[發明專利]一種聲波測距裝置與方法

無效

• 申請號: 201310206527.5
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103308915A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 屈燕林
• 申請（專利權）人: 天津孚感科技有限公司
• 主分類號: G01S15/08
• 分類號: G01S15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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技術領域

本發明屬于自動化測控和智能儀器儀表領域，尤其涉及一種聲波測距裝置與方法。

背景技術

利用波的傳播原理進行測距是一種常用的測量方法，根據波的特性不同發明了很多的測距方法，如激光測距、紅外測距、微波測距、超聲波測距等，各種波的產生其機理略有差別，但測距方法的基本原理一樣。以上測距方法的實質是一種脈沖回波測距法，既用波的發生裝置產生需要的波并向被測目標發送，同時開始計時，當脈沖波到過后被測物體后被反射，當接收探頭接收到反射波后停止記時，得到的時間既波的傳播時間，由此可以計算出被測距離。脈沖回波法測距的優點是波的發射和反射方向相反，自動消除了風速風向對波速的影響。但由于各種波的特性不一樣，用于測距的效果也是不一樣的。

目前用于工業測距的波主要是電磁波和機械波中的超聲波，這是因為測距的精度與波的波長有相關性，通常波長越短，測距的精度越高，這是為什么激光測距的精度要高于超聲波測距的根本原因。而且波長越短，其方向性越好，對于脈沖回波法測距方式而言，方向性好則反射波強度高，有利降低測量噪聲。中國專利201210126584.8公開了一種超聲波測距方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：超聲波發射器與脈沖激光器處于發射端，所述發射端接收到測量命令后，所述脈沖激光器觸發一束脈沖激光，同時所述超聲波發射器觸發超聲波，將觸發的超聲波與外部時鐘源進行鎖相；超聲波接收器與光電二極管處于接收端，所述光電二極管接收到脈沖激光后，啟動計時器，所述超聲波接收器獲取接收的超聲波后，所述計時器停止，獲取渡越時間t?；所述渡越時間t?乘以根據環境溫度修正后的聲速v?獲取被測距離粗測值d″＝?vt；再獲取實測距離。又如中國專利201010266966.1公開了一種超聲波測距裝置，包括：超聲波發射接收模塊和控制模塊，其中，超聲波發射接收模塊和控制模塊相連并由控制模塊向超聲波發射接收模塊傳輸測距控制信號，由超聲波發射接收模塊向控制模塊傳輸超聲波數據信號。

但時，波的波長越短，其方向性越強，避遮擋的能力就越弱，這在一定程度上限制了脈沖回波測距方法在很多場合的應用，如對晃動目標測距、在可能有異物遮擋的山坡或灌木叢測距等。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種可采用波長較長的聲波進行測距并獲得很高的精度，適用范圍非常廣，特別是能應用于有遮擋的兩點測距的聲波測距裝置，包括主控單元，所述主控單元包括中央處理器A、聲波發生模塊A和聲波接收模塊A，所述中央處理器A分別與聲波發生模塊A和聲波接收模塊A連接，其特征在于還包括接收單元，所述接收單元包括中央處理器B、聲波發生模塊B、聲波接收模塊B和通訊模塊B，所述中央處理器B分別與聲波發生模塊B、聲波接收模塊B和通訊模塊B連接，所述主控單元還包括通訊模塊A，所述通訊模塊A與所述中央處理器A連接。

所述主控單元還包括溫度監測模塊A，所述溫度監測模塊A與所述中央處理器A連接，所述接收單元還包括溫度監測模塊B，所述溫度監測模塊B與所述中央處理器B連接。

所述聲波發生模塊A和聲波發生模塊B的使用頻率范圍均為20～2×10⁶?Hz。

所述聲波發生模塊A和聲波發生模塊B的核心器件為蜂鳴器或揚聲器，所述聲波接收模塊B聲波接收模塊B的核心器件為拾音器。

所述通訊模塊A和通訊模塊B采用串口、433M射頻、紅外、藍牙或wifi的方式實現通訊。

一種使用上述聲波測距裝置的測距方法，其特征在于包括如下步驟：

a.主控單元和接收單元分別置于被測兩點；

b.通訊模塊A與通訊模塊B通訊；

c.聲波發生模塊A發送聲波；

d.聲波接收模塊A和聲波接收模塊B分別接收聲波，并分別存儲于中央處理器A和中央處理器B內；

e.?中央處理器B內存儲的信息通過通訊模塊B與通訊模塊A傳輸到中央處理器A內，中央處理器A通過兩個接收波形計算相位時間差，再通過相位時間差和波速計算得到兩個被測點的距離A；

f.?聲波發生模塊B發出聲波，重復上述步驟d和步驟e，得到距離B；

g.?中央處理器A根據距離A和距離B計算得到實測距離。

相位時間差的計算方法為用相關性算法確定所接收的兩個波形產生于同一個聲波發生器，通過逐步平移其中一個接收波形與另一個接收波形進行相關性運算，當運算得到的相關性系數最大時表示兩個波形相位重疊，波形被平移的相位時間既為兩個波的相位時間差。