超声波电机论文参考文献

超声波焊接是利用超声波频率(超过20000赫兹)的机械振动能量，连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等材料的特殊焊接方法。这是我为大家整理的超声波焊接技术论文，仅供参考!

超声波焊接的研究与展望

摘要：超声波焊接的节能、环保、操作方便等突出优点，越来越受到人们的重视。超声波焊接已广泛应用在众多领域。本文简单介绍了超声波焊接的基本原理。概述了超声波焊接的国内发展现状，并对超声波焊接的发展做了展望。

关键词：超声波 焊接 研究现状

0 引言

1950年美国人发明了超声波焊接技术，该技术作为特种连接技术，在工业生产中得到广泛应用。另外，超声波焊接技术还广泛应用于电子工业、电器制造、新材料的装备、航空航天及核能工业、食品包装盒、高级零件的密封技术等方面。超声波焊接的优点主要表现为：节能、环保、操作方便，这种技术对我国建设资源节约型、环境友好型的社会起着很大的促进作用。

1 超声波焊接原理及特点[1]

超声波焊接作为一种特殊焊接方法，通常情况下是指利用超声波频率(大于16KHZ)的机械振动能量，将同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等进行连接。通过超声波对金属进行焊接时，一方面不需要向工件输送电流，另一方面没有将高温热源引入工件，在焊接过程中，在静压力的作用下，将弹性震动能量转变为工件间的摩擦功、形变能，以及有限的温升等。在母材不发生熔化的情况下，实现接头间的冶金结合，因此，超声波焊接属于固态焊接。

工频电流在超声波发生器的作用下，进一步转变为超声波频率(15～16KHZ)d的振荡电流。通过磁致收缩效应，换能器将电磁能转换成弹性机械振动能。放大器的作用是对振幅进行放大，同时借助耦合杆和上声极与并工件进行耦合。如果换能器、放大器、耦合杆和上声极的自振频率相互一致，在这种情况下，系统将会产生谐振，从而将弹性振动能传递给静压力F的工件。两种薄材工件通过此种能量之间的转换被粘接在一起。

2 国内研究现状

超声波金属焊接的研究现状

崔岩[2]研究超声波焊在坦克铝件焊修中的应用，对铝及铝合金的焊接性进行了详尽的分析，认为保证焊点质量稳定的重要因素是谐振频率的精度。在超声波焊接过程中，由于机械负荷是多变的，失谐现象会随机出现，进而使得焊点质量不稳定。根据超声波焊的特点，制订相应的焊接规范。大量实验证明：通过超声波对铝及铝合金进行焊接，金属表面致密的氧化膜可以有效地去除，进而保证了焊接质量。

华南理工大学杨圣文等人[3]推导了铜片-铜管太阳能集热板超声波焊接接头区域理论区域温度公式，并利用人工热电偶法测得焊接区域温度，分析了实测温度偏差产生的原因，结合焊接接头的扫描电镜(SEW)图片进行对比分析，研究了铜片-铜管超声波焊接接头的形成机理。结果表明：超声波焊接是基于接头区域微齿顶端处高温、纯净金属发生塑性变形后表面充分贴合两个因素基础上的金属键合和机械嵌合而形成接头的物理冶金过程。

南京航空航天大学机电学院的张秋峰[4]研究了1Cr18Ni9Ti与TC4异种金属的固态扩散焊接工艺，在现有的基础上采用超声波加载固态扩散焊的工艺。金相试验分析结果表明：采用超声波加载扩散焊接工艺，使不锈钢和钛形成了良好的连接。

哈尔滨工业大学的闫久春、孙小磊[5]等，在敞开环境下研究了一种适合复杂结构，并且能够进行可靠连接的“超声波振动辅助钎焊技术”原理，同时对铝基复合材料、铝合金、陶瓷/铝、玻璃/铝焊接的初步试验结果进行了描述。焊接结果表明：在钎焊过程中，通过施加适当的超声波振动，母材表面氧化膜可以有效地去除，进一步促进了母材与钎料的润湿。在低温、大气环境下，获得了具备微观组织结构和力学性能良好的连接接头。

南昌大学的朱政强等人[6]用电子背散射衍射(EBSD)方法来研究超声波焊接下铝合金AA6061的微观组织变化，从微观角度里加深对超声波金属焊接的理解。通过实验，得到原始铝箔和焊接后铝箔的品粒取向差分布图。通过分析品粒取向、晶粒结构和晶界特征了解超声波焊接对铝合金组织和结构的影响。

超声波非金属焊接的研究现状

郭毓峰[7]对12μm聚对笨二甲酸乙二醇酯(PET)/30μm聚乙烯(PE)薄膜超声波焊接工艺进行了研究，发现焊接振幅在2-10μm，对焊接接头热合强度的影响不大;在焊接振幅4-7μm出现了焊接接头的热合强度最大值。焊接接头的热合强度随着焊接时间的延长和焊接压力的增大表现出先增大后减小的变化规律。通过对不同工艺参数下焊接区域的结晶程度进行分析，其结果显示，接头的结晶程度影响着PET/PE薄膜焊接接头热合强度，焊接区域试样的结晶程度随着焊接时间、焊接振幅、焊接压力增加先减小后增大，焊接接头的热合强度先升高后降低。

赵钢[8]等人研究超声波焊接在汽车传感器封装中的应用。讲述了通过对材料、焊接方法的选择和焊口及工装设计与制造过程设计，来实现汽车传感器封装的方法。

赵仕彬[9]研究了超声波焊接在连接器中的应用。简明扼要地介绍了超声波焊接的原理，结合面的设计方法、设计要点，以及在连接器中的具体应用和使用范围。

西北工业大学的聂中明[10]研究了高电阻CdZnTe半导体(简称CZT)接触电极与引线的超声波焊接。认为：CZT晶片经机械抛光表面处理后，通过离子溅射法制备的金电极与外引线间具有较高的超声波焊合率，能获得最佳焊点质量的电极厚度为180nm。此外，确定CZT接触电极制备工艺后，楔入压力成为影响CZT接触电极与引线超声波焊接质量的主要因素，焊接功率则为次要因素。

3 总结

目前，对超声波金属的焊接机理认识不足，超声金属焊接作为一种固相焊接方法，或者说是金属间的“键合”过程，在焊接过程中，是否无金属熔化还有待进一步研究。还有在材料焊接中应用超声波，虽然焊接效果比较好，但是对于由超声波发生器、声学系统与机械系统相结合的整个系统来说，在稳定性、可操作性、可靠性等方面依然存在问题，所以声学系统的设计，以及声学系统与试件之间的连接方式等都非常重要。另外，从微观力学的角度研究超声波振动对晶粒和织构的影响也是未来研究的重要方向。

参考文献：

[1]李小明，李彦生，韩景芸.基于超声波焊接技术的快速成型方法研究[J].机床与液压，2007，35(3)：4-6.

[2]崔岩.超声波焊在坦克铝件维修中的应用[J].工业技术经济，2000，19(3)：114-116.

[3]杨圣文，吴泽群，陈平池.铜片-铜管太阳能集热板超声波焊接试验研究[J].焊接，2005(9)：32-35.

[4]张秋峰.钛与不锈钢的超声波扩散焊接[J].机械工程与自动化，2008(1)：125-127.

[5]闫久春，孙小磊.超声波振动辅助钎焊技术[J].焊接，2009(3)：6-12.

[6]朱政强，马国红，.铝合金AA6061超声波焊接下组织演变分析[A].第七届中国机器人焊接学术与技术交流会议文集[C]，2008：107-110.

[7]郭毓峰.聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯薄膜的超声波焊接[J].宇航材料工艺，2010(4)：53-55.

[8]赵钢，曹智，董双辉.超声波焊接在汽车传感器封装中的应用[J].沈阳航空工业学院学报，2007(4)：25-28.

[9]赵仕彬.超声波焊接在连接器中的应用[J].机电元件，2006(4)：36-39.

[10]聂中明，傅莉，任洁，查钢强.CdZnTe接触电极与引线的超声波焊接[J].中国有色金属学报，2009，19(5)：919-923.

超声波焊接技术在工业产品设计中的应用探索

【摘 要】本文通过对超声波焊接技术原理的阐述及对超声波影响因素的探究，分析超声波焊接技术的优劣，结合笔者的设计实践，探索超声波焊接技术的发展，抛砖引玉，就基于超声波焊接技术未来的应用领域进行探索。

【关键词】超声波;焊接技术;工业产品

Ultra-sonic Welding Technology in the Application of Industrial Product Design’s Exploration

HE Jun-hua1 MA Wen-juan2 LV Shuang-shuang3 WENG Mao-hong1 GUAN Jun1 GONG Yun1

( of Engineering， Zhejiang A&F University， Lin’an Zhejiang， 311300， China;

of Agricultural and Food Science， Zhejiang A&F University， Lin’an Zhejiang， 311300， China;

of Landscape Architecture and Architecture， Zhejiang A&F University， Lin’an Zhejiang， 311300， China)

【Abstract】The article through to the illustration of the principle of ultra-sonic welding and the affecting factors of ultra-sonic probe， analyseing the advantages and disadvantages of ultra-sonic welding technology， combined with the author’s design practice， explore the development of ultrasonic welding technology， topic and is based on the exploration on the application felid of ultra-sonic welding technology in the future.

【Key words】Ultra-sonic; Welding technology; Industrial product

在工业产品制作中，经常会用到一些工业材料，像塑料、金属、木材等一些其他工业材料。在日常生活中我们经常会看到某件产品不只用一种材料来制作;我们也经常看到一件产品由多个部分组成、并且各部分之间还会产生空隙，这不仅会影响产品的质量，还会影响产品的美观度。这就要求把它们彼此之间焊接起来。随着技术的发展，人们对焊接技术的要求越来越高，目前传统的焊接技术不但成本较高，而且焊接的质量不高，往往会产生细小的缝隙。因此人们希望运用新的焊接技术来提高产品的质量。

1943年，在总结前人理论和实践的基础上，美国的Behl发明了超声波焊，从此推动了超声波焊接技术的发展。由于超声波焊接技术具有节能、无须装配散烟散热装置、焊接时无须焊接附件、成本低、效率高、密封性好、易实现自动化生产等优点，超声波焊接技术发展的越来越快。

1 超声波焊接技术在工业产品中的应用现状

像在航空航天、核能工业、电子工业等这样一些精度要求很高的工业产品领域中，使用传统的焊接技术很难达到技术要求，而且成本高、效率低。目前，超声波焊接技术在各行各业都有广泛的应用，像医疗机械、包装、五金等行业;能焊接的产品也很多，像汽车零部件、光学镜头、U盘等。

2 超声波焊接技术的原理和特点

超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，因此能量大。超声波焊接是利用超声波频率(超过20000赫兹)的机械振动能量，连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等材料的特殊焊接方法[1]。超声波作用于热塑性的塑胶表面时，会产生每秒上万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声波能量传到焊区，又由于焊区即两个焊接的交界面处声阻比较大，因此会产生局部高温。又由于塑料制品导热性差，一时还不能及时散发出聚集的能量，因此能量就会聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定的压力后，就会使其融合成为一体。当超声波停止作用后，让压力再持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，从而达到焊接的目的。在对金属进行超声波焊接时，既不向工件输送电流也不向工件施以高温热源，只是在静压力作用之下，将弹性振动能量转变为工件界面间的摩擦功、形变能及有限的温升，使得焊接区域的金属原子被瞬间激活，两相界面处的分子相互渗透，最终实现金属焊件的固态连接。其焊接原理示意图如图1所示[2]。

超声波焊接技术的优点

与传统焊接技术相比较，超声波焊接技术有如下优点：(1)焊接速度快、焊接精度高、焊接焊点强度高;(2)焊接范围广、稳定性好、被焊接后的工件变形很小;(3)焊接物表面清洁美观、平整光滑;(4)焊接时，不需添加焊接剂，对被加工物不产生污染、不产生有害气体，因此是一种环保的焊接方法;(5)焊接时，只需提供较小的动力即可进行焊接，耗能低;(6)操作简单、成本低、效率高、密封性好。

图1 超声波金属焊接原理示意图

超声波焊接技术的缺点

尽管超声波焊接技术有很多的优点，但也存在不足之处，因此不得不加以重视。超声波焊接技术有如下缺点：(1)对超声波焊接机理的认识还不够全面;(2)对金属进行焊接时，焊件不能太厚;(3)对超声波焊接技术的影响因素比较多，不易进行把握分析和总结;(4)制造一些大功率的超声波焊接机成本高、而且比较困难;(5)对焊接好后的工件进行焊接处质量检测比较困难，因此给大批量生产带来阻碍。 3 影响超声波焊接质量的因素

虽然超声波焊接技术有众多优点，但其焊接质量与熔融量、材料的材质等因素有关，概括起来主要包括以下几方面的因素，如图2所示。

图2 影响超声波焊接质量的因素

(1)焊接材料的材质：一般来说焊接质量与材料的物性和材料的改性有关。材料的物性包括材料的弹性模量、摩擦系数、热导率、熔点等。物件的焊接质量与材料的弹性模量、摩擦系数、热导率成正比，与其密度、熔点成反比。材料的改性指的是在适宜的工艺条件下加入一些填料以改善材料的原有性能，使其满足客户的使用要求。在适宜的工艺条件下加入一些性能相近的材料，可以提高焊接接头强度。

(2)焊头与焊件的接触面：焊接面的清洁度、材料表面的粗糙度会影响焊件的焊接质量。增加材料的表面粗糙度可以提高焊接质量;焊接面的清洁度越高，焊接质量也越高。

(3)其他因素：焊接技术的工艺参数、焊接件的结构、连接形式、焊接时的熔融量、超声波的功率等。为达到最佳的焊接效果，在产品研发阶段，要对这些因素进行综合考虑。

4 超声波焊接技术在工业产品设计中的应用案例

正如以上所述，基于超声波焊接技术的产品研发，先要进行综合考虑影响焊接质量的因素，然后结合产品的市场前景，产品的成本，生产技术要求等条件，合理生产设计要素。

下面仅就一个设计案例――美国苹果公司发明的超声波塑料与金属焊接专利技术进行解读，从实践的角度来理解超声波焊接技术在实际中的应用。原有技术的不足：在还没有发明这项专利技术之前，所有的便携式设备(如手机)不能将金属与塑料进行融合，因此某些部件不能用塑料部件来代替，这样生产出来的手机不仅厚重、外形呆板而且缺少个性，设计上也不够自由、缺少灵活性。并且制作成本高、操作复杂、使用不方便，按键操作过多时，会接触不灵。解决案例：采用全新的超声波塑料与金属焊接技术，在手机内部某些部件使用塑料材质，减轻了手机的重量的同时也减少了金属的使用量。在壳体方面采用一次成型工艺，使外壳更加简约、流畅，操作简单，设计灵活，给人一种高端、大气的感觉。先进的超声波焊接技术一般还要使用多种材料融合的技术工艺，设计更加的自由和灵活，设计线条采用极简主义的风格，色彩上运用浅色，给人轻松、愉悦的感觉。在结构上更符合超声波焊接工作原理，使焊接质量更佳。

5 针对超声波焊接技术应用的案例得出的结论和展望

通过这次调研，作者通过对超声波焊接技术的了解，对超声波焊接技术应用进行研究，由于条件有限，在调查研究过程中还有不足之处，在此将在调研过程中涉及到的问题及解决办法总结一下，为后面进一步研究做铺垫。针对焊接质量的问题，我们得出在焊接时应保持接触面清洁和材料表面的粗糙度。要了解用户需求，针对特定的用户进行设计，设计出多种不同的外观形态，为不同的客户量身打造;在设计时还应该考虑情趣化的问题，设计出更加有情趣化的产品，营造轻松愉悦的环境。针对超声波焊接技术在产品设计中的展望，作者经过探索发现可以在工作时增加音乐播放功能，使焊接过程轻松、愉快。未来的超声波焊接技术也将更加的人性化。

【参考文献】

[1]关长石，费玉石.超声波焊接原理与实践[J].机械设计与制造，2004(6).

[2]朱政强，吴宗辉，范静辉.超声波金属焊接的研究现状与展望[J].焊接技术，2010，39(12).

原文 Ultrasonic distance meter Document Type and Number:United States Patent 5442592 Abstract:An ultrasonic distance meter cancels out the effects of temperature and humidity variations by including a measuring unit and a reference unit. In each of the units, a repetitive series of pulses is generated, each having a repetition rate directly related to the respective distance between an electroacoustic transmitter and an electroacoustic receiver. The pulse trains are provided to respective counters, and the ratio of the counter outputs is utilized to determine the distance being measured. Publication Date:08/15/1995 Primary Examiner:Lobo, Ian J. 一、BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to apparatus for the measurement of distance and, more particularly, to such apparatus which transmits ultrasonic waves between two points. Precision machine tools must be calibrated. In the past, this has been accomplished utilizing mechanical devices such as calipers, micrometers, and the like. However, the use of such devices does not readily lend itself to automation techniques. It is known that the distance between two points can be determined by measuring the propagation time of a wave travelling between those two points. One such type of wave is an ultrasonic, or acoustic, wave. When an ultrasonic wave travels between two points, the distance between the two points can be measured by multiplying the transit time of the wave by the wave velocity in the medium separating the two points. It is therefore an object of the present invention to provide apparatus utilizing ultrasonic waves to accurately measure the distance between two points. When the medium between the two points whose spacing is being measured is air, the sound velocity is dependent upon the temperature and humidity of the air. It is therefore a further object of the,present invention to provide apparatus of the type described which is independent of temperature and humidity variations. 二、SUMMARY OF THE INVENTION The foregoing and additional objects are attained in accordance with the principles of this invention by providing distance measuring apparatus which includes a reference unit and a measuring unit. The reference and measuring units are the same and each includes an electroacoustic transmitter and an electroacoustic receiver. The spacing between the transmitter and the receiver of the reference unit is a fixed reference distance, whereas the spacing between the transmitter and receiver of the measuring unit is the distance to be measured. In each of the units, the transmitter and receiver are coupled by a feedback loop which causes the transmitter to generate an acoustic pulse which is received by the receiver and converted into an electrical pulse which is then fed back to the transmitter, so that a repetitive series of pulses results. The repetition rate of the pulses is inversely related to the distance between the transmitter and the receiver. In each of the units, the pulses are provided to a counter. Since the reference distance is known, the ratio of the counter outputs is utilized to determine the desired distance to be measured. Since both counts are identically influenced by temperature and humidity variations, by taking the ratio of the counts, the resultant measurement becomes insensitive to such variations. 三、BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing will be more readily apparent upon reading the following description in conjunction with the drawing in which the single FIGURE schematically depicts apparatus constructed in accordance with the principles of this invention. 四、DETAILED DESCRIPTION Referring now to the drawing, there is shown a measuring unit 10 and a reference unit 12, both coupled to a utilization means 14. The measuring unit 10 includes an electroacoustic transmitter 16 and an electroacoustic receiver 18. The transmitter 16 includes piezoelectric material 20 sandwiched between a pair of electrodes 22 and 24. Likewise, the receiver 18 includes piezoelectric material 26 sandwiched between a pair of electrodes 28 and 30. As is known, by applying an electric field across the electrodes 22 and 24, stress is induced in the piezoelectric material 20. If the field varies, such as by the application of an electrical pulse, an acoustic wave 32 is generated. As is further known, when an acoustic wave impinges upon the receiver 18, this induces stress in the piezoelectric material 26 which causes an electrical signal to be generated across the electrodes 28 and 30. Although piezoelectric transducers have been illustrated, other electroacoustic devices may be utilized, such as, for example, electrostatic, electret or electromagnetic types. As shown, the electrodes 28 and 30 of the receiver 18 are coupled to the input of an amplifier 34, whose output is coupled to the input of a detector 36. The detector 36 is arranged to provide a signal to the pulse former 38 when the output from the amplifier 34 exceeds a predetermined level. The pulse former 38 then generates a trigger pulse which is provided to the pulse generator 40. In order to enhance the sensitivity of the system, the transducers 16 and 18 are resonantly excited. There is accordingly provided a continuous wave oscillator 42 which provides a continuous oscillating signal at a fixed frequency, preferably the resonant frequency of the transducers 16 and 18. This oscillating signal is provided to the modulator 44. To effectively excite the transmitter 16, it is preferable to provide several cycles of the resonant frequency signal, rather than a single pulse or single cycle. Accordingly, the pulse generator 40 is arranged, in response to the application thereto of a trigger pulse, to provide a control pulse to the modulator 44 having a time duration equal the time duration of a predetermined number of cycles of the oscillating signal from the oscillator 42. This control pulse causes the modulator 44 to pass a "burst" of cycles to excite the transmitter 16. When electric power is applied to the described circuitry, there is sufficient noise at the input to the amplifier 34 that its output triggers the pulse generator 40 to cause a burst of oscillating cycles to be provided across the electrodes 22 and 24 of the transmitter 16. The transmitter 16 accordingly generates an acoustic wave 32 which impinges upon the receiver 18. The receiver 18 then generates an electrical pulse which is applied to the input of the amplifier 34, which again causes triggering of the pulse generator 40. This cycle repeats itself so that a repetitive series of trigger pulses results at the output of the pulse former 38. This pulse train is applied to the counter 46, as well as to the pulse generator 40. The transmitter 16 and the receiver 18 are spaced apart by the distance "D" which it is desired to measure. The propagation time "t" for an acoustic wave 32 travelling between the transmitter 16 and the receiver 18 is given by: t=D/V s where V s is the velocity of sound in the air between the transmitter 16 and the receiver 18. The counter 46 measures the repetition rate of the trigger pulses, which is equal to 1/t. Therefore, the repetition rate is equal to V s /D. The velocity of sound in air is a function of the temperature and humidity of the air, as follows: ##EQU1## where T is the temperature, p is the partial pressure of the water vapor, H is the barometric pressure, Γ w and Γ a are the ratio of constant pressure specific heat to constant volume specific heat for water vapor and dry air, respectively. Thus, although the repetition rate of the trigger pulses is measured very accurately by the counter 46, the sound velocity is influenced by temperature and humidity so that the measured distance D cannot be determined accurately. In accordance with the principles of this invention, a reference unit 12 is provided. The reference unit 12 is of the same construction as the measuring unit 10 and therefore includes an electroacoustic transmitter 50 which includes piezoelectric material 52 sandwiched between a pair of electrodes 54 and 56, and an electroacoustic receiver 58 which includes piezoelectric material 60 sandwiched between a pair of electrodes 62 and 64. Again, transducers other than the piezoelectric type can be utilized. The transmitter 50 and the receiver 58 are spaced apart a known and fixed reference distance "D R ". The electrodes 62 and 64 are coupled to the input of the amplifier 66, whose output is coupled to the input of the detector 68. The output of the detector 68 is coupled to the pulse former 70 which generates trigger pulses. The trigger pulses are applied to the pulse generator 72 which controls the modulator 74 to pass bursts from the continuous wave oscillator 76 to the transmitter 50. The trigger pulses from the pulse former 70 are also applied to the counter 78. Preferably, all of the transducers 16, 18, 50 and 58 have the same resonant frequency. Therefore, the oscillators 42 and 76 both operate at that frequency and the pulse generators 40 and 72 provide equal width output pulses. In usage, the measuring unit 10 and the reference unit 12 are in close proximity so that the sound velocity in both of the units is the same. Although the repetition rates of the pulses in the measuring unit 10 and the reference unit 12 are each temperature and humidity dependent, it can be shown that the distance D to be measured is related to the reference distance D R as follows: i D=D R (1/t R )/(1/t) where t R is the propagation time over the distance D R in the reference unit 12. This relationship is independent of both temperature and humidity. Thus, the outputs of the counters 46 and 78 are provided as inputs to the microprocessor 90 in the utilization means 14. The microprocessor 90 is appropriately programmed to provide an output which is proportional to the ratio of the outputs of the counters 46 and 78, which in turn are proportional to the repetition rates of the respective trigger pulse trains of the measuring unit 10 and the reference unit 12. As described, this ratio is independent of temperature and humidity and, since the reference distance D R is known, provides an accurate representation of the distance D. The utilization means 14 further includes a display 92 which is coupled to and controlled by the microprocessor 90 so that an operator can readily determine the distance D. Experiments have shown that when the distance between the transmitting and receiving transducers is too small, reflections of the acoustic wave at the transducer surfaces has a not insignificant effect which degrades the measurement accuracy. Accordingly, it is preferred that each transducer pair be separated by at least a certain minimum distance, preferably about four inches. Accordingly, there has been disclosed improved apparatus for the measurement of distance utilizing ultrasonic waves. While an illustrative embodiment of the present invention has been disclosed herein, it is understood that various modifications and adaptations to the disclosed embodiment will be apparent to those of ordinary skill in the art and it is intended that this invention be limited only by the scope of the appended claims. 译文 超声波测距仪 文件类型和数目：美国专利5442592 摘要：提出了一种超声波测距仪来抵消的影响温度和湿度的变化，包括测量单元和参考资料。在每一个单位，重复的一系列脉冲的产生，每有一个重复率，直接关系到各自之间的距离，发射机和接收机。脉冲提供给各自的主机，和比例的反产出是利用确定的距离被衡量的。 出版日期： 1995年8月15日 主审查员：罗保.伊恩j. 一、背景发明 本发明涉及到仪器的测量距离，更特别是，这种仪器传送超声波两点之间。 精密机床必须校准。在过去，这已经完成利用机械设备，如卡钳，微米等。不过，使用这种装置并不容易本身自动化技术。据了解，该两点之间距离才能确定通过测量传播时间的浪潮往返那些两点。这样一个类型的波是一种超声波，或声，海浪。当超声波旅行两点之间，距离两个点之间可以衡量乘以过境的时间波由波速，在中期分开两点。因此，这是一个对象本发明提供仪器利用超声波准确测量两点之间距离。 当中等两个点之间的间距是被衡量的是空气，声速是取决于温度和空气相对湿度。因此，它是进一步对象的，现在的发明，提供仪器的类型所描述的是独立于温度和湿度的变化。 二、综述发明 前述的和额外的对象是达到了根据这些原则的这项发明提供距离测量仪器，其中包括一个参考的单位和测量单位。参考和测量单位是相同的，每个包括一电发射机和接收机一电。间隔发射器和接收器的参考股是一个固定的参考距离，而间距之间的发射机和接收机的测量单位是距离来衡量。在每一个单位，发射机和接收机是再加上由一个反馈环路导致发射机产生的声脉冲是由接收机和转换成一个电脉冲这是然后反馈到发射机，使重复一系列脉冲的结果。重复率脉冲是成反比关系之间的距离发射器和接收器。在每一个单位，脉冲提供一个反。由于参考的距离是众所周知，比例反产出是利用，以确定所期望的距离来衡量。由于这两方面都是相同的影响，温度和湿度的变化，采取的比例罪状，由此产生的测量变得麻木等变化。 三、简要说明图纸 前述将更加明显后，读下列的说明，在与该绘图并在其中单一数字schematically描绘仪器兴建根据这些原则的这项发明。 四、详细说明 谈到现在的绘图，有结果表明，测量单位和10个参考单位12个，均加上一个利用的手段14 。测量单位包括1 10电发射机16日和1电接收机18 。变送器16包括压电材料20夹心阶层之间的对电极的22日和24日。同样，接收机18个，包括压电材料26夹心阶层之间的对电极的28日和30日。作为众所周知，采用电场整个电极22日和24日，强调的是，诱导，在压电材料20 。如果该字段各有不同，如所申请的一个电脉冲，声波是32所产生的。为进一步众所周知，当声波影响到接收器18 ，这诱导应力，在压电材料26 ，导致一种电信号，以产生全国电极28日和30日。虽然压电传感器已说明，其他电声装置，可利用，例如，静电，驻极体或电磁类型。 如表所示，电极28日和30日的接收18岁以下的耦合的投入一34放大器，其输出耦合输入一个探测器36 。探测器36是安排提供一个信号，脉冲前38时，输出放大器34已经超过预定的水平。脉冲前38 ，然后产生一个触发脉冲，这是提供给脉冲发生器40 。在为了提高灵敏度，该系统，传感器16和18岁以下的共振兴奋。有相应的提供了一个连续波振荡器42提供了一个连续振荡信号在一个固定的频率，最好是共振频率的传感器16和18 。这个振荡信号是提供给调制器44 。要有效地激发发射机16 ，可取的做法是提供几个周期的共振频率信号，而不是一个单脉冲或单周期。因此，脉冲发生器40是安排，在回应的应用存在的一个触发脉冲，提供一个控制脉冲调制器44有一个时间的平等的时间，时间预定人数的周期振荡信号从振荡器42 。这个控制脉冲调制器的原因， 44个通过了“水管爆裂”的周期，以激发发射机16 。 当电力是适用于所描述的电路，有足够的噪音在输入到放大器34 ，其输出触发脉冲发生器40至造成了一片叫好声，振荡周期，以提供整个电极22日和24日的发射器16 。变送器16因此产生声波32条，其中影响到接收器18 。接收器18 ，然后产生一个电脉冲，这是适用于输入放大器的34 ，这再次触发原因的脉冲发生器40 。这个周期重演，使重复一系列的触发脉冲结果的输出脉冲前38 。这脉冲列车是应用到46个柜位，以及向脉冲发生器40 。 变送器16日和接收18岁以下的间隔，除了由距离的“ D ” ，它是理想的衡量。传播时间的“ T ”为一声波32往来变送器16日和接收18所给予的： = D的吨/视频s 凡v s是声速在空气中之间的发射机16日和接收18 。柜台46措施重复率触发脉冲，这是平等的1 /汤匙因此，重复率是平等的一至中五的S /四该声速空气中是一个功能的温度和湿度的空气，内容如下： ＃ ＃ ＃ ＃ equ1其中T是温度， P是局部的压力，水汽， H是该气压， γ瓦特和γ一顷的比例不断的压力，具体的热不断货量具体的热水汽和干燥的空气，分别。因此，虽然重复率触发脉冲测量非常准确地反46 ，声速的影响，温度和湿度，使测量的距离d无法确定准确。 根据这些原则的这项发明，参考单位提供的是12 。参考单位12是相同的建设为测量单位的10个，因此，包括一电发射机50个，其中包括压电材料52夹心之间的一对电极的54和56 ，和一电接收机58 ，其中包括压电材料60夹心阶层之间的一对电极60,61,62和64 。再次，传感器以外的其他类型压电可以利用。变送器50和接收五十八顷间隔，除了已知的和固定的参考距离“博士” 。电极60,61,62和64耦合到输入的放大器66 ，其输出是耦合的投入探测器68 。输出探测器68是耦合的脉搏，前70产生触发脉冲。触发脉冲应用到脉冲发生器的72个控制调制器74通过扫射从连续波振荡器76至变送器50 。触发脉冲从脉冲前70也适用于反78 。 最好是，所有的传感器16 ， 18 ， 50和58具有相同的共振频率。因此，振荡器42和76都在运作，频率和脉冲发电机40和第72条提供平等的输出脉冲宽度。 在用法上，测量装置10和参考资料股一十二顷在接近，使该声速在这两个单位是相同的。虽然留级率的脉冲在测量单位， 10和参考资料股十二顷每个温度和湿度的依赖性，能证明的距离D来衡量。 其中T R是传播时间超过距离博士在参考股12 。这种关系是独立于双方的温度和湿度。 因此，产出的柜台46和78所提供的投入微处理器的90个利用的手段14 。微处理器90是适当的程序提供了一个输出是成正比的比例，产出的柜台46和78 ，这反过来又是成正比的重复率分别触发脉冲列车的测量单位， 10和参考资料股12 。作为描述，这个比例是独立的温度和湿度，由于参考的距离，博士，是众所周知的，提供了一个准确的代表性距离四，利用手段， 14日还包括一个显示92这是耦合和控制的微处理器，使90一个经营者可以随时确定的距离四 实验表明，当之间的距离发射和接收传感器是太小了，思考的声波在传感器的表面有一个不小的作用，降低了测量精度。因此，最好是每换一双分开，至少由某一个最小距离，最好是约四英寸。 因此，已披露的改善仪器的测量距离，利用超声波。而一个说明性的体现，本发明已披露者外，据了解，各种修改和适应所披露的体现，将是显而易见的那些普通的技巧与艺术，这是打算把这个发明只限于由范围所附的索赔。