北京交通大学
大学物理实验
设计性实验报告
实验题目超声波衰减系数的测量
学院电气工程学院
班级
学号
姓名
首次实验时间年月日
超声波衰减系数的测量实验方案
一、实验任务：
超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。要求衰减系数测量误差不大于5%。
二、实验要求：
1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。了解超声波在不同介质中的传播特性。
2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。
3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
三、实验方案：
1、物理模型的确立：
超声波在损耗介质中的准驻波效应
图1.超声波波束在空气中的传播和反射
设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：
()0=A exp y i t x ωγ-????
入
（1）
反射波的波动方程为：
()()
{
}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2）
其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k π
λ
=
是波矢。
入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：
()(){}
()()()(){}
0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x
y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-????????
????=+----????
（3）
合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：
()
()1
2
00
2222002Re
cos 2x x x x
A A e R e
k x x ααα---??=++-??
（4）
O
X 0
X
如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为: ()01x A A R e α-=+ (5) 因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：
00
A U A U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。
设超声波接收器在任意波峰位置处i x 时，示波器显示电压数值为i U ，则
()()0ln ln 1A A R x α=+-（7）
令 ()()0
ln ln i
U A A U y ==（8）
()ln 1b R =+（9）
则（7）式可以写成：
y b x α=-（10）
利用直线拟合方法，可以测量超声波在介质中的衰减系数。 2、实验方法的比较与选择 （1）脉冲法测量超声波衰减系数
超声波在媒质中传播时的衰减系数和声速一样, 是一个最基本的声学量。有衰减时平面波动方程可以表示为
:
Pz和P0是相应于距声源z 和z= 0 处的声压幅值,a
是超声波在媒质中的衰减系数。
由上式得:
当P0= e·Pz时, 总衰减量az = 1 奈培。所以a 的单位是奈培/米。如果用分贝表示,则规定P0= 10Pz 时, 总衰减量20 为分贝, 即
所以考虑了衰减后, 可以写出此时沿子轴的平面行波的表示式为:
测量衰减系数的脉冲方法包括: 1移板法, 2多次反射法, 3比较法。
（2）驻波法测量超声波衰减系数
换能器一端连接信号发射器作为超声波发射端S1，一端作为接收端S2连接示波器。认为接收端声强遵循下式，
Ｉ＝I0exp（-２ad），（１）
式中ａ表示声压的衰减系数。将（1）式两边取对数后得到，
lnI ＝lnI0- 2ad 。（２）
测量示波器显示的电压Ｕmax 和对应的距离ｄ，
由于Ｕmax^２∝Ｉ，将2lnU 与d 值依照（2）式做最小二乘法，拟合出ａ值。
以S1为原点，S1-S2方向为正方向，建立ｘ轴。用P+和P-分别表示沿x 轴正向和负向传播的声压波。设S1表面的原始声压为P0，则S1发出的第一次正向波在接收探头S2表面的声压为
乘法拟合即可得到衰减系数ａ。本文称这种实验方法为“简单波法”。实际上，接收端得到的声波是经过S1和S2两端无限次反射之后的和。
一次正向波在S2处发生反射，形成负向波，铝制压电陶瓷片的声压反射率为ｒ＝0.99994。则一次负向波在S2
处的声压为 +
P =P 1
-1r （３） 一次负向波经S1反射，形成二次正向波，到达S2处的声
压为，
二次正向波在S2处反射，形成二次逆向波……。S2得到的是无穷多个正向波和负向波的叠加。得到S2总声压为
当L=nλ/2（ｎ为整数）时，声压为极大值，
设声压转化成电压系数为ｋ，有
为了得到衰减系数ａ，需把测出的Ｕmax和ｄ值按照（７）式关系作非线性拟合。
3、仪器的选择与配套
空气中衰减实验装置示意图
水中衰减实验装置图
四、实验步骤（简略）
（1） 超声波在损耗介质中的准驻波效应
()01x
A A R e α-=+
其中，R 为反射系数，α是介质的衰减系数。
因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：
00A U
A U =
其中，0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。
（2）换能器连接信号发生器作为超声波发射端S1,一端作
为接收端S2连接示波器。
（3）分别测量多个峰值处的位置坐标i x 和峰值电压i U ，记
入实验表格。
（4）选择合适形式拟合曲线，分析数据。
五、实验注意事项
（1）衰减系数的测量误差不大于5%。
（2）空气中超声波换能器的工作频率在37 kHz 附近，液体中超声波换能器的工作频率在100kHz——2MHz之间。
六、参考文献
1.陈洁，苏建新.声速测量实验有关问题的研究[Ｊ].物理实验，2008,28（6）：31—33．
2.郑庆华.声速测量实验的探讨[Ｊ].大学物理，2007,26（9）：31—3
3.
3.胡险峰.驻波法测量声速实验的讨论[Ｊ].物理实验，2007,27（1）：3—6.
4.李德葆,关于复模态理论的数学方法、物理概念及其与实模态理论的统一性.清华大学
超声波衰减系数的测量实验报告
一、实验目的：测量超声波在空气和水中的衰减系数，分析得到超声波衰减系数与传播距离的关系 二、实验原理：
1、超声波在损耗介质中的准驻波效应()01x A A R e α-=+（详见设计方案）
2、产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽笛和液哨等）、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器等。
压电效应的原理：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
3、脉冲法、驻波法的测量原理（详见设计方案）
三、实验过程：
空气中衰减实验装置示意图
水中衰减实验装置图
（1） 超声波在损耗介质中的准驻波效应
()01x
A A R e α-=+
其中，R 为反射系数，α是介质的衰减系数。
因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：
00
A U A U 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。
（2）换能器连接信号发生器作为超声波发射端S1,一端作为接收端S2连接示波器。
（3）分别测量多个峰值处的位置坐标i x 和峰值电压i U ，记入实验表格。
（4）拟合曲线，分析数据，得出相应结论。 四、实验记录：
实验一：数据频率f =37.31 kHz ,幅值U=15 Vpp ，室温T = 27±1 ℃条件下,在空气中测量示波器上声压波形极大时的峰值电压和接收换能器的相应位置列于表一，表二。
测量超声波在空气中衰减系数的实验数据
表一：看波形（空气）
表二：看李萨如图形（空气）
数据分析
根据实验记录的数据，可以拟合出如下曲线：图1、图2，得到实验所测的衰减系数。
图1.由波形得出的超声波在空气中的衰减率拟合曲线
图2.由李萨如得出的超声波在空气中的衰减率拟合曲线 结果分析：用实验所测得全部数据拟合曲线，得到的超声波在空气中的衰减系数大约在
0.02
α=空气dB/mm 左右，经查
找文献，发现所得结果与文献所述的衰减系数比较吻合,但实验误差与测量的温度和频率等因素有关，仍需继续实验以求证。
实验二：数据频率f =37.0 kHz ,幅值U=15 Vpp ，室温T = 27±1 ℃条件下,在水中测量示波器上声压波形极大时的峰值电压和接收换能器的相应位置列于表三，表四。
测量超声波在水中衰减系数的实验数据
表三：看波形（水）
表四：看李萨如图形（水）
数据分析
根据实验记录的数据，可以拟合出如下曲线：图3、图4，得到实验所测的衰减系数。
图3.由波形得出的超声波在水中衰减率拟合曲线
图4.由李萨如图形得出的超声波在水中衰减率拟合曲线 结果分析：用实验所测得全部数据拟合曲线，得到的超声波在水中的衰减系数分别为9.3=水αdB/m ，2.2=水αdB/m,与
文献所述的结果（
1.44
α=水dB/m ）相比偏大。实验误差除了
与测量的温度和频率等因素有关，可能还受水中的气泡的影响，为了得到更精确的结果，仍需继续实验以求证。 实验三：超声波触发源更改对超声波衰减系数的影响 （1）测量超声波在空气中的衰减系数（方波作为发射信号） 这次实验改用方波作为发射信号，测量了其幅度电压与对应的位置坐标，再次得到超声波在空气中的衰减系数。 数据在频率f =36.91 kHz ,幅值U=15 Vpp ，室温T = 27±1 ℃条件下,在水中测量示波器上声压波形极大时的峰值电压和接收换能器的相应位置列于表五。
实验数据记录表格
表五：测量超声波在空气中衰减系数（方波作发射信号）
数据分析
根据实验记录的数据，可以拟合出如下曲线：图5，得到实验所测的衰减系数。
图5.超声波在空气中衰减率拟合曲线（方波信号）（2）测量超声波在水中的衰减系数（正弦波作为发射信号）用正弦波作为发射信号，在频率f=514kHz、幅值U=15Vpp下，测量示波器上声压波形极大时的峰值电压和接收换能器的相应位置列于下表六。
实验数据记录表格
表六：测量超声波在水中的衰减系数（正弦波发射信号）
数据分析
根据实验记录的数据，可以拟合出如下曲线：图6，得到实
验所测的衰减系数。
图6.超声波在水中衰减率拟合曲线（正弦波信号） 结果分析：按照相同的实验原理，用方波、高频正弦波作为发射信号，分别测量出超声波在空气中、水中的衰减系数，得到0167.0=空气αdB/mm ，所得结果均与文献所述较为吻合。1.7=水αdB/m,与文献中的衰减值仍相差较大。水中测得的衰减率误差较大，其中的原因可能包括发射探头扩散角、探头近场影响、水槽传播距离太短、水中气泡太多等，仍需进一步实验以求证。 五、实验所得结论：
声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸收等因素有关。其声压和声强的衰减规律为：
x 0x e α-P =P x 20x e α-I =I
式中：Px、Ix——距声源x处的声压和声强；
x——声波与声源间的距离；
a——衰减系数，单位为Np/cm(奈培/厘米)。
声波在介质中传播时，能量的衰减决定于声波的扩散、散射和吸收。在理想介质中，声波的衰减仅来自于声波的扩散，即随声波传播距离增加而引起声能的减弱。散射衰减是指超声波在介质中传播时，固体介质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使声波产生散射，其中一部分声能不再沿原来传播方向运动，而形成散射。散射衰减与散射粒子的形状、尺寸、数量、介质的性质和散射粒子的性质有关。吸收衰减是由于介质粘滞性，使超声波波介质中传播时造成质点间的内摩擦，从面使一部分声能转换为热能，通过热传导进行热交换，导致声能的损耗。
六、实验改进建议：
1、在用实验所测得全部数据拟合曲线，得到相应的衰减系数后，比较结果的误差，分析误差产生原因；然后剔除一些误差较大的数据，再次拟合曲线，得到更为精确有效的结果。
2、在用不同波型电信号等连续激励激发的声波信号进行
实验研究后，再针对间断激励激发的声波信号进行实验，得到的衰减系数进行比较分析。
参考文献：
1.任隆良等，驻波法测量声速实验中的非完全驻波，大学物理实验，2001,14(2)：9～10
2.张庆，李卓凡，王小怀，声速测定实验中声强的综合衰减系数的测定，大学物理实验，2005，18(1)：25～ 27
3.房晓勇,声学实验及部分声学量的测量,物理实验，2001，22(1)：8～lO
声波的衰减函数 声波在介质中传播时会被吸收而减弱，气体吸收最强而衰减最大，液体其次，固体吸收最小而衰减最小，因此对于一给定强度的声波，在气体中传播的距离会明显比在液体和固体传播的距离短。 一个声音在传播过程中将越来越微弱，这就是声波的衰减。造成声波衰减的原因有以下三个: 1.扩散衰减 物体振动发出的声波向四周传播，声波能量逐渐扩散开来。能量的扩散使得单位面积上所存在的能量减小，听到的声音就变得微弱。单位面积上的声波能量随着声源距离的平方而递减。 2.吸收衰减 声波在固体介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变为热能；同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。介质的这种衰减称为吸收衰减。通常认为，吸收衰减与声波频率的平方成正比。 频率越高超声波越容易被吸收，随着传播距离增加超声波被吸收的越多，由于距离增加会使超声波吸收太多反射回来成像的强度减低。 3.散射衰减 当介质中存在颗粒状结构(液体中的悬浮粒子、气泡，固体中的颗粒状结构、缺陷、搀杂物等)而导致声波的衰减称散射衰减。通常认为当颗粒的尺寸远小于波长时，散射衰减与频率的四次方成正比；当颗粒尺寸与波长相近时，散射衰减与频率的平方成正比。 扩散衰减只与距声源的距离有关，与介质本身的性质无关。吸收衰减与散射衰减大小则取决于声波的频率和介质本身的性质。 表示声波在某种介质中传播时衰减的大小用衰减系数α。衰减系数α按下式计算: α=1 x 20lg A A0 式中x——距声源的距离；A0——声源处的声压；A——所测量处的声压。 从式可看到，所谓衰减系数就是声波在传播路径上单位长度上的衰减量。简单点说，介质致密的物体衰减小，象钢管，漏水声可以沿钢管传播很远，所以，在钢、铁类管道上很容易收索到漏水目标。松散的物体，声衰减很大，传播距离很短。对于同一类物体，声波频率越低，传播距离则越远。如以一较高频率对结构松散、密度差的介质作声波探测时，由于该介质中存在着折射、绕射以及可能出现的多次反射和散射等现象，至使高频率声波无法按原有射线方向传播，声速衰减快，探测无法进行。如降低探测声波的频率，使波长加大，其声波便可穿透较大距离。管道泄漏形成的声波一般频率较低，这是测漏仪能实用于各种地面漏水探测的理论依据。
指导教师评定成绩： 审定成绩： 自动化学院 计算机控制技术课程设计报告设计题目：基于单片机的超声波测距系统设计 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 负责项目： 设计时间：二〇一四年五月 自动化学院制
目录 一、设计题目 (1) 基于51单片机的超声波测距系统设计 (1) 设计要求 (1) 摘要 (2) 二、设计报告正文 (3) 2.1 超声波测距原理 (3) 2.2系统总体方案设计 (4) 2.3主要元件选型及其结构 (5) 2.4硬件实现及单元电路设计 (9) 2.5系统的软件设计 (13) 三、设计总结 (17) 四、参考文献 (17) 五、附录 (18) 附录一：总体电路图 (18) 附录二：系统源代码 (18)
一、设计题目 基于51单片机的超声波测距系统设计 设计要求 1、以51系列单片机为核心，控制超声波测距系统； 2、测量范围为：2cm~4m，测量精度：1cm； 3、通过键盘电路设置报警距离，测出的距离通过显示电路显示出来； 4、当所测距离小于报警距离时，声光报警装置报警加以提示； 5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码，并制作实物。
摘要 超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点，在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点，在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理，以STC89C52单片机为核心进行控制及数据处理，通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计，由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机，经单片机综合分析处理后实现其预定功能。 关键词：STC89C52单片机； HC-SR04；超声波测距
声速的测量（超声） 一、实验目的： ①用共振干涉法求超声声速； ②用相位比较法求超声声速。 二、实验仪器： 超声声速测量仪、信号发生器、数字频率计、同轴电缆、示波器、游标卡尺、压电陶瓷超声换能器。 三、实验原理： ①声速的测量： 利用公式νλ,测量声波的频率ν和波长λ去求声速v。 ②声压驻波：已知两列频率、振幅和振动方向相同的平面简谐波，向相反的方向传播时，叠加的合成波就是驻波，在驻波场中质点振幅最大处为波腹，质点位移振幅近似为零处为波节，相邻波腹或波长的距离为半波长（λ/2）。 ③声波波长的测量：接收器S2输出的信息有两部分：1、驻波的信息，其振幅随S2的移动而变化，在共振时，S1、S2的距离为l：，，，此时振幅较大。2、类 似行波的信息，S1、S2用的相位差，也随着S2的移动而变化，每移动λ/2，相位差改变Π（即180°）。利用这两种信息均可测量声波波长λ。（1）共振干涉法；（2）相位比较法。 四、实验方法： ①用共振干涉法测声速： 示波器的X端用内部扫描，调内部扫描与S2的信息同步，示波器上显示的是S2的交流信号按时间展开的图形，移动S2示波器上图形有时很大，有时很小。在S2移动范围内，仔细测多个出现极大值时S2的位置l1、l2、……、l n，用逐差法求出λ，再求声速v。 ②用相位比较法测声速： 示波器的X端用内部扫描，调内部扫描与S2的信息同步，移动S2示波器上的图形会从椭圆变换到一条直线，再从直线变换到一个反方向的椭圆，往复变换。在S2移动范围内，仔细测多个出现直线时S2的位置l1、l2、……、l n，用逐差法求出λ，再求声速v。 ③记录实验室的实温t。 ④用当前实温和公式求出声速，与以上两种方法求出的声速进行比较， 分析。 五、数据处理： 温度：34℃频率：37500Hz 共振干涉法（单位：mm）： 218.98 213.58 209.20 204.56 199.62 194.92 190.64 185.72 180.62 176.52 相位比较法（单位：mm）： 174.60 169.60 164.80 160.68 155.90 151.22 146.28 141.58 136.68 131.70 共振干涉法： λ
北京交通大学 大学物理实验 设计性实验报告 实验题目超声波衰减系数的测量 学院电气工程学院 班级 学号 姓名
首次实验时间年月日 超声波衰减系数的测量实验方案 一、实验任务： 超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。要求衰减系数测量误差不大于5%。 二、实验要求： 1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。了解超声波在不同介质中的传播特性。 2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。 3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。 4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。
三、实验方案： 1、物理模型的确立： 超声波在损耗介质中的准驻波效应 图1.超声波波束在空气中的传播和反射 设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为： ()0=A exp y i t x ωγ-???? 入 （1） 反射波的波动方程为： ()() { }00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2） 其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k π λ = 是波矢。 入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为： ()(){} ()()()(){} 0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-???????? ????=+----???? O X 0 X
超声波测距仪电路设计实验报告 轮机系楼宇071 周钰泉2007212117 实验目的：了解超声波测距仪的原理，掌握焊接方法，掌握电路串接方法，熟悉电路元件。 实验设备及器材：电烙铁，锡线，电路元件 实验步骤：1,学习keil软件编写程序2、焊接电路板3、运行调试 超声波测距程序： #include
unsigned char i; sbit ST=P3^0; sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^4; sbit CLK=P3^5; sbit M1=P3^6; sbit M2=P3^7; sbit SPK=P2^6; sbit LA=P3^3; sbit LB=P3^2; sbit LC=P2^7; sbit K1=P2^4; sbit K2=P2^5; bit wd; bit yw; bit shuid; bit shuig; unsigned int cnta; unsigned int cntb; bit alarmflag; void delay10ms(void) { unsigned char i,j; for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); } void main(void) { M1=0; M2=0; yw=1; wd=0; SPK=0; ST=0; OE=0; TMOD=0x12; TH0=0x216; TL0=0x216; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; TR1=1; TR0=1; ET0=1; ET1=1; EA=1; ST=1; ST=0; while(1) { if(K1==0) { delay10ms(); if(K1==0) { yw=1; wd=0; } } else if(K2==0) { delay10ms(); if(K2==0) { wd=1; yw=0; } } else if(LC==1) { delay10ms(); if(LC==1) { M1=0; M2=1; temp1=13; shuid=0; shuig=1; LB=0; } } else if((LC==0) && (LB==1)) { delay10ms(); if((LC==0) && (LB==1)) { M1=0; M2=0; temp1=12; shuig=0; shuid=0; LB=0; }
利用plc的高速计数模块进行超声波测距实验 ―――――微型控制计算机暑期设计实验报告 082039140程稳 利用51单片机来驱动超声波模块测距，是一件很容易的事，只需要结合定时中断和外部中断，利用12M或更高的晶振频率即可精确获取从发射到接收到超声波之间的时间，平均1ms对应 3.4cm的行程，本GE比赛设计需要物位测量的最大距离是30cm,即需要30*2/3.4=17.64ms,而GE PAC RX3i的PME软件梯形图程序得扫描周期2ms以上，就算是最快的定时节点也有1ms,所以若直接用PLC的普通离散量输入模块IC694MDL654输入节点来测量接收到超声波回波的时间的误差为1ms,误差距离3.4/2=1.7cm,结果自然不理想，更严重的问题在于PLC该模块无硬件中断响应功能，是不能测电平宽度的。总之PLC的IO口工作在低速模式下是难以胜任高速测量任务的，但可喜的是GE PLC 的高速计数模块HSC304能处理2MHZ的信号，但仍无硬件中断功能。于是想能否干脆把单片机测出的电平时间数据通过串口发送给PLC，我也试着这样连线测试，不过PLC串口的使用不像单片机这么简单，没有相关资料，PLC内部寄存器找不到PLC从单片机接收的数据。于是仍决定放弃此方案，回到高速计数模块。再认真阅读此模块配置信息和实验调试后，发现其可以测量出外部信号频率，于是想既然PLC无法直接测电平宽度，那干嘛不测量频率，有了频率自然有周期，有周期自然有电平宽度！
利用plc的高速计数模块检测超声波测距仪的信号接收端的频率，正常情况下应使用频率直接求得周期接而来计算时间，但由于实际测得这样根本很难实现，所以直接测频率，并利用示波器查看该频率的波形，并修改程序使得在所测距离变化的情况下，一周期内的低电平保持不变（高电平所持续的时间表示超声波从发出到接收到所经历的时间，低电平是延时，为了使得波形正常），然后测出频率及其所对应的距离。 以下是用虚拟示波器测出的超声波模块在不同距离测量回波接收脚电压波形：
声速测量实验报告 【实验目的】 1.学会测量超声波在空气中的传播速度的方法。 2.理解驻波和振动合成理论。 3.学会用逐差法进行数据处理。 4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。 【实验仪器】 信号发生器、双踪示波器、声速测定仪。 【实验原理】 声波的传播速度v与声波频率f和波长的关系为： 可见，只要测出声波的频率f和波长 ，即可求出声速。f可由声源的振动频率得到，因此，实验的关键就是如何测定声波波长。 根据超声波的特点，实验中可以采用驻波法和相位法测出超声波的波长。 1. 驻波法（共振干涉法） 如右图所示，实验时将信号发生 器输出的正弦电压信号接到发射超声 换能器上，超声发射换能器通过电声 转换，将电压信号变为超声波，以超 声波形式发射出去。接收换能器通过声电转换，将声波信号变为电压信号后，送入示波器观察。 由声波传播理论可知，从发射换能器发出一定频率的平面声波，经过空气传播，到达接收换能器。如果接收面和发射面严格平行，即入射波在接收面上垂直反射，入射波与反射波相互干涉形成驻波。此时，两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中，波腹处声压（空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强）最小，而波节处声压最大。当接收换能器的反射界面处为波节时，声压效应最大，经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值，所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否形成。
移动卡尺游标，改变两只换能器端面的距离，在一系列特定的距离上，媒质中将出现稳定的驻波共振现象，此时，两换能器间的距离等于半波长的整数倍，只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化，记录下相邻两次出现最大电压数值时（即接收器位于波节处）卡尺的读数（两读数之差的绝对值等于半波长），则根据公式：λf v =就可算出超声波在空气中的传播速度，其中超声波的频率可由信号发生器直接读得。 2.相位比较法 实验接线如下图所示。波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。在声波传播方向上，所有质点的振动位相逐一落后，各点的振动位相又随时间变化。声波波源和接收点存在着位相差，而这位相差则可以通过比较接收换能器输出的电信号与发射换能器输入的正弦交变电压信号的位相关系中得出，并可利用示波器的李萨如图形来观察。 位相差?和角频率ω、传 播时间t 之间有如下关系： t ?=ω? 同时有，t πω2=， v l t =，v T =λ（式中T 为周期） 代入上式得：λπ?l 2= 当 2λn l = （n=1，2，3，...）时，可得π?n =。 由上式可知：当接收点和波源的距离变化等于一个波长时，则接收点和波源的位相差也正好变化一个周期（即Ф=2π）。 实验时，通过改变发射器与接收器之间的距离，观察到相位的变化。当相位差改变π时，相应距离l 的改变量即为半个波长。根据波长和频率即可求出波速。 3.超声波的发射与接收——压电陶瓷换能器
基于单片机的超声波测距系统实验报告
一、实验目的 1.了解超声波测距原理； 2.根据超声波测距原理，设计超声波测距器的硬件结构电路； 3.对设计的电路进行分析能够产生超声波，实现超声波的发送与接收，从而实现利用 超声波方法测量物体间的距离； 4.以数字的形式显示所测量的距离； 5.用蜂鸣器和发光二极管实现报警功能。 二、实验容 1.认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料，确定系统的总体设计方案，设计出系 统框图； 2.决定各项参数所需要的硬件设施，完成电路的理论分析和电路模型构造。 3.对各单元模块进行调试与验证； 4.对单元模块进行整合，整体调试； 5.完成原理图设计和硬件制作； 6.编写程序和整体调试电路； 7.写出实验报告并交于老师验收。 三、实验原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差t，然后求出距S=Ct/2，式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波，其声速C与温度有关。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理，单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出；反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果被送至LED显示电路进行显示。 （一）超声波模块原理： 超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块，该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理：采用 IO 口 TRIG 触发测距，给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图1。其中VCC 供5V 电源，GND 为地线，TRIG 触发控制信号输入，ECHO 回响信号输出等四支线。
声速的测定实验报告 1、实验目的 （1）学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。 （2）进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。 （3）学会用逐差法处理数据。 2、实验仪器 超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B 、示波器ST16B 。 3、实验原理 3．1 实验原理 声速V 、频率f 和波长λ之间的关系式为λf V =。如果能用实验方法测量声波的频率f 和波长λ，即可求得声速V 。常用的测量声速的方法有以下两种。 3．2 实验方法 3．2．1 驻波共振法（简称驻波法） S 1发出的超声波和S 2反射的超声波在它们之间的区域内相干涉而形成驻波。当波源的 频率和驻波系统的固有频率相等时，此驻波的振幅才达到最大值，此时的频率为共振频率。 驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关，还取决于边界条件，在声速实验中， S 1、S 2即为两边界，且必定是波节，其间可以有任意个波节，所以驻波的共振条件为： Λ Λ3,2,1,2 ==n n L λ （1） 即当S 1和S 2之间的距离L 等于声波半波长的整数倍时，驻波系统处于共振状态，驻波振幅最大。在示波器上得到的信号幅度最大。当L 不满足（1）式时，驻波系统偏离共振状态，驻波振幅随之减小。 移动S 2，可以连续地改变L 的大小。由式（1）可知，任意两个相邻共振状态之间，即 S 2所移过的距离为： () 22 2 11λ λ λ = ? -+=-=?+n n L L L n n （2） 可见，示波器上信号幅度每一次周期性变化，相当于L 改变了2λ。此距离2λ 可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得，频率可由低频信号发生器上的频率计读得，根据f V ?=λ，就 可求出声速。 3．2．2 两个相互垂直谐振动的合成法（简称相位法） 在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形——称为李沙如图形。其轨迹方程为： ()()φφφφ122122122 12 2-=-- ???? ??+???? ??Sin Cos A A XY A Y A X （5） 在一般情况下，此李沙如图形为椭圆。当相位差 12=-=?φφφ时，由（5）式，得 x A A y 12=，即轨迹为一条处在于第一和第三象限的直线[参见图16—2(a)]。
电子信息系统综合设计报告 超声波测距仪
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 理论基础 (3) 1.3 系统概述 (4) 第二章方案论证 (4) 2.1 系统控制模块 (5) 2.2距离测量模块 (5) 2.3 温度测量模块 (5) 2.4 实时显示模块 (5) 2.5 蜂鸣报警模块 (6) 第三章硬件电路设计 (6) 3.1 超声波收发电路 (6) 3.2 温度测量电路 (7) 3.3 显示电路 (8) 3.4 蜂鸣器报警电路 (9) 第四章软件设计 (10) 第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11) 5.1 画PCB及制作 (11) 5.2 焊接问题及解决 (11) 5.3 软件调试 (11) 实验总结 (13) 附件 (14) 元器件清单 (14) HC-SR04超声波测距模块说明书 (15) 电路原理图 (17) PCB图 (17) 程序 (18)
摘要 该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串，然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波，同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离，显示当前距离与温度，按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在生产生活中得到广泛的应用，例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。 关键词：超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警 第一章绪论 1.1设计要求 设计一个超声波测距仪，实现以下功能： (1)测量距离要求不低于2米； (2)测量精度±1cm； （3）超限蜂鸣器或语音报警。 1.2理论基础 一、超声波传感器基础知识 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应，将机械能与电能相互转换，并利用波的特性，实现对各种参量的测量。 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，与环境条件也有关： 在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中，t为环境温度，单位为0C. 二、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 三、超声波测距原理 由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在空气中传播的距离较远，因而超声波
嵌入式系统及应用开放性实验报告 Stm32 HC-SR04超声波测距
第一章绪论 1.1STM32超声波测距系统 1.1.1 HC-SR04超声波测距模块简介 HC-SR04 超声波测距模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 使用电压：DC---5V 静态电流：小于2mA 电平输出：高5V 低0V 感应角度：不大于15度 探测距离：2cm-450cm 高精度：可达3mm 1.1.2 HC-SR04超声波测距模块原理 采用IO 口TRIG 触发测距，给TRIG至少10us 的高电平信号; 模块自动发送8个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回； 有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超 声波从发射到返回的时间。 测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2; T（℃）={（V25-Vsense）/Avg_Slope}+25 V25=Vsense 在25 度时的数值（典型值为： 1.43）。 Avg_Slope=温度与Vsense 曲线的平均斜率（单位为mv/℃或uv/℃）（典型值为4.3Mv/℃）。 利用以上公式，我们就可以方便的计算出当前物体超声波模块之间的距离。 程序中使用: 测试距离=高电平时间*声速(340M/S))/2 这个公式 1.2 设计要求 使用ARM开发板上硬件资源与超声波模块结合，编程实现实时距离显示功能，通过数码管实时显示距离，并在距离小于设定报警距离时使用蜂鸣器报警。1.3 总体设计方案及框图
1.3.1 距离测量及获取方法 通过设置定时器，开启中断，读取ECHO 输出高电平的持续时间，计算结果 作为当前距离。1.3.2 总体设计方案 实时距离: 本超声波测距系统可实现对距离的实时测量，并不断显示在数码 管上 保持距离: 用户可通过按键使得当前距离值在数码管保持， 也可再次返回对 距离的实时测量，此模式下距离小于报警值不会报警，仅为显示模式。 两种模式相互转换，并且可以在距离保持状态时通过按键进入修改报警距离模式，如果实测距离小于下限值，蜂鸣器报警，当距离大于下限值时，报警自动停止。 1.3.3 程序框图 K5 按下 K6按下 否 是 K7按下 是 否 否 超声波测距数码管显示距离K4是否按下 显示当前距离K7是否按下 开始初始化 数码管及按键扫描 SV++ SV-- K1是否按下
目录 1、课题设计的目的和意义 (3) 2、课题要求 (3) 2.1、基本功能要求 (3) 2.2、提高要求 (4) 3、重要器件功能介绍 (4) 3.1、CX20106A红外线发射接收专用芯片 (4) 3.2、AT89C51系列单片机的功能特点 (5) 3.3、ISD1700优质语音录放电路 (6) 4、超声波测距原理 (8) 4．1、超声波测距原理图 (8) 4.2、超声波测距的基本原理 (9) 5、硬件系统设计 (10) 5.1、超声波发射单元 (10) 5.2、超声波接收单元 (11)
5.3、显示单元 (11) 5.4、语音单元 (12) 5.5、硬件设计中遇到的难题： (12) 6、系统软件设计 (14) 7、调试与分析 (15) 7.1调试 (15) 7.2误差分析 (15) 8、总结 (16) 9、附件 (17) 9.1、总电路 (17) 9.2、主要程序 (18) 10、参考文献 (22)
1课题设计的目的及意义 随着科学技术的快速发展，超声波在测距仪中的应用越来越广，但就目前技术水平而言，人们可以利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求。如声纳的发展趋势：研究具体的高定位精度的被动测距声纳，以满足军事和渔业等的发展需求，实现远程的被动探测和识别。毋庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。 超声波测距在某些场合有着显著的优点，因为这种方法是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的，因此它是一种非接触式的测量，所以他就能够在某些场合或环境比较恶劣的环境下使用。比如测有毒或者有腐蚀性化学物质的液面高度或者高速公路上快速行驶汽车之间的距离。 随着测距仪的技术进步，测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最注重发展到具有创造力。在新的时代，测距仪将发挥更大的作用。 2课题要求 以单片机AT89C51为中心控制单元，配以超声波发射、接收装置，实现超声波发射及接收其遇到障碍物发生反射形成的回波信号，并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间，计算出发射点距障碍物的距离，设计出一套基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统，利用单片机进行操作控制，用数码管作输出显示，设计发射、接收、检测、显示硬件电路和测距系统软件。
实验名称：超声波测声速实验报告 一、实验目的 （1）、了解超声波的发射和接收方法。 （2）、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。 （3）、掌握用干涉法和相位法测声速。 二、实验原理 由波动理论可知，波速与波长、频率有如下关系：v = f λ，只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器，信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法（共装置图。 波与发射波叠加，它们波动方程分别是： 叠加后合成波为：
的各点振幅最大，称为波腹，对应的位置： ( n =0,1,2,3……) 的各点振幅最小，称为波节，对应的位置： ( n =0,1,2,3……) 因此只要测得相邻两波腹（或波节）的位置Xn、Xn-1即可得波长。 相位比较法测波长：从换能器S1发出的超声波到达接收器S2，所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差：φ=2∏x/λ，其中λ是波长，x为S1和S2之间距离)。因为x改变一个波长时，相位差就改变2∏。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。 三、实验仪器 超声声速测定仪：主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。函数信号发生器：提供一定频率的信号，使之等于系统的谐振频率。示波器：示波器的x, y轴输入各接一个换能器，改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长，结合频率，可以求得空气中的声速。 四、实验内容 1．调整仪器使系统处于最佳工作状态。 2．用驻波法（共振干涉法）测波长和声速。
3．用相位比较法测波长和声速。 五、实验数据及处理： f=34kHz; Vp-p=5V; L=3.976cm; 六、实验结论： 波长λ=1.0612cm; 由此声速经测算为v=（354±3）m/s; U=0.8% 七、思考题： 1．固定距离，改变频率，以求声速。是否可行？ 答：不行，由“v = f λ”，距离一定后使得波长无法计算。 2．各种气体中的声速是否相同？为什么？ 答：不同，因为不同气体的密度不同,声波在不同介质中波长改变,根据公式可得结论。
基于单片机的超声波测距仪设计
基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播，在到达被测物体时被反射返回，由接收器接收，其往返时间为t，由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波，其声速v 与温度有关，下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。 表1-1 超声波波速与温度的关系表 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 单片机发出40kHZ的信号，经放大后通过超声波发射器输出；超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为t，再由软件进行判别、计算，得出距离数并送LED
显示。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管，段码用74LS244驱动，位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式，内部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2个16b的定时／计数器TO和T1，4个8 b的工／O端I：IP0，
超声波模块编程控制 实验报告 院、系机械与电气工程学院 专业班级机械125班第五组 姓名李泉军同组人赵凯,徐思琪,郭明开,韦耀辰
实验日期2014 年11 月21 日 一、实验原理 通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波时的时间差就可以知道距离了。这与雷达测距原理相似。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。（超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2） 二、超声波工作原理简介 (1) 采用IO口TRIG触发测距，给至少10us的高电平信号; (2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回； (3)有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2; 本模块使用方法简单,一个控制口发一个10US以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离.如此不断的周期测,即可以达到你移动测量的值
三、系统硬件电路图及实物照片 超声波测距电路图 显示距离10cm
四、系统软件程序流程图及程序清单
N Y Y Y N N Y Y 程序清单： //晶振9.6MHZ ，默认8分频，计时步距8/9.6=0.833333us #include
超声波测距仪设计实验报告 课题设计目的及意义 随着科学技术的快速发展，超声波将在测距仪中的应用越来越广。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的测距技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前 景的技术及产业领域。展望未来，超声波测距仪作为种新型的非常重要有用的工具在各方面 都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实 施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被 动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大 力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波测距仪将与自动化 智能化接轨，与其他的测距仪集成和融合，形成多测距仪。随着测距仪的技术进步，测距仪 将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌 一新的测距仪将发挥更大的作用。 随着科技的发展，人们生活水平的提高，城市发展建设加快，城市给排水系统 也有较大发展，其状况不断改善。但是，由于历史原因合成时间住的许多不可预见因素，城 市给排水系统，特别是排水系统往往落后于城市建设。因此，经常出现开挖已经建设好的建 筑设施来改造排水系统的现象。城市污水给人们带来了困扰，因此箱涵的排污疏通对大城市 给排水系统污水处理，人们生活舒适显得非常重要。而设计研制箱涵排水疏通移动机器人的 自动控制系统，保证机器人在箱涵中自由排污疏通，是箱涵排污疏通机器人的设计研制的核 心部分。控制系统核心部分就是超声波测距仪的研制。因此，设计好的超声波测距仪就显得 非常重要了。这就是我设计超声波测距仪的意义。 实验原理 超声波在液体、固体中衰减小、穿透力强、对某些固体、穿透深度能达到几十米的范围；另外，超声波方向性好，能够定向传播。因此，可以作为物体探查和进行测量的可靠手段。 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波 在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍 物的距离(s)，即：s=340t/2。 整体电路设计 整体电路的控制核心为单片机STC89C52。超声波发射和接收电路中都对相应信号进行 整形及放大，以保证测量结果尽可能精确。超声波探头接OUT口实现超声波的发射和接收。 整体结构图包括超声波发射电路,超声波接收电路,单片机电路,显示电路和语音提示电路等 几部分模块组成。而超声波发射与接收电路还要加入放大电路。在发射后把信号放大，接收 前也要把还再次放大。 整体电路结构图如图4-1。
声速测量实验报告 只有通过实验才能知道结果，那么，下面是我给大家整理收集的声速测量实验报告，供大家阅读参考。 声速测量实验报告1 实验目的:测量声音在空气中的传播速度。 实验器材:温度计、卷尺、秒表。 实验地点:平遥县状元桥东。 实验人员:爱物学理小组 实验分工:张x——测量时间 张x——发声 贾x——测温 实验过程: 1 测量一段开阔地长; 2 测量人在两端准备; 3 计时员挥手致意,发声人准备发声; 4 发生人向上举手,同时发声,计时员计时(看到举手始,听到声音止) 5 多测几次,记录数据。 实验结果: 时间17∶30 温度21℃
发声时间 0.26″ 发声距离 93m 实验结论:在21℃空气中,声音传播速度为357.69m/s. 实验反思:有一定误差,卡表不够准确。 声速测量实验报告2 一实验目的： (1)加深对驻波及振动合成等理论知识的理解， (2)掌握用驻波法、相位法测定超声波在媒介中的传播速度， (3)了解压电换能器的工作原理，进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示波器观测物理参数的综合运用能力。 二实验仪器： 双踪示波器一台，信号发生器一台,测试仪一台，同轴电缆若干。 三实验原理 声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波(频率超过2×10Hz 的声波)传播速度的测量在国防工业、工业生产、军事科学与医疗卫生各领域都具有重大的现实意义。实验室常用驻波法和相位法进行测量。 (一)驻波法测量声速基本原理 如图所示为两列同频率、同振幅、振动方向平行且相向传波的机械波在媒介中形成的驻波波形，其波腹间距与波节间距均为半个波长。通过对波腹(节)间距X的测量便可实现对波长λ的间接测量，结合对驻波谐振频率f的测量便可间接求算声波的传播速度v。 v = λ × f λ=2X v = 2X × f
超声设计性实验： 超声波衰减系数的测量 一 、 实 验 目 的 ： 测 量 超 声 波 在 空气和水中的衰减系数 二、实验原理：超声波在损耗介质中的准驻波效应 图1.超声波波束在空气中的传播和反射 设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为： ()0=A exp y i t x ωγ-???? 入 （1） 反射波的波动方程为： ()() { }00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2） 其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k π λ = 是波矢。 入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为： ()(){} ()()()(){} 0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-???????? ????=+----???? （3） O X 0 X
合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为： () ()1 2 00 2222002Re cos 2x x x x A A e R e k x x ααα---??=++-?? （4） 如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为: ()01x A A R e α-=+ (5) 因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有： 00 A U A U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。 设超声波接收器在任意波峰位置处i x 时，示波器显示电压数值为i U ，则 ()()0ln ln 1A A R x α=+-（7） 令 ()()00ln ln i U A A U y ==（8） ()ln 1b R =+（9） 则（7）式可以写成： y b x α=-（10） 利用直线拟合方法，可以测量超声波在介质中的衰减系数。 三、实验过程：
课题名称：超声波测距仪 班级：应用电子0901 ：吴星超 学号：0503090128 指导老师：文博 前言 随着人类社会从工业化社会到信息化社会的发展，视觉传达设计经历了商业美术、工艺美术、印刷美术设计、装潢设计、平面设计等几大阶段的演变，最终成为以视觉媒介为载体，利用视觉符号表现并传达信息的设计。对于每一位“为传达而设计”的设计者来说，如何正确、充分地传达信息是我们始终要面临的中心问题。但是，在当今社会，由于科技的进步，社会环境和社会秩序的更新，各种视觉媒介的充斥，影响着人们的思维、观念和感情，仅仅把传
达信息的关键词定位于正确和充分显然是不够的。鉴于时代的要求与设计本质的要求，必须要把视觉传达设计的创新重视起来，以创新为前提充分准确地传达信息。设计界存在着大量的抄袭、模仿之作，使得设计活动成为一种程式。比如一说到大学标志，就等于是篆书外加一个圆托印章；一谈到VIS设计，便是大量相同的模版拷贝；一说到数码的视觉符号，就是一大堆蚂蚁般的“1”+“0”；一谈到商品的广告，就是戴眼镜的博士或美女的推荐代言等等。人们无时无刻都被这些“东施效颦”的设计所侵犯和骚扰，这些设计给我们带来了视觉污染，人们不禁要问：设计究竟怎么了？面对这些，我们每一个设计师都责无旁贷。现在该是大力宣扬“设计创新”的时候了，因为这个时代比以往任何时期都更需要清晰而独创的视觉传达设计。那么，视觉传达设计的创新究竟体现在哪些方面？ 目录 一、超声波测距仪的制作 (3) 1.1 超声波测距的原理 (3) 1.2 超声测距仪的硬件电路 (5)
1.2.1回流信号放大电路 (5) 1.2.2 信号检波电路 (6) 1.3超声波测距程序设计 (7) 二、总结： (20) 三、参考文献 (20) 一、超声波测距仪的制作 1.1 超声波测距的原理 根据相关的物理学知识，声音在介质中如空气和石头中传播时，其衰减特性与其频率相关，频率越高越不容易衰减，相应地其传播距离越远。当声音的频率在20KHz以上的围时，超出了人耳的听觉围，变成了超声波，可以传播较远的距离而不衰减，且其本身的信号频率特性不容易受环境噪音的干扰。我们可以利用超声波的这一特性进行