陈云超 ，程晓锋 ，郭 锋

（1.西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳 621010；2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳621900）

超声波是频率大于20 kHz的机械波，在不同介质中以不同的速度传播，具有定向性好、能量集中、衰减较小、反射能力较强等优点。因而超声波传感器可广泛应用于非接触式检测方法，对恶劣的工作环境具有一定的适应能力，在液位测量、汽车倒车雷达、清洗技术等领域有着广泛的应用，已越来越引起人们的重视。本文着重介绍脉冲回波法的超声波测距原理[1-2]及系统构成。

1 超声波测距原理

目前，超声波测距一般利用压电方式产生超声波，去激励超声探头向外发射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波（简称回波），通过计数器计算从发射超声波至接收回波所经历的传输时间t，根据其传播速度v和传播时间t的关系，计算出其传播距离，得到超声波传感器和被测物体之间的距离。超声波测距原理如图1所示。

图中被测距离为S，两探头中心距离的一半用L表示，由图中关系可得：S=vtcos[arctan（L/S）]，当被测距离 S 远远大于 L 时，cos[arctan（L/S）]≈1，即 S=vt。

图1 超声波测距的基本原理图

2 系统组成

本系统采用Altera公司的Cyclone系列的FPGA芯片EP1C60240C8，FPGA通过内部锁相环（PLL）精确控制时钟产生超声波驱动信号，同时定时器开始计数，驱动信号经超声波发射电路放大后驱动超声波换能器发射出测距声波，测距声波经障碍物反射后的回波信号由超声波接收电路放大、滤波后，由FPGA检测回波信号，进行数据处理后显示输出。……