STM32单片机超声波测距系统的设计与实现+源程序(5)
（2） 声阻抗
声波从一种介质传播到另一种介质，在两个介质的分界面上一部分超声波被反射，另一部分透射过界面，在另一种介质内部继续传播。这样的两种情况称之为声波的反射和折射。
由物理学可知，当波在界面上产生反射时，入射角的正弦之比等于波速之比，当入射波和反射波的波型相同时，波速相同，入射角度等于反射角。当波在界面处产生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，等于入射波在第一介质中的波速与折射波在第二介质中的波速之比，即
(2.2)
超声波在两种介质的界面上的反射能量和透射能量的变化，取决于这两种介质的声阻抗之比。声阻抗定义为传声介质的密度P与声速C的乘积，用z表示。它是介质固有的一个常数，它的数值对超声波在介质中的传播非常重要，单位为瑞利(rayl)。
空气和钢铁的声阻抗相差甚远，垂直入射到空气和钢铁界面上的超声波几乎被反射。
（3） 声衰减
超声波在弹性介质中传播时，会发生能量的衰减，其产生原因可分为三个面：
(1)由于波前的扩展而产生的能量损失；
(2)超声波在介质中的散射而产生的能量损失，即散射衰减；
(3)由于介质内耗所产生的吸收衰减。
在平面波的情况下，距离声源x处的声压P和声强I的衰减规律为
式中 ——距离声源x=0处的声压；
——距离声源x=0处的声强；
——衰减系数，Np／cm(奈培／厘米)。
下面简要介绍吸收衰减和散射衰减。
1)吸收衰减。声波在介质中传播时，由于介质的粘滞性而造成的质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变为势能；同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，这就是介质的吸收现象。通常由于介质的吸收引起的超声波的衰减叫做粘滞衰减。
2)散射衰减。超声波在介质中传播遇到障碍物，当阻碍物的尺寸与超声波长可相比或更小时会产生散射衰减。产生散射衰减的因素很多，总的说来是由于介质阻抗的不连续性造成的。可分为两种情况，一是材料本身的不均匀，如具有不同密度和声速的两种材料的交界面，金属锻件中的杂质和气孔、晶体材料的各向异性等等；另一种是晶粒尺寸可以与超声波波长相比的粗晶粒材料，入射的超声波在晶界的反射散乱使得声能变为热能而损耗，这叫做晶粒散射。在多品金属材料中，晶粒散射往往是超声波衰减的主要原因之一。
介质的声衰减是很复杂的物理量。声衰减绝对值的测量比较烦琐，一般是测量的精度高。当所要测的介质特性与声速关系不明显时可用声衰减法。在媒质中含有散射粒子时，选择适当高的频率往往可使散射衰减成为衰减中的主要因素，于是通过对衰减量的测量可反映散射粒子的大小和多少、球墨铸铁的球化程度、泥浆的浓度等量都可利用这种原理来测量。
2.1.2 测距方法简介
常见的超声波测距原理和方法主要有脉冲回波法和相位差法两种。
Pellam 和Galt 于1946年提出了脉冲回波法，其工作原理是：用超声脉冲激励超声探头向外辐射超声波，同时接收从被测物体反射回来的超声波(简称回波)，通过检测或估计从发射超声波至接收回波所经历的射程时间ToF (Time of Flight)，按下式计算超声波探头与被测物体之间的距离d，即