超声波液位传感器设计
技术指标：
量程：1.25m
精度：3mm
分辨率：0.5mm
声束宽度：5cm
死区: 5cm
供电电压：24vdc(环路)
温度补偿：全量程自动环绕
阻抗：400ohms@24vdc
信号输出：DX10:0-5V,0-10V, DL10:4~20mA
标定：WebCal PC
软件，USB标定
失效诊断：4 mA,20 mA,21 mA,22mA，或者保持当时数据
过程温度：－20℃to 60℃
压力：大气压
第一章设计方案
本系统采用静态方法实现LED数字显示，超声波发送和接收由单片机完成，且单片机的记时器记录从超声波发射到接收过程的时间，经计算送LED显示另外，本设计还拥有与计算机的通讯功能，如串口通讯，JTAG通讯。并且当液面达到设定位置，能够报警。
1.敏感元件———超声波探头
超声波探头是发射和接收超声波的仪器。本系统超声波发射探头采用T40-16，超声波接收探头采用R40-16，外形如图所示
采用收发分体式超声波探头，有以下优点：发射角小，发射距离远，而且余震对接收探头的影响小，降低了调试的复杂性，提高了系统安装的灵活性，减小了盲区，同时提高了检测距离。
2.压电式超声波传感器结构
压电式超声波传感器主要由超声波发射器(或称发射探头)和超声波接收器
(或称接收探头)两部分组成。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。超声波发生器内部结构如图2.1所示，将两个压电元件粘合在一起，称为双压电晶片(由一个压电元件构成的称单压电晶片)，这里介绍的超声
波发生器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。
超声波发生器内部结构
3.单片机——ATMEGA128是MEGA单片机中的高档产品，具有以下性能特点：1.高性能、低功耗的8位微处理器。
2．采用先进的精简指令系统RISC结构：
3．片内集成了大容量的非易失性的程序和数据存储器以及工作寄存器：4．JTAG接口（与IEEE1149.1标准兼容）：
5．外设性能：
6．特殊的处理器特性：
7．I/O和封装：
8．工作电压：-2.7～5.5V ATMEGA128L。-4.5～5.5V ATMEGA128。
9．速度等级：-0～8MHz ATMEGA128L。-0～16MHz ATMEGA128。
4．测量电路
(1).电源电路
(2).液位信息采集电路——超声波发射、接收电路
超声波发射电路
超声波接收电路
5．辅助电路
(1).温度测量电路：在本系统中采用DS18B20温度传感器芯片检测环境温度。
(2).系统显示电路
数码管显示电路
(3).报警电路
报警系统电路
超声波液位传感器系统硬件结构
第二章工作原理
超声波的测距原理
在超声波测距电路中，发射端得到输出一系列脉冲方波信号，脉冲宽度为发射超声波的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即被反射回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，原理如图2.2所示。超声波在空气中的传播速度为C，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L，即：
L=Ct／2 (2-5) 这就是所谓的时间渡越法。
测量误差满足公式（2-6）：
式中：
Lσ--距离误差
Cσ--声速误差
tσ--时间误差
第三章参数的技算与选择
实验结果：
测量条件：实验室温度25℃。
测试方法：选定每组测10次，数据滤波后，取平均值作为测量值。使用超声波液位传感器，实际距离和测量结果如表5.1所示。第五章液位测量实
验研究
实验结论：实际距离和测量结果误差在7mm范围内，精度在±2%范围内，能够满足设计要求。误差分析：
1.电阻电容的热噪音，电路延迟引起的渡越时间检测误差。
2.由于超声波被测液面漫反射或被旁边其它物体的漫反射，因而所测距离不是真实距离引起的误差。
因此测量时要把握好超声波传感器与被测液面的角度关系，上述误差可进行软件修正。
第四章误差分析
1..超声波测距误差分析
(1).温度误差
由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。如果测量精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。本文就采用此种方法提高测量精度。声速与温度关系如表2.1所示：
在空气中，常温下超声波的传播速度是340米／秒，但其传播速度C易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中受温度的影响较大，如温度每升高1℃，声速增加约0.607米/秒。因此在测距精度要求很高的情况下，应通过温度补偿的方法对传播速度加以校正。已知现场环境温度T时，超声波传播速度C的计算可近似如公式(2-7)所示：
(2).发射接收时间对测量精度的影响分析
采用压电超声波传感器，脉冲发射由单片机控制，发射频率40KHz，忽略脉冲
电路硬件产生的延时，可知由软件生成的起始时间对于一般要求的精度是可靠的。对于接收到的回波，超声波在空气介质的传播过程中会有很大的衰减，其衰减遵循指数规律。设测量设备基准面距被测物距离为h，则空气中传播的超声波波动方程为：
式中：
A0——超声波传感器初始振幅第二章超声波测距的基本原理
α——衰减系数
χ——超声波传播距离
ω——角频率
κ——波数
式中：b——空气介质常数,2×10s/cm；f——超声波频率。
超声波的波长公式：
由公式(2-9)可以算出，当f=40KHz时，1/a=31m；f=50KHz时，1/a=20m，它的物理意义是：在1/a长度上平面声波的振幅衰减为原来的a分之一。
(3).当地声速对测量精度的影响分析
当地声速对超声波测距精度的影响远远要比收发时间的影响严重。超声波在大气中传播的速度受介质气体的温度、密度及气体分子成分的影响，即：
式中：
γ——气体定压热容与定容热容的比值，对空气为1.40
R——普通常量8.314kg/mol
T——气体温度
M——气体分子量,空气为28.8 kg/mol
由式(2-11)可知，在空气中，当地声速只决定于气体的温度，因此获得准的当地气温可以有效的提高超声波测距时的测量精度。工程上常用的由气温估当地声速的公式如公式（2-7）所示。公式（2-7）一般能为声速的换算提供较为准确的结果。实际情况下，温每上升或者下降1℃,声速将增加或者减少0.607m/s，这个影响对于较高度的测量是相当严重的。因此提高超声波测量精度的重中之重就是获得准确的地声速。
2..测量精度分析：
超声波液位传感器的精度主要是由超声波液位传感器系统的分辨率决定的，它可表示为：
式中：C--超声波的传播速度
Fs--为测距系统的采样频率。
当采样频率工为lOkHz时，由公式(5-1)可知系统的分辨率为0.017m。按一般的精度估计法，本超声波液位传感器的精度可达±O．05m。若采样频率工提高十倍，则系统的精度也将提高十倍。但是，超声波测距系统的精度还受到声速变化的影响。空气中的声速与温度、湿度和压力有关，其中温度变化对声速的影响最为显著。声速与温度的关系由公式（2-7）可知。
由式(2-7)可知，每10℃的温度变化会造成约l.8％的声速变化。通常温度的测量精度很容易达到±0.5℃，故由温度测量环节引入的测量误差可以控制在±0.1％以内。因此，仅依靠提高系统的采样频率，而忽视温度传感器的精度，是不可能改善超声波液位传感器的测量精度。
3系统盲区的计算
系统采用8MHz的晶振。因此本系统的时钟周期为：
当前温度为室温25℃，根据公式（2-7），求得超声波的传播速度为：
本系统每组发射16个脉冲波，需要时间：
发送完16个脉冲后超声波传感器还有余震，为了从返回信号识别消除超声波传感器的发送信号，要检测返回信号必须在启动发射信号后1ms才可以检测，这样就可以抑制输出得干扰。由此也产生了本系统在当前温度下的盲区，根据公式（2-5）求得盲区的距离为：
第五章结构设计
一．提高超声波测距精度的方案
1.温度校正的方法提高测距精度
由测量精度分析可知，如果能够知道当地温度，则可根据公式(2-7)求出当地声速，从而能够获得较高的测量精度。而问题的关键在于获得温度数据的方法。采用热敏电阻、热电耦、集成温度传感器都可以获得较为准确的温度值。本文采用了集成温度传感器的方法获得准确的温度值。
2.标杆校正的方法提高测距精度
在复杂环境下，如果难于获得环境温度，或者不便获得环境温度时，如果仍旧要求较高的测量精度，则可采用所谓标杆校正的方法实现超声波测距精度的校正。标杆校正的示意图如图所示。
超声波测距装置首先测量距离为已知h的基平面（标杆）声波往返所用的时间，而后由测得的时间和距离h根据公式(2-5)求出当地声速。通过这样的方法，也能够顺利的求出声速，省去了使用传感器测量温度所带来的麻烦。因此，只用为测距设备设定“标定”和“测量”两种状态，即能够实现温度校正所能实现的高精度测距功能。
二．硬件抗干扰设计
干扰在大多数情况下都不会造成单片机硬件的损坏，但是会对软件正常运行造成不良影响。其主要特征是：指令码或数据码的个别位受到干扰而发生跳变，结果可能将数据码当成指令码，而把指令码当成数据码来执行。这种盲目执行程序的结果，一方面会破坏RAM存储器中的数据，另一方面可能由于某些偶然的原因而进入死循环，使整个系统失控。因此，需要从硬件方面采取相应的抗干扰措施，消除干扰源，抑制干扰通道，减弱电路对噪声干扰的敏感性。从而提高单片机系统抗干扰的能力。
硬件抗干扰
超声波液位传感器系统是一个集弱电、数电、模电为一体的复杂电路，为了使系统稳定、可靠的工作，主要从以下几方面考虑。
1.抑制干扰源
抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。
抑制干扰源采用如下措施：
(1)在总电源接入处接一个二极管和并联电容。
(2)电路板上每个IC要并接一个0.01uF～0.1uF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端，并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。
(3)布线时避免90度折线，减少高频噪声发射，本文一般是45度折线。
2.切断干扰传播路径
按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。
所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信第三章超声波液位传感器系统的硬件设计号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播至敏感器件的干扰。切断干扰源采用了如下措施：
(1)将数字电路部分与模拟电路部分完全分开，电源接入处与地线接出处一点相接地。
(2)为防止超声波接收器与发射器辐射干扰，将其相隔8cm的距离平行放置，因超声波的波束很小，如此相隔后，辐射传播路径可以切断。
(3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。
(4)用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后再汇合于电源地。
3.提高敏感器件的抗干扰性能
在此设计中，超声波接收器是敏感元件，在其两端的信号稍有变化，经过放大后即为严重的干扰信号。提高敏感器件抗干扰性能采用了如下措施：
（1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。
（2）布线时电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。
(3)对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。
(4)在速度满足要求前提下，降低单片机的晶振和选用低速数字电路。
机械机构及电器原理图
系统安装结构图
电路图
参考文献
[1]李建法,李立新等，超声波测距的电路设计与单片机编程，安阳师范学院学报2003（05）:1～3
[2]姚来凤，冯益华等，超声波及超声检测，山东轻工业学院学报(自然科学版)，2007（02）:1～2
[3]李丽霞，单片机在超声波测距中的应用[J]，电子技术，2002(6):7～9
[4]郁有文，常键，传感器原理及工程运用（第二版），西安:西安电子科技大学
出版社，2000:169～173
[5]姜道莲，用AT89C2051设计超声波测距仪，国外电子元器件，2002:32～34
[6]赵奇，樊奔，提高超声波精度的方法，中国西部科学技术，2007（8上）:99～101
[7]罗忠辉，黄世庆，提高超声波测距精度的方法[J]，机械设计与制造，2005 （1）:56～58
[8]洪新华，超声波驱动电路的研究，河南职技师院学报，1999:40～43
[9]刘开锋,超声波液位测量系统中高速数据采集卡的设计，华中科技大学，2005:33～34
[10]谭洪涛，单片机设计测距仪原理及其简单应用，现代电子技术，2004
[11]李丽霞，单片机在超声波测距中的作用，电子技术，2002
[12]李晓妮，刘树林，超声波液位自动测报系统的设计，九江学院学报，2006 （03）:88～90
[13]陈冬云杜敬仓等，Atmega128单片机原理与开发指导，北京:机械工业出版社，2005
[14]Ho Cheol Lee，Mode-selective ultrasonic wave sensor and its characteristics
[15]马潮，高档8位单片机Atmega128原理与开发应用指南（上），北京:北京航空航天大学出版社，2004
[16]丁化成，耿德根等，A VR单片机应用设计，北京:北京航空航天大学出版社，2002
几种液位计的原理与选型． 磁翻柱液位计 主要原理 磁翻柱液位计也称为磁翻板液位计，它的结构主要基于浮力和磁力原理设计生产的。带有磁体的浮子（简称磁性浮子）在被测介质中的位置受浮力作用影响。液位的变化导致磁性浮子位置的变化、磁性浮子和磁翻柱（也成为磁翻板）的静磁力耦合作用导致磁翻柱翻转一定角度（磁翻柱表面涂敷不同的颜色），进而反映容器内液位的情况。 配合传感器（磁簧开关）和精密电子元器件等构成的电子模块和变送器模块，可以变送输出电阻值信号、电流值（4～20mA）信号、开关信号以及其他电学信号。从而实现现场观测和远程控制的完美结合。 适用范围及特点 本液位计采用优质磁体和进口电子元件，使产品具有：设计合理、结构简单、使用方便、性能稳定、使用寿命长、便于安装维护等优点。 本液位计输出信号多样，实现远距离的液位指示、检测、控制和记录。 本液位计几乎可以适用于各种工业自动化过程控制中的液位测量与控制。可以广泛运用于石油加工、食品加工、化工、水处理、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量、控制与监测。 磁浮球液位计（液位开关） 主要原理 磁浮球液位计（液位开关）结构主要基于浮力和静磁场原理设计生产的。带有磁体的浮球（简称浮球）在被测介质中的位置受浮力作用影响：液位的变化导致磁性浮子位置的变化。浮球中的磁体和传感器（磁簧开关）作用，使串联入电路的元件（如定值电阻）的数量发生变化，进而使仪表电路系统的电学量发生改变。也就是使磁性浮子位置的变化引起电学量的变化。通过检测电学量的变化来反映容器内液位的情况。 该液位计可以直接输出电阻值信号，也可以配合使用变送模块，输出电流值（4～20mA）信号；同时配合其他转换器，输出电压信号或者开关信号（也可以按照客户需求转换器由公司配送）。从而实现电学信号的远程传输、分析与控制。 适用范围及特点 本产品采用优质磁体和进口电子元件，使产品具有：结构简单、使用方便、性能稳定、使用寿命长、便于安装维护等优点。 本产品几乎可以适用与各种工业自动化过程控制中的液位测量与控制，可以广泛运用于石油加工、食品加工、化工、水处理、制药、电力、造纸、冶金、船舶和锅炉等领域中的液位测量、控制与监测。 防爆浮球液位开关 主要原理 防爆浮球液位开关，也称为防爆浮球液位控制器。它是专门为爆炸性环境中使用而设计制造的液位控制仪表，本产品是基于浮力原理和杠杆原理设计的，当容器内液位发生变化时，浮球的位置将随液位的变化而变化，浮球的这种位移将通过杠杆作用于微动开关，进而由微动开关产生开关信号。 适用范围及特点 本产品采用优质材料和进口电子元件，使产品具有：设计合理、结构简单、使用方便、性能
超声波传感器工作原理及在测量中的应用 [摘要] 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 [关键字]：结构、工作原理超声波流量测量超声波探伤总结 [正文]： 1.超声波传感器结构、工作原理 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装臵就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：
河北科技大学 课程设计报告 学生姓名：齐文华学号：12L0751265 专业班级：电子信息工程L126班 课程名称：传感器原理及应用 学年学期：2 014 —2 015 学年第一学期 指导教师：陈书旺 2 0 1 4 年12月
课程设计成绩评定表
目录 一、引言----------------------4 二、设计电路及原理------------4 三、元件清单------------------5 四、相关元器件的说明和介绍----6 五、课设步骤------------------11 六、实物图--------------------11 七、发现问题并解决问题--------13 八、心得与体会----------------13 九、参考文献------------------14
一、引言 1.课程设计的目的 1）使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能，加深学生对“传感器原理及检测技术”理论知识的理解，为从事仪器系统开发与设计打下基础。 2）锻炼学生自主独立完成课程设计的能力，培养学生积极动手创新的精神。3）通过课程设计提高我们动手实践能力，为我们以后更好的学习传感器和其他的相关知识奠定基础，使我们更好地适应现代社会的需求。 2.设计思路来源 随着科学技术的发展，许多高端技术已经实现了自动检测与控制。同时传感器的应用也逐渐增多，遍及人们生活的各个方面，给人们的生产和生活带来极大的方便。 本设计选用光敏传感器，对特殊场合的光照强度进行检测与报警。主要应用于农业大棚、城市照明等对光照强度有要求的场合。本设计用发光二极管作为警示灯，当光照强度不满足要求时就会发光起到警示的作用。 二、实际电路及原理 1.电路图
目录 GLP-7二线型超声波液（物）位计............................................... - 1 - GLP-7三线、四线型超声波液（物）位计......................................... - 2 - GLP-4型超声波液（物）位仪................................................... - 3 - GLP-5型中文超声波明渠流量计................................................. - 4 - GLP-6型中文超声波液位差计................................................... - 5 - 安装位置.................................................................... - 6 - 安装注意事项................................................................ - 6 - 各款仪表接线图.............................................................. - 7 - 仪表尺寸.................................................................... - 8 - 适应场合注意事项............................................................ - 8 - 选型表...................................................................... - 9 -
外贴式超声波液位计 一、外贴式超声波液位计原理 外贴式超声波液位计从罐外连续、精确的测量罐内的液位，完全不接触罐内的液体和气体，实现了真正的隔离测量。外贴式超声波液位计测量方式不同与其他液位计(安装其他液位计时必须在容器上开孔，在容器内部测量液位)，其特点是无需在容器上开孔，利用超声波分析原理，在容器外部就能够不间断地测出液面的精确高度。该仪表安装时不需要在罐壁上开孔安装传感器，仪表既不接触容器内的液态介质，也不接触容器内的气态介质。有效解决了在强腐蚀、剧毒、高压力、易燃爆、高纯度、无杂菌感染等特殊恶劣、苛刻条件下测量液位这一世界技术难题。因为外测液位仪完全不接触容器内的液体，因此，它使用时极为安全可靠，安装维护特别方便，是绿色环保仪表，可广泛用于各种容器内液面的连续精确测量。 二、外贴式超声波液位计工作原理： 外贴式超声波液位计处理后的液位高度数值准确，无需CPU再作分析、比较、判断。CPU获取液位数值后，可送NVRAM存储、送数码显示器显示。此外仪表可输出4～20mA标准信号或通过RS-485接口将测量结果输出至上位计算机(或二次表)。 如图2所示，测量液位时，经过调制过的声波信号从探头发射出去，经过液面反射回来后由探头检测到回波信号。回波信号经过预处理、加工、后处理后直接准确给出时间t,CPU根据数字模型表述关系计算出液面高度。 h=act/2 h：液位高度 t：声波从发射到返回所用的时间
a：修正系数 c：超声波在液体中传播的声速 液位计工作原理示意图图2 三.技术优势： 1)外贴式超声波液位计优势如下： •传感器安装在罐体外壁上与被测液体不接触 •超声波的测量原理对人无害 •运算时间非常短 •传感器和变送器之间的距离可达300m •不受罐内高压的影响 •用该产品使带有泡沫的介质液位同样精确测量成为可能•外安装的传感器不存在卫生问题 •同样可以测量有毒、有害、腐蚀性的介质液位 •传感器无可动件无磨损
地 下 室 火 灾 报 警 器 学院：信息工程学院 班级：13普本测控 学号： 姓名：
目录 摘要 (1) 一、绪论 (2) 1.1 课题描述 (2) 1.2 方案设计 (2) 1.3 方案比较： (2) 1.4 基本工作原理及框图 (3) 二、相关芯片、传感器及硬件电路设计 (4) 2.1 STC89C52RC芯片 (4) 2.2 DS18B20 温度传感器 (5) 2.3 LCD1602字符型液晶 (6) 2.4 光敏电阻 (7) 三、系统软件设计[2] (9) 3.1温度传感器控制程序 (9) 3.2 液晶屏控制程序 (13) 3.3主程序“main.c” (15) 四、总结 (21) 五、参考文献 (22)
地下室火灾报警器 摘要 本设计是用于地下室的火灾报警，利用火灾发生时产生的剧烈光强，还有高温，进行感光感温报警。同时如果地下室存放的是一些温度敏感的物品，也可以通过设置进行温度过高/过低报警。用到的传感器主要有温度传感器DS18B20和光电传感器光敏电阻。 关键词：DS18B20,光敏电阻，STC89C52，LCD1602
一、绪论 1.1 课题描述 地下室常作为人们的杂物间使用，或者充当饭店的酒窖功能，里面经常摆放着很多易燃物品，由于地下室经常潮湿和经常飘散的灰尘会使普通的烟雾报警器误报[1]。所以设计此种地下室火灾报警器。 1.2 方案设计 方案一：火灾发生的时候会有光亮，会使昏暗的地下室光强出现变化，故采用光敏电阻设计此报警器； 方案二：火灾发生的时候会产生大量热量，会使阴冷的地下室温度变化，故采用温度传感器设计此报警器； 方案三：由于火灾发生时产生光和热，同时采用光敏电阻和温度传感器级联设计此报警器。 1.3 方案比较： 方案一只采用光敏电阻，电路设计比较简单，但是如果地下室入口没有密封好，或者地下室开有透光窗，外界光强变化时，容易出现报警器误报； 方案二采用温度传感器设计，电路上和方案三相当，但是如果地下室密封性好，地下室的一些容易发酵的酒水或者其他粮食蔬菜之类的发酵产生的大量热量，也会使报警器出现误报； 方案三综合光强变化和温度变化，电路设计上只比方案二多一个光敏传感器，但是却同时具备了光强和温度传感。如果地下室密封性好，温度升高的时候并没有光照变化，避免误报；如果地下室密封性不好或者开有透光窗，光强变化的时候，发酵产生的热量及时的散出地下室，报警器也不会误报。只有火灾时候瞬间产生高温不会及时散去，而且有大量光照，报警器才会工作。 综合以上方案，故采用方案三。
基于参考声速法超声波 液位的测量 专业：电机与电器班级：06班姓名：陈志伟学号：2012230 基于参考声速法超声波液位的测量
摘要 目前市场上的超声波液位计品种多样，大多采用温度补偿方法对超声波传播速度进行校正，以提高仪表测量精度。此方法需在系统外加一个温度测量单元，通过测量环境温度，获得实际声速；由此也引进了温度测量误差，从而限制了系统精度的进一步提高。 本文是利用参考声速法实现声速校正的超声液位测量系统。设计中采用气介式测量方式，将一个反射性能良好的挡板固定在超声波探头和液面之间，通过测量挡板回波的时间，实现精确的声速校正，从而大大提高液位测量精度。此系统不但继承了传统超声波液位计的优点，而且无需采集环境温度，避免了由于测温误差引起的系统误差。 文中以超声波原理为理论依据, 以超声波传感器为接口部件, 利用超声波在空气中传播的时间差来测量距离, 从而设计了一套超声波测距系统。这种新型声速校正方法相对于传统补偿方法，性能更加优越，是今后超声波液位测量的发展方向，具有广阔的发展前景。 关键词：超声波液位计，探头，声速校正，挡板 第一章绪论
1.1液位测量的意义 近年来，随着电子技术的迅速发展，液位测量仪表中的测量技术经历了有机械向机电一体化再到自动化的发展过程。结合这两大技术，尤其是将微处理器引进液位测量系统，使得液位计的精度越来越来高，越来越来向智能化、一体化、小型化发展。在实际应用中，可根据需要选择合适的液位计，满足测量精度、测量环境等多方面的要求。 1.2液位计的种类 根据工作原理的不同，液位计可分为以下几种：直读液位计，浮子液位计，静压液位计，电磁液位计，超声波液位计，光纤液位计等等。传统的液位计逐渐被这些新型液位计所取代。新型液位计无论是在精度稳定性，还是在智能测量方面都比传统液位计有着明显的优势，是今后液位计发展方向。其中超声波液位计以其低成本高精度非接触式稳定性好等优势受到广泛青睐，发展出了适应不同场合的超声波液位计，广泛应用于石油化工，航空航天，水利，气象，环保医疗卫生，食品饮料等多个领域。 超声波液位计是非接触测量中发展最快的一种。该技术基于超声波在空气传播速度及遇到被测液体产生反射的原理。可实现非接触测量、测量范围宽、并且测量不受介质密度、介电常数、导电性等的影响，因此它的使用范围非常广泛，包括水渠、油罐、粘稠、腐蚀性及有毒液体等的液位测量。我国从就是年代开始将超声波测距技术应用到河流、湖泊等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中，超声波液位测量技术在越来越来多领域发挥极其重要的作用。 1.3超声波液位计概况 1.3.1国内外的超声波液位计发展 在国际上，把超声波技术用于液位测量己有较长时间，我国从20 世纪90 年代开始发展，将超声测距技术应用到河流、湖泊、水、渠等水体的水位测量中，以及油、浆等液体的液位测量中。目前国内高精度超声液位测量仪表的发展主要采用引进加吸收等手段，还有许多合资企业代理国外相应产品。国内自主研发超声波液位计的公司极少，不足十家，而且在测量范围，死区范围和精度都低于国外超声仪表的平均水平。有的厂家只有生产设备，没有标定装置。由此可见，我国在该领域的发展相对国外还有较大差距，在产品性能指标、仪表可靠性、企业
哈尔滨远东理工学院传感器课程设计小型称重系统设计 姓名： 专业：电子信息工程 学号： 指导教师： 机器人学院 二0一七年六月二十五日
目录 第1章绪论............................................... 错误!未定义书签。 选题背景............................................... 错误!未定义书签。 目的和意义............................................. 错误!未定义书签。第2章设计方案及其论述..................................... 错误!未定义书签。 模型建立及电路原理..................................... 错误!未定义书签。 电路图 (4) 第3章数据图表及分析 (6) 数据图表 (6) 数据分析 (7) 结论 (8)
第1章绪论 选题背景 称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子称重器是电子称重器中的一种，称重器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，称重器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。因此，称重技术的研究和称重器工业的发展各国都非常重视。工业生产中，称重传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域，可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。本实验是利用金属箔式应变片设计一个小型称重装置。硬件部分是在Multisim中仿真设计，使用电压变化进行模拟测量物体重量从而达到实验效果。 目的和意义 1）掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂、全桥电桥工作原理和性能。 2）学会建立仿真模型。 3）比较单臂双臂与全桥电桥的不同性能、了解其特点。 4）学会使用全桥电路。 5）了解物体重量与电压的关系效应。 6）了解电路原理。
侧装/顶装式磁翻板液位计 一、用途及特点 JK-UHZ系列磁浮子液位计是一种能就地指示或远传显示与控制的物位仪表，它广泛用于石油、化工、轻工、电力、核工业以及食品、医药等工业中，对各种塔、罐、槽、箱等容器中介质的液位进行指示和控制。 JK-UHZ系列磁浮子液位计的指示部分及发讯器、变送器等均与被测介质完全隔离，介质在主体内完全密封，在有压、有毒和易然易爆工况下具有绝对的安全性和可靠性。 仪表指示器色感对比鲜明，清晰醒目。 仪表指示器可以快速拆装，安装方位可任意选择，观察方向可随意变动，可视角度大。 JK-UHZ系列液位计均可配置XQ发讯器，发讯器输出的触点信号具有自保持功能。
a 0.6 Mpa 实际工作压力 b 1.0 Mpa c 1.6 Mpa d 2.5 Mpa e 4.0 Mpa f 6.3 Mpa g 10 Mpa h 16 Mpa i 22 Mpa j 32 Mpa l 介质比重(g/㎡） l 测量长度 l 输出信号 4-20mA… 二、组成 JK-UHZ 系列磁浮子液位计包括：JK-UHZ 一1型磁浮子翻板液位计，JK-UHZ--3型电远传液位计，JK-UHZ 一1／3D 型插人浮球液位计，JK-UHZ 一1／3W 型保温式液位计，JK-UHZ 一1／3J 型耐强腐蚀液位计及配套装置XQ 型上下限发讯器。 JK-UHZ 系列磁浮子液位计，根据浮力原理制作，磁浮子在主体内(与容器相通)，随被测介质液位的升降而上下浮动，利用磁浮子内的磁性组件吸引指示器内的翻板指示器来直接醒目地指示出被测容器内的液位变化。 三、安装 (见JK-UHZ 系列安装示意图)要求：首先查看液位计标牌数据与订货要求是否相符。 距液位计80mm 范围内无吸磁材料。 主体安装必须垂直，误差<3度。 测量范围>4m 时应在容器上加支撑点和液位计上的支撑法兰连接加固。 液位计出厂前，各部件均按技术标准分别经过耐压试验，安装后勿需再行试压，当容器需要做内压试验时，应将磁浮子取出。 对于使用在带温介质上的液位计，严禁用保温材料包裹使用。
[日期：2007-06-05] 来源：作者：[字体：大中小] 超声波发射原理是把铁磁材料置于交变磁场中，产生机械振动，发射出超声波。 接收原理是当超声波作用在磁致材料上时，使磁滞材料磁场变化，使线圈产生感应电势输出。 超声波传感器原理与应用 2008-04-18 02:40 超声波传感器原理及应用 信息来源：转载https://www.doczj.com/doc/9a11876643.html,发布时间：2008-01-02字号：小中大 关键字：超声波传感器 1、遥控开关超声波遥控开关可控制家用电器及照明灯。采用 2、液位指示及控制器由于超声波在空气中有一定的衰减，则发送到液面及从液面反射回来的信号大小与液位有关，液面位置越高，信号越大；液面越低则信号就小。接收到的信号经BG1、BG2放大，经D1、D2整流成直流电压。当4.7KΩ上的电压超过BG3的导通电压时，有电流流过BG3，电流表有指示，电流大小与液面有关。A点与上图A点相连接。当液位低于设置值时，比较器输出为低电平。BG 不导通，若液位升到规定位置，比较器翻转，输出高电平。BG导通，J吸合，可通过电磁阀将输液开关关闭，以达到控制的目的（高位控制）。 超声波传感器 信息来源：https://www.doczj.com/doc/9a11876643.html,/ca.htm发布时间：2007-11-27字号：小中大 关键字：超声波传感器传感器压电陶瓷超声传感器超声波距离传感器 超声波传感器的测距系统设计图
信息来源：中国超声波发布时间：2008-03-17字号：小中大 关键字：超声波传感器 安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。本超声波测距系统选用了senscomp公司生产的polaroid6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采用了atmel公司的at89c51。本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。 1、超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20khz的机械波[1]。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应[1]的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法tof（timeofflight）[2]。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，即 1、硬件电路设计 我们设计的超声波测距系统由polaroid600系列传感器、polaroid6500系列超声波距离模块和at89c51单片机构成。
电气工程学院 传感器课程设计报告 班级：电132 姓名：袁吉收 学号：1312021047 设计题目：智能家居监控系统设计设计时间：2015.12.22~12.28 评定成绩： 评定教师：
摘要 本文设计的智能家居系统以AT89C51单片机为核心控制单元，实时获取DS18B20温度传感器、TGS813气敏传感器、UD-02感烟传感器数据.并通过LCD1602来显示当前的状态。 关键字：AT89c51、DS18B20、TGS813、UD-02、LCD1602
目录 一、题目要求 1.1 题目介绍 1.2 模块分解 二、方案设计 2.1 方案介绍 三、硬件设计 3.1硬件原理图 四、软件设计 4.1时序图 五、设计总结 六、参考文献 附件：程序代码
一、题目要求 1.1智能家居监控系统设计 以提高家居生活的安全性、舒适度、人性化为目的，设计智能家居监控系统。利用所学的传感器与检测技术知识，实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾（烟雾）的检测（以上检测项目必做。在此基础上增加检测项目并具有可行性，加分。除环境监测项目外，也可增加人体信号检测等。）。各检测节点可通过无线方式连接到主机，检测到危险信号后，主机可采用声光报警或远程报警。 要求（1）用Protel 画出设计原理图； 智能化家居中的 传感器 活动物体 传感器 烟雾传感器 二氧化碳 传感器 温度传感器 火焰传感器 总 线 终端 控制对象
（2）采用Quaters II、Maxplus II、multisim（EWB）、pspice、Proteus中的一种或几种软件，完成系统电路图部分或全部仿真，在设计说明书中体现仿真结果； （3）写设计说明书； 1.2模块分解 1. 温度检测：采用DS18B20温度传感器。 2. 煤气泄漏检测：气敏传感器TGS813来检测空气中的可燃性气体。 3. 烟雾检测：UD-02离子感烟传感器检测空气中烟雾。 二、方案设计 2.1方案设计及选择 在实际设计中我们要考虑的因素有很多，比如成本最低、性价比最高、性能最优、功能最强、界面最友好等等。而本次课设我采用了性价比最高的方案（首先能实现基本功能）。选用了DS18B20、TGS813、UD-02、LCD1602模块实现本次设计。 基于AT89c51的智能家居系统设计 智能家居是人们的一种居住环境，其以住宅为平台安装有智能家居
《智能仪器仪表设计基础》 课程设计报告 单位： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导老师： 成绩： 设计时间：2013 年5月
指导老师提供的设计题目和要求 1、设计题目：基于超声波传感器的障碍物检测电路仿真设计 2、指导老师： 3、设计条件： [1]仿真软件可用Multisim10软件或者saber软件。 [2]超声波传感器详细参数： 工作频率：40KHz±1.0KHz 声压值：≥94dB(30cm/10Vrms sine wave) 灵敏度：≥-82dB/v/u bar(0dB=v/pa)； 余振：：≤1.2ms； -6dB方向性(度)：60°±10° 电容：2000pf±10%； 最大输入电压(Vp-p)：150(40KHz) 使用温度范围：-35℃—+80℃ 储藏温度范围：-40℃—+85℃ 4、设计要求： [1]设计电路包括超声波发射电路、超声波回波接收电路两部分。超声波发射电 路包括升压激励模块。超声波回波接收电路包括一级带通滤波电路、二级带 通电路、回波二值化电路组成。 [2]当在超声波发射电路输入端输入VPP=5V，Vmin=0V的方波信号时，超声 波发射电路输出端能输出VPP=100V~150V，f=40KHZ的一个激励信号。 [3]当在超声波回波接收电路输入端输出VPP=60mV~2V，f=40KHZ的正弦 波信号时，超声波回波接收电路输出端能输出电平信号。当在超声波回波接 收电路输入端输入低电平信号时，超声波回波接收电路输出端能输出高电平 信号。 [4]附加要求：请用虚拟仪器显示各个电路模块输入端信号及输出端信号 5、参考书目 [1]胡向东，刘京诚，余成波等编著，传感器与检测技术机械工业出版社，2009 [2] 张国雄主编测控电路机械工业出版社，第4版
传感器课程设计半导体吸收式光纤温度传感器
2010年12月30日 目录 序言 (3) 方案设计及论证 (4) 部件图纸 (6) 心得体会 (6)
主要参考文献 (7) 序言 1、简介 光纤温度传感器采用一种和光纤折射率相匹配的高分子温敏材料涂覆在二根熔接在一起的光纤外面，使光能由一根光纤输入该反射面出另一根光纤输出，由于这种新型温敏材料受温度影响，折射率发生变化，因此输出的光功率与温度呈函数关系。其物理本质是利用光纤中传输的光波的特征参量，如振幅、相位、偏振态、波长和模式等，对外界环境因素，如温度，压力，辐射等具有敏感特性。它属于非接触式测温。 2、特点
光纤传感器是一种新型传感器，它用光信号传感和传递被测量，具有动态范围大，频响宽，不受电磁干扰等优点。由于光纤可被拉至距测量点几十米以外，能使信号处理的电子线路远离干扰源，固而可较少受到空间电磁干扰。另外光纤传感器均为可控有源传感器，这使得在硬件和软件设计中可采用一些特殊手段来完成某些较复杂的功能。 3、现状 随着工业自动化程度的提高及连续生产规模的扩大, 对温度参数测量的快速性提出了更高的要求。目前, 普遍采用的热电偶很难实现对温度快速、准确地测量。这种接触式测量也难以保证温度场的原有特征, 易引起误差。在较高温度的测量中, 价格昂贵的金属热电偶必须接触被测高温物体, 所以损坏快, 增加了成本。光纤温度检测技术是近些年发展起来的一项新技术，由于光纤本身具有电绝缘性好、不受电磁干扰、无火花、能在易燃易爆的环境中使用等优点而越来越受到人们的重视，各种光纤温度传感器发展极为迅速。目前研究的光纤温度传感器主要利用相位调制、热辐射探测、荧光衰变、半导体吸收、光纤光栅等原理。其中半导体吸收式光纤温度传感器作为一种强度调制的传光型光纤传感器，除了具有光纤传感器的一般优点之外，还具有成本低、结构简单、可靠性高等优点，非常适合于输电设备和石油以及井下等现场的温度监测，近年来获得了广泛的研究 原理分析 1、本征吸收原理 当一定波长的光通过半导体材料时，主要引起的吸收是本征吸收，即电子从价带激发到导带引起的吸收。对直接跃迁型材料，能够引起这种吸收的光子能量hv必须大于或等于材料的禁带宽度Eg，即 式中，h为普朗克常数：v是频率。从式(1)可看出，本征吸收光谱在低频方向必然存在一个频率界限vg，当频率低于vg时不可能产生本征吸收。一定的频率vg对应一个特定的波长，λg=c／vg，称为本征吸收波长。 2、半导体测温原理 λ，半导体材料对信号光的透过率随温度变化，但对参考光的透过率不变。设信号光的透过率为()T 参考光的透过率为rλ。光纤定向耦合器的分光比为α，光纤传输损耗和探头与光纤的联接损耗为β。令
单片机、传感器、印制电路板 课程整合实训 电子产品设计与制作 技术报告 （2013——2014 学年第二学期） 项目名称：超声波测距仪设计 指导教师：卢建声,曾庆波,代瑶 专业：微电子技术 班级：12微电子 组长：张哲铭 组员：高金阁,李雨泽,苏程龙黑龙江信息技术职业学院·电子工程系
目录 任务书...................................................................... 错误！未定义书签。 一、工作任务 ................................................................. 错误！未定义书签。 二、工作目标 (3) 三、主要设计内容 (3) 1.原理设计 (3) 2.原理框图 (3) 3原理图 (4) 4元件清单 (4) 五、提交成果 ................................................................. 错误！未定义书签。 一、原理设计与技术路线 .............................................. 错误！未定义书签。 1、原理图绘制......................................................... 错误！未定义书签。 2、PCB图绘制.......................................................... 错误！未定义书签。 3、单元电路设计..................................................... 错误！未定义书签。 4、整机设计 ............................................................ 错误！未定义书签。 (5) (6) 六、总结报告 (10) 附录 (13) 超声波测距仪设计
黄河科技学院本科毕业设计任务书 信息工程学院电子与通信工程系电子信息工程专业级班学号学生指导教师王二萍 毕业设计题目超声波液位测量系统的设计 毕业设计工作内容与基本要求 一、背景和意义 液位控制问题是工业过程中的一类常见问题，目前国内在液位自动控制方面缺少长期可靠的使用范例，还没有适用于液位测量和自动控制的定型产品。因此研究出一种超声波液位传感器很有必要。传统的液位测量绝大多数都是人工控制，造成了人力资源的浪费，同时安全性可靠性都不高，采用单片机实现液位测量即可避免这种情况的发生。 二、目标和任务 本设计目标是针对现有液位传感器的不足，开发一种大量程、精度高、带有标准工业控制输出接口的超声波液位传感器，建议采用单片机作为超声液位传感器的控制核心，能够简化控制电路设计；采用单一换能器进行超声波的发射和接收以降低装置成本；采用多级二阶有源滤波器以提高信噪比，进而能较大限度地提高对微弱回波信号的放大倍数。最后根据设计原理图焊接、调试。 三、途径和方法 1.从网络上查阅此领域最新研究成果，并查阅相关理论知识，利用单片机控制技术的相关知识整理出硬件设计方案； 2.在已搭建的硬件的基础上构思软件流程，给出程序； 3.软硬件联调。 四、主要参考资料 [1] 白宗文，刘生春，白洁.基于单片机的超声波测控液位系统的设计[J].电子设计工程,2011（18）:33～36． [2] 么启等. 基于DSP的超声波明渠液位测量系统[J].电子设计工程,2011（21）:142～145． [3]房小翠、熊光洁、聂学俊等，单片微型计算机与机电接口技术[M]．北京；
国防工业出版社，2002． [4]王质朴，吕运朋，MCS-51单片机原理、接口及应用[M]．北京：北京理工大学出版社,2009. [5] 杨素行等.模拟电子技术基础简明教程[M].北京：高等教育出版社,2001. [6] 闫石.数字电子技术基础[M].第三版.北京: 高等教育出版社,1989. 毕业设计时间：2013 年 2 月10 日至2013 年 5 月25 日 计划答辩时间：2013 年 5 月22 日 工作任务与工作量要求：原则上查阅文献资料不少于12篇，其中外文资料不少于2篇；文献综述不少于3000字；文献翻译不少于3000字，理工科类论文或设计说明书不少于8000字（同时提交有关图纸和附件），提交相关图纸、实验报告、调研报告、译文等其它形式的成果。毕业设计说明书撰写规范及有关要求，请查阅《黄河科技学院本科毕业设计（论文）指导手册》。 专业（教研室）审批意见 审批人签名：
传感器课程设计
传感器课程设计 学院电气信息学院 专业测控技术与仪器 年级班别 09级测控01 学号 0904010117 学生姓名王龙龙
目录 一、绪论设计内容与设计要求 (6) 1.1设计内容： (6) 1.2设计要求： (6) 二、设计原理及框图 (6) 2.1设计原理： (7) 2.2系统框图： (7) 三、方案选择及论证 (7) 3.1方案一： (7) 3.2方案二： (8) 3.3方案三： (8) 3.4方案论证： (8) 四、电路与最小系统设计 (8) 4.1驱动电路： (8) 4.2显示电路 (9) 4.3稳压电路 (10) 4.4最小系统的设计 (11) 五、红外控制原理及设计 (12)
5.1红外原理 (12) 5.2红外电路设计 (13) 六、控制流程与程序 (14) 6.1程序流程 (14) 6.2控制程序 (14) 参考文献 (43) 摘要： 本次课程设计是利用接近传感器和单片机技术设计制作一个显示电机转速的速度测定系统，尽可能的提高测量误差，用4位LED 数码管显示速度。电机测速系统由红外接收电路、单片机最小系统、数码管显示电路、电机驱动电路以及激光测速电路构成。红外接收电路用来接收用户输出的红外信息，实现测试参数的设置。
关键词：传感器；转速：显示： Abstracts: This course is designed to use proximity sensors and single chip microcomputer design a show the speed of the motor speed determination system, as far as possible to improve the measure error, with four LED digital display speed tube. Motor speed system consists of infrared receiving circuit, single chip minimize system, digital pipe display circuit, motor drive circuit and laser speed circuit to form. Infrared receiving circuit used to receive a user output of infrared information, realizing test parameters Settings. Keywords: sensors; Speed: display:
毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：学号： 专业：电气工程及其自动化 设计(论文)题目：超声测距系统设计 指导教师: 2011 年 2 月24 日
毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述 文献综述 1 研究背景 测距的原理和方法有很多，根据信息载体的不同可分为光学方法、无线电方法和超声波方法[1]。随着电子技术的发展，先后出现了激光、超声波及红外线等非接触式测距方法。激光测距虽然测距精度高，操作简单，但是受环境的影响比较大，且系统检测维护不便，价格相对昂贵，一般多在军事领域应用。红外测距属于电磁波的一种，超声波是声波测距，实现起来更容易且不受电磁干扰影响。红外传播速度为3x108m/s，超声波在空气中的传播速度为340m/s，其速度相对电磁波是非常慢的，因此在同等距离的情况下，超声波的传播时间远大于红外，往返时间更易测量[1]。 由于超声波方向性好、超声测量无接触，超声波测距系统价格低廉、易实现、信息处理简单可靠，所以利用超声波进行距离和长度的测量越来越受到人们的重视。超声波技术的发展经历了从理论技术的研究到大范围的工业应用。在这期间，雷达技术、激光技术、电子技术等技术的发展对超声波技术不断更新和发展起到了很大的促进作用[2]。 2 国外研究现状 一般认为，关于超声波的研究最初起始于1876年F.Galton的气哨实验，这是人类首次有效产生的高频声波。在之后的三十年中，超声波仍然是一个鲜为人知的东西，由于当时电子技术发展缓慢，对超声波的研究造成了一定程度的影响[3]。 1917年，法国人Langevin使用一种晶体传感器在水下发射和接收相对低频的超声波。这种方法可以用来检测水中是否存在潜艇并进行水下通信联络。在这之后对超声的研究主要体现在电子领域[4]。 1925年，Pierce使用石英传感器和镍传感器来产生和探测超声波，而且频率扩展到兆赫级。至此；Debye,Sears,Lcas分别发现了超声波的衍射光栅，用超声波来研究液体和气体的声学特性方法得到稳定发展。 1927年Hantalnnn和Tro11e解决了超声汽笛的许多细节问题，这些汽笛被证明在流
超声波液位计简介与选型 超声波液位计适于应用环境 通常应用于温度在-40℃～100℃之间、压力在3Bar(5kg/cm2)以下的场所进行液位或料位的测量。在常温、常压的情况下，选择超声波液位计测量液体液位是最佳的选择，具有工作可靠、安装简便、使用周期长、免维护的特点，并具有相对的价格优势。由于超声波液位计在测量物位时，与被测介质不接触，同时为全密闭防腐结构，因此对于粘稠的、腐蚀性的、浑浊的等各种液体的液位测量，效果最佳。 对于密闭容器内的挥发性的液体的液位测量，应注意两点 容器内气体声速可能与空气中的声速不同，如液位计不能对声速进行修正，则会出现一定的误差； 挥发性的液体会在超声波液位计探头表面凝结，阻挡声波的收发，要求液位计具有可变功率控制功能。 超声波液位计对固体料位的效果 使用超声波液位计进行料位测量是可行的，有足够的应用经验和成功实例。在对料位进行测量时，应选择好安装位置，选择料面相对平整的位置；对于粉末状的料位，可选择功率(量程)更大的物位计进行测量。 对于液面剧烈波动的液体，三种方法使用超声波液位计进行液位测量 1.选用具有自动功率控制功能的超声波液位计； 2.选用更大量程的超声波液位计； 3.在液体中加入塑料管，测量塑料管内液位。 两线制超声波液位计与三线制超声波液位计不同 两线制超声波液位计其供电(DC24v)与信号输出(DC4-20mA)共用一个回路，仅使用两条线即可，为标准的变送器形式，不足之处是发射功率相对略微微弱一些。三线制超声波液位计实际上为四线制，其供电(DC24v)与信号输出(DC4-20mA)回路分离，各使用两条线，当它们负端共地相连时，通常使用三条线即可。其优势是发射功率较大。 超声波液位计的盲区
超声波传感器的设计 与应用
传感器课程设计 （2010级） 题目：超声波传感器的设计与应用 学员姓 名：xxx 学 号：201003011020 学员姓 名：xxx 学 号：201003011027 学员姓 名：xxx 学 号：201003011003 xxx
二〇一三年九月
目录 ...............................................................................................................................................第一章超声波传感器简介........................................................................................ 1.1超声波传感器是什么 (2) 1.2超声波传感器应用前景 (2) 第二章超声波传感器设计 (3) 2.1设计目标描述 (3) 2.2 设计指标 (3) 2.3 传感器结构概述 (4) 2.4 传感器设计原理 (4) 2.4.1 物理部分设计 (4) 2.4.2 电路部分设计 (7) 第三章硬件设计 (8) 3.1 单片机设计 (8) 3.2 传感器设计 (11) 3.3 单片机与传感器连接 (12) 第四章软件设计 (13) 4.1 总体设计思路 (13) 4.2 软件程序 (13) 第五章测试结果与分析 (21) 第六章结论 (22) 参考文献 (24)
第一章超声波传感器的设计 1.1超声波传感器是什么 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 1.2超声波传感器应用前景 随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有 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，超声波传感器作为一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