的其他特性。波的频率 f、波长 、传播速度为 C 的关系为：c / f ，所以它

们的传播速度由介质的密度决定。在空气中，声波的传播速度为 340 m/s。 拥有产生超声波和接收超声波这项功能的设备就是超声波传感器，还可以被

称为超声换能器。

图 2-1 超声波传感器实物图

多作探测使用的是小功率超声探头，它的结构有很多，能分为双探头、兰姆 波探头、表面波探头、斜探头（横波）、直探头（纵波）等。其金属外套和塑料 外套内的压电晶片是传感器的核心。

能够有许多种构成晶片的材料。晶片的尺寸，如厚度和直径也都不一样，所 以不同换能器都有不一样的性能，我们一定要预先知道它的性能。其中三个主要 性能指标有：

（1）工作温度。比较低的工作温度，可以令其工作的持续时间更长且不会 失效。所以一般温度比较高的医用超声探头，要配置单独的制冷装置。

（2）灵敏度。晶片制造的本身决定其灵敏度。灵敏度大小决定机电耦合系 数的大小。

（3）工作频率。如果传感器的工作频率高，则其测量的距离会变短，但分 辨率和灵敏度得到提高，能量也最大，结果盲区变小。

2。2 超声波传感器测距

2。2。1 传感器布局结构模型

传感器是移动机器人智能化的工具，是移动机器人的双眼[7]。本文采用两轮 差动驱动式机器人来作为移动机器人研究对象，两个直流伺服电动机单独驱动左 右两轮，前轮是只起支撑作用的能够自由转向的万向轮。

目前的传感器都存在着各种各样的缺点，如探测的距离范围比较小、受到周 围环境影响过于明显以及运算能力差导致耗时过长等等。因此，这就要求我们使 用多个传感器共同作用，令它的可靠性大大强过单独的传感器，可以得到更多周 围环境的信息来增加测量数据的可靠性。

传感器模型如图 2-2 所示，机器人正面朝向以 15 度角相邻安装了 3 个超声

波传感器，按照正前方、左边、右边 3 个方位分成了 3 组。因此，移动机器人在 陌生环境中前进时，有三组代表外部环境的距离信息产生于每一个时刻，能够准 确地探测出障碍物的距离。

正前方传感器

左方传感器 右方传感器

左侧轮 右侧轮

图 2-2 传感器模型

2。2。2 超声波传感器测距方法

超声波拥有直线传播的能力，使用超声波探距计算相对简单、方便，实时控 制容易做到[8]。本文使用频率为 40 kHz 的超声波传感器，超声波传感器在移动 机器人中得到广泛应用，是由于它价格低，信息处理快速简单，硬件实现简单。论文网

超声波是由于特殊性能——在相同媒介中传播速率不变，且在穿过不同媒介 时，可发生反射效果。可以通过该特性，达到测量距离的作用，即测量反射波和 发射波来回所用的时间差。发射处超声波之后，由已知的速度，再通过回波延迟 时间（由于碰到障碍物体后反射回来反射波），就能够把被测障碍物体的距离计 算出来。由于空气中的湿度及温度都和超声波在空气中的传播速度有关，而不停 检测发射后的超声波遇到障碍物所返回的反射回波是超声波传感器的基本原理， 距离计算是通过测出发射和接收回波占用的时间。计算公式为：

D=CT/2 (2-2)

其中，C 为声波在介质中的传播速度，C 331。4