超声波

超声波（Ultrasound）是指频率高于两万赫兹的声波，在工业、医疗等领域均有具体应用。随着医疗技术的进步和设备的不断更新，超声已经成为医学领域不可或缺的应用技术。医学超声设备主要利用超声波对于人体不同部位反馈产生的信号或能量属性，对于人体的异常状态或疾病进行诊断或治疗。

每年有125万人死于车祸，其中94%以上的致命事故是人为失误（酒后驾车、超速行驶、无视交通信号灯、边开车边发短信）造成的。为了尽可能地将汽车事故减少到接近零的水平，汽车制造商、汽车供应商、政府、学术界，甚至非汽车技术提供商都在联合开发先进的驾驶员辅助系统（ADAS），并最终开发出自动驾驶汽车。而自动驾驶汽车这种新的汽车生态系统的建立需要传感器融合、全新的汽车网络架构、车联网等多种先进技术的支撑。

目前，应用于汽车无人驾驶的雷达主要有三种：超声波雷达、激光雷达和毫米波雷达。后两种雷达技术虽然属于后起之秀，但在最近几年，它们在自动驾驶中发挥的作用日益凸显。

通过使用高频声波检测物体的位置和距离，超声波传感器通常可以在其他类型的传感器不足的情况下工作。它们像蝙蝠或海豚中的回声定位一样工作，这些传感器发出声波（人类听不到），然后检测到撞到物体后声波何时反弹。通过使用声音，超声波传感器可以检测到使其他类型的传感器受挫的物体，并且可以在某些非常巧妙的情况下工作。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-06/wen_zhang_/100050024-100510-1.p…; alt=“” width="600"></center>

以下是超声波传感器应用的五个例子。

<p><span>近年来，消费类无人机越来越受欢迎，用于拍摄震撼的的片段、运送救援物资，甚至用于竞赛。大多数无人机使用各种传感技术实现自主导航、碰撞检测和许多其他功能。超声波传感尤其有助于无人机着陆、悬停和地面跟踪。</span></p>

<p>多年以来，超声波感应器在乘用车上应用广泛如超声波停车辅助可帮助车辆在低速停车时检测周围物体。此外，踢脚开启后备箱和入侵检测报警则是超声波传感器的两个新兴应用。如图1所示。本文将为您详细解释这三种应用为何以及如何使用超声波感应器。</p>
<center><img alt="图1：用于乘用车中的超声波感应器" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="ec1509b9-420d-477b-bab0-3712202ac863" src="http://mouser.eetrend.com/files/2017-12/wen_zhang_/100009345-31568-c1.j…; />

一台超声波装置、一个运算放大器和一个内部集成比较器且具有 4 个可用 I/O 引脚的单片机，即可实现超声波距离探测。

要了解这是如何实现的，我们可以用一个超声波发射器来广播一个40 kHz的脉冲信号或者数个同频率的振荡信号。单片机驱动一到几个波长的方波至超声波装置就可以创建脉冲信号。该脉冲经由任何密度比空气大的物体反射之后，有部分发射的脉冲信号会返回被接收器接收。由于声音的传播速度是已知的，通过测量脉冲的往返时间并加以转换，我们就可以计算出两者之间的距离......

<span class="download"><a href="http://mouser.eetrend.com/files/2017-06/wen_zhang_/100006688-21184-mca6…;

超声波传感器是利用超声波的特性，将超声波信号转换成电信号的传感器。在讲述超声波传感器之前，我们先来了解一下超声波。

<strong>超声波</strong>

声波是一种能在气体、液体、固体中传播的机械波。声波按频率可分为次声波、声波和超声波。

声波频率在 16Hz-20kHz 之间,是能为人耳所闻的机械波；次声波就是频率低于16 Hz 的机械，而波超声波则是频率高于20kHz的机械波 。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2017-06/wen_zhang_/100006567-20408-cs1…; alt=“” width="600"></center>

超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。它最显著的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测中。

<font color="#FF8000">来源：单片机与嵌入式系统 作者：单淑娟 吕国丰</font>

本文讨论了超声波浓度计的实现方法及应用的主要技术，发射电路采用DDS，接收电路采用对数放大器，经工程实践证明，这些方法都是可行的。但由于自身电路的局限和工业现场的环境

<strong>1 理论分析</strong>

超声波在悬浮液中传播时，与悬浮粒子相遇的超声波在界面被散射衰减，其余部分入射到粒子内被吸收衰减，接触界面的超声波又受到粘滞衰减，最后到达接收端。各种衰减的机理是很复杂的，但都是由悬浊粒子所引起，并与悬浊粒子的数目成比例，故在一定条件下衰减是和浓度成比例的，测知悬浮液的声衰减系数，就能求出浓度。设液体中有悬浮粒子时的衰减率和接收电压分别为(a0+ax)和E。，液体中没有悬浊粒子时的衰减率和接收电压分别为a0和E0，发射、接收端之间的距离为L，发射电压为Er，则：