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超声波探测实验研究型报告

超声波探测实验研究型报告
超声波探测实验研究型报告

超声波探测实验研究性报告

摘要:超声波具有方向性、穿透能力强、易于产生和接受、探头体积小等特点,并且能够在所有弹性介质中传播,因此超声波广泛应用在生产和人们生活中。本实验通过研究超声波的基本物理特性,超声波的特点和超声波的波形及波形转换原理,掌握超声波探头的工作原理及脉冲超声波的特点。主要研究直探头和斜探头扩散角的测量,以及直探头的定位原理一级它是如何探测缺陷深度的。对超声波产生的回波进行定量的分析和探究,并利用超声波的定位原理以及它是如何探测缺陷深度的。并通过以上研究,深入了解超声波的实质及原理,掌握其工作原理,更好利用超声波的特性。同时,深入了解超声耦合剂对实验的影响及其作用。

关键词:超声波探测仪;直探头;斜探头;声束扩散角;深度

中图分类号:TV698.1+5 文献标识码:A

Ultrasonic detection experimental research report

Abstract:Ultrasonic had the advantages of directional characteristics, strong penetrating ability, easy to produce and receive, small probe size, and can spread through all the elastic medium. Therefore, ultrasound is widely used in production and people's life. This experiment through the study of basic physical properties of ultrasonic, ultrasonic and ultrasonic wave and the characteristics of waveform conversion principle, grasp the working principle of ultrasonic probe and the characteristics of pulse ultrasonic wave. Main research straight probe and diffusion Angle probe Angle measurement, and straight probe positioning principle of prospecting the depth of defect level how it is. The ultrasonic echo of quantitative analysis and inquiry, and by using ultrasonic positioning principle of prospecting the depth of defect and how it is.And through the above research, in-depth understanding of the essence of the ultrasonic and principle, to master its working principle, to make better use of characteristics of the ultrasonic. At the same time insight into the ultrasonic coupling agent's influence on the experiment and its function.

Keywords: Ultrasound; Straight probe; Angle probe;Beam spread angle; depth

超声波作为进年来的一项热门技术得到了广泛应用。自19世纪末到20世纪初,在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后,人们解决了利用电子学技术产生超声波的办法,从此迅速揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。由于超声波在异质界面上会发生反射、折射等现象,尤其是不能通过气体固体界面。如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷(缺陷中有气体)或夹杂,超声波传播到金属与缺陷的界面处时,就会全部或部分反射。根据反射回来的波形的变化特征判断缺陷在工件重的深度、位置和形状。故通过这次实验来具体的了解超声波探测的特性,以便能发现超声波更多的用途。

1.实验目的

1.1、了解超声波的产生方法及超声波定向探测的原理;

1.2、测量超声波声束扩散角,用直探头探测缺陷深度,斜探头探测缺陷深度和水平距离。

2.实验原理

2.1、压电效应:某些固体物质,在压力(或拉力)的作用下产生形变,从而使物质本身极化,在物体相对的表面出现正、负束缚电荷,这一效应称为压电效应。其物理机理如图1-1所示。通常具有压电效应的物质同时也具有逆压电效应,即当对施加电压后会发生变形。超声波探头利用逆压电效应产生超声波,而利用压电效应接收超声波。了解超声波的产生方法及超声波定向探测的原理;

2.2、定位原理

在实际应用中,通常用偏离中心线后振幅减小一半的位置表示声束的边界。如图1-2,在同一深度位置,中心轴线上的能量最大,当偏离中线到位置A 、A‘时,能量减小到最大的一半。其中θ角定义为探头的扩散角。θ越小,探头方向性越好,定位精度越高。

2.3、超声波探测仪探头结构

3.实验仪器

超声波探测仪、直探头、斜探头、耦合剂、直尺

4.实验内容

4.1、探头测试存在延迟

利用CSK-IB 试块60毫米的厚度进行测量。多次测量,求平均值。建议:测 6次。

有机玻璃的厚度不能忽略时,探头的延迟为

212t t t -=。

4.2、测量直探头的扩散角

利用CSK-IB 试块横孔A ,B 进行测量。建议: 测 6次。

(1)利用直探头分别找到A 、B 孔对应的回波,移动探头使回波幅度最大 ,并用钢尺测量该点的位置x0及对应的回波的幅度;

(2)向左边移动探头使回波幅度减小大最大幅度的一半,用钢尺测量该点的位置x1;

(3)同样的方法测量探头右移时回波幅度下降到最大幅度的一半时对应点的位置x2。

H

x x tg

221

21

-=-θ

4.3、直探头测量缺陷C 的深度

利用直探头,采用直接法测量多次,求平均值。建议: 测 6次。

2

t t C H

l c

-?

='

'

-=c c H L H

4.4、斜探头测量 步骤:

(1)按图1-3,把探头放置在试块圆弧的圆心附近,

找到R2的反射回波最大的位置,用钢尺测量探头前沿到试块端点的距离L1。

(2)研究斜探头延时时间和横波速度

'-'-=

1

212)(2t t R R C s

(3)测量斜探头的折射角和扩散角,把探头分别对准A ,B 两孔,找到最大反射回波,求

)(

1

H

L

L L tg

A B s --=-β

(4)找到D 孔最大的回波位置LD ,测回波的时间,则

2

t t C S s D '-'?

=

(5)斜探头探测缺陷C 的深度和水平距离。

β

sin 2D S L =,

β

cos D D S Y =

20L L L X

D D

-+=

5.数据及其处理

5.1、直探头测量

0x

1x 2x

位置(cm ) 5.00 5.55 4.45 回波幅度(v )

2.57 1.29

1.29

1t

2t

0t

18.80us 37.35us

0.25us

?6.122H

纵波速度1

22v t t H

-=

=6470m/s

5.2、直探头测量

5.2.1、绝对探测法

由公式 2102t t t -= ,1

22v t t H -=

得出

0t =0.25us,V = 6470m/s ,2

(0t t v H c c -=

c H =4.5cm

5.2.2、相对探测法 由公式 c

c

H

H H t t t t ---112=

得出 c H =4.5cm

5.3、斜探头测量入射点距离、折射角、扩散角、

以及横波速度

以上数据长度单位均为cm ,时间单位为us 。 利用公式 2102t t t -= ,1

221t (2t R R v --=

) 求出

0t =5.0us V=3296m/s

利用公式 求出折射角β=?0.44 利用深度公式2

(0)

t t v H c c -=

=5.18cm,得出水平距

离'

c X l X l co c -+==7.50cm

6.实验结论

在超声波探测实验中,我们对探测结果进行分析,可以得出超声波的一些特性:1、超声波声束能集中在特定的方向上,在介质中沿直线传播,具有良好的指向性;2、超声波在介质中传播过程中,

会发生衰减和散射;3、超声波在异种介质的界面上将产生反射、折射和波型转换。利用这些特性,可以获得从缺陷界面反射回来的反射波,从而达到

探测缺陷的目的;4、超声波在固体中的传输损失很小,探测深度大,由于超声波在异质界面上会发

生反射、折射等现象,尤其是不能通过气体固体界面。如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷(缺陷中有气体)或夹杂,超声波传播到金属与缺陷的界面处时,就会全部或部分反射。反射回来的超声波

被探头接收,通过仪器内部的电路处理,在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形。可以根据波形的变化特征判断缺陷在工件重的深度、位置和形状。

在这个实验中,我也同样发现了超声波探测存在一定的缺陷,超声波探测对工作表面要求平滑,这就是实验中要用耦合剂的原因,存在一定的局限性。这就需要我们对超声波的特性更一步的了解,并研究出其新的使用方法,从而解决超声波探测存在的局限性。

7.讨论

这次试验中,由于超声波探测有一定的局限性,要求工作面平滑,所有使用了耦合剂,但随着耦合剂量的改变,反馈波形会发生改变。这对实验结果产生了一定的影响。另外,实验中由于反馈会来的波形并不是特别的清晰明显,再加上仪器对波形参数的读取上,有一定的误差,导致实验数据存在一定的偏差。同时利用斜探头检测的时候,由于

取的时候,要仔细分辨,不可读错。同时实验中,探头小范围的前后左右的移动都会对实验结果造

()()A B A B A B H H L L L L H S

----==00arctan

arctan β

成影响,导致数据有所改变。以上就是实验中要注意的一些问题,误差不可能消除,但是可以通过自己合适的操作来减小误差,这是实验实践部分的精髓所在。

参考文献

[1] 郭伟.超声检测.北京:机械工业出版社,2009 [2] 史亦伟.超声检测[M]北京.机械工业出版社,2005年

[3] 胡天明.超声检测.武汉测绘科技大学出版社,1994

[4] 李国华,吴淼.现代无损检测与评价.北京:化学工业出版社,2009

[5] 张俊哲. 无损检测技术及其应用( 第二版).北京:科学技术出版社,2010

[6] 百度百科. 超声波检测,北京,https://www.wendangku.net/doc/f14095385.html,/view/1253433.htm,2013年

超声光栅测液体中的声速 实验报告

实验设计说明书题目:利用超声光栅测液体中的声速 院部:理工科基础教学部 专业班级:物理学(创新实验班)1班 学生姓名:某某某 学号:41106XXX 实验日期: 2013年5月21日

超声光栅测液体中的声速 人耳能听到的声波,其频率在16Hz 到20kHz 范围内。超过20Hz 的机械波称为超声波。光通过受超声波扰动的介质时会发生衍射现象,这种现象称为声光效应。利用声光效应测量超声波在液体中传播速度是声光学领域具有代表性的实验。 一、实验目的 (1)学习声光学实验的设计思想及其基本的观测方法。 (2)测定超声波在液体中的传播速度。 (3)了解超声波的产生方法。 二、 仪器用具 分光计,超声光栅盒,高频振荡器,数字频率计,纳米灯。 三、 实验原理 将某些材料(如石英、铌酸锂或锆钛酸铅陶瓷等)的晶体沿一定方向切割成晶片,在其表面上加以交流电压,在交变电场作用下,晶片会产生与外加电压频率相同的机械振动,这种特性称为晶体的反压电效应。把具有反压电效应的晶片置于液体介质中,当晶片上加的交变电压频率等于晶片的固有频率时,晶片的振动会向周围介质传播出去,就得到了最强的超声波。 正文: 光声效应的发现无疑是物理学两大分支的又一次融合,利用超声光栅测量液体中的声速就是这一物理现象的应用。此次实验的仪器包括超声光栅池、超声仪、分光计、测微目镜以及光源。 由于声波是纵波,所以当超声波在液体(本实验用的是水)传播时,声波的振动会引起液体密度空间分布的周期性变化(如右图),进而导致液体的折射率亦呈周期性分布(如右图)。如果在某一时间t 0,液体密度的空间函数为: ()0s 02sin x t x π ρρρωλ??=+?- ? ?? ? ① 其中,0ρ是液体的静态密度,ρ?是密度的变化幅度,s ω是超声波的角频率,λ是超声波长,x 是超声波的传播方向,也是密度变化的空间方向;此时,折射率 的空间函数为:()0s 02sin n x n n t x πωλ? ?=+?-? ?? ?②,其中0n 为液体的静态折射率

基于单片机的超声波测距系统设计实验报告 - 重

指导教师评定成绩: 审定成绩: 自动化学院 计算机控制技术课程设计报告设计题目:基于单片机的超声波测距系统设计 单位(二级学院): 学生姓名: 专业: 班级: 学号: 指导教师: 负责项目: 设计时间:二〇一四年五月 自动化学院制

目录 一、设计题目 (1) 基于51单片机的超声波测距系统设计 (1) 设计要求 (1) 摘要 (2) 二、设计报告正文 (3) 2.1 超声波测距原理 (3) 2.2系统总体方案设计 (4) 2.3主要元件选型及其结构 (5) 2.4硬件实现及单元电路设计 (9) 2.5系统的软件设计 (13) 三、设计总结 (17) 四、参考文献 (17) 五、附录 (18) 附录一:总体电路图 (18) 附录二:系统源代码 (18)

一、设计题目 基于51单片机的超声波测距系统设计 设计要求 1、以51系列单片机为核心,控制超声波测距系统; 2、测量范围为:2cm~4m,测量精度:1cm; 3、通过键盘电路设置报警距离,测出的距离通过显示电路显示出来; 4、当所测距离小于报警距离时,声光报警装置报警加以提示; 5、设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码,并制作实物。

摘要 超声波具有传播距离远、能量耗散少、指向性强等特点,在实际应用中常利用这些特点进行距离测量。超声波测距具有非接触式、测量快速、计算简单、应用性强的特点,在汽车倒车雷达系统、液位测量等方面应用广泛。本次课设利用超声波传播中距离与时间的关系为基本原理,以STC89C52单片机为核心进行控制及数据处理,通过外围电源、显示、键盘、声光报警等电路实现系统供电、测距显示、报警值设置及报警提示的功能。软件部分采用了模块化的设计,由系统主程序及各功能部分的子程序组成。超声波回波信号输入单片机,经单片机综合分析处理后实现其预定功能。 关键词:STC89C52单片机; HC-SR04;超声波测距

声速测量实验报告

声速测量实验报告 【实验目的】 1.学会测量超声波在空气中的传播速度的方法。 2.理解驻波和振动合成理论。 3.学会用逐差法进行数据处理。 4.了解压电换能器的功能和培养综合使用仪器的能力。 【实验仪器】 信号发生器、双踪示波器、声速测定仪。 【实验原理】 声波的传播速度v与声波频率f和波长的关系为: 可见,只要测出声波的频率f和波长 ,即可求出声速。f可由声源的振动频率得到,因此,实验的关键就是如何测定声波波长。 根据超声波的特点,实验中可以采用驻波法和相位法测出超声波的波长。 1. 驻波法(共振干涉法) 如右图所示,实验时将信号发生器输出的 正弦电压信号接到发射超声换能器上,超声发 射换能器通过电声转换,将电压信号变为超声 波,以超声波形式发射出去。接收换能器通过 声电转换,将声波信号变为电压信号后,送入示波器观察。 由声波传播理论可知,从发射换能器发出一定频率的平面声波,经过空气传播,到达接收换能器。如果接收面和发射面严格平行,即入射波在接收面上垂直反射,入射波与反射波相互干涉形成驻波。此时,两换能器之间的距离恰好等于其声波半波长的整数倍。在声驻波中,波腹处声压(空气中由于声扰动而引起的超出静态大气压强的那部分压强)最小,而波节处声压最大。当接收换能器的反射界面处为波节时,声压效应最大,经接收器转换成电信号后从示波器上观察到的电压信号幅值也是极大值,所以可从接收换能器端面声压的变化来判断超声波驻波是否形成。 移动卡尺游标,改变两只换能器端面的距离,在一系列特定的距离上,媒质中将出现稳定的驻波共振现象,此时,两换能器间的距离等于半波长的整数倍,只要我们监测接收换能器输出电压幅度的变化,记录下相邻两次出现最大电压数值时(即接收器位于

超声波法检测混凝土试验报告

哈尔滨工程大学 实验报告 实验名称:超声波法检测混凝土实验 班级:212 学号:05 姓名:纪强 合作者:黄昊、张艳慧 成绩:____________________________ 指导教师:梁晓羽 实验室名称:工程测试与检测技术实验室

目录 一.试验目的 二.试验仪器和设备 三.原理及试验装置 四.试验步骤 五.试验数据记录表格 六.注意事项 七.试验结果分析 八.问题讨论

一.试验目的 检测混凝土裂缝宽度,检测裂缝尺寸从而确定混凝土结构安全性。对混凝土裂缝超声检测进行实验研究,对预先设置在混凝土试件中的裂缝进行超声检测,将得到的检测数据与相应的理论值进行对比分析,讨论裂缝超声检测中存在的问题,对裂缝的检测方法提出建议。 二.试验仪器和设备 GTJ—F800 混凝土裂缝综合检测仪器,8500~11000RMB。 三.原理及试验装置 混凝土裂缝宽度检测试验原理:通过摄像头拍摄裂缝图像并放大显示在显示屏上,然后对裂缝图像进行图像处理和识别,执行特定的算法程序自动判读出裂缝宽度,仪器采用新型高精度、高灵敏度的光电转换器件进行图像采集,利用DSP 系统实现图像分析与处理,通过特征提取与优化算法自动判读裂缝宽度,同时在液晶屏上实时显示裂缝图像和裂缝宽度的测试结果。

裂缝深度检测试验原理:超声波在不同介质中传播时,将发生反射、折射、绕射和衰减等现象,表现为接收换能器上接收的超声波信号的声时、振幅、波形和频率发生相应变化,对这些变化分析处理就可以判定结构内部裂缝的深度。图中, H为试件高度;h为构造裂缝度 ;L1为射换能器距构造裂缝的水平距离;L2 为接收换能器距构造裂缝的水平距离。 四.试验步骤 制作带裂缝混凝土试件:该试件长0·6m,宽0·5m,高0·4m,混凝土强度C25,采用石子粒径30mm左右,裂缝深度90~100mm,缝宽 0~10mm。

声速的测量(超声)实验报告

声速的测量(超声) 一、实验目的: ①用共振干涉法求超声声速; ②用相位比较法求超声声速。 二、实验仪器: 超声声速测量仪、信号发生器、数字频率计、同轴电缆、示波器、游标卡尺、压电陶瓷超声换能器。 三、实验原理: ①声速的测量: 利用公式νλ,测量声波的频率ν和波长λ去求声速v。 ②声压驻波:已知两列频率、振幅和振动方向相同的平面简谐波,向相反的方向传播时,叠加的合成波就是驻波,在驻波场中质点振幅最大处为波腹,质点位移振幅近似为零处为波节,相邻波腹或波长的距离为半波长(λ/2)。 ③声波波长的测量:接收器S2输出的信息有两部分:1、驻波的信息,其振幅随S2的移动而变化,在共振时,S1、S2的距离为l:,,,此时振幅较大。2、类 似行波的信息,S1、S2用的相位差,也随着S2的移动而变化,每移动λ/2,相位差改变Π(即180°)。利用这两种信息均可测量声波波长λ。(1)共振干涉法;(2)相位比较法。 四、实验方法: ①用共振干涉法测声速: 示波器的X端用内部扫描,调内部扫描与S2的信息同步,示波器上显示的是S2的交流信号按时间展开的图形,移动S2示波器上图形有时很大,有时很小。在S2移动范围内,仔细测多个出现极大值时S2的位置l1、l2、……、l n,用逐差法求出λ,再求声速v。 ②用相位比较法测声速: 示波器的X端用内部扫描,调内部扫描与S2的信息同步,移动S2示波器上的图形会从椭圆变换到一条直线,再从直线变换到一个反方向的椭圆,往复变换。在S2移动范围内,仔细测多个出现直线时S2的位置l1、l2、……、l n,用逐差法求出λ,再求声速v。 ③记录实验室的实温t。 ④用当前实温和公式求出声速,与以上两种方法求出的声速进行比较, 分析。 五、数据处理: 温度:34℃频率:37500Hz 共振干涉法(单位:mm): 218.98 213.58 209.20 204.56 199.62 194.92 190.64 185.72 180.62 176.52 相位比较法(单位:mm): 174.60 169.60 164.80 160.68 155.90 151.22 146.28 141.58 136.68 131.70 共振干涉法: λ

超声波测距仪硬件电路的设计

超声波测距仪电路设计实验报告 轮机系楼宇071 周钰泉2007212117 实验目的:了解超声波测距仪的原理,掌握焊接方法,掌握电路串接方法,熟悉电路元件。 实验设备及器材:电烙铁,锡线,电路元件 实验步骤:1,学习keil软件编写程序2、焊接电路板3、运行调试 超声波测距程序: #include unsigned char code dispbitcode[]={0x31,0x32,0x34,0x38,0x30,0x30, 0x30,0x30}; unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00,0x77,0x7c,0x 39}; unsigned char dispbuf[8]={10,10,10,10,10,10,0,0}; unsigned char dispcount; unsigned char getdata; unsigned int temp; unsigned int temp1;

unsigned char i; sbit ST=P3^0; sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^4; sbit CLK=P3^5; sbit M1=P3^6; sbit M2=P3^7; sbit SPK=P2^6; sbit LA=P3^3; sbit LB=P3^2; sbit LC=P2^7; sbit K1=P2^4; sbit K2=P2^5; bit wd; bit yw; bit shuid; bit shuig; unsigned int cnta; unsigned int cntb; bit alarmflag; void delay10ms(void) { unsigned char i,j; for(i=20;i>0;i--) for(j=248;j>0;j--); } void main(void) { M1=0; M2=0; yw=1; wd=0; SPK=0; ST=0; OE=0; TMOD=0x12; TH0=0x216; TL0=0x216; TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; TR1=1; TR0=1; ET0=1; ET1=1; EA=1; ST=1; ST=0; while(1) { if(K1==0) { delay10ms(); if(K1==0) { yw=1; wd=0; } } else if(K2==0) { delay10ms(); if(K2==0) { wd=1; yw=0; } } else if(LC==1) { delay10ms(); if(LC==1) { M1=0; M2=1; temp1=13; shuid=0; shuig=1; LB=0; } } else if((LC==0) && (LB==1)) { delay10ms(); if((LC==0) && (LB==1)) { M1=0; M2=0; temp1=12; shuig=0; shuid=0; LB=0; }

超声波测声速实验报告

实验名称:超声波测声速实验报告 一、实验目的 (1)、了解超声波的发射和接收方法。 (2)、加深对振动合成、波动干涉等理论知识的理解。 (3)、掌握用干涉法和相位法测声速。 二、实验原理 由波动理论可知,波速与波长、频率有如下关系:v = f λ,只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器,信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法(共装置图。 波与发射波叠加,它们波动方程分别是: 叠加后合成波为:

的各点振幅最大,称为波腹,对应的位置: ( n =0,1,2,3……) 的各点振幅最小,称为波节,对应的位置: ( n =0,1,2,3……) 因此只要测得相邻两波腹(或波节)的位置Xn、Xn-1即可得波长。 相位比较法测波长:从换能器S1发出的超声波到达接收器S2,所以在同一时刻S1与S2处的波有一相位差:φ=2∏x/λ,其中λ是波长,x为S1和S2之间距离)。因为x改变一个波长时,相位差就改变2∏。利用李萨如图形就可以测得超声波的波长。 三、实验仪器 超声声速测定仪:主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。函数信号发生器:提供一定频率的信号,使之等于系统的谐振频率。示波器:示波器的x, y轴输入各接一个换能器,改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的李萨如图形。并由此可测得当前频率下声波的波长,结合频率,可以求得空气中的声速。 四、实验内容 1.调整仪器使系统处于最佳工作状态。 2.用驻波法(共振干涉法)测波长和声速。

3.用相位比较法测波长和声速。 五、实验数据及处理: f=34kHz; Vp-p=5V; L=3.976cm; 六、实验结论: 波长λ=1.0612cm; 由此声速经测算为v=(354±3)m/s; U=0.8% 七、思考题: 1.固定距离,改变频率,以求声速。是否可行? 答:不行,由“v = f λ”,距离一定后使得波长无法计算。 2.各种气体中的声速是否相同?为什么? 答:不同,因为不同气体的密度不同,声波在不同介质中波长改变,根据公式可得结论。

混凝土无损检测实验报告

无损混凝土检测技术实验报告 班级: 组号: 姓名: 指导教师: 2015年6月3日

目录 实验一、混凝土配制实验 (2) 实验二、回弹法检测混凝土的强度 (3) 实验三、超声法检测混凝土强度 (6) 实验四、综合法检测混凝土的强度 (9) 五、实验总结与分析 (11) 参考文献 (12)

学生实验守则 1.实验前必须预习有关实验指导书,了解实验内容、目的和方法, 并写出预习报告。否则,不得进行实验; 2.学生进入实验室,不得大声喧哗、打闹,应严格遵守实验室各项 制度; 3.实验室内各种仪器设备未经有关人员同意,不得任意动用; 4.使用仪器设备应严格遵守操作规程,发现异常现象立即停止使用, 并及时向指导教师报告。因违反操作规程(或未经允许使用)而造成设备损坏,按学校规定处理; 5.实验时应严肃认真,亲自动手,并及时记录和整理实验数据。实 验结束,应将实验结果交指导教师审阅; 6.实验完毕,应将仪器设备擦洗、整理,清扫地面,经指导教师同 意后,方可离开; 7.实验报告应及时完成,不得转抄他人结果,并按指定时间交给指 导教师批阅。

实验一、混凝土配制实验 实验条件:湿度51 %,温度25 ℃实验时间:2015 年 4 月 2 日 1. 实验目的: 制作强度为C45混凝土试块,为之后的强度检测实验做准备 2. 实验仪器: 搅拌机,磅秤,天平,台秤,拌板,拌铲,盛器等 3. 实验原材料: 1.配制 25 L混凝土材料用量: 水泥 9.92 kg 砂 13.60 kg 卵石 31.74 kg 水 4.25 kg 外加剂 g ( %) 水泥标号:42.5;石料最大粒径30㎜;砂表观密度2600㎏/ m3;石子表观密度2630㎏/m3; 2.普通混凝土配合比:水泥:砂:卵石:水=397:544:1270:170 3.砂率:30% 4.水胶比:W/B=aa×?b/(?cu,0+aa×ab×?b)=0.43 4. 试验方法: 1.根据计算所得的配合比配置25L混凝土并拌合 2.将配制好的混凝土装模,在振动台上振实成型 3.将成型后试件编号并静置,一天后进行拆模将混凝土试块放入标准养护室中养护28d

声速测量实验报告

大学物理实验课教案 俸永格(136********) 教学题目:声速的测量 教学对象:10级电子信息班、10动医学班、10级农机班、10级植保班。授课地点:海南大学基础实验楼2610室。 教学重点:让学生了解测量超声波在媒介中传播速度的实验设计思想和实验方法。 教学难点:让学生熟练掌握双踪示波器、SV5/7测试仪、SV8信号源的协调使用并完成两正交信号相位差的多次测量。 一实验目的: (1)加深对驻波及振动合成等理论知识的理解, (2)掌握用驻波法、相位法测定超声波在媒介中的传播速度, (3)了解压电换能器的工作原理,进一步熟悉示波器的使用方法提高运用示波器观测物理参数的综合运用能力。 二实验仪器: GW-680双踪示波器一台,SV8信号发生器一台,SV7测试仪一台,同轴电缆若干。 三实验原理 声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波(频率超过2×104Hz的声波)传播速度的测量在国防工业、工业生产、军事科学与医疗卫生各领域都具有重大的现实意义。实验室常用驻波法和相位法进行测量。 (一)驻波法测量声速基本原理 如图所示为两列同频率、同振幅、振动方向平行且相向传波的机械波在媒介中形成的驻波波形,其波腹间距与波节间距均为半个波长。通过对波腹(节)

间距X的测量便可实现对波长λ的间接测量,结合对驻波谐振频率f的测量便可间接求算声波的传播速度v。 v = λ×f λ=2X v = 2X×f 原理图示1(驻波法原理图) (二)相位法测量声速基本原理 请同学们自行完成!要求体现以下两个方面的内容! (1)简谐振动正交合成的基本原理, (2)利用李萨如图形的相位差特点间接测量声速的基本原理。 四实验内容与步骤 (一)驻波法测声速 实验连线图示1(驻波法) (1)了解测试仪的基本结构,调节两个换能器的间距5cm左右。 (2)初始化示波器面板获得扫描线。 (3)按图示1正确连线,将示波器的扫描灵敏度与通道1垂直灵敏度旋钮分别调至适当档位,缓慢顺时针方向转动换能器平移鼓轮至驻波波腹位置

PLC超声波测距实验报告082039140程稳

利用plc的高速计数模块进行超声波测距实验 ―――――微型控制计算机暑期设计实验报告 082039140程稳 利用51单片机来驱动超声波模块测距,是一件很容易的事,只需要结合定时中断和外部中断,利用12M或更高的晶振频率即可精确获取从发射到接收到超声波之间的时间,平均1ms对应 3.4cm的行程,本GE比赛设计需要物位测量的最大距离是30cm,即需要30*2/3.4=17.64ms,而GE PAC RX3i的PME软件梯形图程序得扫描周期2ms以上,就算是最快的定时节点也有1ms,所以若直接用PLC的普通离散量输入模块IC694MDL654输入节点来测量接收到超声波回波的时间的误差为1ms,误差距离3.4/2=1.7cm,结果自然不理想,更严重的问题在于PLC该模块无硬件中断响应功能,是不能测电平宽度的。总之PLC的IO口工作在低速模式下是难以胜任高速测量任务的,但可喜的是GE PLC 的高速计数模块HSC304能处理2MHZ的信号,但仍无硬件中断功能。于是想能否干脆把单片机测出的电平时间数据通过串口发送给PLC,我也试着这样连线测试,不过PLC串口的使用不像单片机这么简单,没有相关资料,PLC内部寄存器找不到PLC从单片机接收的数据。于是仍决定放弃此方案,回到高速计数模块。再认真阅读此模块配置信息和实验调试后,发现其可以测量出外部信号频率,于是想既然PLC无法直接测电平宽度,那干嘛不测量频率,有了频率自然有周期,有周期自然有电平宽度!

利用plc的高速计数模块检测超声波测距仪的信号接收端的频率,正常情况下应使用频率直接求得周期接而来计算时间,但由于实际测得这样根本很难实现,所以直接测频率,并利用示波器查看该频率的波形,并修改程序使得在所测距离变化的情况下,一周期内的低电平保持不变(高电平所持续的时间表示超声波从发出到接收到所经历的时间,低电平是延时,为了使得波形正常),然后测出频率及其所对应的距离。 以下是用虚拟示波器测出的超声波模块在不同距离测量回波接收脚电压波形:

超声波测声速汇总

超声波测声速 声波是一种在弹性介质中传播的机械波,它是纵波,其振动方向与传播方向一致.声速是描述声波在介质中传播特性的一个基本物理量,它与介质的特性及状态因素有关,因而通过介质中声速的测定,可以了解介质的特性或状态变化。例如,测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等,这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。 频率低于20Hz的声波称为次声波;频率在20Hz~20kHz的声波可以被人听到,称为可闻声波;频率在20kHz以上的声波称为超声波.超声波的传播速度就是声波的速度.由于超声波具有波长短、易发射、能定向传播等优点,在超声波段进行声速测量是比较方便的. 本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度。 [实验目的] 1.学习相位比较法测定声速的原理及方法.加深对振动合成等理论知识的理解 2.了解压电换能器的工作原理和功能,进一步熟悉信号发生器、示波器的使用 3.练习使用逐差法处理数据 [实验仪器] 声速测定组合仪,信号发生器,示波器 声速测量仪: 由发射器、接收器、游标卡尺组成。当一交变正弦电压信号加在发射器上时,由于压电晶片的逆压电效应,产生机械振动发生超声波。可移动的接收器,将接收的声振动转化为电振动信号输至示波器。接收器的位置由游标卡尺读数确定。 图1. 声速测量仪 使用方法:

左击或右击换能器,可以改变换能器面与水平方向的夹角。按下右边换能器的拖动,可以改变两个换能器之间的的距离。点击或按下窗体中上部的微调按钮,可以缓慢改变两个换能器之间的距离。 信号发生器: 图2. 信号发生器 它是一种多功能信号发生器,可以输出正弦波、方波、三角波三种波形的交变信号,信号频率范围为10Hz—2000kHz,既可分档调节,又可连续调节。信号幅度可连续调节。 1.频率显示窗口:显示输出信号的频率或外测频信号的频率,用五位数字显示信号的频率,且频率连续可调(输出信号时)。 2.幅度显示窗口:显示函数输出信号的幅度,由三位数字显示信号的幅度。 3.输出波形,对称性调节旋钮(SYM):调节此旋钮可改变输出信号的对称性。当电位器处在关闭或者中心位置时,则输出对称信号。输出波形对称调节器可改变输出脉冲信号空度比,与此类似,输出波形为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿波, 正弦波调变为正与负半周分别为不同角频率的正弦波形,且可移相180?。(仿真实验中使用方法:右键单击进行顺时针旋转,左键打击进行逆时针旋转。) 4.速率调节旋钮(WIDTH):调节此电位器可以改变内扫描的时间长短。在外测频时,逆时针旋到底(绿灯亮),为外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。 5.扫描宽度调节旋钮(RATE):调节此电位器可调节扫频输出的扫频范围。在外测频时,逆时针旋到底(绿灯亮),为外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统。 6.外部输入插座(INPUT):当“扫描/计数键”(13)功能选择在外扫描外计数状态时,外扫描控制信号或外测频信号由此输入。 7. TTL信号输出端(TTL OUT):输出标准的TTL幅度的脉冲信号,输出阻抗为600Ω。 8.函数信号输出端:输出多种波形受控的函数信号,输出幅度20Vp–p(1MΩ负载),10Vp–p (50Ω负载)。

声速的测定实验报告

声速的测定实验报告 1、实验目的 (1)学会用驻波法和相位法测量声波在空气中传播速度。 (2)进一步掌握示波器、低频信号发生器的使用方法。 (3)学会用逐差法处理数据。 2、实验仪器 超声声速测定仪、低频信号发生器DF1027B 、示波器ST16B 。 3、实验原理 3.1 实验原理 声速V 、频率f 和波长λ之间的关系式为λf V =。如果能用实验方法测量声波的频率f 和波长λ,即可求得声速V 。常用的测量声速的方法有以下两种。 3.2 实验方法 3.2.1 驻波共振法(简称驻波法) S 1发出的超声波和S 2反射的超声波在它们之间的区域内相干涉而形成驻波。当波源的 频率和驻波系统的固有频率相等时,此驻波的振幅才达到最大值,此时的频率为共振频率。 驻波系统的固有频率不仅与系统的固有性质有关,还取决于边界条件,在声速实验中, S 1、S 2即为两边界,且必定是波节,其间可以有任意个波节,所以驻波的共振条件为: Λ Λ3,2,1,2 ==n n L λ (1) 即当S 1和S 2之间的距离L 等于声波半波长的整数倍时,驻波系统处于共振状态,驻波振幅最大。在示波器上得到的信号幅度最大。当L 不满足(1)式时,驻波系统偏离共振状态,驻波振幅随之减小。 移动S 2,可以连续地改变L 的大小。由式(1)可知,任意两个相邻共振状态之间,即 S 2所移过的距离为: () 22 2 11λ λ λ = ? -+=-=?+n n L L L n n (2) 可见,示波器上信号幅度每一次周期性变化,相当于L 改变了2λ。此距离2λ 可由超声声速测定仪上的游标卡尺测得,频率可由低频信号发生器上的频率计读得,根据f V ?=λ,就 可求出声速。 3.2.2 两个相互垂直谐振动的合成法(简称相位法) 在示波器荧光屏上就出现两个相互垂直的同频率的谐振动的合成图形——称为李沙如图形。其轨迹方程为: ()()φφφφ122122122 12 2-=-- ???? ??+???? ??Sin Cos A A XY A Y A X (5) 在一般情况下,此李沙如图形为椭圆。当相位差 12=-=?φφφ时,由(5)式,得 x A A y 12=,即轨迹为一条处在于第一和第三象限的直线[参见图16—2(a)]。

基于单片机的超声波测距系统实验报告

基于单片机的超声波测距系统实验报告

一、实验目的 1.了解超声波测距原理; 2.根据超声波测距原理,设计超声波测距器的硬件结构电路; 3.对设计的电路进行分析能够产生超声波,实现超声波的发送与接收,从而实现利用 超声波方法测量物体间的距离; 4.以数字的形式显示所测量的距离; 5.用蜂鸣器和发光二极管实现报警功能。 二、实验容 1.认真研究有关理论知识并大量查阅相关资料,确定系统的总体设计方案,设计出系 统框图; 2.决定各项参数所需要的硬件设施,完成电路的理论分析和电路模型构造。 3.对各单元模块进行调试与验证; 4.对单元模块进行整合,整体调试; 5.完成原理图设计和硬件制作; 6.编写程序和整体调试电路; 7.写出实验报告并交于老师验收。 三、实验原理 超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波,从而测出发射和接收回波的时间差t,然后求出距S=Ct/2,式中的C为超声波波速。由于超声波也是一种声波,其声速C与温度有关。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距仪的机理,单片机(AT89C51)发出短暂的40kHz信号,经放大后通过超声波换能器输出;反射后的超声波经超声波换能器作为系统的输入,锁相环对此信号锁定,产生锁定信号启动单片机中断程序,得出时间t,再由系统软件对其进行计算、判别后,相应的计算结果被送至LED显示电路进行显示。 (一)超声波模块原理: 超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块,该模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能,测距精度可达高到 3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。基本工作原理:采用 IO 口 TRIG 触发测距,给至少 10us 的高电平信号;模块自动发送 8 个 40khz 的方波,自动检测是否有信号返回;有信号返回,通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平,高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。实物如下图1。其中VCC 供5V 电源,GND 为地线,TRIG 触发控制信号输入,ECHO 回响信号输出等四支线。

大学物理仿真实验实验报告 超声波测声速

大学物理仿真实验实验报告 试验日期: 实验者: 班级: 学号: 超声波测声速 一实验原理 由波动理论可知,波速与波长、频率有如下关系:v = f λ,只要知道频率和波长就可以求出波速。本实验通过低频信号发生器控制换能器,信号发生器的输出频率就是声波频率。声波的波长用驻波法(共振干涉法)和行波法(相位比较法)测量。下图是超声波测声速实验装置图。 驻波法测波长 由声源发出的平面波经前方的平面反射后,入射波与发射波叠加,它们波动方程分 别是:

叠加后合成波为: 的各点振幅最大,称为波腹,对应的位置: ( n =0,1,2,3……) 的各点振幅最小,称为波节,对应的位置: ( n =0,1,2,3……) 二实验仪器 1)声速的测量实验仪器 包括超声声速测定仪、函数信号发生器和示波器 2)超声声速测定仪 主要部件是两个压电陶瓷换能器和一个游标卡尺。 3)函数信号发生器 提供一定频率的信号,使之等于系统的谐振频率。 4)示波器 示波器的x, y轴输入各接一个换能器,改变两个换能器之间的距离会影响示波器上的图形。并由此可测得当前频率下声波的波长,结合频率,可以求得空气中的声速。 三实验内容 1.调整仪器使系统处于最佳工作状态。 2.用驻波法(共振干涉法)测波长和声速。 3.用相位比较法测波长和声速。

*注意事项 1.确保换能器S1和S2端面的平行。 2.信号发生器输出信号频率与压电换能器谐振频率f 0保持一致。 三 数据记录与处理 1. 基础数据记录 谐振频率=33.5kHz 2. 驻波法测量声速 表1 驻波法测量声速数据 i 1i (cm ) i+6 1i+6(cm ) λi = (1i+6-1i ) /3(cm ) 1 9.060 7 12.232 1.057 2 9.574 8 12.774 1.067 3 10.122 9 13.316 1.065 4 10.652 10 13.820 1.056 5 11.178 11 14.352 1.058 6 11.700 12 14.846 1.048 λ的平均值:==∑=6 1 61i i λλ 1.0585(cm ) λ的不确定度: ) 1()(6 1 2 --= ∑=i i S i i λλ λ=0.002(cm ) 因为,λi = (1i+6-1i ) /3,Δ仪=0.02mm 所以,=仪?= 3 32λu 0.000544(cm ) =+=22λ λλσu S 0.021(mm ) 计算声速: 50.354==λυf (m/s ) 计算不确定度: (m/s) 3)()((kHz) 2.03 %122=+==?= f f f f λσσσσλυ 实验结果表示:υ=(354±3)m/s ,=0.8% 3. 相位比较法测量声速 表2 相位比较法测量声速数据(相位变换2π) i 1i (cm ) i+7 1i+7(cm ) λi = (1i+7-1i )/7(cm ) 谐振频率 1 8.16 2 8 15.926 1.109 f=32.0kHz 2 9.282 9 17.050 1.110

实验报告超声波

袂四川大学实验报告书 羁课程名称:实验名称:超声波探伤实验 专业:班号:姓名:学号: 蕿系别: 肅实验日期:2013年3月10日同组人姓名:教师评定成绩: 芃一、实验名称 蚃超声波探伤实验 莈二、实验目的 荿1.了解探伤仪的简单工作原理 蚄2.熟悉超声波探伤仪、探头和标准试块的功用 膁3.了解有关超声波探伤的国家标准 莁4.掌握超声波探伤的基本技能 葿三、主要实验仪器 肅CTS-22型超声波探伤仪试块探头直尺机油 袃四、实验原理

A 型脉冲反射式超声波探伤仪,仪器屏横坐标表示超声波在工件中的传播时 膀实验中广泛应用的是 间(或传播距离)纵坐标表示反射回波波高。根据光屏上缺陷波的位置和高度,可以确定缺陷的位置和大小。 A 型脉冲式超声波探伤仪的工作原理:电路接通后,同步电路产生同步脉冲信号,同时触发发射、扫描电路。发射电路被触发后产生高频脉冲作用于探头,通过探头的逆电压效应将电信号转换为声信号,发射超声波。超声波在遇到异质界面(缺陷或底面)反射回来呗探头吸收。通过探头的正电压效应将信号转换为电信号,并送至放大电路呗放大检波,然后加到荧光屏垂直偏转板上,形成重叠的缺陷波 F 和底波B。扫描电路被处罚后产生锯齿波,加到荧光屏水平偏转板上,形成一条扫描亮线,将缺陷波 F 和底波B按时间展开。其工作原理图如下图所示: 薈五、实验内容与步骤 蒆一.超生波探伤仪的使用、仪器性能的测定、仪器与直探头综合性能测定 莁实验要求: 1. 掌握仪器主要性能:水平线性、垂直线性和动态范围的测试方法; 罿 2. 掌握仪器和直探头主要综合性能:盲区、分辨力、灵敏度余量的测试方法。 蚈背景知识: 蚃1. 仪器的主要性能: 肃 A. 水平线性仪器荧光屏上时基线水平刻度值与实际声程成正比的程度。 蚈 B. 垂直线性仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度。 螈 C. 动态范围指反射信号从垂直极限衰减到消失所需的衰减量。 肄 2. 仪器与探头的主要综合性能: 蒁 A. 盲区从探侧面到能发现缺陷的最小距离成为盲区,其内缺陷不能发现。 螁 B. 分辨力在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力。 袈 C. 灵敏度余量指仪器与探头组合后在一定范围内发现微小缺陷的能力。 蒅 D. 声束扩散角扩散角的大小取决于超声波的波长与探头晶片直径的大小。

stm32超声波测距汇总

嵌入式系统及应用开放性实验报告 Stm32 HC-SR04超声波测距

第一章绪论 1.1STM32超声波测距系统 1.1.1 HC-SR04超声波测距模块简介 HC-SR04 超声波测距模块可提供2cm-400cm 的非接触式距离感测功能,测距精度可达高到3mm;模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 使用电压:DC---5V 静态电流:小于2mA 电平输出:高5V 低0V 感应角度:不大于15度 探测距离:2cm-450cm 高精度:可达3mm 1.1.2 HC-SR04超声波测距模块原理 采用IO 口TRIG 触发测距,给TRIG至少10us 的高电平信号; 模块自动发送8个40khz 的方波,自动检测是否有信号返回; 有信号返回,通过IO口ECHO输出一个高电平,高电平持续的时间就是超 声波从发射到返回的时间。 测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2; T(℃)={(V25-Vsense)/Avg_Slope}+25 V25=Vsense 在25 度时的数值(典型值为: 1.43)。 Avg_Slope=温度与Vsense 曲线的平均斜率(单位为mv/℃或uv/℃)(典型值为4.3Mv/℃)。 利用以上公式,我们就可以方便的计算出当前物体超声波模块之间的距离。 程序中使用: 测试距离=高电平时间*声速(340M/S))/2 这个公式 1.2 设计要求 使用ARM开发板上硬件资源与超声波模块结合,编程实现实时距离显示功能,通过数码管实时显示距离,并在距离小于设定报警距离时使用蜂鸣器报警。1.3 总体设计方案及框图

1.3.1 距离测量及获取方法 通过设置定时器,开启中断,读取ECHO 输出高电平的持续时间,计算结果 作为当前距离。1.3.2 总体设计方案 实时距离: 本超声波测距系统可实现对距离的实时测量,并不断显示在数码 管上 保持距离: 用户可通过按键使得当前距离值在数码管保持, 也可再次返回对 距离的实时测量,此模式下距离小于报警值不会报警,仅为显示模式。 两种模式相互转换,并且可以在距离保持状态时通过按键进入修改报警距离模式,如果实测距离小于下限值,蜂鸣器报警,当距离大于下限值时,报警自动停止。 1.3.3 程序框图 K5 按下 K6按下 否 是 K7按下 是 否 否 超声波测距数码管显示距离K4是否按下 显示当前距离K7是否按下 开始初始化 数码管及按键扫描 SV++ SV-- K1是否按下

大学物理实验:超声声速测定

超声声速测定 声波特性的测量,如频率、波长、声速、声压衰减、相位等,是声波检测技术中的重要内容。特别是声速的测量,不仅可以了解媒质的特性而且还可以了解媒质的状态变化,在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要的实用意义。例如,声波测井、声波测量气体或液体的浓度和比重、声波测量输油管中不同油品的分界面等等。 “声速的测量”是一个综合性声学实验。实验中采用压电陶瓷超声换能器通过驻波法(共振干涉法)和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度,这是一个非电量电测方法的应用。通过这个实验可以重点学习如下内容:(1)实验方法:非电量的电测方法;测量声速的驻波法和相位比较法。(2)测量方法:利用示波器测量电信号的极大值和观察李萨如图形测量相位差的方法。(3)数据处理方法:求声波波长的逐差法。(4)仪器调整使用方法:双踪示波器和函数信号发生器的正确调节和使用方法。 【实验目的】 1.学习用驻波共振法和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度。 2.了解压电换能器的功能。 3.学习用逐差法处理数据。 【实验仪器】 SVX-5型声速测试仪信号源、SV-DH系列声速测试仪、双踪示波器等

【实验原理】 频率介于20Hz ~20kHz 的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波,介于20kHz ~500MHz 的称为超声波,超声波的传播速度就是声波的传播速度,而超声波具有波长短,易于定向发射和会聚等优点,声速实验所采用的声波频率一般都在20KHz ~60kHz 之间。在此频率范围内,采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器、效果最佳。 根据声波各参量之间的关系可知f ?=λυ,其中υ为波速, λ为波长,f 为频率。 图4-5-1共振法测量声速实验装置 在实验中,可以通过测定声波的波长λ和频率f 求声速。声波的频率f 可以直接从低频信号发生器(信号源)上读出,而声波的波长λ则常用相位比较法(行波法)和共振干涉法(驻波法)来测量。 图4-5-2 相位比较法测量声速实验装置 1.相位比较法 实验装置接线如图4-5-2所示,置示波器功能于X -Y 方式。当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2,合成振动方程为:

超声波测距实验报告

电子信息系统综合设计报告 超声波测距仪

目录 摘要 (3) 第一章绪论 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 理论基础 (3) 1.3 系统概述 (4) 第二章方案论证 (4) 2.1 系统控制模块 (5) 2.2距离测量模块 (5) 2.3 温度测量模块 (5) 2.4 实时显示模块 (5) 2.5 蜂鸣报警模块 (6) 第三章硬件电路设计 (6) 3.1 超声波收发电路 (6) 3.2 温度测量电路 (7) 3.3 显示电路 (8) 3.4 蜂鸣器报警电路 (9) 第四章软件设计 (10) 第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11) 5.1 画PCB及制作 (11) 5.2 焊接问题及解决 (11) 5.3 软件调试 (11) 实验总结 (13) 附件 (14) 元器件清单 (14) HC-SR04超声波测距模块说明书 (15) 电路原理图 (17) PCB图 (17) 程序 (18)

摘要 该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串,然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波,同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离,显示当前距离与温度,按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在生产生活中得到广泛的应用,例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。 关键词:超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警 第一章绪论 1.1设计要求 设计一个超声波测距仪,实现以下功能: (1)测量距离要求不低于2米; (2)测量精度±1cm; (3)超限蜂鸣器或语音报警。 1.2理论基础 一、超声波传感器基础知识 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应,将机械能与电能相互转换,并利用波的特性,实现对各种参量的测量。 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关,与环境条件也有关: 在气体中,超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关,在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中,t为环境温度,单位为0C. 二、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。 三、超声波测距原理 由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在空气中传播的距离较远,因而超声波

基于单片机的超声波测距仪设计

基于单片机的超声波测距仪设计

基于单片机的超声波测距仪设计 1总体设计方案介绍 1.1超声波测距原理 发射器发出的超声波以速度υ在空气中传播,在到达被测物体时被反射返回,由接收器接收,其往返时间为t,由s=vt/2即可算出被测物体的距离。由于超声波也是一种声波,其声速v 与温度有关,下表列出了几种不同温度下的声速。在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正。 表1-1 超声波波速与温度的关系表 表1-1 1.2超声波测距仪原理框图如下图 单片机发出40kHZ的信号,经放大后通过超声波发射器输出;超声波接收器将接收到的超声波信号经放大器放大,用锁相环电路进行检波处理后,启动单片机中断程序,测得时间为t,再由软件进行判别、计算,得出距离数并送LED

显示。 图1-1 超声波测距仪原理框图 2 系统的硬件结构设计 硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分。单片机采用AT89C51或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振,以获得较稳定时钟频率,减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号。显示电路采用简单实用的4位共阳LED数码管,段码用74LS244驱动,位码用PNP三极管8550驱动。 2.1 51系列单片机的功能特点及测距原理 2.1.1 51系列单片机的功能特点 5l系列单片机中典型芯片(AT89C51)采用40引脚双列直插封装(DIP)形式,内部由CPU,4kB的ROM,256 B的RAM,2个16b的定时/计数器TO和T1,4个8 b的工/O端I:IP0,

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