超声波探测器

一种非接触式测量仪器

利用人耳听不到的超声波（20000Hz以上）来作为探测源进行探测的设备称为超声波探测器，一般用于探测移动物体。超声波探测器的工作原理是利用超声波发射，通过被测物体的反射、回波接收后的时差来测量被测距离的，是一种非接触式测量仪器。

原理

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。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。这就是所谓的时间差测距法。

超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。测距的公式表示为：L=C×T

式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。

超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。由于超声波易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的优点，是作为液体高度测量的理想手段。在精密的液位测量中需要达到毫米级的测量精度，但是目前国内的超声波测距专用集成电路都是只有厘米级的测量精度。通过分析超声波测距误差产生的原因，提高测量时间差到微秒级，以及用LM92温度传感器进行声波传播速度的补偿后，我们设计的高精度超声波测距仪能达到毫米级的测量精度。

类型

按照其结构和安装方法不同分为两种类型，一种是将两个超声波换能器安装在同一个壳体内，即收、发合置型，其工作原理是基于声波的多普勒效应，也称为多普勒型。其发射的超声波的能场分布具有一定的方向性，一般为面向方向区域呈椭圆形能场分布。另一种是将两个换能器分别放置在不同的位置，即收、发分置型，称为声场型探测器，它的发射机与接收机多采用非定向型（即全向型）换能器或半向型换能器。非定向型换能器产生半球型的能场分布模式，半向型产生锥形能场分布模式。

收、发分置的超声波探测器警戒范围大，可控制几百立方米空间，多组使用可以警戒更大的空间。

安装超声波探测器的空间密封性要求高，不应有大容量的空气流动，不能有过多的门窗且需紧闭。应该避开通风设备及气体的流动。用超声波探测器保护的空间隔音性能要好，以减少外界噪声引起的误报。超声波对物体没有穿透性，因此使用时应避免物体的遮挡，玻璃、隔板、房门等对超声波的反射能力较差，因此不应正对安装。超声波是以空气作为传输介质的，因此空气的温度和相对湿度会影响其探测灵敏度。当温度为21℃、相对湿度38%时，超声波的衰减最为严重，探测范围也最小。

开关式报警器

开关式报警器是通过各种类型开关的闭合和断开来控制电路产生通、断，从而触发报警。常见的开关有磁控开关、微动开关、压力垫，或用金属丝、金属条、金属箔等来代用的多种类型开关。

磁控开关又称磁控管或磁簧开关，由永久磁铁及干簧管组成。磁控开关应该避免直接安装在金属物体上，必须使用时应使用钢门专用型磁控开关或改用微动开关或其它类型开关器件。

前置式超声波探测器

传统的一体式超声波探测器是安装在每个车位正上方，这样安装的弊端是一体式探测器所集成的指示灯容易被停车场的立柱挡住。而采用前置式超声波车位探测器，探测器集成指示灯安装在车位的正上方，避免了指示灯被立柱遮挡的情况出现。

前置式超声波车位探测器的超声波发射模块里独特的超声波发射探头，使得探测更稳定，成功率高达99.9%。超声波发射探头中间的发射探头和所述的超射波接收探头与水平面的整体角度呈最佳角度，解决了普通探测器因个别车辆停放不到位而检测挡风玻璃信号不稳定的问题。

因为该探测器与传统设计的不同，有效降低车位的设备成本和施工成本，有效减少施工时间。

应用

用超声波探测器记录公交车人流量的装置

用超声波探测器记录公交车人流量的装置是一种能自动记录公交车在每一个站点的各时段人流量的装置，该装置由传感器和信号处理电路所组成，传感器采用超声波探测器1，该超声波探测器由超声波发射器11和超声波接收器12所组成，超声波接收器12的输出端接模/数转换器21，模/数转换器21的输出端接数字信号处理器22，数字信号处理器22的输出端接信号处理器31，信号处理器31还分别与存贮器32，发射接收器33相接，超声波探测器1安装在车门的门框处，其一侧安装超声波发射器11，另一侧安装超声波接收器12，信号处理器31中的单片机IC1的“RXD、TXD”端还与公交IC卡读卡机34的读卡信号线相接。

超声波探测器在地下停车场的应用设计针对大型停车场停车难的问题，用于停车场车位引导系统，依据超声波测距原理提出了测距算法，基于单片机和RS-485总线研，编写了控制程序。从而达到实时显示停车场剩余车位，引导泊车人群快速找到车位的目的。

水中近距超声波探测器发射信号电路的设计

水中近距超声波探测器用于深弹接近目标的探测和引爆.根据多卜勒频偏检测原理,该探测器由发射机、转换电路、接收机和信号处理电路构成,发射信号是设计的关键.其时钟产生电路采用1MHz晶体振荡器,产生500kHz超声波脉冲;分频控制电路以500kHz为填充频率的脉冲信号,经过同步检波后变为多卜勒频偏值,作为填充的脉冲信号;发射信号电路考虑与水听器匹配,采用双发射管并联结构.这种高频非周期窄脉冲信号,具有频率高、能耗小、波长短、绕射现象小、方向性好、发射器体积小等优点,特别适合应用于深弹复合引信中。

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