[發明專利]一種相位比較式超聲波距離測量裝置

在審

• 申請號: 201410417740.5
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN104155655A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 曹二林
• 申請（專利權）人: 江蘇德易普傳感科技有限公司
• 主分類號: G01S15/08
• 分類號: G01S15/08
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種相位比較式超聲波距離測量裝置，具體涉及一種超聲波傳感器的高精距離測量技術。

背景技術

利用光學、電磁波、磁場強度等的原理是進行高精距離測量的通常手段。然而采用這些方法進行高精距離測量通常需要昂貴的測量探頭以及強大的信號處理單元，這樣就會使得測量裝置的造價昂貴，而無法在工業領域被普及應用。超聲波技術是一種廉價的測量手段，超聲波的顯著特征是頻率高、波長短、繞射現象小，方向性好，并且在傳播時遇到雜質或分界面就會有顯著的反射。

超聲波在空氣中傳播時的傳播速度會根據空氣環境的密度、濕度、溫度等而表現不同，通常溫度對其影響較大。15℃時超聲波在空氣中的傳播速度為340米/秒，根據計算，其測量頻率大致為40KHz，相對應的波長約為8.5mm，這就決定了通常意義的超聲波測距產品精度只能控制在毫米范圍，同時由于溫度的影響，還會存在0.2-0.5mm的精度誤差。這樣的誤差范圍在很多情況下，對于工業生產領域是無法接受的。

一些超聲波測量裝置制造商在裝置內加入了溫度測量裝置，這樣通過溫度校正可以減少溫度對測量的影響，但仍然無法大幅提高超聲測量裝置的測量精度。因此超聲波距離測量裝置很少被用來進行高精密的測量。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中因環境因素的影響，很難實現高精度的測量，提供一種相位比較式超聲波距離測量裝置，其裝置的測量精度可以達到1μm，同時成本低，適用范圍廣，安全可靠。

一種相位比較式超聲波距離測量裝置，包括：發射探頭、接收探頭、超聲探頭驅動電路、信號濾波器、放大電路、積分器、乘法器、低通濾波器以及信號處理電路；所述的信號處理電路與超聲探頭驅動電路相連接，超聲探頭驅動電路與發射探頭相連接，信號處理電路的輸出信號經超聲探頭驅動電路的處理輸入給發射探頭；所述的接收探頭、信號濾波器、放大電路、積分器、乘法器、低通濾波器以及信號處理電路依次相連接；信號處理電路的輸出端與乘法器的輸入端相連接；將發射探頭的發射信號和接收探頭的接收信號經乘法器和低通濾波器處理后送至給信號處理電路，并通過信號處理電路的中央處理器的計算后得到測試距離。

進一步，所述的超聲探頭驅動電路包括數模轉換和功率放大電路；

進一步，所述的信號處理電路包括模數轉換器和中央處理器；

進一步，所述發射探頭和所述的接收探頭為工作頻率為1MHz的電壓式探頭；

進一步，所述發射探頭和所述的接收探頭的端面配備聲透鏡。

有益效果：本方案通過對發射探頭的發射信號和接收探頭的回波信號的運算及處理，得到待測的距離，間接減小了環境因素的影響系數。又因發射探頭和接收探頭為工作頻率為1MHz的電壓式探頭，可得到高達1μm的測距精度。

附圖說明

圖1為本發明的相位比較式超聲波距離測量裝置的方框圖；

圖2為超聲波測距裝置的原理示意圖；

圖3為發射波與接受波間相位差示意圖；

圖中1-發射探頭，2-接收探頭，3-1超聲波發射波，3-2超聲波回波，4-待測物反射面，5-信號處理器MCU，6-D/A轉換器，7-功率放大器，8-信號濾波器，9-放大電路，10-積分器，11-乘法器，12-低通濾波器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。