超声波传输特性
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八年级物理中,超声波的特点主要包括以下几个方面:
1.方向性好:超声波几乎沿直线传播,这使得它可以在特定方向上传播而不容易散失能量。
2.穿透能力强:超声波能穿透许多电磁波不能穿透的物质,例如金属、塑料等。
3.易于获得较集中的声能:超声波的频率高,因此可以在一定的空间范围内获得较集中的声能。
4.有很强的“破碎”能力:由于超声波具有较高的能量,它可以用来破碎物体,如医学上的超声波碎
石等。
综上所述,超声波在医学、军事、工业、农业等领域有着广泛的应用,例如声呐、B超、超声波速度测定器、超声波清洗器、超声波焊接器等。
需要注意的是,虽然超声波具有许多优点,但在使用过程中也需要注意其可能产生的负面影响,如对人体和动物的影响等。
因此,在使用超声波时,需要遵守相关规定和操作规程,确保安全和有效。
超声波在材料中的传播与声子传输研究超声波是一种高频声波,具有较强的穿透力和传播能力。
在材料中的传播与声子传输研究方面取得了许多重要成果。
本文将从超声波的基本原理入手,探讨超声波在材料中的传播机制和声子传输的相关研究。
超声波的产生是通过声波发生器产生的机械振动,将机械能转化为声能。
当振动频率高于20KHz时,人耳就无法听到,这就形成了超声波。
超声波具有很高的频率和短波长,能够在材料中传播。
而材料中的传播机制主要有散射、吸收和折射三种形式。
首先,超声波在材料中的传播过程中会发生散射现象。
散射是指声波在传播过程中遇到材料中的微粒或杂质时,会发生方向的改变或传播路径的改变。
这种散射现象会导致超声波传播的能量损失,同时也会对超声波传播的速度和强度产生一定的影响。
其次,超声波在材料中的传播过程中会发生吸收现象。
吸收是指材料对超声波能量的吸收和转换。
材料的吸收特性取决于材料的物理性质,如密度、粘度等。
吸收现象会导致超声波在传播过程中能量的减少,同时也会导致传播速度的降低。
最后,超声波在材料中的传播过程中会发生折射现象。
折射是指当超声波从一种介质传播到另一种介质时,会发生传播方向的改变。
这种折射现象会导致超声波的传播路径发生偏折。
折射现象的发生是由于不同介质的声速不同导致的。
除了在材料中的传播研究外,超声波的声子传输也是研究的热点之一。
声子是晶体中的元激发,它代表了晶体中原子振动的状态和能量。
声子传输的研究可以帮助人们更好地了解材料的热传导性能和声子相关的物理性质。
声子传输的研究主要通过测量声子的频率和波长来获得声子的传输特性。
通过研究声子传输的规律和机制,人们可以揭示材料的热传导机制和声子与材料性质之间的相互作用关系。
这对于材料的热管理和工程应用有着重要的意义。
目前,声子传输的研究已经涉及到了多个领域,如纳米材料、光学材料和热电材料等。
通过改变材料的结构和成分,可以调控声子传输的性质和行为,从而实现对材料的性能和功能进行调控和优化。
超声波知识点超声波是一种高频声波,其频率超过了人耳的听觉范围。
超声波在日常生活中有着广泛的应用,包括医学诊断、工业控制和科学研究等领域。
本文将介绍超声波的原理、特点和应用。
1.原理超声波是机械波的一种,由物体振动引起的横波或纵波在介质中传播形成。
超声波的频率通常在20kHz至1GHz之间,远远超过了人耳的听觉范围(20Hz至20kHz)。
超声波的产生通常通过将电能转换为机械能,利用压电效应或磁致伸缩效应。
2.特点与可听声音相比,超声波具有以下几个特点:•高频率:超声波频率高于20kHz,可以达到几百kHz甚至GHz级别。
•短波长:由于频率高,超声波的波长相对较短,有利于定位和探测。
•方向性强:超声波传播时会发生折射和反射,可以通过控制超声波的传播路径来实现定向传输和接收。
•能量强:超声波在介质中传播时会损失一部分能量,但其能量仍然足够强大以实现许多应用。
3.应用超声波在多个领域有着广泛的应用,以下是其中的几个代表应用:•医学诊断:超声波成像技术是医学中常用的非侵入性检查方法之一。
它通过发射超声波并记录其在人体内部组织中的反射,从而生成图像。
这种技术可以用于检查器官、血管和胎儿等。
•工业控制:超声波传感器可以用于测量距离、检测物体的位置和检测液体的水平。
超声波的特性使其在自动化工业生产中具有重要作用。
•清洁和清除:超声波振动可以在液体中产生强大的涡流和微小气泡,用于清洁和清除物体表面的污垢和杂质。
这种清洁方法被广泛应用于眼镜、首饰、电子元件等领域。
•测量和检测:超声波测距仪和超声波流量计等设备可以精确测量距离和流体流速。
这些设备在工程测量和流体控制中得到广泛应用。
总结:超声波是一种高频声波,具有高频率、短波长、方向性强和能量强的特点。
超声波在医学诊断、工业控制、清洁和清除以及测量和检测等领域有着广泛的应用。
随着科技的进步,超声波技术将继续发展并在更多领域发挥作用。
超声波定向扬声器原理超声波定向扬声器是一种能够将声音精确传播到特定方向的高科技设备。
它利用超声波的特殊属性实现声音的定向传输。
下面我们将深入了解超声波定向扬声器的原理和应用。
超声波是指频率超过人类听觉范围(20kHz)的声音波。
超声波的传播具有直线传播、能量衰减小、穿透性强等特点。
超声波定向扬声器利用这些特性,通过超声波的细微调节和控制,使声音朝着特定方向传播,实现声音的定向效果。
超声波的产生主要依靠压电效应。
压电材料在电场作用下发生变形产生机械振动,进而产生声波。
通过适当设计和控制,可以使压电材料发生特定频率的振动,从而产生特定频率的超声波。
超声波定向扬声器通常由超声振动子、声波振荡电路以及驱动电路组成。
超声振动子负责将电能转化为机械振动,并进一步将机械振动转换为超声波。
声波振荡电路负责提供超声波所需的振荡信号。
驱动电路则将电能传输给超声振动子,并通过适当的频率和幅度控制超声波的产生和调节。
超声波定向扬声器的应用非常广泛。
它可以在音频会议系统中用于提高语音清晰度和避免回音问题。
在公共广播中,超声波定向扬声器可以将声音传到目标区域,而不会扰乱其他区域。
此外,它还可以用于声纳系统、医疗仪器、安防监控等领域。
超声波定向扬声器不仅为我们带来了高品质的音频体验,同时也具有一定的指导意义。
它为声音的定向传输提供了全新的解决方案,拓宽了声音应用的可能性。
我们可以借鉴超声波定向扬声器的原理和技术,进一步提高现有扬声器的性能,实现更加精确和高效的声音传输。
总之,超声波定向扬声器通过利用超声波的特殊属性,将声音精确地传播到特定方向。
它的应用范围广泛,并且具有极大的潜力。
未来随着科技的发展,超声波定向扬声器将继续为我们带来更加出色的声音体验。
超声波导入的原理超声波导入是一种利用超声波进行声学成像和传输的技术。
它的原理是利用超声波在不同介质之间的传播特性和相互作用实现相关应用。
超声波是指频率超过20kHz的机械振动波,它具有高频、短波长和能量小的特点。
超声波是一种纵波,它的传播速度取决于所在介质的密度和弹性系数。
在声学成像中,常用的超声波频率范围为2-15MHz,经过超声波探头的发射和接收,能够获得物体内部的高分辨率图像。
超声波成像的原理主要包括超声波的产生、传播和接收三个方面。
首先,通过超声波发射器产生超声波信号。
发射器利用压电效应或磁电效应将电能转化为机械振动,形成超声波信号并辐射到被测介质中。
其次,超声波信号在介质中的传播遵循反射、折射和散射等规律。
当超声波遇到介质中的不均匀性结构界面时,会发生声束的反射和折射。
通过对这些反射和折射超声波的接收和处理,可以对界面的位置、形状、密度等进行分析和成像。
最后,超声波接收器接收由散射、反射和折射等过程产生的超声波信号,并将其转化为电信号。
通常,超声波接收器采用与发射器相同的压电材料制成,并能够将机械振动转化为电能。
接收到的电信号通过信号放大和滤波处理,然后送入显示设备,形成超声图像。
超声波导入可应用于医学、材料检测、工业检测等领域。
在医学领域,超声波成像是一种无创的、实时的诊断技术,可用于检查内脏器官、肿瘤、血管、胎儿等相关结构,有助于提前发现疾病和评估治疗效果。
在材料检测中,超声波导入可检测材料的缺陷、腐蚀、厚度等情况,广泛应用于航空航天、建筑材料、金属制品等领域。
在工业检测中,超声波导入可以对管道、容器、焊接接头等进行无损检测,帮助发现结构隐患和提高产品质量。
超声波导入的原理包括超声波的发射、传播和接收三个方面,通过对超声波信号的发射、传播和接收过程的控制和分析,可以获得物体内部的结构和特征信息,并形成相应的超声图像。
超声波导入技术的广泛应用使得其在医学和工业领域具有重要的应用价值,成为一种非常有前景和潜力的技术。
超声波机的工作原理
超声波机的工作原理是利用超声波的传播特性来实现测量、成像、清洗、焊接、切割等功能。
其基本原理如下:
1. 产生超声波:超声波机内部包含一个发声部件,通常是由一块压电陶瓷晶体组成。
当电流通过晶体时,晶体会振动产生高频机械波,即超声波。
2. 传输超声波:超声波通过振动的晶体传播到波导器或换能器上,然后通过波导器或换能器输出到工作介质中。
3. 接收超声波:波导器或换能器不仅能够将电能转换为机械能产生超声波,还可以将机械能转换为电能接收到返回的超声波信号。
4. 处理超声波信号:超声波机内部的电子元件会对接收到的超声波信号进行放大、滤波、控制等处理,以确保信号的质量和可靠性。
5. 分析处理结果:处理后的超声波信号可以用来测量物体的距离、检测缺陷、成像内部结构等。
通过比较发送的超声波和接收到的超声波之间的差异,可以得出所需的测量结果。
总结起来,超声波机主要通过发声、传声、接声、处理和分析这几个步骤来实现超声波的产生、传播和利用。
根据不同的应用需求,超声波机可以在工业、医疗、环境监测等领域发挥作用。
1.声速:超声波在不同介质中传输速度是不同的。
气体350m/s左右,液体中1500m/s左右;固体中5000m/s左右。
2.声衰减在空气中,超声波除了因扩散引起衰减外,由于空气中的粘滞性、热传导以及分子的吸收也会引起衰减。
在20℃时的空气中,衰减系数在20℃时的水中,衰减系数如换算成位移衰减到I/e的距离x(1/ɑ),则空气中x(m)=则水中x(m)=从表中可以看出:空气可水相比,其声衰减随频率的增大而急剧增加,即空气(各种气体均如此)不利于高频声传播,衰减很快,如500KHZ以上。
所以液体中超声一般选择1-5MHz,而气体中超声一般选择50-300KHz。
当然选择频率时还应考虑超声换能器之间的距离(声程)以及测量精度等要求。
3.特性阻抗与声反射、声折射、声散射特性阻抗由介质的密度和声速之积确定。
气体、液体和固体的特性阻抗之比约为1:3000:80000,差异很大。
超声从一种介质进入另一种介质的能力取决于特性阻抗。
流体中只存在纵波,纵波从流体向固体倾斜射入,在固体中除纵波外,还存在横波。
高频率的声波,如2MHZ,在照射到含有气泡和固体颗粒时液体时,会产生声散射。
4.超声换能器的指向性式中:--------指向性半角;--------波长;--------圆型辐射面直径气体介质中换能器的角一般取3-7度;液体介质中换能器的角一般取2-10度;可以上换能器的指向性均要求尖锐,以使能量较为集中。
5.温度特性在水中中,超声传播速度随温度升高而增大,但在90℃之后又开始减小。
1. 压电陶瓷片PZT用于测量液体流量的超声换能器,工作频率在0.5-5MHz.PZT压电片(圆形、半圆形、方形、矩形)是常用的形式,它的频率由下公式确定式中:-----------频率常数,PZT均为2200;-----------厚度(应远小于横向尺寸)。
1MHz的PZT圆片,直径10-12mm,厚度约2mm;1.5MHz的的PZT圆片,直径15mm左右,厚度约1.3mm;2. 换能器的基本结构压电圆片换能器一般结构有一下三种:液体换能器中,若在前后端设置匹配层,可有效提高电声转换效率和扩展频带宽度。
超声设备的原理超声设备是一种利用超声波进行成像或治疗的医疗设备,在医学领域中具有广泛的应用。
它的原理基于超声波在组织中的传播和反射特性,通过不同的信号处理和成像算法,使医生能够观察到人体内部的结构,并对疾病进行诊断和治疗。
本文将详细介绍超声设备的原理。
一、超声波传播原理超声波是一种在20kHz到1GHz频率范围内的声波,相比于可听到的声波频率范围(20Hz到20kHz),超声波具有更高的频率和更短的波长。
超声波在组织中的传播基于两种基本原理:声速和声阻抗。
声速是指声波在某种介质中传播的速度,它受介质密度和弹性模量的影响。
不同的组织具有不同的声速,这使得超声波在组织之间传播时会发生折射和反射。
声阻抗是指声波在介质之间传播时界面的阻力。
当声波从一个介质传播到另一个介质时,如果两者的声阻抗不同,会发生反射和折射。
这种反射和折射现象使得超声波可以在组织中产生回波,从而形成超声图像。
二、超声设备的成像原理超声设备通过发射超声波脉冲并接收回波信号来生成图像。
一般而言,超声设备由超声发射器、超声传感器、信号处理器和显示器等主要部件组成。
首先,超声发射器会发射一系列的超声波脉冲。
这些脉冲会经过人体组织,并在组织内的不同结构上发生反射或折射。
接下来,超声传感器会接收到这些反射回波信号。
传感器中的压电晶体能够将机械振动转换为电信号,并将接收到的回波信号转化为电信号传输到信号处理器。
信号处理器对接收到的电信号进行放大、滤波和数字化处理。
由于超声波传播的速度非常快,信号处理器能够在非常短的时间内对回波信号进行处理,并生成高质量的图像。
最后,经过处理的图像被传输到显示器上,医生可以通过观察显示器上的图像来进行诊断和治疗。
三、超声设备的应用超声设备在医学领域中有着广泛的应用。
它可以用于产前检查,通过观察胎儿的图像来检查是否存在异常情况。
此外,超声设备还可以用于内窥镜检查,通过插入超声探头来观察人体腔内的结构,并帮助医生进行手术操作。
二维超声成像的原理及应用一、原理介绍二维超声成像是一种医学影像技术,利用超声波对人体组织的反射和散射特性进行成像。
其原理基于超声波的传播、反射和吸收规律,通过对被检测物体的扫描和信号处理,生成二维影像,用于诊断和评估疾病。
1.超声波传播特性:超声波是一种机械波,经过物体时会发生散射、吸收和反射。
超声波在不同组织之间传播速度不同,导致其被组织结构反射和散射。
2.探头和发射机制:二维超声成像中,探头是用于产生和接收超声波的装置。
探头包含多个发射和接收元件,发射元件通过电信号产生超声波脉冲,向被检测部位发送。
接收元件接收反射回来的超声波,并将其转化为电信号。
3.成像算法:接收到的超声波信号被传输到计算机中,通过成像算法处理和分析。
常见的成像算法包括B型超声成像、动脉特征分析、超声弹性成像等,能够对组织结构和功能进行准确的定量分析。
二、应用领域二维超声成像广泛应用于临床医学各个领域,具有非侵入性、实时性和成本低的特点。
1.妇产科:二维超声成像在妇产科中的应用非常广泛,可以用于妊娠检测、胎儿发育监测、囊肿检测等。
通过离子累积检测和血流分析等技术,能够提供胎儿和母体的详细解剖和功能信息。
2.心脏检查:二维超声成像可以用于心脏病的诊断和评估。
通过对心脏的结构和功能进行准确分析,可以检测心脏瓣膜的异常、心肌梗死的情况以及心脏血流情况。
同时,还可以评估心脏手术的效果。
3.肝脏检查:二维超声成像是检测肝脏疾病的重要工具。
它能够检测和评估肝脏肿块、囊肿、肝脏纤维化等情况。
超声引导下的肝活检是目前常用的肝脏诊断方法之一。
4.泌尿系统检查:二维超声成像可用于泌尿系统的检查,包括肾脏、膀胱、前列腺等。
它可以评估肾脏结构、栓塞和结石的情况,以及泌尿系统的结构和功能。
5.乳腺检查:二维超声成像在乳腺检查中也有广泛应用。
它可以提供乳腺肿块的准确定位和评估,诊断乳腺癌、乳腺囊肿等乳腺疾病。
总结起来,二维超声成像具有广泛的应用领域,包括妇产科、心脏检查、肝脏检查、泌尿系统检查和乳腺检查等。
超声波数据传输系统简介超声波数据传输系统是一种基于声学技术的数据传输方式。
它利用超声波在空气中传播的特性,将数字信号通过超声波的形式传输给接收端,实现数据传输的目的。
超声波数据传输系统具有不易受干扰、传输距离远、传输速度快等优点,在现代通信中得到广泛应用。
例如,在无线短距离通信中,超声波传输系统可用于实现用户之间的数据传输。
另外,它还能够用于无线充电技术、智能家居等领域。
工作原理超声波数据传输系统主要由发射端和接收端组成。
发射端将数字信号进行调制并转换成超声波信号,然后将信号以声波的形式传输出去。
接收端接收到超声波信号后,将信号解调为数字信号,从而完成数据传输。
具体来说,发射端将数字信号转换为频率在20kHz以上的信号。
然后利用压电陶瓷等材料将信号转换为由一组高频电压驱动的机械振动,产生超声波信号。
这些超声波信号在空气中传播,到达接收端后,被接收器转换为电信号。
接着,电路将这些信号按照特定的解调方式还原为原始的数字信号。
优点超声波数据传输系统有如下优点:1.不易受到电磁辐射、干扰等影响,传输稳定性高;2.传输距离远,可达100米以上;3.传输速度快,可达1Mbps以上,甚至可达10Mbps以上。
除此之外,超声波数据传输系统还有较低的功耗和占用宽带,因此可被广泛应用于各种场合。
缺点超声波数据传输系统也存在一些缺点:1.受到空气传播的限制,不能穿透较厚的水、铁、混凝土等材料;2.对传输环境有一定的要求,需要避免噪声、声场混杂等干扰因素。
应用超声波数据传输系统有广泛的应用场景,一些典型的应用场景包括:1.无线短距离传输:超声波数据传输系统可用于实现无线局域网、蓝牙等短距离通信。
2.智能家居:通过超声波,可实现家电、家居设备的无线控制。
3.无线充电:利用超声波传输能量,可实现对移动设备的无线充电。
发展前景随着智能手机、智能家居、物联网等技术的快速发展,超声波数据传输系统在未来的应用前景广阔,有望得到更广泛的应用。
超声检测原理
超声检测原理是利用超声波在物体中的传播特性来实现对物体的非破坏性检测。
超声波是一种机械波,具有高频率和短波长的特点,其频率范围通常在20kHz至100MHz之间。
超声波在空气中的传播速度约为343m/s,而在固体材料中传播速度更高,所以超声波可以在物体内部迅速传播。
超声检测的原理可以分为两个方面:超声波的发射和接收。
超声波的发射通常通过压电式的超声发射器来实现。
当电压施加到压电晶体上时,会使晶体发生压力变化,进而引起晶体的机械振动,产生超声波。
超声波在发射器中发出后,经过传输介质(通常为液体,如水)传播到待检测物体表面。
超声波在物体中传播时会发生多种声学现象,如反射、折射、散射和衰减等。
当超声波遇到物体的界面时,部分能量会被反射回来,经过接收器转换为电信号。
接收器通常也采用压电晶体,其机械振动受到反射超声波的影响,进而产生电压信号。
这个电信号经过放大和处理后,可以用来分析物体内部的结构和缺陷情况。
通过控制超声波发射和接收的时间间隔,可以计算出超声波在物体内部传播的时间差,进而得到物体内部各个结构的深度信息。
通过分析接收到的超声信号,可以发现物体的内部缺陷、裂纹或材料的变化等情况。
总的来说,超声检测利用超声波的传播特性,通过发射和接收
超声波来实现对物体内部结构和缺陷的检测。
这种方法不需要对物体进行破坏性检测,具有可靠性和精确性的优势,因此被广泛应用于工业、医学等领域。
超声波探头的工作原理超声波探头主要由发射器(也称为元件)和接收器组成。
发射器会产生高频振荡信号,转换成机械振动,通过聚焦和耦合介质将振动传递到被探测物表面,其中常用的传输介质是水或者凝胶。
被探测物表面会反射一部分超声波能量,这部分能量会被接收器接收到。
接收器将接收到的信号转换成电信号,然后通过信号处理和成像算法,最终形成被探测物的图像。
1.超声波的传播:超声波是一种机械波,是由发射器产生的机械振动信号在介质中传递形成的能量波。
发射器一般采用压电晶体,如压电陶瓷。
压电晶体具有反压电效应,即在外加电场的作用下产生的机械变形,反之机械变形也能产生电荷变化。
当外加电场改变时,压电晶体会发生机械振动,产生高频超声波。
这些超声波在介质中以传递能量的形式向前传播。
2.超声波的接收:当超声波到达被探测物表面时,一部分能量会被物体表面反射回来。
接收器一般也采用压电晶体,将反射回来的超声波能量转换成电信号。
由于接收器和发射器的原理相同,所以同样也是利用压电效应转换电信号。
接收器接收到的信号包含了被探测物的信息。
超声波探头的工作原理还与探头的物理结构密切相关。
通常,探头采用特殊的设计和构造来实现不同的探测目标和应用。
例如,医疗超声波探头使用线阵或者面阵的发射器和接收器,可以实现不同方向的聚焦和扫描。
而工业无损检测中的超声波探头通常采用单个晶体或者多个晶体的探头,可以实现不同的探测深度和分辨率。
综上所述,超声波探头的工作原理是基于超声波在介质中传播的特性来实现对被探测物的检测和成像。
发射器产生超声波,通过介质传递到被探测物表面,部分超声波能量被物体表面反射回来,并由接收器转换为电信号。
通过信号处理和成像算法,最终形成被探测物的图像。
超声波探头的具体工作原理还与探头的物理结构和设计相关。
超声波测距工作原理超声波测距技术是一种常见且广泛应用于各行业的非接触式测距方法。
它借助超声波在空气中的传播特性,通过发射器发出超声波,再由接收器接收反射回来的超声波,并根据测量时声波的回程时间来计算距离。
本文将详细介绍超声波测距的工作原理。
一、超声波的生成和传播超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波,其频率通常大于20kHz。
超声波的生成是通过压电晶体实现的。
在超声波传感器中,压电晶体被施加电压时会发生压电效应,从而产生机械变形,进而产生声波。
这些声波经由发射器释放到空气中,然后向远处传播。
超声波在空气中传播速度较快,大约为340米/秒。
二、超声波测距的原理当超声波遇到物体表面时,部分能量将被物体表面反射,另一部分则穿透物体继续传播。
接收器通过接收到反射回来的超声波信号,并测量从发射器发射声波到接收器接收到声波的时间差,就可以计算出待测物体与传感器的距离。
三、超声波测距的实现1. 发射器发出超声波信号:发射器首先将电能转换为机械能,使压电晶体振动产生超声波信号。
超声波信号在空气中传播,向待测物体表面传输。
2. 超声波信号的反射:当超声波遇到物体表面时,部分声波能量被物体表面反射回来。
这些反射波与传感器之间的距离是待测距离的重要参考。
3. 接收器接收超声波信号:接收器接收到反射回来的超声波信号,并将其转换成电能。
4. 时间差测量:通过测量从发射器发出声波到接收器接收到声波的时间差,可以计算出待测物体与传感器的距离。
这个时间差是通过传感器内部的计时器来测量的。
5. 距离计算:根据声波在空气中的传播速度,利用已知的时间差,可以使用以下公式来计算待测物体与传感器之间的距离:距离 = (声波在空气中的传播速度 ×时间差)/ 2四、超声波测距的优势和应用领域超声波测距技术具有以下优势:1. 非接触式测距:超声波测距不需要与待测物体直接接触,因此可以在不损坏待测物体的情况下进行测量。
2. 高精度和稳定性:超声波测距的精度较高,可以达到毫米级别,并且具有较好的稳定性。
1超声波概述1.1超声波基本理论1.1.1超声波的本质声波属于机械波,是声音的类别之一,人类能察觉到的纵波,频率范围是16Hz-20KHz。
次声波的频率小于16Hz,超声波的频率大于20Hz。
超声波是一种波动的形式,他能作为负载信息与探测的载体;超声波也是种能量的形式,其强度一旦超过一定程度时,他就能与媒介的相互作用,去影响或者破坏后者的形态,结构及性质。
超声波的折射、反射、散射、衍射在媒介中的传播是规律的,和可听声波的传播规律一样,没有本质上的区别。
然而超声波的波长短,厘米,甚至是毫米。
和可听声波相比,超声波有很多的特点:①传播特性─超声波波长稍短,障碍物尺寸比超声波的波长长达多倍,所以超声波衍射本事很差,可以沿着直线传播如果在均匀的介质里,波长越短,这特性就越显著。
②功率特性─声音如果在空气中直线传播可以让空气中的微粒振动而对微粒做功。
声波做功的快慢叫做声波功率。
在等同条件下,频率越高,拥有功率就越大。
由于频率高,所以超声波与平常声波相比,功率较高的是超声波。
③空化作用─因为液体微粒的剧烈振动当超声波在液体中传播的时侯,所以会在液体的内部制造出小空洞。
由于小空洞迅速胀大与闭合会使液体的微粒之间产生猛烈撞击作用,就会产生几千个甚至上万个大气压压强。
由于微粒这种相互作用是剧烈的,会提高液体的温度,起到了很好的搅拌作用,就会让两种不相溶的液体之间加速溶质的深度溶解,加快化学反应。
超声波空化作用就是这种因为超声波作用使液体里所引起各种效应[5]。
1.1.2超声波的应用因为超声波在化学物理方面的很独特的特性,所以超声波广泛的应用在很多方面。
总的来说,主要应用在以下的几个方面:(1)应用在检验方面声波短,具有很好的方向性,能够透过不透明的物质是超声波波长的特点。
这个特点被应用于超声波测距、探伤、遥控和超声成像技术。
超声波探伤是利用超声波能够由一截面进入另一截面时,可以在界面边缘发生反射的特点来检查零件是不是有缺陷的一种方法,根据超声波束从零件表面由探头通到金属内部,遇到缺陷和零件底面时会分别发生反射波在荧光屏上形成脉冲波形来确认缺陷大小和位置。
超声波的渗透原理
超声波是一种高频声波,其频率超过了人类听力的上限。
它通过媒介介质的传播传输能量,具有很强的穿透力。
超声波的渗透原理是基于声学的传播特性。
当超声波传播到介质中时,会发生反射、折射、散射和吸收等现象。
这些现象会影响超声波的传播路径及能量衰减。
反射是指超声波在介质边界上发生的反弹现象。
当超声波遇到边界时,一部分能量会被反射回来,另一部分则继续传播。
折射是指超声波传播到不同介质中时改变传播方向的现象。
当超声波从一个介质进入另一个介质时,由于介质的密度和声速不同,超声波的传播方向会发生改变。
散射是指超声波在介质内部遇到不均匀结构或颗粒时发生的偏离传播方向的现象。
散射会使超声波在介质中呈现出弥散的传播特性。
吸收是指超声波在介质中传播时,部分能量会被介质吸收转化为热能。
吸收程度与超声波的频率、介质的性质以及厚度等因素有关。
综上所述,超声波的渗透原理是通过反射、折射、散射和吸收等现象,使超声波能够穿透介质并传播。
这些现象的影响导致超声波在介质中的能量衰减,也限制了超声波的穿透深度。
塑料超声线的设计标准是什么
塑料超声线是一种用于超声检测的传感器元件,它具有可靠性高、精度高、响应速度快的特点。
塑料超声线的设计标准主要包括以下几个方面。
1. 材料选择:塑料超声线的主要材料是聚氨酯材料,具有良好的耐磨性、耐腐蚀性和抗拉强度。
其材料应符合相应的国家标准,并具备良好的导电性能和机械强度。
2. 尺寸和形状:塑料超声线的尺寸和形状应根据具体的超声检测需求进行设计。
一般来说,它应具有适中的长度和直径,以确保在进行超声检测时能够达到预期的信号强度和分辨率。
同时,它的形状应易于安装和固定在被测物体上,以保证信号的稳定性和重复性。
3. 超声波传输特性:塑料超声线的设计应考虑超声波在其内部的传输特性。
这包括波导效应、多次反射和散射等参数的控制,以确保超声波在传输过程中有较小的衰减和失真。
为此,塑料超声线应具备适当的声学阻抗匹配能力,以最大限度地减小信号的损失。
4. 电气性能:塑料超声线的电气性能包括导电性能和阻抗匹配等方面。
导电性能应使得信号能够有效地传输到检测系统中进行处理和分析。
阻抗匹配是指超声线的输入和输出端的阻抗要与相应的超声传感器和接收机的阻抗相匹配,以保证信号的最大输出。
5. 耐用性和可靠性:塑料超声线应具备良好的耐用性和可靠性,以适应各类工业环境的使用。
它应具备抗磨损、抗腐蚀、耐高温和耐压等特性,以确保在复杂的工作环境下能长期稳定运行。
总之,塑料超声线的设计标准主要包括材料选择、尺寸和形状、超声波传输特性、电气性能以及耐用性和可靠性等方面。
这些标准的合理设计和执行对于确保塑料超声线的性能和质量具有重要意义。
第40卷 第2期厦门大学学报(自然科学版)V o l.40 N o.2 2001年3月Jou rnal of X iam en U n iversity(N atu ral Science)M ar.2001 文章编号:043820479(2001)022*******超声传输特性和超声传感系统研究许天增1,许克平2,许 茹2,许水源1,程 恩2,童 峰1(1.厦门大学海洋学系;2.厦门大学电子工程系,福建厦门 361005)摘要:研究了空气介质中超声波的辐射、传播、散射和接收等规律性,作为超声传感系统设计的理论基础和具体参数选择的依据.简述3种具有创新性的超声传感系统:混凝土喷射机械手超声测距测向系统、超声地形障碍检出传感系统和移动机器人超声传感系统的设计和实验结果等.关键词:超声传输;超声传感器;移动机器人中图分类号:TB551文献标识码:A 通常频段超声波传输不受烟雾、粉尘的影响.超声测距仪的测量距离和精度能满足一般工程上的需要,且具有成本低、使用方便等优点,已广泛地使用于工矿、水文等领域的定向测距.但通常的超声测距仪难以形成移动机器人的超声传感系统,因为这类超声传感系统要有高的稳定性和可靠性,测量的精度也要求很高.有些传感器必须工作于诸如坑道混凝土喷射现场或风沙雨雪的野外环境,声波传输条件和受感目标复杂而多变,膜片式超声换能器无法使用,通常的信号处理方式也不适用.因此,设计使用于特殊要求的移动机器人超声传感器,就成了当前被广泛关注的一个研究课题.本文从超声传输特性的研究入手,寻找影响超声传感器性能的原因和解决的途径,研制了具有独创性的3种超声传感系统:混凝土喷射机械手、地形障碍和自动导引车超声传感系统.这些超声传感系统的设计原则和实验结论等在文中作了简要的论述.1 混凝土喷射机械手超声传感系统在现代快速施工,特别是野战工事快速构筑等作业中,混凝土通过输料车、湿喷机并最终由喷射机械手上的喷嘴直接喷射于受喷基底面上.实验证明,当喷嘴与受喷面距离80c m,且喷射流与基底面垂直时,混凝土反弹而溅落在地面的比例最少.以往是依靠人力来操作的,这是一项极费体力而且定距和定向均很难精确控制的操作.如何实现喷射机械手的智能化,使得喷嘴基本上处于最佳工作状态,就成了一个极待解决的国际难题.从原理上说,采用超声传感器有可能解决此难题.但由于喷射机械手作业条件的恶劣和受收稿日期:2000202215基金项目:国家863计划(8632512210221)和国家自然科学基金(69385006)资助项目作者简介:许天增(1936-),男,教授.感目标(如坑道爆破面)的复杂和多变,具体的实现却很困难,需要对超声传输特性和传感器进行仔细的分析和研究.根据施工作业的具体要求,混凝土喷射机械手超声传感系统——超声测距定向仪的具体指标如下:1)基底取样线度:25c m 左右;2)测距范围及精度:0.7~3m ,±5c m ;3)垂直和水平测角范围及精度:0°~45°,±5;大于45°,以45°计;4)避障探测:喷嘴前方小于70c m 、左右方向小于50c m 的障碍物.为了探测喷嘴至受喷面的距离,只需测量装于喷嘴上的超声换能器辐射声脉冲并经受喷面反射来的声波传输的时间,在声速已知的条件下,就可算得距离的数值.为了测量喷射方向与受喷面在水平和垂直方向的倾角,就要由指向性很尖锐的几个换能器布阵来实现,以便由水平方向和垂直方向上的相对声程差换算成倾角.在阵列中,距离可取多个换能器的测距平均值.有时喷射方向与受喷面的倾角有较大的突变,测距范围要加大,留有余地地取3m .在实际的操作中,当测量距离大于或小于80c m ,就给控制系统传递喷嘴“前进”或“后退”的信息;当喷射方向与受喷面有大于5°的倾角时,就传递使喷嘴左、右或俯、仰转动的信息,而无需传送具体的倾角值.如上所述,这类超声传感系统的工作原理虽然较简单,但在具体实现上却碰到许多技术难题,必须仔细地逐一解决,才能实现稳定、可靠的超声传感.1)本传感系统工作于坑道中的湿喷机上,换能器表面受到混凝土(特别是石块)的冲击和堆积.使用通常的纸质或薄金属振动膜片作声波的辐射和接收面是不可能的.考虑采用压电陶瓷片并作必要的钢片粘合,以获不同的工作方式和工作频率.但由于钢片和空气的声阻抗相差达105,二者的阻抗匹配极为困难.为解决此难题,除提高发射功率和接收灵敏度外,着重研究了耦合层的特性和应用,从而大大地提高了空气介质中超声的辐射和接收性能,并作为换能器防碰和防腐的隔离层.2)余振的克服:本装置需采用多个换能器的阵列,以收、发合一为宜.但气介中换能器负载轻,加上高增益接收电路的拖延和换能器支架等的耦合,在较大功率激励下,将产生较长的余振,使近距离探测成为不可能.采取适宜的振动方式,降低Q 值和去机械耦合以及采用灵敏度时间控制电路等综合措施,可使余振大大减小,符合整机要求.3)锐指向性的获得:喷射面取样判断的面积为线度25c m ,因此换能器的指向性必须很尖锐,以提高方向分辨率和提高测距精度.并且要抑制旁极大,以免产生误判.为此要采用较大发射面的换能器,工作于较高的频率,特别要注意换能器的安装方式,就可获得半功率全角为2°~3°的尖锐指向性,满足本传感器的要求.4)小掠射角下回波的获得:在反射壁起伏大的情况下,超声波有时以小掠射角入射.如有关参数选择不当,入射声能将在通常反射方向行进,反向散射波很弱,检测就很困难.解决办法除提高功率外,尚需提高工作频率,使声波波长远小于壁面起伏线度,这时可把表面视为粗糙的,漫散射起主导作用,就有一定分量的反向散射被接收.当然,工作频率的提高,传输衰减,特别是信道中散射效应提高了.功率提高也使余振加宽.这些相互制约的因素要在实践中仔细调整而最后确定.5)换能器工作于垂直向上及附近时,混凝土在其表面堆积可达几厘米厚,严重地影响超声波的辐射和接收,必须及时给以清除.6)混凝土溅射产生的回声干扰信号及其影响的抑制:上述的干扰信号在某些工况下是很强的,特别是在喷射顶面反射的混凝土落在距离换能器较近时,因此就有一个在强干扰背景下・403・ 厦门大学学报(自然科学版) 2001年如何正确地检测受喷面的回声信号问题,否则,机械手将会发生频发性错控事件.为此,采用了数字滤波及数据处理予于解决.与此相配套的技术环节是采用快速的A D 完成对回波脉冲信号进行离散采样.表1 测距(18℃)T ab .1 R anging values (18℃)米尺读数 c m 16515410080测量数值 c m 16415310179表2 水平测向T ab .2 Ho rizon tal bearing values 测角器读数 (°)0481115182228313747测量值 (°)335711172528303748表3 垂直测向T ab .3 V ertical bearing values测角器读数(°)03811151926313440测量值 (°)46991619222631377)受喷面的回波幅度将随声波掠射角和表面粗糙程度等的不同而改变.因此,若采用固定振幅门限来检测回波脉冲将影响测距和测向的稳定度和精度.为此,采用自适应振幅门限的措施予于解决.混凝土喷射机械手超声传感系统进行了多方面的实验.有关测距和测向的典型数据如表1~3所示.在静态测距、测向符合设计要求的基础上,本传感系统在坑道中进行了一系列的现场实验,证明了本系统有很强的抗干扰性能,包括电声干扰和混凝土溅落形成的回波干扰.当进行竖直面喷射时,换能器表面没明显的混凝土堆积,回波幅度大;但进行坑道顶端喷射时就有堆积现象,经清除后能获得稳定回波.传感系统测距精度与上述数据一致,测向指示正确.随后本传感系统在坑道中与机械手进行自动操作联机实验,工作正常,从而实现了混凝土喷射机械手的全自动化工作.2 超声地形障碍传感系统国内外有各类超声测距测向仪产品.如上所述,这类仪器依靠目标回波来测定目标的距离,并依换能器的指向性来探测目标的方位.超声测距仪已广泛地使用于工矿、交通和水文等领域[1],也有使用于某些战车及移动机器人的报导[2,3].通常的超声测距测向仪作用距离较近,如10m 左右,测向的精度很低,如20°~30°.典型的产品如美国波拉公司的超声测距仪,其最大测距为10.6m ,测向精度为23°[4].特别是此类仪器所使用的超声换能器采用了膜片振动方式,虽然易于与空气介质耦合,发射效率和接收灵敏度均较高,但其稳定性较差,更不能使用于风沙、雨雪的野外等恶劣的环境中.本文论述的超声地形障碍检出传感系统要求能工作于野外恶劣的环境,具有两种既独立又互相联系的功能:地形障碍物的测距、测向和障碍物某些参数的测量,其具体指标如下:1)超声测距、测向仪:(1)最小识别面积:18m 位置上的35c m ×35c m 的硬质目标;(2)纵向检测范围:可同时检测3m ~18m 内的上述目标;(3)纵向检测精度:检测距离的0.5%;(4)横向检测范围:由几个横向开角为4°的换能器阵列而成;(5)横向角度分辨率:4°(-6db 作为判断标准).)()・503・第2期 许天增等:超声传输特性和超声传感系统研究 在0.4~0.7m ,最大相对误差小于10%;(2)突变下凹地形(如沟):最小分辨宽度为0.5m ,宽度在1m 以内的最大相对误差小于15%.深度在0.4~0.7m 范围内,误差小于10%.系统的探测过程为:先进行障碍目标存在及其距离、方位的探测,然后使机器人靠近障碍目标(如5m 左右)进行静态的有关地形要数的测量,从而为某些智能机器人提供近距离障碍目标的有关信息.本超声地形障碍传感系统探测距离较远,特别是地形要数的探测与障碍物和地面的散射特性密切相关.因此,必须深入地研究超声辐射、传播、散射和接收等特性,研究声信号的起伏规律和统计检测方案,作为此类超声传感器设计和具体参数选取的依据.设计本超声传感系统首先要选取其最佳工作频率,它在一定程度上决定了本系统的性能.为此,仔细地研究了超声反向散射强度与不同路面(柏油路、沙土路和石板路等)粗糙度、工作频率和掠射角等的变化关系,研究了超声传播衰减与温度、湿度和工作频率的变化关系,并根据本传感系统工作距离的要求,经过综合分析和折衷,最后确定了最佳工作频率.在已知超声传播衰减的条件下,所需的辐射声功率就可估算出来.本超声传感系统最关键的器件是超声换能器.它除了能辐射上述估算的声功率外,还要有符合本系统要求的特殊指向特性和能工作于风沙、雨雪的恶劣环境.本超声换能器除了可用上述喷射机械手超声传感系统的压电陶瓷加上耦合层的方案外,专门研制了由纵向复合振子、变幅杆和弯曲振动阶梯圆盘组成的超声换能器[5],它不但有较高的发射效率和接收灵敏度,其主极大很尖锐,达±2°,特别是旁极大的衰减可达18db ,为抗侧向回波干扰创造了极为有利的条件.本超声传感系统将安装于野外工作的移动机器人上,背景噪声较高.对于数字化的超声传感器的抗干扰问题就很突出,因为每一个噪声都可能形成一个误判,整机的虚警概率就很高.此外,本系统工作于恶劣的野外条件,信道中气流的影响大,回波信号的起伏也很大,如可达15db 左右.因此,系统的检测概率也可能很低.为了提高整机的可靠性和稳定性,仔细地研究了声信号起伏和噪声的统计规律,采取了相应的自适应信号处理方案和统计判决方式[6,7],这时发射M 次脉冲,取K 次统计平均,就可容许(M 2K )个脉冲丢失,这样就大大地提高了整机的检测概率.由于在M 个脉冲的期间内出现同周期的K 个噪声的概率很低,因而增强了系统抗干扰水平.此外,测量的精度也有很大的提高,因为这类测距误差遵从于高斯分布率.本超声传感系统进行了多次的实验,其典型结果如表4~7所示.1)纵向测距:测距值已依声速随温度变化进行了自动校正.目标为35c m ×35c m 的木质平面.表4 测距数值T ab .4 R anging values米尺读数 m510152023测量数值 m4.99~5.019.95~9.9714.95~14.9819.88~20.1223.13最大相对误差 %0.20.50.330.600.562)地面凸起障碍物高度测量:以木板为模拟障碍物.典型的数据如表5所示.・603・ 厦门大学学报(自然科学版) 2001年表5 高度测量数据T ab .5 H eigh t m easu rem en t米尺读数 c m3540506070测量数值 c m33~3737~3946~4864~6567~68最大相对误差 %5.77.588.34.33)凹坑深度:把障板放于坑沿,改变其高度模拟深度值.测量结果如表6所示.表6 深度测量值T ab .6 D ep th m easu rem en t米尺读数 c m42546070测量数值 c m43~4551~5355~5768~71最大相对误差 %7.15.68.32.94)凹坑宽度:典型测量数值列于表7.表7 宽度测量数值T ab .7 W idth m easu rem en t米尺读数 c m507090110130150170190200测量数值 c m50~5760~7777~9699~111116~131135~158175~182192~210202~219最大相对误差 %1414141011107.19.510.5实验表明,本传感系统中的超声测距测向仪可在恶劣的野外环境中灵敏、可靠地探测障碍目标,测距较远,方向分辨率较高.现已开发了通用的远距离高精度的超声测距测向仪[8].实验也指出,在障碍目标较规则,地面粗糙度相对于声波波长还较大等条件下,本传感系统可在近距离静态下测量障碍物的高度等地形要素.但对于复杂而多变的障碍物和地面,采用实验性的单波束探测方案就很难适应,而要采用锐指向性、多波束的综合传感和融合才有可能实现,包括如喷射机械手超声传感器对路面倾斜度的探测.3 移动机器人超声传感系统计算机集成制造系统(C I M S )的广泛应用成为现代工业生产的一个迅猛发展的趋势.而自动导引车(A GV )是C I M S 工程中的一个关键组成部件.国内外都强调了自动导引车及其自动物流输送装置和面向应用环境的新型传感器的开发研究.当前国内外移动机器人,特别是A GV 实用的导引方法主要有地埋式的电磁导引和激光导引,并形成了相应的产品.使用最广泛的电磁导引方式虽有导引精度高、通讯及控制方便等优点,但这种导引方式缺乏机动性和灵活性,不适用于自由路径模式的A GV ,即使使用于固定路径模式,也不具备车体定位及停车控制和避障功能,还要采用诸如光学传感器和超声传感器等的融合.激光导引方式则存在需配置高精度的机械扫描控制带来的复杂和耗时的问题.从原理上说,采用超声传感器有可能实现A GV 路径导引、车体定位、工作站停靠和避障等多种功能,无需采用多种传感器的融合技术;而且超声探测不受光照、烟雾等影响,成本低,・703・第2期 许天增等:超声传输特性和超声传感系统研究 使用方便,具有推广应用的前景.但至今国内外尚未实际使用超声传感器于A GV 导引上,其主要原因在于不能真正解决超声导引的稳定性、可靠性和精确性.我们把解决这些问题作为技术关键处理,就有可能研制成实用化的移动机器人超声传感系统.通常的超声测距是采用如雷达的回波探测方式,回波信号波形就与目标特性有关.碰到与波长相对而言的粗糙表面的目标,就要产生漫反射;碰到平整的表面,就产生近于镜面反射,因此,回波信号起伏很大,以至于完全被背景噪声掩盖,整机的检测概率就很低,可靠性差.本文采用收发分开超声被动测距方案,接收直达的声信号并作相应的信号处理,就可从方案上解决因目标特性差异产生的信号起伏,提高了整机可靠性.而且,这方案无余振问题,盲区小,更适宜于移动机器人近距离高精度的超声传感.对于一般超声换能器,其指向性较宽,主极大一般为20°以上.因此,采用上述回波探测方案,测向的精度就很低,与移动机器人的定向要求相差甚远;而且通常的超声测距的信号处理方式是基于回波形状基本不变这一理想前提的.但实际的回波波形受到换能器及其布局、信道特性等的影响,波形是复杂而多变的.因此,测距的精度较低,也不能满足移动机器人导引的要求.我们仔细地考虑超声信号的发射、传播和接收过程对信号检测的影响,研究了超声换能器频率响应较窄和不平坦以及发射、接收换能器角度偏向、空气介质吸收、散射等信道特性产生的波形畸变.在此基础上进行了超声换能器和传输信道的均衡处理. 图1 LM STD E 算法原理框图 F ig .1 T he basic p rinci p le of LM STD E一种采用LM S 自适应时延估计(LM STD E )适用于全向高精度测距处理方法,如图1所示[9,10].LM STD E 的基本原理是用LM S 算法对不同时延值对应的输入信号进行自适应滤波,搜索出与参考信号有最小均方误差的时延值即为时延估计值.其输入信号、误差表达式、自适应滤波器权系数更新公式及均方误差表达式为 X k (Σ)=S k (n -Σ) e k (Σ)=y k -W T k (Σ) X k (Σ) W k +1(Σ)=W k (Σ)+2Λ e k (Σ) X k (Σ) Φ(Σ)=∑nk =0e k(Σ)其中,Λ为收敛因子;Σ为延值;S k 为输入信号,y k 为参考输出信号;X k 为LM S 滤波器输入信号;W k 为滤波器权重系数.LM STD E 算法通过求出使均方误差Ν(Σ)(n 为自适应滤波器输入信号长度)为最小的时延值Σ来进行时延估计.如以理想换能器(平坦、宽带)的输出信号为自适应滤波器的输出参考信号,LM STD E 算・803・ 厦门大学学报(自然科学版) 2001年法实际上是一个自适应的换能器2信道均衡器,它通过LM S 自适应滤波消去了实际换能器与理想换能器的频率特性差及信道由于斜向入射产生的传递特性对输出信号产生的影响,使整个系统保持平坦的频率响应.而输出均方误差最小即均衡效果最好时的输入信号时延值当然就是信号的真实时延值.由此可知,LM STD E 算法不仅可克服斜向入射产生的波形畸变,而且可以使实际换能器的频率特性接近理想换能器,从而获得高精度的延时估计结果.LM STD E 算法每个时延值迭代周期的乘法运算量与自适应滤波器阶数的平方成正比,而时延值寻优时需对搜索范围内所有的时延值进行搜索,这样就造成了LM STD E 算法运算量大,特别是滤波器阶数大时甚至达到不能容忍的程度,从而降低了系统的实时性.为了减少运算量,我们从减小时延值的搜索范围来考虑.因为基于信号波形的处理方法在垂直入射时精度高,斜入射时由于波形畸变精度下降,入射角度越大,影响越大.考虑到普通处理方法运算量远小于LM STD E 的运算量,故可以用普通方法先初定LM STD E 的时延搜索范围,再进行最佳时延值的搜索.这样可有效地减少其计算量.适用于A GV 超声系统高精度测距(如达几毫米)信号处理方法的研究和采用是需确实解决的一个问题.在高精度测距的条件下,就可依一定的测向算法获得高精度的测向值(如1°).我们探讨了脉冲波和连续波工作方式、相关测距和可变阈值检测等方案[11,12].这些信号处理方案各有其特殊性,对于A GV 低精度的避障、中等精度的车体定位和路径导引以及高精度的工作站停靠等不同要求,可灵活地选用.抗干扰是提高超声传感系统稳定性和可靠性的另一问题.由于A GV 上的超声传感系统的工作距离较远,如20m 以上,信号幅度将较小,而且A GV 工作环境的噪声,如来自A GV 自身和各类生产设备产生的噪声级有可能较高,因此,这类超声传感器可能工作于较低的信噪比条件下,降噪处理就显得特别重要.在分析了典型工业设备超声背景的基础上,分析和研究了多种降噪特别是抑制窄带噪声的处理方法在移动机器人上应用的可能性,包括了硬件降噪和软件降噪处理,如累加法、小波降噪和基于神经网络的窄带高斯噪声处理等[13].在上述研究工作的基础上,开发了采用本导引方案的实验性A GV 平台,进行了定位、固定路径导引、自由路径导引、工作站停靠、避障等功能的各项实验工作.实验性A GV 的主要性能指标如下:1)10m 范围内固定路径导引精度为: 横向±5c m , 纵向±3c m ;5m 范围内固定路径导引精度为:横向±1c m ,纵向±2c m ;2)10m 范围内自由路径导引精度为:横向±10c m ,纵向±5c m ;5m 范围内自由路径导引精度为:横向±5c m ,纵向±3c m ;3)定位及停靠距离控制精度为:横向±5mm ,纵向±3mm ;4)A GV 车体停靠偏角测量精度:±1°;5)避障能力:能探测距正前方±30°距离4m 内能形成障碍的目标.实验结果表明,本导引方案可以满足固定路径和自由路径A GV 导引的各种功能需要,并具有安装使用方便、成本低的特点.除可用于C I M S 中的A GV 导引外,本系统还可用于室内结构性环境中工作的各类服务类移动机器人.由于以上实验工作是在实验室进行,尚须在A GV 使用现场进行相应的实验.此外,系统・903・第2期 许天增等:超声传输特性和超声传感系统研究 的一些信号处理方案和性能指标也还有进一步开发和提高的潜力,还需今后继续总结和提高.参与本研究并做出许多重要工作的人员还有王清池教授、许肖梅、许鹭芬副教授和杨海华讲师等人.参考文献:[1] Barshan B ,Kuc R .A sonar 2like sonar system fo r ob stacle localizati on [J ].IEEE T ran s.O n System M an and Cybem etics ,1992,22(4):636-646.[2] B ill T riggs .M odel 2based sonar localizati on fo r mob ilb robo ts [J ].Robo tics and A u 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2,TON G Feng1(1.D ep t .of O ceanog .,X iam en U n iv .,2.D ep t .of E lec .Eng .,X iam en U n iv .,X iam en 361005,Ch ina )Abstract :T he p rop erties of u ltrason ic radiati on ,p rop agati on ,scattering and recieve in air m edium are analyzed in th is p ap er .T h ree new k inds of u trason ic seno rs u sed in robo ts have been develop ed .T he basic design con siderati on s of the seno rs and exp eri m en tal resu lts are described in b rief .Key words :u ltrason ic tran s m issi on ;u ltrason ic seno r ;m ob ile robo t・013・ 厦门大学学报(自然科学版) 2001年。