STM32单片机超声波测距系统的设计与实现+源程序(3)
1.2.2 自然超声波和人类认知过程
在自然界中，许多动物都是通过超声来定位和导航的，如鼠类、昆虫、蝙蝠、豚类和鲸类等。蝙蝠生活在黑暗的洞穴中，却丝毫不受光线和天气的影响，可以灵活的飞行和捕食，是因为它的耳朵和发声部位组成了一个小型“回声定位导航”系统。蝙蝠利用其特殊的喉部发出含有超声的唧唧叫声，超声遇到障碍物时即反射回来并被蝙蝠不寻常的灵敏耳朵和高度发达的听觉皮肤所接收和翻译，使蝙蝠能够快速准确的获取信息。它的这套系统在数据采集和处理方面具有很高的实时性和分辨力，灵敏度极高，甚至可以迅速捕捉到附近昆虫翅膀振幅小到100um的颤动，在蝙蝠的认知领域里起到人类眼睛的作用，准确辨别物体的形状和运行轨迹。海豚则是采用发射多个不同频率超声脉冲的方式进行准确定位的，根据80年代汪德昭院士主持的对白鳍豚声纳效应的研究，其发射的超声频率集中在7～30KHz。通过分析不同脉冲、不同频率超声的射程时间来探知、判定并捕食到它爱吃的鱼。研究动物的超声现象目的在于揭示自然界的奥秘，但更重要的是掌握超声的普遍规律，造福人类。
人类对超声波的认识是从18世纪末开始的，短短200年间，超声学成为近代声学分支中发展最快的一支，不仅构筑起规模庞大的超声理论体系，在超声发生装置和接收设备方面的研究也取得了长足的进步。1820年、Wollaston使用手摇大齿轮率先产生了24KHz的超声波，19世纪末，气哨出现，利用压缩气体通过狭缝形成气流所产生的空腔共振产生超声。沿着这个思路，60 KHz的超声发生装置很快被研制出来。但这些机械式超声产生装置对能量的转化都属于不可逆的，应用不够灵活，因此压电式换能器应运而生。受到压电晶体同时具有正逆压电效应的启发，压电式超声换能器被研制出来。这种换能器制作工艺简单，成本低廉，形式灵活，工作频率范围广，是目前应用最为普及的换能器。20世纪后期以来，以磁致伸缩材料特性为原理的磁致伸缩超声换能器和以高新激光尖端技术为主体的光声式超声波产生装置陆续出现，极大的改善了超声换能器的精确度和稳定性，拓展了超声波的应用领域。
1.2.3 超声波的现代化应用
超声波的应用大致可以分为两类：检测超声和功率超声。其中检测超声是利用超声的信息载体作用(超声在介质中的传播、散射、吸收、波形变换)来提取介质或介质内部结构的特性。在工业方面的应用如：超声探伤、测厚测距、流速流量、液位计、水位仪以及物质密度、浓度的测试；医学方面，超声还可用于诊断、碎石、成像(B超)等临床治疗手段。检测超声按照用途又可以分为超声检验和超声测量两种方式，超声检验是利用超声波进行介质和部件内部缺陷的探测，如绝缘材料老化过程中出现的分层、裂纹等缺陷。而超声测量则是利用和绝缘材料特性和状态有关的非声学量(如固体的弹性、硬度、黏结强度、应力等)与某些描述绝缘的超声特性量(如声速、衰减、相位、频谱等)之间存在的关系，通过这些超声量的测定来分析介质的特性、评价介质质量。本文即是超声测量的一个具体应用。
对于功率超声，原理则是利用超声的高能量、大功率和对物质的作用来改变物质的化学或物理性质和状态。主要应用有超声洗涤(超声波传播会引起介质中质点的振动，从而去污)、焊接、加工、促进化学和生物医学效应(用超声波产生的微小气泡来计算细菌的数目、促进新陈代谢和生物降解)等。超声在生物学领域的酶工程、发酵工程、细胞工程以及肿瘤的生物治疗中有很广阔的应用前景，是一个崭新的研究方向。