超声波测距实验.docx

; 了解测距的原理; 了解超声波探头距离变化时,测量波形的变化。: DS5062CE 电源: WD990 型, ± 12V 电源连接电缆万用表: VC9804A ,(1 )超声波特性:超声波是一种频率高于 20kHz ,在弹性介质中传播的机械振荡。其波长短,频率高,故它有其独特的特点。 1. 绕射现象小,方向性好,能定向传播。 2. 能量较高, 穿透力强, 在传播过程中衰减很小。在水中可以比在空气或固体中以更高的频率传的更远。而且在液体里的衰减和吸收比较低。 3. 能在异质界面产生反射、折射和波形转换。(2 )超声波速度超声波速度公式为:/ V RT M ??式中: r—气体定压热容与定容热容的比值,对空气为 R—气体普适常量, · mol-1 · K-1 M—气体分子量,空气为 × 10-3kg · mol-1 T—绝对温度, 273K+T ℃。近似公式为: V=V0+ ×T℃式中: V0 为零度时的声波速度 332m/s ; T 为实际温度(℃)。(3 )测距原理:根据超声波在空气中的传播速度,通过相关电路得到发射波与接收波之间的时间,即可得到发射与接收之间的距离。图中距离 L=V ×t。T 为测量所得时间。 起始距离 50 100 150 200 250 300 350 400 数码管显示距离 数码管显示时间/μm 175 298 4 43 585 736 902 1046 1192 1335 示波器测量时间 180 302 448 588 738 908 1056 1201 1352 测量时温度 23 23 23 23 23 23 23 23 23 计算距离 其中,计算距离 L 等于超声波速度乘以示波器测量时间。超声波速度根据速度近似公式: V=332+ ×T℃计算得到。用 matlab 计算拟合曲线得到: 数码管显示结果的拟合方程: y1= * t+ 示波器显示结果的拟合方程: y2= * t- 曲线图如下所示: 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 超声波测距拟合曲线图 t / us L/ c m 数码管拟合曲线数码管数据离散点示波器拟合曲线示波器数据离散点数据分析: 从所得的方程和曲线图可以看出, 用超声波测试仪直接测得的位移- 时间曲线近似成正比关系;用示波器测量超声探头传播的时间,通过计算得到的位移- 时间关系曲线也成正比关系。而且还可以看出, 超声波测量的距离和用示波器测量的距离存在一定差别, 而且随着时间的增加两者差别也越大。但是, 很显然用示波器测量的值比直接用超声波测量得到的结果误差小。分析两条直线的斜率,两者的斜率存在差别的原因在于温度校正的原因。超声测试仪计算时是按照标准的超