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有关超声探头阻抗的分析.html
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<title>有关超声探头阻抗的分析</title>
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<h1>有关超声探头阻抗的分析</h1>
<h4>old / xiahouzuoxin</h4>
<h4>Tags: 传感器,电路</h4>
转载请注明出处: <a href="http://xiahouzuoxin.github.io/notes/">http://xiahouzuoxin.github.io/notes/</a>
<div id="TOC">
<ul>
<li><a href="#有关超声探头阻抗的分析">有关超声探头阻抗的分析</a></li>
<li><a href="#测试后的修正">测试后的修正</a></li>
</ul>
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<!---title:有关超声探头阻抗的分析-->
<!---keywords:传感器,电路-->
<!---date:old-->
<h3 id="有关超声探头阻抗的分析">有关超声探头阻抗的分析</h3>
<p>Author: <a href="http://xiahouzuoxin.github.io">xiahouzuoxin</a> / Date: <a href="http://xiahouzuoxin.github.io/notes/Archives.html">2014-10-18</a></p>
<p>转载请注明出处：<a href="http://xiahouzuoxin.github.io" class="uri">http://xiahouzuoxin.github.io</a></p>
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<p>我们知道正常人耳能听到的声音频率范围是20Hz~20KHz，超声就是声音频率在20KHz以上的声信号，避开人耳能听到的声音信号，这样超声就具有强的抗干扰能力。</p>
<p>最简便的方法就是使用网络分析仪，两端口一对上，直接给出|Z|~f的变化曲线图。但网络分析仪太贵了，除非大公司否则一般用不起，另一种方法就是自己搭电路，用正弦波信号发生器测量。下面是搭电路的测量方法（这部分方法和测试数据来自网络文章《<a href="http://www.docin.com/p-329355873.html">超声波测距模块</a>》）。</p>
<blockquote>
<div class="figure">
<img src="../images/有关超声探头阻抗的分析/Ultrasound.jpg" alt="Ultrasound" /><p class="caption">Ultrasound</p>
</div>
</blockquote>
<p>实验最后给出了两个不同频率下的匹配阻抗值。非线性电路中也满足欧姆定律，只不过电阻被阻抗代替了，“欧姆定律真是一项伟大的发现”，</p>
<p><img src="https://latex.codecogs.com/png.latex? \small |Z|=\frac{U_o}I=\frac{U_{i}-U_R}I"></p>
<p>超声的发送距离与超声探头发射的能量P=U^2/|Z|有关，远距离超声测距当然希望的是：相同电压下，超声探头的阻抗越小越好。</p>
<p>由于40KHz和51KHz是阻抗匹配谐振的两个低峰值点，对应阻抗的极小值点，这也是为什么市面上的超声一般都用40KHz（40KHz谐振点处变化相对于51KHz平缓，当驱动频率存在小的偏差时对输出的影响要比50KHz小）。从上面的曲线可以看出，如果电路允许，使用51KHz进行超声测距距离会更远（阻抗比40KHz更低）。</p>
<p>由于超声发射头生产的原因，谐振频率不一定精确的是40KHz和51KHz，难免会存在误差，最好的方法是使用矢量网络分析仪直接测|Z|<sub>f曲线，使用|Z|</sub>f测出的谐振频率。我购买的收发一体超声探头的谐振频率点时51.48KHz。</p>
<h3 id="测试后的修正">测试后的修正</h3>
<p>通过设计电路测试发现，在51KHz附近，超声接收到的信号非常弱，反而40KHz附近接收到的信号很强。上面的分析结论——如果电路允许，使用51KHz进行超声测距距离会更远——存在问题。做如下修正：</p>
<p>因为51KHz只考虑的是发射端的增益，而整体的信号接收情况是Gain(总)=Gain(发射)*Gain(接收)，当发射增益在51KHz时很大，而51KHz时接收端的增益却很小，最后造成了Gain(总)很小。通过发射（使用信号发生器手动调节频率来测试）接收联合测试，最后还是在40KHz（就买到的超声探头具体一点是39.5KHz）时Gain(总)达到最大。</p>
<div class="ds-thread" data-thread-key="有关超声探头阻抗的分析" data-title="有关超声探头阻抗的分析" data-url="xiahouzuoxin.github.io/notes/html/有关超声探头阻抗的分析.html"></div>
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