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试析超声波测距系统的超声波测距盲区 目录 TOC \o 1-9 \h \z \u 目录 1 正文 1 文1：试析超声波测距系统的超声波测距盲区 1 1、超声波测距的原理 2 2、超声波测距的盲区原因分析 2 3、缩小超声波测距盲区的方法 3 4、采用分体式换能器或超声阵列 6 5、结论与展望 7 文2：最小单片机系统的超声波测距的设计 7 1 超声波测距原理概述 7 2 系统方案的思路 8 2 系统构建与方案设计 8 3 总结 9 参考文摘引言： 9 原创性声明（模板） 10 文章致谢（模板） 11 正文 试析超声波测距系统的超声波测距盲区 文1：试析超声波测距系统的超声波测距盲区 超声波测距是一项原理简单、维护方便和成本低的测距技术，与CCD、雷达、激光相比，具有近距离测量速度快、方向性强、不易受电磁、光、烟雾干扰等优点，在液位测量、机器人避障、精确测距定位等领域得到广泛的应用[1]。盲区是超声波测距系统的一项重要指标。如何减小盲区，是研究超声波测距的重要问题。本文以超声波测距的盲区为对象，简述超声波测距基本原理，分析盲区形成的原因，系统比较减小超声波测距盲区所采用多种技术优缺点和使用领域，提出了几点结论并对缩小超声波盲区的研究进行了展望。 1、超声波测距的原理 目前主要的超声波测距的方法是渡越时间法TOF(Timeofflight）。其基本原理为：超声换能器在脉冲激励下发出超声波，遇被测物体后反射，反射信号再由超声换能器接收。在已知声速的情况下，利用发射和接收的时间差计算出距离。计算公式为： 其中D为待测物的距离，c为超声波在测试条件下的传播速度，t为发射和接收的时间差，也被称为渡越时间。 此外，还有相位检测法、声波幅值检测法等测距方法。相位检测法精度很高，但是测量范围较小，更常用于超声检测等精密领域；声波幅值检测法受反射介质影响较大。因此本文主要对渡越时间法超声测距中出现的盲区问题进行总结分析[1] 2、超声波测距的盲区原因分析 根据超声换能器收发模式的不同，超声波测距系统可分为两种类型，即收发一体式和收发分体式。 收发一体式的系统只采用一个超声换能器，兼具发射与接收超声波的功能。超声波发射时，一般由高压脉冲激励，脉冲结束后会存在一个时长1～的衰减震荡，称为“拖尾”或“余震”[2]，如图1所示。在这段时间内，拖尾信号与回波信号一般是无法有效区分的，所以收发一体式测距系统通常会在发射脉冲激励后设置一段时间的延迟，再进入接收状态。延迟屏蔽了近距离回波信号，给测距系统带来了近距离的测量盲区，按照公式（1）计算，盲区范围上限为17cm～50cm。实际的盲区范围也与实际系统尺度有关，可能会高达数米。 图1超声波拖尾[2] 收发分体式的系统采用两个超声换能器，分别发射与接收超声波。发射端换能器壳体的余震在物理上与接收端隔离，能够有效地减少盲区。收发分体式系统产生盲区的原因有两个，其中主要原因是超声波的衍射。一般分体式的两个换能器并列放置，由于超声波的衍射，接收换能器会收到一部分未经反射的超声波，这部分超声波通常渡越时间很短（具体取决于两个超声换能器的间距）。如果仅仅设定一个阈值，对接收到的信号进行阈值检测，衍射信号与反射信号是无法区分的[3]。一个简单的解决方法就是设置盲区，用盲区屏蔽掉衍射信号，盲区范围与收发换能器的间距有关。 分体式系统产生盲区的另一个原因是超声波的余震隔离不完全。虽然收发分体隔绝了机械振动的干扰，但是余震同时是一个电路中的震荡，如果接收端电路与发射端电路隔离不充分，余震仍然会影响接受端的工作。 需要指出的是，对于隔离良好的收发分体式系统，其盲区一般会比收发一体式系统的盲区小很多[3]，所以本文主要针对收发一体式系统，分析其缩小其盲区的方法，如在发射端减小拖尾、采用时变增益放大电路缩小盲区、用特殊方法对回波进行检测等。 3、缩小超声波测距盲区的方法 在发射端减小拖尾 根据之前的原因分析，超声发射换能器的拖尾信号是产生盲区的主要原因。所以减小拖尾信号是从源头上缩小盲区的一个方法。减小拖尾信号的具体方法可以分为增大回路的衰减系数和降低超声波功率。 图2晶闸管与电阻并联[5] QiangLiZhang等人提出通过增大回路的衰减系数的方法，来使拖尾信号更快地衰减[4]。可以增大回路衰减系数的方法有很多，通常是由换能器辅助电路完成的。常静、贺焕林将SCR晶闸管与电阻串联，再并联在换能器上，利用晶闸管控制回路的等效电阻，以增大衰减系数，缩小盲区[5]。程珩等人设计了以场效应管为核心的无源自振抑制换能器驱动电路，增大了回路衰减系数，再辅以背景噪声阻断电路与脉冲信号叠加电路以增加回波灵敏度，使实验盲区由30cm降至16cm[6]。另外，