应用超声波实现距离测量的方法比较多，常用的有往返时间检测法、相位检测法、 声波幅值检测法。本次设计是采用往返时间检测法完成涵洞水深的测量。往返时间检 测法的基本原理为：由超声波发射器发射一定频率的超声波，以空气为传播介质，超 声波到达被测物体或障碍物后会被发射回来，由超声波接收器接收脉冲，这一过程所 经历的时间就是往返时间，而这一往返时间又与超声波传播路程的远近密切相关。如 图 2-1 所示，测试传输时间可以得出距离：现用 s 表示待测物体与超声波测距装置之 间的距离，t 表示超声波往返时间，v 表示超声波的传播速度，那么有以下关系式，s=vt/2 (2-1)

一般情况下直接按式（2-1）计算距离，但是在高精度要求下，考虑到温度等因 素对超声波传输速度的影响，需要对以上公式进行修正来减小计算误差，修正以后的 公式为：v=331。4+0。607T (2-2)

上式中，T 表示环境的实际温度，单位为℃，v 表示超声波在介质中的传播速度， 单位为 m／s。由此我们可以看出，声速的大小与温度有直接关系，但是在温度变化 不大的情况下，并且如果对精度要求不高，就可以认为声速为一常量。如果对精度要 求比较高，就必须考虑温度补偿。

图 2-1 超声波测距传输原理图

2。2 系统方案介绍

2。2。1测距传感器选择

（1）红外线测距传感器 红外线测距传感器指的是以红外线为测量介质的测距系统。红外线信号在传播过

程中有其独特的性质，即其遇到障碍物时的反射强度随距离障碍物的距离的不同而不 同，红外线测距装置正是利用这一特性设置的。利用红外线测距可以节约成本，而且 使用安全，不会对人体造成伤害，其制作过程也十分简单。但是红外线测距装置的测 量精度不够高，而且红外线的传播方向性差，所以测量误差比较不稳定[10]。

（2）激光测距传感器 激光的传播方向性特别好，而且透光性也强，激光测距传感器就主要是利用激光的这些特点设计的。其工作原理为：由激光二极管对准障碍物发射激光脉冲，当遇到障碍物后激光脉冲会向各个方向散射，这时传感器接收器会接收到部分反射回来的， 微弱的光信号，以此为依据记录并处理从激光脉冲发射到接收器接收光信号所经历的 时间，然后利用公式计算待测距离。激光测距传感器最大的优点就是测量精度高，因 为激光的传播速度极快，其次，其测量的距离也比较远，量程范围大，但是利用激光 测距对人体存在很大的安全隐患，而且制作的难度大，成本也比较高[11]。

（3）超声波传感器 超声波测距传感器是采用超声波回波测距原理的系统装置，运用精准的时差测量技术，检测超声波传感器与待测目标之间的距离。超声波，机械波的一种，振动频率 20 kHz 以上，人耳是不能听到超声波的振荡的。超声波传感器的工作原理为利用超 声波发射接收探头不断进行电压和超声波之间的互相转换。超声波传感器利用超声波 振动频率高、波长短等特点实现高精度测量，而且超声波传感器的能量消耗缓慢这一 特点对于测距是非常有利的[12]。

通过比较以上三种传感器的原理及性能可以明显看出激光传感器在测距系统中 时非常实用的，但是却存在安全问题，而且制作成本也比较高。另外，对于超声波传 感器和红外传感器，考虑到成本和安全性等问题，最终决定在本次涵洞水深警示系统 设计中选择超声波传感器作为测距工具。来:自[优.尔]论,文-网www.youerw.com +QQ752018766-