文档介绍：距离位移检测实验
距离位移检测实验
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距离位移检测实验
实验一 距离位移传感器的测量
一、实验目的：
了解和掌握各种距离位移传感器的工作原理和测量方法。
二、实验仪器：
德普施
超声波传感器的测距原理：超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时
开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射
波就立即停止计时。设超声波在空气中的传播速度为
340m/s，根据计时器记录的时间
t ，
就可以计算出发射点距障碍物的距离
S，即： S=340t/2
实验所使用的 DRMNCS-B 型超声波传感器的发射波频率是
40KHz ，传感器实际上是
由单片机来控制工作的：发射探头发射一组
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个超声波脉冲后，输出电平由高电平转为低
电平；等到接收探头接收到足够强度的反射超声波信号时，输出信号由低电平转为高电
平。所以在实验的过程中，同学们可以观察到随着反射板到探头的距离变化，传感器输出
波形的“脉冲”宽度也会对应的发生变化，测试距离越远，脉冲的宽度越宽。因此，计算
出脉冲的宽度就可以计算出反射板到探头的距离。发射的两组脉冲间隔时间约为
18ms，对
应的测试距离为 。所以，该型号的超声波传感器的最远测试距离是
3M 。为了消除
发射电路强电磁脉冲对接收电路的影响，在发射电路发射脉冲后，接收电路需延时大约
1
ms，才能正常接收信号。在设计中为保险起见，这个时间被设计成
1ms，对应的最短测试
距离约为 ，所以 DRMNCS-B
型超声波传感器的测试范围在
～
是有技术保
证的。另外，空气中的声音传播速度不是一个固定的值，通常我们所认为的
340m/s 是一个
大概的数据，在不同的温度下这个数据会有一些变化。其传播速度的修正公式为
S=
× <1 ＋ t/273 ） ^ ， t 为空气温度。作为常温下的测试，可以就认为声速为
346 m/s< 按
25℃计算）。
超声波传感器的工作原理图如下图
1- 5 所示。
组脉冲
发射
接收
声波返回时间
1ms
输出
超声波传感器工作原理图
图 1-5
如上图所示，使用超声波传感器进行测量，需要测量声波返回的时间，然后根据声速再空气中的传播公式，求出探测物体与超声波传感器之间的距离。
距离位移检测实验
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距离位移检测实验
3、 红外光电式测距传感器的工作原理
红外光电式测距传感器是一种利用 ”三角原理 ”来进行测量距离的传感器。它的探头由一个
红外发光二极管和一个 PSD<Position Sensing Device ）所组成。如下图 1-6 所示。
图 1-6
传感器使用 ”三角原理 ”来进行距离的探测。在红外发光二极管旁的 PSD 实际上是一个线性
的 CCD 阵列，距离红外发光二极管 3/4 英寸 <19mm ）。利用 CCD 阵列接收到障碍物反射回来的红外线光来进行距离的测量。
障碍物
障碍物
PSD LED PSD LED
图 1-7
如上图 1-7 所示，随着障碍物距离的变化，
LED 发射的红外线光被障碍物反射回到
PSD 的
角度不同，根据 PSD 传感器探测到的红外线角度，就可以计算出障碍物到距传感器之间的
距离。 PSD 传感器判断入射角是使用
CCD 阵列来实现的。在
PSD 中排有一线性
CCD 阵
列，障碍物的距离变化造成
PSD 传感器入射角度的不同，根据
PSD 中 CCD 阵列中接收到
红外线光的 CCD 的位置，就可以计算出入射角。因为受到
PSD 传感器中 CCD 大小和 LED
距 PSD 之间的距离限制，红外光电传感器的探测距离受到限制，
DRMNGD-A 传感器的探
测距离为 10cm— 80cm。此传感器输出为一模拟量，传感器输出和距离不是线性关系。
四、实验步骤及内容
1、连接距离与位移传感器实验台