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(多图) 超声波测距系统接收电路研究

/?? 2013年07月24日 ?? 收藏0
本文介绍了超声波测距系统原理,针对超声波测距系统中常用的40kHz超声波信号,提出了超声波接收电路设计原则,采用了集成运放OP27构成的同相放大器仪表放大器、CX20106A红外接收芯片3种方案来检测超声波信号,设计了3种方法对应的接收电路,分析了各自的特点。

超声波是指振动频率高于20kHz的机械振动,其指向性好,能量集中,穿透能力强,在传输过程中衰减较小等优点,同时具有光的反射、折射、聚焦等一系列特征。超声波检测具有速度快、成本低、精度高、可操作性强、工作稳定,适合短距离测量定位。因此其在生产,科研,生活等方面有着非常广泛的应用。超声波测距具有实时,不受环境干扰,非接触等一系列优点。在超声波测距系统中,系统采用频率为40kHz的超声波信号,文中主要针对该频率的超声波信号接收电路进行设计。

1 超声波测距原理

超声波的测距原理如图1所示,超声波发射器在MCU控制下由B1向某一方向发射超声波,在发射的同时开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物立即返回来,测距系统在B2接收到反射波就立即停止计时。在标准情况下,超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物的距离S,即:S=340t/2,声速确定后,要测得超声波往返的时间,即可求得距离,这就是超声波测距的基本原理。在超声波测距系统中,通常发射与接收探头之间有一定距离,为了提高测量精度,需要考虑图l中指示夹角θ。

其中,超声波的传播速度v在一定的温度下是一个常数,当需要测量的距离H远远大于L时,则(4)变为:。所以,只要需要测量出超声波传播的时间t,就可以得出测量的距离H。

2 超声波接收电路设计原则

在信号检测处理整个过程中,超声波探头接收的信号非常微弱,只有毫伏级,其不可避免地要受到各种干扰的影响,这必定给信号处理带来困难。为了确保检测信号的准确性,超声波接收电路的设计必须注意:(1)接收电路必须是低噪声的放大器,因其身的就是一个噪声源,而前端输出的信号很小可能淹没在放大器的噪声中。(2)连接接收电路与超声波接收探头时注意阻抗匹配。(3)接收电路应具有足够的带宽和增益。


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超声波测距? 接收电路?

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