超声波传感器接收信号强度非对称性分析及对策

针对采用时差法测量流速时,超声波传感器顺、逆两向接收信号强度存在的非对称性、非均匀性问题,提出了一种改善超声波传感器性能的方法。根据超声波传感器的波束角、发声传感器与受声传感器的间距,分别计算出超声波沿着波束角中心线和外线到达受声传感器表面的时间,进而通过改进压电元件模块提出一种缩短信号分别沿着中心线和外线到达受声传感器表面时间差的超声波传感器设计方法。理论分析可知,该方法可以有效地改善接收信号强度非均匀、非对称性问题,提高了流量测量精度。     

一种时差法超声流量计的设计

研究I使用超声波技术实现流量的测量,该技术具有非侵入性、精准度高的优点。设计中采用了AT89系列单片机作为控制核心,利用其定时器和O口的特点实现了时间测量和信号处理。通过接收超声波传感器发送的脉冲信号,并利用计数器功能计算流过物体的时间和距离,从而得到流量值。选择了高灵敏度的超声波传感器,并设计了放大电路和滤波电路,以确保接收到的信号稳定和准确。通过单片机的计算,对传感器接收到的信号进行实时处理,并输出流量计算结果。通过测量验证,该电缆设计具有较高的测量精度和稳定性。     

提高超声波流量计量精度的方法

时差法超声波流量计通过检测换能器发射和接收的超声波信号的传播时间信号,实现流量的计量。超声波换能器的谐振频率及超声波信号传播过程中相位和幅值的变化等因素,会影响对超声波信号到达时间的准确计量,从而影响流量测量的精度。准确计量超声波信号的到达时刻是提升时差法超生波流量计的计量精度的关键之一。针对换能器发射和接收超声波信号的处理和获取电路进行了设计和分析,得出了实验结果和实验数据,对实验结果给出了实验分析和结论,并通过软件算法给出了进一步提高测量精度的方法。     

基于TDOA的超声波室内定位系统的设计与实现

设计并实现了一种基于射频与超声波信号到达时间差的高精度室内定位系统,用于无线传感器网络中节点的定位和跟踪。系统中位置固定的信标节点周期性同步发射射频信号与超声波脉冲,待定位的移动节点测量接收到的射频和超声波信号的到达时间差,并将此数据采用分时的方式发送至中心控制主机。中心控制主机应用实验中得出的时间补偿参数,计算移动节点与信标节点之间的距离,最后采用极大似然估计算法实现目标的定位。实验结果表明,该系统的平均定位误差在10 cm以内,具有较高的定位精度。     

超声检测在路侧泊车收费设备中的设计

目前,路侧泊车收费设备判断车辆是否驶入车位的主要方式为视频实时检测、激光检测以及红外检测等,存在功耗过高、精度较低等缺点.而该设计采用超声检测,功耗较低、精度较高.该方案基于超声波测距原理,采用收发一体式探头,介绍了超声波发射接收电路、电源电路以及ELMOS公司的超声波芯片E524.09等.超声波芯片E524.09接收到STM32单片机指令,其内部振荡器发出52kHz脉冲信号,回波信号由E524.09处理后,经ADC进行模数转换,最终将计算结果发送至上位机.通过对超声波包络数据的计算,该方案不仅可以精确地检测出车辆,也可排除交通锥等干扰,精度可达99.7％.故该设计符合项目实际需求.     

基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统设计

研究设计了一种基于ZigBee无线传感器网络的室内定位系统。该系统通过待定位点发射红外信号和超声波信号到达各个参考节点的时间差计算出待定位点到达参考点的距离,再通过三点定位法计算出待定位点的坐标信息。文章介绍了ZigBee技术,TDOA定位原理,设计了红外传感器、超声波传感器的发射、接收模块,主芯片hc9s12dg128外围接口电路,并完成了相关的软件设计。     

基于超声波时延的无线传感器网络定位算法设计及仿真

通过在每个无线传感器节点配置一个超声波发送接收装置,然后利用超声波的时延估计算法计算出探测区域内定位节点的位置状态信息;文章利用无线传感器网络设计一个基于超声波的定位系统,先通过超声波到达不同参考节点的时延估计出定位节点的位置,然后再利用插值算法计算出定位节点的准确位置,最后利用MATLAB仿真平台对设计的算法和传感器网络进行仿真;仿真结果表明利用超声波的定位明显比传统测距的三角定位算法精确,定位误差为0.010321。     

超声波测距在粮油系统中的应用

本文是针对粮油系统中的油罐液面高度和粮仓粮食高度进行测量,通过高度计算体积,再乘以成品油和粮食的密度,即可推算出罐内和仓内物品的重量,从而控制是否需要继续装,能装多少,做到比较精确的控制,防止油品或者粮食满仓溢出。本设计利用超声测距仪的原理,应用超声波模块产生超声波脉冲,该超声波脉冲的发射和接收是由单片机控制的,开始发射的同时计算时间,当接收到脉冲信号后的总时间,即是超声波走过的往返时间,通过计算测得距离。     

一种考虑起振延迟的低频超声波短距高精度测量校准方法

利用超声波进行距离测量有着成本低、测量精度高的特点,因而在非接触距离测量中有着广泛应用。然而超声波换能器在接收低频信号过程中需要完成一个较长时间的起振过程,在短距(10 cm)测量场合中起振延迟在超声波飞行时间测量中占比可达50%以上,严重影响了超声波真实飞行时间的测量精度。本文提出了考虑超声波换能器延迟误差的距离测量公式,结合最小二乘法对超声波飞行距离、换能器延迟时间、温度和器件距离等参数进行了精确校准。在实验中,采用24.5 K超声波脉冲,使用基于到达时间差TDOA(Time Difference of Arrival)的方法对所提出方法进行了验证。实验证明,该方法在保证精度不丢失的情况下,避免了在不同环境温度下的多次采样和校准,解决了最小二乘法在低频超声波短距测量中可能存在的参数校准困难,对于各类短距离测量应用有较好的精度提升效果。所提出的测量和校准方法算法简单、实施方便,可基本满足各类短距测量需求。     

基于超声波回波衰减理论的超声波浓度计设计

基于超声波回波衰减理论,以微控制器C8051F021为核心控制超声波发射和接收电路,实现超声波浓度计的设计。采用直接数字频率合成芯片AD9833产生脉冲串,经过功率放大电路驱动超声波换能器,超声波经过悬浊液到达接收换能器,利用92dB动态范围的对数放大器AD8307对回波衰减信号进行检波放大,最后由微控制器对数据进行处理得出浓度值。超声波浓度计在工业控制中有较高的应用价值。     

基于嵌入式系统STM32的超声波介质传输速度测试系统的设计

本测试系统由微控制器(STM32F103ZET6)、测温系统、超声波发射电路、超声波接收电路、显示系统等部分组成。先产生40KHZ的方波信号,再通过信号调整电路送到超声波发射探头。再通过对超声波接收探头采集到的回波信号进行整形并送入MCU控制器进行处理得到所需数据,并通过显示模块显示。通过温度传感器采集环境温度,并通过STM32F103ZET6控制器对采集温度传感器的信号进行处理分析,得到环境温度,并通过显示模块显示。并在不同温度下,实现了超声波在空气和水中传播速度的测量。     

基于超声波时差法的管道流量测定仪设计

煤矿现有抽采管道使用传统瓦斯流量计存在易产生堵塞故障等问题,基于超声波时差法的流量计测量精度高、测量结果重复性好,但不适用于瓦斯抽采管道流量测量,并且需要单独设计超声波驱动电路和信号处理电路,实现难度较大。针对煤矿瓦斯抽采管道的特点,设计了一种基于超声波时差法的管道流量测定仪。在固定的传播距离下,超声波换能器发出的超声波在流体中的传播时间与气体的流速呈函数关系,而流速与管道截面积的乘积即为流量,从而间接得到管道气体流量。该管道流量测定仪以低功耗微处理器STM32F103为核心控制元件,在时间数字转换芯片MAX35104内部通过自动差分飞行时间测量法计算超声波顺逆流传播时间,根据传播时间计算气体流速、瞬时流量和累计流量。测试结果表明,基于超声波时差法的管道流量测定仪的最大绝对误差为0.15 m/s,最大重复性误差为0.17%,符合JJG 1030—2007《超声流量计检定规程》中2级精度要求,同时也满足MT 448—2008《矿用风速传感器》中对超声波式风速传感器基本误差的要求。     

一种矿用皮托管式风速传感器设计

针对传统风速传感器因井下特殊环境常造成超声波探头性能减弱,不能正确反映环境风速值的问题,提出一种矿用皮托管式风速传感器设计方案,详细介绍了其原理及软硬件设计。该传感器采用S型皮托管测量风的压力,利用差压芯片计算差压信号值,并根据电信号、差压信号、风速之间的对应关系求取风速信息。实验结果表明,在0.4～15m/s风速范围内,该传感器测量误差低于±0.2m/s,且具有较好的温度稳定特性、贮存特性和防潮防堵性能。     

煤矿用超声波式风速风向传感器设计

为了监测煤矿瓦斯突出事故导致的瓦斯逆流情况,应用超声波时差法原理设计了煤矿用超声波式风速风向传感器。该传感器利用超声波发射、接收的时差与风速、风向的关系,经过运算得到被测风向和风速。测试结果表明,该传感器稳定性强,测量精度高,风速测量范围为0.4~15m/s,误差不超过0.3m/s,风向测量范围为0~360°,误差不超过3°。     

超声波传感技术的矿用多通道智能风速风向仪

针对国内矿井现阶段测风仪器产品测量精准度易受井下潮湿、多尘等复杂条件的影响,提出了一种矿用智能多通道风速风向仪.软件采用多平台分模块设计,利用多段拟合进行测量参数误差修正,将超声波传感器、干湿温度传感器、压力传感器、信号转换电路等集成在风速风向仪手持终端上,实现了风速、风向等待测环境参数的多通道快速精准测量与参数自主校准.通过在测试环境下与传统机械风表的对比测试,结果表明:平均测试误差仅为2.47%,测风效果与稳定性明显高于传统机械风表.     

煤矿瓦斯异常数据报警方法应用研究

对基于极差值、最小值、相关系数3种关联模型的煤矿瓦斯异常数据报警方法在应用中存在的2个传感器之间数据的延滞时间如何确定、传感器误差的影响、报警的准确率等问题进行了详细分析,提出应采用数据曲线比较法而不是距离风速计算法来确定延滞时间,同时发现巷道中瓦斯气团的运动速度低于风速的现象并对这一现象进行了初步解释;提出采用数理统计法消除传感器误差影响的方法;结合现场数据,对3种关联模型的准确率进行了验证,结果表明该报警方法完全可以在实际中有效应用。     

移动机器人多传感器测距系统研究与设计

设计了多传感器测距系统的硬件电路和相应的软件,采用高速运放和高速比较器减小信号传输延时,用双比较器整形电路消除回波前沿时间误差,利用FPGA进行高速计时,对声速进行温度补偿,并对其盲区采用红外线测距传感器和碰撞开关进行弥补,提高超声波测距精度.实验表明,在近距离测量范围内,该超声波测距方法可以达到毫米级.这种测量系统可以满足机器人避障与定位的实际需要.     

二维超声波风速风向传感器设计

风是气象预报中的一个重要的要素,准确地预报风速,对人们的生产生活都有一定的影响。二维超声风传感器是气象与工业中最重要的风速测量方式之一,在传统的超声波测风仪器的基础上,通过测量空气温湿度来进行准确的调节,补偿了雨雾等环境因素的影响,设计一种基于STM32处理器的200 kHz全天候超声测风仪,通过实验证明：该装置可以实现全天候精确测量风速风向,测量误差小。     

基于光电传感器的风轮转速测定

介绍了一种利用光电传感器和STC89C52单片机快速测定风力发电系统风轮转速的方法.该测速系统的硬件主要包括单片机控制模块、传感器模块、显示模块和串口通信模块.光电传感器用于检测风轮叶片的存在与否,并输出相应的电平信号.单片机则对传感器的输出脉冲信号进行计数,然后推算出风力发电系统风轮的真实转速,并将结果输出至LCD.实验结果表明,该测速系统结构简单,成本低,测量准确,适用于尚未嵌入旋转编码器的风力发电系统.