超聲波測距精度怎么樣

超聲波測距精度：±（1cm+0.5%×距離），比較低一些。

超聲波測距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時間，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差計算出發(fā)射點到障礙物的實際距離。由此可見，超聲波測距原理與雷達原理是一樣的。

測距的公式表示為：L=C×T

式中L為測量的距離長度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測量距離傳播的時間差（T為發(fā)射到接收時間數(shù)值的一半）。

超聲波測距主要應用于倒車提醒、建筑工地、工業(yè)現(xiàn)場等的距離測量，雖然目前的測距量程上能達到百米，但測量的精度往往只能達到厘米數(shù)量級。由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，是作為液體高度測量的理想手段。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但是目前國內(nèi)的超聲波測距專用集成電路都是只有厘米級的測量精度。通過分析超聲波測距誤差產(chǎn)生的原因，提高測量時間差到微秒級，以及用LM92溫度傳感器進行聲波傳播速度的補償后，我們設計的高精度超聲波測距儀能達到毫米級的測量精度。

超聲波測距誤差的分析及修正方法

1.超聲波傳播速度對測距的影響

穩(wěn)定準確的超聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件。波的傳播速度取決于傳播媒質(zhì)的特性，傳播媒質(zhì)的溫度、壓力、密度對聲速都將產(chǎn)生直接的影響。對于測距而言，引起聲速變化的主要原因是媒質(zhì)溫度的變化，溫度變化是造成超聲波測距誤差的主要來源之一。因此在測距過程中，必須對超聲波速度進行修正，超聲波在空氣中傳播速度與溫度的關(guān)系可表示為c= 331.4×

1+t/273u33114+01607t（m/s），t為環(huán)境攝氏溫度。因此用常溫下的超聲波速度341m/s來計算不同溫度環(huán)境下的超聲測距的距離是有很大的誤差。為了提高測距精度，必須對超聲波的速度進行溫度補償，用溫度傳感等測溫器件測得環(huán)境溫度的數(shù)值，從而得到該環(huán)境下的超聲波速度。也可采用聲速預置和溫度補償相結(jié)合的方法對聲速進行修正，將更有效地降低因溫度變化而產(chǎn)生的誤差。

2.影響回波時間t測定的因素及減小誤差的方法

在測量過程中，為了防止其他信號的干擾，提高測量的可靠性，單片機開始計數(shù)時，超聲傳感器常常發(fā)射由多個方波組成的脈沖串（如5~9個脈沖為一串）作為測量的載體。若接收電路中的比較器的閾值電壓為一定值，由于粉塵及其它物質(zhì)的影響，故實際測量時，不一定是第一個回波的過零觸發(fā)。通過對超聲波接收回波的觀察分析，發(fā)現(xiàn)接收回波經(jīng)包絡檢波后，其包絡線前沿為按指數(shù)規(guī)律上升的曲線，大約在第九個波到包絡線的峰頂，第三個波近似為峰頂?shù)?5%。故接收電路常設計為接收到第3個回波時，單片機停止計數(shù)。所以最終測得的時間比實際距離所對應的時間多出3脈沖發(fā)送時間，從而造成了回波時間t的測量誤差。

為了提高測時精度，必須準確地檢測到第一回波脈沖沿到達的時間。用固定閾值的單比較器檢測回波，由于聲波在傳輸過程中存在吸收衰減和擴散損失，聲強隨目標距離增大，而呈指數(shù)規(guī)律衰減，在量程范圍內(nèi)，最近目標和最遠目標的回波幅度相差較大，可能導致越過門檻的時刻前后移動，從而影響計時的準確性。

解決這一問題的方法：方法一是采用雙比器整形電路，這能較準確地對回波前沿到來的時刻進行測定。如圖2所示，vm為峰值電壓，設v1為比較器1的門限電壓，v2為比較器2的門限電壓，（其中（v2》v1，其值由實驗設定），當超聲波傳感器發(fā)射超聲波時，單片機定時器t1和t0同時開始計時，當比較器1翻轉(zhuǎn)時，t0停止計時，此時t0所計的時間為t1，當較器2翻轉(zhuǎn)時，t1停止計時，此時t1所計時間為t2，顯然t2》t1，t是回波前沿所對應的傳播時間，則，用t計算距離比t1、t2精確度要高。

方法二是在回波接收電路中串入隨時間變化的自動增益控制電路（agc），使放大回路在接收時間內(nèi)，電壓放大倍數(shù)隨測量距離的增大呈指數(shù)規(guī)律增加，以補償吸收衰減和擴散損失，使接收回波的幅值保持恒定或者僅在較小范圍內(nèi)變化以滿足整形電路的要求，再經(jīng)過整形電路輸出，這可大幅度提高測距的精度。當然因agc電路（包括放大器本身），對信號的階躍響應有滯后現(xiàn)象，瞬時跟蹤性不一定很好，而回波信號恰恰是爆發(fā)性的，因而也存在一定的誤差，但這可忽略不計。

方法三是設計一個在測量時間內(nèi)，隨時間增加閾值電壓逐漸減小的電路，產(chǎn)生一個隨時增加而按指數(shù)規(guī)律減小的閾值信號加到比較器上，這將補償因測量距離增加而造成回波幅度的減小，以提高測量的準確度和重復性。采用可編程放大器和數(shù)字電位器等器件，通過軟、硬件結(jié)合，可設計出多種這樣的電路。也可由運算放大器和場效應管結(jié)合構(gòu)成受控放大器，場效應管作為壓控電阻，構(gòu)成反饋調(diào)節(jié)回路。但這種電路的跟隨性不如上述數(shù)字電路。

3.超聲波波束對探測目標的入射角對測距的影響

如果系統(tǒng)是用來測量面與點的距離，當超聲波的入射角（或反射波入射到接收換能器的角度）不足90b時，系統(tǒng)測量到的距離是被測點（物）與換能器之間的距離s。而不是測量平面與被測物之間垂直距離d，這就會造成測量誤差。解決該問題的方法是利用三角形的有關(guān)知識進行計算修正。

4.盲區(qū)

在測距時，傳感器用一段時間發(fā)射一串超聲波來作為測量的載體，因此只有待發(fā)送結(jié)束后才能啟動接收，設發(fā)送波束的時間為t，則在t時間內(nèi)從物體反射回的信號就無法捕捉。另外超聲波傳感器有一定的慣性，即有一個從受迫振動到平衡振動再到阻尼振動的過程，故發(fā)送結(jié)束后還有一定的余振，這種余振經(jīng)換能器同樣產(chǎn)生電壓信號，這種電壓信號疊加到回波信號上，使電路鑒別不出真正的回波，從而擾亂了系統(tǒng)捕捉返回信號工作。因此在余振未消失以前，還不能啟動系統(tǒng)進行回波接收。以上兩個原因造成了超聲波傳感器具有一定的測量范圍，即存在所謂的盲區(qū)。

此外，引起測量誤差的還有很多，如指令運行需占用一定的時間，而使得測量的數(shù)據(jù)偏大，時基脈沖頻率的穩(wěn)定性與準確性，現(xiàn)場環(huán)境中其它物質(zhì)干擾等。