超聲波測距模塊研究管理論文

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第1章緒論

高速度，高效率是現(xiàn)代工業(yè)的標(biāo)志，而這是建立在高質(zhì)量的基礎(chǔ)之上的。設(shè)計和工藝人員理應(yīng)了解：非均一的組織結(jié)構(gòu)，隨機(jī)出現(xiàn)的微觀、宏觀缺陷，常常可以有時甚至是只能依靠無損檢測技術(shù)的運用方可予以發(fā)現(xiàn)、評價。當(dāng)然，這與數(shù)十年來多方的重視和廣大從業(yè)人員的艱辛努力，使無損檢測技術(shù)在這方面已具有一定的能力有關(guān)。現(xiàn)在，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，無損檢測在產(chǎn)品的設(shè)計研制，使用部門已被卓有成效的運用，1981年美國前總統(tǒng)里根在給美國無損檢測學(xué)會成立40周年大會的賀信中就說過：“你們能夠給飛機(jī)、空間飛行器、發(fā)電廠、船舶、汽車和建筑物等帶來更大程度的可靠性。沒有無損檢測，我們就不可能享有目前在這些領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。”無損檢測正在以迅猛之勢向縱深發(fā)展，客觀的需要畢竟是一種專業(yè)可以發(fā)展的最大動力。超聲技術(shù)就是一項典型的無損檢測技術(shù)。利用超聲波測量已知基準(zhǔn)位置和目標(biāo)物體表面之間距離的方法，稱為超聲波測距。可想而知，它的應(yīng)用，必將在未來展現(xiàn)出奪目的光輝。

1.1課題背景

利用超聲波作為定位技術(shù)是蝙蝠等一些無目視能力的生物作為防御及捕捉獵物生存的手段，也就是生物體發(fā)射不被人們聽到的超聲波(20kHZ以上的機(jī)械波)，借助空氣媒質(zhì)傳播由被待捕捉的獵物或障礙物反射回來的時間間隔長短與被反射的超聲波的強(qiáng)弱判斷獵物或障礙物位置的方法，根據(jù)這一原理，人們提出了超聲波測距，它是一種傳統(tǒng)而實用的非接觸測量方法，和激光、渦流和無線電測距方法相比，具有不受外界光及電磁場等因素的影響的優(yōu)點，在比較惡劣的環(huán)境中也具有一定的適應(yīng)能力，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，因此在工業(yè)控制、建筑測量、機(jī)器人定位方面得到了廣泛的應(yīng)用。但由于超聲波傳播聲時難于精確捕捉，溫度對聲速的影響等原因，使得超聲波測距的精度受到了很大的影響，限制了超聲測距系統(tǒng)在測量精度要求更高的場合下的應(yīng)用。距離是在不同的場合和控制中需要檢測的一個參數(shù)，測距成為數(shù)據(jù)采集中要解決的一個問題。而由于超聲波的速度相對光速小的多，其傳播時間比較容易檢測，并且易于定向發(fā)射，方向性好，強(qiáng)度好控制，因而人類采用仿真技能利用超聲波測距。超聲波測距是一種利用超聲波特性、電子技術(shù)、光電開關(guān)相結(jié)合來實現(xiàn)非接觸式距離測量的方法。因為它是非接觸式的，所以它就能夠在某些特定場合或環(huán)境比較惡劣的情況下使用。比如要測量有毒或有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的液面高度或高速公路上快速行駛汽車之間的距離。

我國超聲波檢測技術(shù)是從無到有，從低級階段逐漸發(fā)展到應(yīng)用普及的現(xiàn)階段水平。超聲波檢測儀器的研制生產(chǎn)，也大致按此規(guī)律發(fā)展變化。

五十年代，我國開始從國外引進(jìn)超聲波儀器，多是笨重的電子管式儀器。如英國的UCT-2超聲波檢測儀，重達(dá)24kg，各單位積極開展試驗研究工作，在一些工程檢測中取得了較好的效果。

五十年代末六十年代初，國內(nèi)科研單位進(jìn)口了波蘭產(chǎn)超聲儀，并進(jìn)行仿制生產(chǎn)。隨后，上海同濟(jì)大學(xué)研制出CTS-10型非金屬超聲檢測儀，也是電子管式，儀器重約20Hg。該儀器性能穩(wěn)定，波形清晰。但當(dāng)時這種儀器只有個別科研單位使用，建工部門使用不多。直至七十年代中期，因超聲波檢測技術(shù)仍處于試驗階段，未推廣普及，所以儀器沒有多大發(fā)展，仍使用電子管式的UCT-2，CTS-10型儀器。1976年，國家建委科技公司主持召開全國建筑工程檢測技術(shù)交流會后，國家建委將混凝土超聲波檢測技術(shù)列為重點攻關(guān)項目，組織全國6個單位協(xié)作攻關(guān)。從此，超聲波檢測技術(shù)開始進(jìn)入有計劃，有目的的研究階段。

隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體元件逐漸代替了電子管器件，更有利于超聲波檢測技術(shù)的推廣普及。如羅馬尼亞N2701型超聲波測試儀，是由晶體管分立元件組成，具有波形和數(shù)碼顯示，儀器重10kg。七十年代，英國C.N.S公司推出僅有3.5kg重的PUNDIT便攜式超聲儀。1978年10月，中國建筑科學(xué)院研制出JC-2型便攜式超聲波檢測儀。該儀器采用TTL線路，數(shù)碼顯示，儀器重量為5kg。同期研制出的超聲檢測儀器還有SC-2型，CTS-25型，SYC-2型超聲波檢測儀。從此，我國有了自己生產(chǎn)的超聲波儀器，為推廣應(yīng)用超聲波檢測技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。隨著檢測技術(shù)研究的不斷深入，對超聲檢測儀器的功能要求越來越高，單數(shù)碼顯示的超聲檢測儀測讀會帶來較大的測試誤差。進(jìn)一步要求以后生產(chǎn)的超聲儀能夠具有雙顯及內(nèi)帶有單片機(jī)的微處理功能。隨后具有檢測，記錄，存儲，數(shù)據(jù)處理與分析等多項功能的智能化檢測分析儀相繼研制成功。超聲儀研制呈現(xiàn)一派繁榮景象。其中，煤炭科學(xué)研究院研制的2000A型超聲分析檢測儀，是一種內(nèi)帶微處理器的智能化測量儀器，全部操作都處于微處理器的控制管理之下，所有測量值，處理結(jié)果，狀態(tài)信息都在顯像管上顯示出來，并可接微型打印機(jī)打印。其數(shù)字和波形都比較清晰穩(wěn)定，操作簡單，可靠性高，具有斷電存儲功能，其串口可以方便用戶對儀器的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理及有關(guān)程序的開發(fā)。與國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，設(shè)計新穎合理，功能齊全，在儀器設(shè)計上有重大突破和創(chuàng)新，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。目前，計算機(jī)市場價格大幅度下降，采用非一體化超聲波檢測儀器，計算機(jī)可發(fā)揮它一機(jī)多用的各種功能，實際上是最大的節(jié)約。過去那種全功能的儀器設(shè)置，還不如單獨的超聲儀，計算機(jī)可充分發(fā)揮各自特點。高智能化檢測儀器只能滿足檢測條件，使用環(huán)境，重復(fù)性測試內(nèi)容等基本情況一樣，才可充分發(fā)揮其特有功能。儀器設(shè)計也應(yīng)從實際情況出發(fā)，才能滿足用戶的要求。綜上所述，我國超聲波儀器的研制與生產(chǎn)，有較大發(fā)展，有的型號已超過國外同類儀器水平。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了微波雷達(dá)測距、激光測距及超聲波測距。前2種方法由于技術(shù)難度大，成本高，一般僅用于軍事工業(yè)，而超聲波測距則由于其技術(shù)難度相對較低，且成本低廉,適于民用推廣。超聲測距在液位測量、機(jī)械手控制、車輛自動導(dǎo)航、物體識別等方面有廣泛應(yīng)用。特別是應(yīng)用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結(jié)構(gòu)信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準(zhǔn)確度也較其它方法為高。例如。隨著汽車智能化的發(fā)展，中國城市汽車的保有量迅速增加。隨之而來的是交通事故與日俱增，城市里尤其突出。智能交通系統(tǒng)是二十一世紀(jì)交通運輸?shù)闹匾l(fā)展方向，這里就可以用到超聲測距判斷汽車前方障礙物的情況，及時向司機(jī)傳達(dá)信息。還有在水中探測，軍事，醫(yī)療中的超聲診斷和治療等方面有重要作用，而且測量精度在不斷的提高，另外在移動機(jī)器人研制也廣泛應(yīng)用。為了使移動機(jī)器人能自動避障行走，就必須裝備測距系統(tǒng)，以使其及時獲取距障礙物的距離信息（距離和方向）。目前這個領(lǐng)域發(fā)展迅速，不斷提出新課題，具有廣闊的發(fā)展前景。