵波波型。任何介质，当其体积发生交替变化时均产生纵波。由于纵波的产生和接收都较容易，所以纵波在超声波检测中得到了广泛应用。

（2） 横波
当介质中质点振动方向和超声波的传播方向垂直时，此种超声波为横波波型。以超声波入射的固体材料的界面为基准，横波又可分为垂直偏振和水平偏振两类，即TV和TH波。

（3） 表面波
表面波是沿介质表面传播的一种波，在表面波传播中，介质表面内受扰动的质点振动轨迹为一椭圆，在固体上距表面四分之一波长深处的振幅最强，随着深度的增加其振幅衰减很快，实际上距表面一个波长以上的地方，振动已近消失，超声表面波在固态介质表面的传播速度小于介质体内超声横波的传播速度。

（4） 板波
板波亦称拉姆波，是板材特有的一种波型，它在板材厚度小于入射波波长时产生。在一个给定的板材中可以存在三种不同偏振的板波，一是横波，偏振方向与板表面平行，这种类型的波在材料检测中不太重要。第二种是一种对称型的拉姆波，在板材中心面上的质点的偏振方向与传播方向平行，如同纵波的偏振，而其他位置的质点的偏振轨迹为椭圆，第三种为非对称型的拉姆波，板材中心面上质点的偏振方向与传播方向垂直，其他位置上的质点的偏振轨迹亦为椭圆。
超声波在介质中的传播特性：

（1） 声速
超声波在介质中传输的速度即介质的声速，用C表示。它是一秒钟超声波相位面通过的距离，与介质的密度和弹性性质有关。对于液体介质，只能传播纵波，以 表示。
                                        （2.1）
式中K--介质的体积弹性模量；
 p--介质的密度。
声速是随着介质及其状态(如温度)的不同而不同。如在常温下，空气中的声
速约为334m／s，在水中的声速约为1440 m／s，而在钢铁中约为5000 m／s。除水以外，大部分液体的声速随温度的升高而增加。流体中的声速随压力的增加而增加。
声速与介质的许多特性有关，有的关系非常直接，可有精确的理论公式，有的关系比较间接而复杂，但在特定条件下，也可建立一些经验公式，例如介质的成分、混合物的比例、溶液的浓度、某些液体的比重等，都可以与声速建立一定关系，这样就可以通过声速来测定这些特性参数。由于介质的温度、压强和流速等状态参量的变化都会引起响应的声速变化，因此出现了超声温度计和超声流量计等。在声速己知的介质中，可以利用声波传播距离L和传播时间t的关系L=v*t，进行超声测距，超声液位计和超声测厚计就是这方面的典型应用。 STM32单片机超声波测距系统的设计与实现+源程序(4):http://www.751com.cn/tongxin/lunwen_341.html