收藏本站
《国防科学技术大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

大量程超声波测距系统研究

潘仲明  
【摘要】: 超声波测距传感器在车辆避障与安全预警系统、车辆自动导航和现场机器人等技术专题中具有广阔的应用前景。但在气体介质中,超声波传感器的品质因数Q高(工作频带相对较窄),而且难以使超声波传感器兼有大的作用距离和良好的指向性,这就限制了它在野外目标探测系统中的应用。因此,研制高性能超声波传感器和超声波测距系统,仍然是当今声纳技术领域中富有挑战性的研究课题之一。 超声波测距系统是由超声波换能器、超声波收发电路和信号处理器构成的。本文深入研究了超声波换能器的机电能量转换机理、微弱声波信号检测算法和大量程超声波测距系统的实现技术。主要研究内容包括: 1.为设计和制作微小型超声波接收器阵列,研究了Cymbal换能器的机电动力学特性,推导出描述Cymbal换能器谐振模态和振幅放大的数学表达式。 2.根据超声波和压电材料的物理特性以及压电型超声波换能器的技术指标,确定了压电振子的振动模式和工作频率,并应用声学和电路阻抗匹配技术,研制成功了指向性好、作用距离大和抗多径干扰性能高的压电圆盘式超声波换能器; 3.为解决多普勒频移问题,设计了以压电圆盘式换能器为主换能器、以Cymbal换能器为辅助接收器的新型组合式换能器结构。 4.提出了超声波发射电路——推挽式变换器的优化设计方法,推导了计算能量转换效率的公式,改进了推挽式变换器的传统设计方法,实现了超声波发射器的最佳能量传输。提出了新的自动增益控制方法,设计和制作了具有时间—增益控制的高信噪比超声波接收电路。 5.利用包络相关算法与匹配检测器的等价性,推导了应用匹配检测法计算射程时间的修正公式。为提高超声波测距系统的处理增益和实时性,提出并实现了基于2ASK(二进制振幅键控)调制2PSK(二进制移相键控)解调技术的匹配检测算法,改进了基于两步相关法的快速测距技术。 实验表明,本超声波测距系统的量程大于32米,波束宽度小于10°,其主要技术指标超过了美国AIRMAR公司的同类产品(Airducer AR30)。目前,这项研究成果已经在其它课题中得到了初步应用,为解决“未知环境中移动机器人导航控制理论与方法研究”(国家自然科学基金重点项目,60234030)和“无人作战平台”(部委“十·五”预研项目)的远距离野外目标探测问题提供了技术支持。 本文提出的理论方法与技术手段,不仅可应用于研制高性价比气介声纳系统,而且还可以直接应用于开发水下声纳系统。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB551

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李昊林;徐磊;潘少杰;王禄祥;蔡大维;;基于STM32的超声波测距平台的设计[J];山西电子技术;2018年04期
2 李昊林;徐磊;潘少杰;王禄祥;蔡大维;;基于STM32的超声波测距平台的设计[J];电脑知识与技术;2018年21期
3 黄雄峰;肖粲然;张宇娇;;临近带电体作业设备报警装置研制[J];中国电力;2018年04期
4 冒武;沙康康;顾斌;胡顺安;;基于单片机的轿车盲区警示与监控系统[J];内江科技;2018年03期
5 钮刚刚;;选煤厂智能化配仓系统的建立[J];煤炭加工与综合利用;2018年03期
6 冒武;施博文;顾斌;王巍;;基于单片机的侧方位停车辅助系统[J];内江科技;2017年09期
7 王宏伟;史策;孙利娟;;一种针对电梯安全距离的超声波测距系统设计[J];机械设计与制造工程;2017年09期
8 史玉立;沈文;;一种基于超声波探测的电力变压器油位检测仪的设计[J];仪表技术;2017年08期
9 朱明柱;李浙学;凌攀;李灿灿;肖粲然;;基于超声波传感器的临近导线安全距离测量设备设计[J];通信电源技术;2017年01期
10 李广会;杜伟超;姜海港;;浅谈超声波测距在室内测量中的应用[J];北京测绘;2016年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 沈文;秦晓淼;王庆;;一种基于超声波探测的电力变压器油位检测仪的设计[A];2017年江苏省城市供用电学术年会论文集[C];2017年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 李娜;空气中板盘超声辐射声场的研究[D];陕西师范大学;2018年
2 朱海洋;XX子弹药自组织网络及目标探测技术研究[D];南京理工大学;2016年
3 闫晓玲;激光熔覆再制造零件超声检测数值模拟与实验研究[D];北京理工大学;2015年
4 寇雪芹;塔机障碍物远距离超声测距方法与识别机理研究[D];西安建筑科技大学;2015年
5 吴石林;球冠钹型换能器建模、仿真及优化设计研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 史策;电梯轿厢与轿厢入口井道壁内表面间距智能测量系统研究[D];河北工程大学;2017年
2 陈刚;机械振动的超声波检测技术研究[D];华东交通大学;2017年
3 董少博;光纤超声波传感器用于非接触式桥梁动挠度监测技术的研究[D];东南大学;2017年
4 丁榕;面向城市排水管网和道路积水监控的防涝系统研发[D];华南理工大学;2017年
5 王培滨;浮动侧扫式船舶吃水检测系统的研究[D];大连海事大学;2017年
6 孟凡达;区域封锁子弹药超声波周向扫描探测技术研究[D];南京理工大学;2017年
7 任庆桦;移动障碍物检测方法及实现技术的研究[D];东南大学;2016年
8 王巍;基于多模干涉技术的光纤声发射技术用于桥梁挠度监测的研究[D];东南大学;2016年
9 马腾;无人车自动泊车引导系统的研究[D];西安工业大学;2016年
10 刘龙;基于超声波传感器的大梁自动焊生产线的关键技术研究[D];湘潭大学;2016年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 栾桂冬,王光灿;新型换能器技术的进展[J];哈尔滨工程大学学报;2004年03期
2 徐钧,俞宏沛,李建成;纵振换能器拓宽频带的方法综述[J];声学与电子工程;2003年04期
3 鲍善惠;超声波电发生器的最大输出功率和效率[J];应用声学;2003年05期
4 曾宪文,万沛霖,彭东林;车辆智能主动安全系统中的超声波测距[J];汽车科技;2003年05期
5 汪跃群,李国富;超声波料位仪的研制[J];声学与电子工程;2003年03期
6 李鸿征,邱红卫;基于多传感信息融合的车辆主动防碰撞控制系统[J];传感器世界;2003年09期
7 张飞,陈卫东;具有声纳环的移动机器人及其自主行为研究[J];测控技术;2003年06期
8 贺乐厅,孙利生,翟羽健;汽车防撞用FMCW雷达的改进[J];测控技术;2003年03期
9 张和生,宋明耀;车载超声测距仪的研制[J];仪表技术与传感器;2003年02期
10 黄清;相关域双谱时延估计方法[J];声学学报;2003年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 代伟;;基于有限元仿真的水声换能器声学性能研究[J];舰船电子工程;2018年08期
2 赵梦彤;张岱;赵文俊;尹虎;卜希;;复杂路况下车门智能防撞预警系统[J];智能城市;2018年09期
3 胡负稷;张喜顺;张文波;王明洲;淦华东;;两种多谐振宽带纵振换能器设计[J];水下无人系统学报;2017年05期
4 胡负稷;张文波;王明洲;;多激励宽带复合棒换能器设计[J];鱼雷技术;2016年06期
5 王宏伟;;一种高频宽带水声换能器的研制[J];传感技术学报;2016年05期
6 李超;王宏伟;秦雷;王丽坤;;串叠复合材料圆环阵水声换能器设计及制备[J];压电与声光;2016年02期
7 唐一璠;林书玉;;声子晶体结构在换能器匹配层中的应用[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2016年02期
8 许洋洋;王莹;;汽车智能防撞报警系统设计[J];自动化技术与应用;2014年12期
9 郑恩明;陈新华;孙长瑜;;一种水下声信号未知频率的时延差估计方法[J];振动与冲击;2014年09期
10 郑恩明;丘颜;孙长瑜;陈新华;;三元阵被动定位中时延差估计算法研究[J];电子与信息学报;2014年03期
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨令晨;周武能;汤文兵;张悦;;超声波测距系统的研究及其硬件设计[J];仪表技术与传感器;2018年02期
2 张成;田建艳;吕迎春;王芳;张振华;;基于超声波测距的高精度室内位置感知系统研究[J];仪表技术与传感器;2018年01期
3 陈文会;丁晓鸿;陈江宁;刘小民;;超声波测距信号小波阈值去噪参数的选定方法[J];传感技术学报;2017年03期
4 姬翔宇;;采用镜面显示屏的新型信息发布系统设计[J];黑河学院学报;2016年06期
5 侯长军;万茂松;谢乔彦;陈德;王既宇;;用于侧方位停车的保险杆碰撞警示装置设计[J];汽车实用技术;2016年08期
6 张慧颖;黄南天;;基于WSN技术电能监测系统设计[J];电测与仪表;2015年19期
7 邓鹤鸣;蔡炜;于鑫;柯睿;刘明慧;李晨明;;66kV输电线路绝缘斗臂车带电作业方式及安全防护[J];高电压技术;2015年09期
8 刘明慧;方书博;邓鹤鸣;李晨明;叶丽军;柯睿;;66kV交流输电线路下相导线绝缘斗臂车带电作业研究[J];水电能源科学;2015年05期
9 刘建梁;沈三民;辛海华;刘文怡;;一种基于STM32的具有断电保护机制的采集存储系统设计[J];电测与仪表;2015年10期
10 温东旭;杨辉;王旭宁;郑运召;应站煌;;电力保护装置保障性自动测试方案研究与实践[J];电力系统保护与控制;2015年10期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张海岛;单或多端输出的纵振动方向变换体振动特性的理论及实验研究[D];陕西师范大学;2016年
2 曾庚鑫;超磁致伸缩功率超声换能器理论分析与实验研究[D];华南理工大学;2013年
3 卢振坤;参数化的超声回波模型及其参数估计[D];华南理工大学;2013年
4 李敏通;柴油机振动信号特征提取与故障诊断方法研究[D];西北农林科技大学;2012年
5 李锦;近场超声非接触支撑与传输系统的理论与实验研究[D];上海交通大学;2012年
6 张光学;燃煤飞灰气溶胶声波团聚的理论和实验研究[D];浙江大学;2010年
7 杨勃;深海钴结壳近距离回声识别研究[D];中南大学;2010年
8 郭纲;基于双指数模型的超声定位算法及其应用研究[D];吉林大学;2008年
9 严金海;声、毫米波复合寻的系统目标识别与定位技术研究[D];南京理工大学;2006年
10 潘仲明;大量程超声波测距系统研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王权;基于Labview的电动伺服加载系统研究与设计[D];南京理工大学;2017年
2 奚锦程;低功耗异步80C51微处理器设计[D];东南大学;2016年
3 王巍;基于多模干涉技术的光纤声发射技术用于桥梁挠度监测的研究[D];东南大学;2016年
4 刘立果;基于LabVIEW的红枣干燥机控制系统的设计与干燥工艺研究[D];新疆农业大学;2016年
5 王瑞;LabVIEW数据交互及处理技术在测试软件中的应用[D];中北大学;2016年
6 杨玮萍;激光外差干涉中超声信号的解调技术研究[D];中北大学;2016年
7 张慧;三峡升船机船舶安全检测及预警系统的研究[D];大连海事大学;2016年
8 刘新建;船舶吃水检测系统的研究[D];大连海事大学;2016年
9 陈思;压电换能器动态性能仿真研究[D];浙江大学;2016年
10 殷焱煊;基于多模干涉型光纤振动传感器的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 高洪峰;张峰;蔡超志;王宏伟;;基于ARM的电梯轿厢位置及其与井道壁间距检测系统设计[J];自动化与仪器仪表;2018年08期
2 高美蓉;;基于单片机的超声波测距报警系统的设计与仿真[J];国外电子测量技术;2018年07期
3 王乐伟;;电梯机械设计合理化分析[J];内燃机与配件;2018年10期
4 高洪峰;李志恒;蔡超志;王宏伟;;基于单片机的电梯轿厢与井道壁间距检测系统设计[J];机械设计与制造工程;2018年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 周广浩;不锈钢搭接激光焊接头超声波定量检测及质量评估研究[D];吉林大学;2018年
2 葛骑岐;低频VI型弯张小尺寸声源研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 刘超;多频率超声波阵列侧扫式吃水检测系统的研究[D];大连海事大学;2018年
2 高云飞;三峡升船机通航船舶动态吃水检测系统的研究[D];大连海事大学;2018年
3 王自远;基于光纤超声波传感的桥梁沉降分布式探测与解析研究[D];东南大学;2017年
4 董少博;光纤超声波传感器用于非接触式桥梁动挠度监测技术的研究[D];东南大学;2017年
5 唐明;大梁自动焊起始点定位及障碍物识别的关键技术研究[D];湘潭大学;2017年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王卫华,陈卫东,席裕庚;基于不确定信息的移动机器人地图创建研究进展[J];机器人;2001年06期
2 严宏■,宋进 ,陈敏贤;超声波测距在智能机器人中的开发与应用[J];机电一体化;2001年05期
3 余成波,万文略,郑有根;汽车激光雷达自动防撞微机控制系统的研制[J];仪器仪表学报;2001年04期
4 许桂生,罗豪甦,王评初,齐振一,殷之文;弛豫型铁电单晶0.76PMN-0.24PT的铁电相变特征[J];科学通报;2000年07期
5 许桂生,罗豪甦,仲维卓,殷之文,徐海清,齐振一,刘克;新型弛豫铁电单晶体Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3的形貌与缺陷结构[J];中国科学E辑:技术科学;1999年05期
6 俞宏沛,李继增,林家旺,袁崇尧;采用匹配层的超宽带换能器实验研究[J];声学与电子工程;1998年01期
7 俞宏沛,潘先松,赵颂阳,种小东;双激励源振子的初步理论分析与实验研究[J];声学与电子工程;1997年04期
8 肖孙圣,张金铎,栾桂冬;PVDF水听器加速度响应特性的有限元分析[J];声学学报;1997年04期
9 王光国;毫米波雷达防撞装置[J];公路交通科技;1995年02期
10 翟国富,刘茂恺;用于超声测距的变阈值鉴幅固定补偿法[J];仪表技术与传感器;1994年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李森;梁晓歌;冯春勇;王淑彦;宋寅卯;;超声波测距技术在火场侦测中的应用研究[J];消防科学与技术;2018年08期
2 舒峰;;基于单片机的超声波测距系统设计[J];电子测试;2018年04期
3 周勤玲;;基于门电路控制的超声波测距电路的研究[J];自动化应用;2018年03期
4 瞿俊;;可编程超声波测距系统的设计[J];科技视界;2018年09期
5 潘晓绒;;浅析超声波测距系统[J];科技风;2016年23期
6 绳玉玲;;浅谈超声波测距[J];电子制作;2017年07期
7 苑广会;苑广展;李凯;;基于单片机的超声波测距系统设计[J];云南水力发电;2017年02期
8 潘晓绒;;基于超声波测距过程温度补偿系统的设计与研究[J];现代制造技术与装备;2017年03期
9 杜宁;;基于温度补偿的超声波测距系统设计[J];轻工标准与质量;2017年04期
10 郝春吉;;超声波测距技术改进方法与实现[J];电子技术与软件工程;2017年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李丹;王景中;;应用于机器人的超声波测距系统[A];2007通信理论与技术新发展——第十二届全国青年通信学术会议论文集(上册)[C];2007年
2 德爱玲;朱勇;宝大力;;基于单片机的超声波测距系统[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(下册)[C];2008年
3 杨东勇;蒋静坪;;基于超声波测距的机器人局部导航[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年
4 王佳利;;基于单片机的超声波测距系统的设计[A];2017年江西省电机工程学会年会论文集[C];2018年
5 李立;董文亮;张兴;王明;王彦国;滕永懂;;超声波测距在首钢连退线高度对中上的应用[A];全国冶金自动化信息网2018年会论文集[C];2018年
6 房宗良;马桂珍;曹剑锋;孟燕;;具有测距能力的辐射测量仪研究[A];全国第六届核仪器及其应用学术会议论文集[C];2007年
7 周知进;卜英勇;;深水超声波换能器设计[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
8 刘志勇;;超声波技术在药剂自动添加设备中的应用[A];2013年全国选煤技术交流会论文集[C];2013年
9 王萍;万柏坤;;超声波精密定位的一种方法[A];第十七届全国测控计量仪器仪表学术年会(MCMI'2007)论文集(上册)[C];2007年
10 张淼;汪懋华;林建涵;姚岚;;移动机器人超声波测距与避障系统的试验研究[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第一分册[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 成都 贺炜;一款超声波测距电路的设计与制作[N];电子报;2013年
2 河南 宋战校 摘;超声波测距报警控制芯片4Y2[N];电子报;2002年
3 广东 许锡伟;SD360超声波测距报警器[N];电子报;2002年
4 浙江 陈伟军;可预置数字式超声波测距测温仪[N];电子报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 潘仲明;大量程超声波测距系统研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高龙;高精度超声波单探头测距与多探头定位技术的研究[D];东北大学;2015年
2 赵治俊;基于数字解调的对射式超声波测距方法研究[D];湖北工业大学;2017年
3 李杨;易燃易爆环境下本质安全型超声波测距系统研究[D];太原理工大学;2017年
4 汪群;超声波测距系统硬件电路的研究与设计[D];合肥工业大学;2017年
5 刘卓娅;基于STC89C52的无线超声波测距系统的研究与设计[D];华南理工大学;2017年
6 洪标;捷变模式下基于稳定统计的超声波测距算法研究[D];浙江工商大学;2014年
7 王国军;超声波测距传感器的研究[D];黑龙江大学;2014年
8 吴超;基于FPGA的超声波测距系统[D];武汉理工大学;2009年
9 杜新珂;超声波测距在智能导盲系统中的应用[D];南京理工大学;2012年
10 马壮;摊铺机超声波测距系统的研究[D];太原科技大学;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026