基於有阻尼自由振動的超聲波測量距離的方法

2023-05-28 14:31:11

基於有阻尼自由振動的超聲波測量距離的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於有阻尼自由振動的超聲波測量距離的方法，該方法具體為：正弦波發生器輸出個波形完整且連續的正弦波，該正弦波通過功率放大電路放大後激勵超聲波發射器發出超聲波，同時超聲波接收器開始接收超聲波，計時器開始計時，個正弦波輸出完成後，正弦波發生器輸出的標識信號S從低電平變為高電平；同時，正弦波發生器輸出個波形完整但相位倒相的正弦波；再判斷超聲波接收器是受迫振動還是有阻尼自由振動，超聲波接收器處於受迫振動的所有時間就是超聲波的踱越時間，由踱越時間通過計算可以得到待測距離。本發明充分利用了超聲波振子的有阻尼自由振動特性，可以準確、有效地測量超聲波的踱越時間，提高超聲波測距的精度。
【專利說明】基於有阻尼自由振動的超聲波測量距離的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量方法，尤其涉及一種基於有阻尼自由振動的超聲波測量距離的方法。
【背景技術】
[0002]頻率在20kHz以上的聲波，其振動頻率已經超出人耳所能感知的最高頻率上限，因而稱為超聲波。超聲波遵循一般機械波在彈性介質中的傳播規律，其特點是沿直線傳播，具有良好的成束性，方向性好，在介質的分界面處會發生反射和折射現象，在進入介質後其振動幅度會因介質吸收而發生衰減。超聲波的頻率可以非常高，達到兆赫級。
[0003]超聲波在同一介質中的傳播速度基本恆定，因此利用測量超聲波在該介質中經過一段距離所用的時間，可以實現非接觸式測距。為了提高測距的精確度，必須精確測量超聲波在介質中傳播時所經過的時間(即踱越時間)。對於不同的介質，超聲波傳播的速度不同，利用這一特性，也可以測定介質的特性，如測定酒精的濃度，測量鍋爐中空氣的溫度等等。如果測定了不同介質的超聲波傳播特性，則可以測定不同物質的類型，如蔗糖溶液、酒精溶液、各種酒類的品質特性等等。
[0004]極化後的壓電材料在外加電場作用下會發生機械形變，稱為逆壓電效應，反之，壓電材料的機械形變也會產生電壓，稱為正壓電效應。利用逆壓電效應，可以把高頻電信號轉換為高頻機械振動，從而產生超聲波，此時換能器稱作發射器；同樣，利用正壓電效應可以將高頻機械振動轉換為電信號，此時換能器稱作接收器。
[0005]發射器在激勵電信號(f(t)=umCOS(on))的作用下作受迫振動，由於同時受到彈性力的阻力的作用，發射振子作有阻尼的受迫振動，其振動狀態為:
[0006]
【權利要求】
1.一種基於有阻尼自由振動的超聲波測量距離的方法，其特徵在於，該方法具體包括以下步驟: (1)正弦波發生器輸出個波形完整且連續的正弦波，該正弦波通過功率放大電路放大後激勵超聲波發射器發出超聲波，計時器開始計時，同時超聲波接收器開始接收超聲波，在超聲波接收器輸出電信號的每一個正向過零時刻，過零檢測電路輸出正向鎖存脈衝Z7為自然數
【文檔編號】G01S15/08GK103777202SQ201310690400
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】朱金剛, 王效靈, 蔡領, 周聰敏 申請人:浙江工商大學