超声波的波长λ=0.017,声波是频率大于两万的声波,在空气中声音传播的速度近似等于340m/s,可得λ=v/f=0017m,故其在空气中波长小于0.017m。
超声波波长范围
超声波是指频率高于20000HZ的声音,在空气中的传播速度是340米每秒,根据公式:波速=波长X频率,超声波是一种波长极短的机械波,在空气中波长一般小于0.017米,超声波能够传递信息和能量,它必须依靠介质进行传播,真空(如太空)无法传播中。
超声波是如何发生、如何接收的
超声的发生和接收是根据压电效应的原理,由超声诊断仪的换能器或探头来完成。探头就是超声仪的波源。
压电晶片置于探头中由主机发生变频交变电场,并使电场方向与压电晶体电轴方向一致,压电晶体就会在交变电场中沿一定方向发生强烈的拉伸和压缩(电振荡所产生的效果),即机械振动,于是就产生了超声,在这一过程中,电能通过电振荡转变为机械能继而转变为声能。
因此把这一过程称为负压电效应。如果交变电场频率大于20000Hz所产生的声波即为超声波。
超声波的接收:超声在介质中传播,遇到声阻抗相差较大的界面时即发生反射,反射波被超声探头接收后就会作用于探头内的压电晶片,使压电晶片发生压缩和拉伸,于是改变了压电晶片两端表面电荷(即异名电荷)即声能转变为电能,超声转变为电信号这就是正压电效应,主机将这种高频变化的微弱电信号进行处理、放大以波型、光点、声音等形式表现出来,产生影像。
超声波属于什么波
超声波是一种机械波。超声波是一种频率高于人类能听到的声波的机械波,其频率通常大于20kHz。超声波在空气中传播时,其波长较短,能够穿透物体并在其内部产生反射,从而形成图像。
需要注意的是,超声波在穿透物体时会受到衰减,因此需要根据被测物体的材质和厚度选择合适的超声波频率和探头。此外,在使用超声波进行医学检查时,需要特别注意对患者的安全。
超声波测距有哪些影响因素
超声波传感器应用起来原理简单,也很方便,成本也很低。但是目前的超声波传感器都有一些缺点,比如,反射问题,噪音,交叉问题。
一、反射问题
如果被探测物体始终在合适的角度,那超声波传感器将会获得正确的角度。但是不幸的是,在实际使用中,很少被探测物体是能被正确的检测的。其中可能会出现几种误差:
1、三角误差:当被测物体与传感器成一定角度的时候,所探测的距离和实际距离有个三角误差。
2、面反射:这个问题和高中物理中所学的光的反射是一样的。在特定的角度下,发出的声波被光滑的物体镜面反射出去,因此无法产生回波,也就无法产生距离读数。这时超声波传感器会忽视这个物体的存在。
3、次反射:这种现象在探测墙角或者类似结构的物体时比较常见。声波经过多次反弹才被传感器接收到,因此实际的探测值并不是真实的距离值。
这些问题可以通过使用多个按照一定角度排列的超声波圈来解决。通过探测多个超声波的返回值,用来筛选出正确的读数。
二、噪音
虽然多数超声波传感器的工作频率为40-45KHz,远远高于人类能够听到的频率。但是周围环境也会产生类似频率的噪音。比如,电机在转动过程会产生一定的高频,轮子在比较硬的地面上的摩擦所产生的高频噪音,机器人本身的抖动,甚至当有多个机器人的时候,其它机器人超声波传感器发出的声波,这些都会引起传感器接收到错误的信号。
这个问题可以通过对发射的超声波进行编码来解决,比如发射一组长短不同的音波,只有当探测头检测到相同组合的音波的时候,才进行距离计算。这样可以有效的避免由于环境噪音所引起的误读。
三、交叉问题
交叉问题是当多个超声波传感器按照一定角度被安装在机器人上的时候所引起的。超声波X发出的声波,经过镜面反射,被传感器Z和Y获得,这时Z和Y会根据这个信号来计算距离值,从而无法获得正确的测量。