一种高精度超声波测距系统的设计

张 禾 李俊兰 葛 亮 胡 泽

(西南石油大学电气信息学院1，四川 成都 610500;中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司2，四川 成都 610041)

0 引言

超声波在传输过程中具有不易受干扰、能量消耗缓慢、在介质中传播的距离较远等优点，因而超声波经常用于距离的测量［1］。因为超声波测距是非接触式的，所以它可以在某些特定场合或环境比较恶劣的情况下使用。如在低渗气藏微流量监测过程中，需要实时对井径进行测量。超声波测距是一种非接触式距离测量的方法，伴随着虚拟仪器技术的发展而发展，它克服了传统的测距方式在井下恶劣环境距离测量中存在的缺陷。因此，结合虚拟技术研究超声波测距技术具有十分重要的现实意义。

1 超声测距原理及系统组成

超声波是指频率高于20 kHz的机械波。为了将超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波［2］。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器分为发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化［3］。

超声波测距系统组成如图1所示。

图1 系统组成框图Fig.1 Block diagram of system composition

整个测距系统以单片机为核心，系统开始工作时，由单片机发出一个控制信号去触发发射电路，使发射电路起振，发生器产生振荡波。电能的振荡波通过换能器转变成机械能的超声波，当超声波到达被测目标时发生反射，换能器根据压电原理将超声波信号转换为电能信号［4］。……