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超声波的发射原理
超声波是一种机械波，它是通过声源发射出去的，具体的发射原理如下：
1. 超声波发射装置：超声波发射器通常由一个压电陶瓷晶体构成。
这个晶体可以通过施加电压而发生振动，在振动过程中产生声波。
2. 压电效应：压电晶体具有压电效应，也就是当施加电压时会发生形变。
当电压施加到压电晶体上时，晶体会振动，产生压力波，从而生成超声波。
3. 振动频率控制：通过改变施加到压电晶体的电压，可以控制晶体的振动频率，进而控制超声波的频率。
一般来说，超声波的频率在20kHz到10MHz之间。
4. 超声波传播：振动的压电晶体会使周围的介质产生振动，从而形成超声波。
超声波在介质中的传播速度取决于介质的密度和弹性模量。
5. 接收器：超声波在被传播的过程中，可以被接收器接收到。
接收器通常也是一个压电陶瓷晶体，当超声波到达时，晶体会产生电荷，这个电荷可以通过放大电路来转换成电信号。
总结起来，超声波的发射原理是通过压电效应产生振动的压电晶体，通过改变电压控制振动频率，并在介质中产生压力波从而形成超声波。
超声波可以被接收器接收并转换为电信号。
超声波的资料简介超声波是一种具有高频声波特性的机械波，它的频率通常超过人类听力范围的上限，即2万赫兹。
由于超声波在空气中的传播速度高，具有较强的穿透力和精确的测量能力，因此在科学研究、医学诊断、工业检测等领域得到了广泛应用。
超声波的产生与检测主要依赖于超声波发生器和超声波传感器。
当超声波发生器产生高频声波信号时，超声波传感器会将这些信号转化为电信号进行处理和分析。
超声波传感器一般由压电材料制成，其中的压电晶体在受到声波激励时会产生电信号。
通过控制超声波发生器的频率和幅值，可以调节超声波的穿透能力和探测灵敏度。
超声波在医学领域中的应用十分广泛。
超声波成像技术是一种无创性的诊断方法，通过对人体内部组织和器官的超声波反射情况进行分析，可以获取图像信息，帮助医生进行疾病诊断和治疗。
此外，超声波在产前检查中也起到了关键的作用，可以对胎儿的发育情况进行监测和评估。
在工业领域，超声波的应用也十分广泛。
超声波无损检测技术可以用于对工件的内部缺陷进行探测，例如金属材料中的裂纹、气孔等。
此外，超声波在液体中的传播速度与液体的密度和黏度有关，因此可以通过测量超声波的传播速度来判断液体中的成分和浓度，如在食品工业中用于酒精浓度的检测。
超声波在海洋勘探和地质勘探中也有重要应用。
超声波可以穿透水和土壤，通过测量超声波的反射和传播时间来推测地下水资源和地质构造。
超声波在地震勘探中也有应用，可以用于探测地下油气层和岩石构造。
总的来说，超声波作为一种无损、高效的检测和测量方法，在各个领域中都发挥着重要的作用。
随着科技的不断发展，超声波技术也将不断创新和完善，为人类的生活和工作带来更多的便利和发展机遇。
超声波检测的三种基本方法
超声波检测方法可以根据其原理分为以下三种：
1. 脉冲反射法：这种方法利用超声波探头发射脉冲波到被检测物体内，根据反射波的情况来检测物体缺陷。
它包括缺陷回波法、底波高度法和多次底波法。
2. 穿透法：这种方法依据脉冲波或连续波穿透物体之后的能量变化来判断缺陷情况。
穿透法常采用两个探头，一收一发，分别放置在物体的两侧进行探测。
3. 共振法：当声波（频率可调的连续波）在被检测物体内传播，当物体的厚度为超声波的半波长的整数倍时，将引起共振，仪器显示出共振频率。
当物体内存在缺陷或物体厚度发生变化时，将改变物体的共振频率，依据物体的共振频率特性，来判断缺陷情况和物体厚度变化情况。
以上内容仅供参考，建议查阅专业超声波书籍获取更全面和准确的信息。
超声波的工作原理
超声波是一种机械波，也是一种高频率的声波，其频率通常超过人耳能够听到的范围（20 kHz）。
超声波的工作原理主要涉及到压电效应和多次反射。
首先，超声波是通过压电晶体引发的。
压电晶体被施加电场后，会产生机械振动，这种振动以超声波的形式传播出去。
当超声波遇到物体表面时，部分超声波会被反射回来，而另一部分则会穿透物体继续传播。
接收器会接收到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号进行处理。
通过测量超声波的传播时间以及反射强度的变化，我们可以获取到物体的一些特征信息，如距离、形状、密度等。
这也是超声波在医学、工业、测量等领域应用广泛的原因之一。
需要注意的是，超声波在不同介质中的传播速度是不同的，这也是超声波得以用于测量物体性质的基础。
在超声波的应用过程中，我们通常会根据物体的特殊性质来选择适当的超声波频率和探头。
总之，超声波的工作原理可以简单归纳为压电晶体的振动引发超声波传播，通过测量超声波的传播时间和反射强度来获取物体特征信息。
超声波的震动原理
超声波的震动原理是基于声波传播的原理。
声波是一种能量在介质中传播的机械波，是由物质的振动引起的。
当物体振动时，空气分子也随之振动，形成了一系列的压缩和膨胀。
这些压缩和膨胀形成了声波的传播。
超声波是指频率超过20kHz的声波。
超声波在空气中的传播
速度大约为343 m/s，相比于人耳可以听到的声音的速度更快。
超声波可以通过震动源产生，并通过不同介质中的传播来实现目标。
超声波震动原理是基于压电效应或洛伦兹力的。
压电材料是一种特殊的物质，当施加外力或变形时，可以产生电荷分布的改变。
利用压电材料的特性，可以将电能转化为机械振动能量，并通过超声波的方式传播出去。
另一种原理是利用洛伦兹力。
当电流通过导电线圈时，会在导线周围产生磁场。
当磁场与永久磁铁或其他磁场相互作用时，就会产生力的作用。
这种力被称为洛伦兹力。
通过合理的设计和布置，可以产生超声波的震动效果。
总的来说，超声波的震动原理是通过物质的振动和声波传播来实现的。
压电效应和洛伦兹力是产生超声波振动的两种常用原理。
这些原理在超声波应用中起着重要的作用，例如医学超声设备、工业检测和清洁、声纳等领域。
超声波有何特点
超声波是一种频率高于人类听觉范围（20千赫兹）的机械波。
它具有以下特点：
1. 频率高：超声波的频率通常在20千赫兹以上，可以达到数百兆赫兹。
由于频率高，超声波在传播过程中能够产生更小的波长，具有更强的穿透力和更精确的定位能力。
2. 穿透力强：超声波在介质中传播时，能够穿透许多物质，包括液体、固体和气体。
由于其频率高和波长短，超声波能够穿透人体组织和材料，并在其中产生反射、折射和散射现象，从而用于成像、检测和测量等应用。
3. 反射性强：超声波在不同介质之间传播时，会产生反射现象。
利用超声波的反射特性，可以对介质中的缺陷、界面和结构进行非破坏性检测和成像，广泛应用于医学、工业、生物学等领域。
4. 频散性：由于超声波在介质中传播时，频率较高，不同频率的超声波在介质中传播速度可能不同，导致波包的频散现象。
频散性使得超声波在长距离传播过程中波包可能发生变形，需要进行补偿或校正。
5. 成像分辨率高：超声波成像技术可以实现非常高的空间分辨率，能够清晰地显示被检测物体的内部结构、形态和位置，对于医学诊断、材料检测等领域具有重要应用价值。
6. 无辐射危害：超声波是一种机械波，与X射线和γ射线相比，超声波没有电离辐射，不会对生物组织产生辐射危害，因此被广泛应用于医学诊断中。
超声波的例子
1. 你知道吗，蝙蝠就是利用超声波来在黑暗中自如穿梭的呀！它们就像拥有超级能力的小英雄，不用眼睛看就能知道周围的一切，酷不酷？
2. 还有啊，医院里的B 超也是超声波的典型应用呀！医生就靠它能看到我
们身体内部的情况呢，这多神奇呀，就好像给我们的身体内部来了一场探索之旅！
3. 潜艇上也有超声波技术哦！它就如同潜艇的秘密武器，帮助潜艇在茫茫大海中安全航行，避免碰撞，厉害吧？
4. 你想想，那些工业生产线上检测产品质量的设备，很多也是利用超声波呢！超声波就像是一个超级质检员，任何小瑕疵都逃不过它的“法眼”。
5. 汽车的倒车雷达也是超声波在发挥作用呀！它简直就是司机的好帮手，在倒车时提醒我们距离障碍物有多远，是不是很贴心呢？
6. 想象一下，如果没有超声波，那些水下的探索工作该有多难呀！就像在黑暗中摸瞎一样呢，所以说超声波真的太重要啦！
7. 或许你没注意到，一些智能家居中的自动感应设备也是用到了超声波呢！它就像一个聪明的小管家，默默地为我们服务着，超棒的呀！
总之，超声波在我们的生活中无处不在，给我们带来了太多的便利和惊喜呀！。
超声波常用的操作方法
超声波是一种通过高频声波在物质中传播的能量，常用于医疗、工业和科学领域。
以下是超声波常用的操作方法：
1. 超声波成像：医学中常用的超声波应用之一。
通过将超声波传入人体组织或物体中，利用回波信号来生成图像。
医生可以利用超声波成像来检查人体内部的器官、血管等。
2. 超声检测：超声波在工业上常用于检测物体的内部结构和缺陷。
将超声波传入物体中，通过接收回波信号来判断物体的完整性和质量。
3. 超声波清洗：利用超声波的高频振荡作用，在液体中形成微小气泡，产生高强度的冲击力，可以更彻底地清洗物体表面和难以达到的细小缝隙，常用于清洗眼镜、首饰、水果等。
4. 超声波焊接：超声波焊接是一种利用超声波的振动能量进行焊接的方法。
它适用于塑料、玻璃、金属等材料的焊接，可实现高强度和脱硫效果。
5. 超声波涡流检测：超声波通过物体时，会产生涡流效应。
利用超声波传播的方式和涡流效应的特点可以检测金属中的缺陷、裂纹等问题。
6. 超声波仪器治疗：超声波在医学领域用于治疗肌肉、韧带和关节等问题。
通
过超声波的能量传递，可以促进血液循环、缓解疼痛等。
需要注意的是，在操作超声波时，要根据具体的应用领域和设备来遵守相应的操作规范和安全手册，以确保操作的有效性和安全性。
在日常生产生活中，很多场合如汽车倒车、机器人避障、工业测井、水库液位测量等需要自动进行非接触测距。
超声波是指频率大于20 kHz的在弹性介质中产生的机械震荡波，其具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点，因此常被用于非接触测距。
由于超声波对光线、色彩和电磁场不敏感，因此超声波测距对环境有较好的适应能力，此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。
为此，文中尝试以单片机AT89S52为核心，利用一对40 kHz压电超声传感器设计一款体积较小、价格低廉、精度较高、具有温度补偿、实时LCD显示和报警的超声波测距仪。
1 超声波测距原理超声波传感器分机械方式和电气方式两类，它实际上是一种换能器，在发射端它把电能或机械能转换成声能，接收端则反之。
本次设计超声波传感器采用电气方式中的压电式超声波换能器，它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，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，就成为超声波接收器。
在超声波电路中，发射端输出一系列脉冲方波，脉冲宽度越大，输出的个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。
超声波发射换能器与接收换能器其结构上稍有不同，使用时应分清器件上的标志。
超声波测距的方法有多种：如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。
本设计采用往返时间检测法测距。
其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波，借助空气媒质传播，到达测量目标或障碍物后反射回来，经反射后由超声波接收器接收脉冲，其所经历的时间即往返时间，往返时间与超声波传播的路程的远近有关。
测试传输时间可以得出距离。
假定s为被测物体到测距仪之间的距离，测得的时间为t／s，超声波传播速度为v／m·s－1表示，则有关系式(1)s=vt／2 (1)在精度要求较高的情况下，需要考虑温度对超声波传播速度的影响，按式(2)对超声波传播速度加以修正，以减小误差。
v=331．4+0．607T (2)式中，T为实际温度单位为℃，v为超声波在介质中的传播速度单位为m／s。
2 系统总体设计方案本系统由超声波发射、回波信号接收、温度测量、显示和报警、电源等硬件电路部分以及相应的软件部分构成。
系统原理框图，如图1所示。
整个系统由单片机AT89S52控制，超声波传感器采用收发分体式，分别是一支超声波发射换能器TCT40－16T和一支超声波接收换能器TCT40－16R。
超声波信号通过超声波发射换能器发射至空气中，遇被测物反射后回波被超声波接收换能器接收。
进行相关处理后，输入单片机的INT0脚产生中断，计算中间经历的时间，同时再根据具体的温度计算相应的声速，根据式(2)就可得出相应的距离用来显示，当然在一些场合也可根据需要，设置距离报警值。
3 硬件设计3．1 超声波发射部分超声波发射部分是为了让超声波发射换能器TCT40－16T能向外界发出40 kHz左右的方波脉冲信号。
40 kHz左右的方波脉冲信号的产生通常有两种方法：采用硬件如由555振荡产生或软件如单片机软件编程输出，本系统采用后者。
编程由单片机P1.0端口输出40 kHz左右的方波脉冲信号，由于单片机端口输出功率不够，40 kHz方波脉冲信号分成两路，送给一个由74HC04组成的推挽式电路进行功率放大以便使发射距离足够远，满足测量距离要求，最后送给超声波发射换能器TCT40－16T以声波形式发射到空气中。
发射部分的电路，如图2所示。
图中输出端上拉电阻R31，R32，一方面可以提高反向器74HC04输出高电平的驱动能力，另一方面可以增加超声换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡的时间。
3．2 超声波接收部分上述TCT40－16T发射的在空气中传播，遇到障碍物就会返回，超声波接收部分是为了将反射波(回波)顺利接收到超声波接收换能器TCT40－16R进行转换变成电信号，并对此电信号进行放大、滤波、整形等处理后，这里用索尼公司生产的集成芯片CX20106，得到一个负脉冲送给单片机的P3.2(INT0)引脚，以产生一个中断。
接收部分的电路，如图3所示。
可以看到，集成芯片CX20106在接收部分电路中起了很大的作用。
CX20106是一款应用广泛的红外线检波接收的专用芯片，其具有功能强、性能优越、外围接口简单、成本低等优点，由于红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz比较接近，而且CX20106内部设置的滤波器中心频率f0五可由其5脚外接电阻调节，阻值越大中心频率越低，范围为30～60 kHz。
故本次设计用它来做接收电路。
CX20106内部由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器及整形电路构成。
工作过程如下：接收的回波信号先经过前置放大器和限幅放大器，将信号调整到合适幅值的矩形脉冲，由滤波器进行频率选择，滤除干扰信号，再经整形，送给输出端7脚。
当接收到与CX20106滤波器中心频率相符的回波信号时，其输出端7脚就输出低电平，而输出端7脚直接接到．AT89S52的INT0引脚上，以触发中断。
若频率有一些误差，可调节芯片引脚5的外接电阻R42，将滤波器的中心频率设置在40 kHz，就可达到理想的效果。
3．3 其他主要电路(1)温度测量部分。
由于声音的速度在不同的温度下有所不同，为提高系统的精度，采用了温度补偿功能。
这里采用的主要元器件是是美国Dallas半导体公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20，其具有精度高、智能化、体积小、线路简单等特点。
将DS18B20数据线与单片机的P1.1口相连，就可以实现温度测量，如图4所示。
(2)LCD显示部分。
本设计显示部分采用字符型TC1602液晶显示所测距离值。
TC1602显示的容量为2行16个字。
液晶显示屏有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧、使用方便等诸多优点，与数码管相比，显得更专业、美观。
使用时，可将P0与LCD的数据线相连，P2口与LCD的控制线相连，如图5所示。
其中，TC1602第4脚RS为寄存器选择，第5脚RW为读写信号线，第6脚E 为使能端。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。
这里要注意的是，为了布线方便，单片机端的D0～D7是接到LCD／602的D1～D0，正好相反，因此在编写软件时需要做处理，使读取正确。
(3)报警部分。
采用一个蜂鸣器，由P1.2输出一定频率的信号，在连接到蜂鸣器之前，经过一个三极管9 012的放大。
报警部分的连线，如图6所示。
(4)电源电路：220 V经9 V变压器降压后，再经D1~D4桥式整流和7 805稳压后给电路各部分供电。
(5)晶振电路：采用12 MHz的晶振。
4 软件系统软件设计采用模块化设计，主要包括主程序设计、T1中断服务子程序、INT0外部中断服务子程序、测温子程序、距离计算子程序、显示子程序、延时子程序和报警子程序设计等。
系统软件编制时应考虑相关硬件的连线，同时还要进行存储空间、寄存器以及定时器和外部中断引脚的分配和使用。
本设计中P1.0引脚连接到7 HC04推挽放大电路再连接到超声波发射传感器，P1.0引脚输出的将是软件方式产生的40 kHz方波，而P3.2(INT0)则被用来接收回波。
定时器T1，T0均工作在工作方式1，为16位计数，T1定时器被用来开启一次测距过程以它的溢出为标志开始一个发射测量循环，T0定时器是用来计算脉冲往返时间，它们的初值均设为0。
系统初始化后就启动定时器T1从0开始计数，此时主程序进入等待，当到达65 ms时T1溢出进入T1中断服务子程序；在T1中断服务子程序中将启动一次新的超声波发射，此时将在P1.0引脚上开始产生40 kHz的方波，同时开启定时器T0计时，为了避免直射波的绕射，需要延迟1 ms后再开INT0中断允许；INT0中断允许打开后，若此时P3.2(INT0)引脚出现低电平则代表收到回波信号，将提出中断请求进入INT0中断服务子程序，在INT0中断服务子程序中将停止定时器T0计时，读取定时器T0时间值到相应的存储区，同时设置接收成功标志；主程序一旦检测到接收成功标志，将调用测温子程序，采集超声波测距时的环境温度，并换算出准确的声速，存储到RAM存储单元中；单片机再调用距离计算子程序进行计算，计算出传感器到目标物体之间的距离；此后主程序调用显示子程序进行显示；若超过设定的最小报警距离还将启动扬声器报警；当一次发射、接收、显示的过程完成后，系统将延迟100 ms重新让T1置初值，再次启动T1以溢出，进入下一次测距。
如果由于障碍物过远，超出量程，以致在T0溢出时尚未接收到回波，则显示“ERROR”重新回到主流程进入新一轮测试。
主程序和定时器T1、外部中断INT0中断服务子程序的框图分别，如图7～图9所示。
此外，还有几点需要说明的是：(1)定时器T1之所以是65 ms溢出是因为它是16位定时／计数器(65 535)。
在使用12MHz的晶振时，由于周期T=1/f=1／[(12×106)／12]=1μs，则一个机器周期是1μs，计数器每65 ms计数器溢出。
(2)本设计中40 kHz方波的产生采用软件方式实现：控制P1.0口输出12μs 的高电平，再输出13μs的低电平，这样得到一个周期的40 kHz的脉冲，再循环发送8次。
(3)在CPU停止发送脉冲群后，由于电阻尼，换能器不能立即停止发送超声波，在一段时间内仍然会发送，故这段时间内不可立即开启INT0接收回波，要等待一段后以避免发送端的部分直射波未经被测物就直接绕射到接收端，这段被称为“虚假反射波”。
从发射开始一直到“虚假反射波”结束这段时间，不开放INT0中断申请，可有效躲避干扰，但也会造成测试的“盲区”。
本次设为1 ms，假定温度为20℃，则测量盲区为s=1×10-3×344／2≈17．2 cm。
(4)最大测试距离将取决于：两次脉冲群发送之间的最小时间间隔和脉冲的能量。
一般来说，发射端脉冲个数越多，能量越大，所能测的距离也越远。
但也不是无限制的，本次读取定时器T0的计数值，最大能测试的距离是T0尚没溢出，故在温度20℃下，最大测试距离为s=vt／2=65 535×344／(2×106)=11．272 m。
在一些周期性发射超声波设备中，如果要测试的最大距离是10 m，则两次脉冲群之间的最小时间为t=2×s/v=2×10／344≈60：ms 。
5 结束语为了验证系统的测量精度，在实验室进行了实地测量。
利用本系统对20～1 000 cm范围进行了多次测试，经补偿后最大误差达2 cm，线性度、稳定性和重复性都比较好。
