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二.超声波测距的原理
2.1 超声波的基本理论
超声波是一门以物理、电子、机械、以及材料科学为基础的、各行各业都
要使用的通用技术之一。该技术在国民经济中,对提高产品质量,保障生产安全
和设备安全运作,降低生产成本,提高生产效率特别具有潜在能力。因此,我国
对超声波的研究特别活跃。
超声技术是通过超声波的产生、传播以及接收的物理过程完成的。超声波具
有聚束、定向及反射、投射等特性。按超声波振动辐射大小不同大致可以分为:
用超声波使物体或物性变化的功率应用,称之为功率超声;用超声波获取信息,
称为检测超声。
超声波是听觉阈值之外的振动,其频率范围在 10
——10
Hz,其中通常的
频率大约在 10
——3
之间。超声波在超声场(被超声波充满的范围)传
播时,如果超声波的波长与超声场相比,超声场很大,超声波就像处在一种无限
的介质中,超声波自由地向外扩散;反之,如果超声波的波长与相邻介质的尺寸
相近,则超声波受到界面限制不能自由的向外扩散。于是超声波在传播过程中有
如下的特性和作用:
2.1.1 超声波的传播速度
超声波在介质中可以产生三中形式的振荡波:横波——质点振动方向垂直于
传播方向的波;纵波——质点振动方向与传播方向一致的波;表面波——质点振
动介于纵波和横波之间,沿表面传播的波。横波只能在固体中传播,纵波能在固
体液体中和气体中传播,表面波随深度的增加其衰减很快。为了测量各种状态下
的物理量多采用纵波形式的超声波。超声波的频率越高,越与光波某些特性相似。
超声波与气其他声波一样,其传播速度与介质密度和弹性特性有关。
超声波在气体和液体中,其传播速度 C
=(
)
式中
——介质的密度;
——绝对压缩系数。
可以推导出超声波在空气种传播速度
。(T 为环境温
度)。
超声波在固体中的传播速度分两种情况:
(1)纵波在固体介质中的传播速度
其传播与介质的形状有关。
(细棒)