基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距方法及其裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲波測距技術，具體為基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]利用傳感器測量距離的方法一般有激光測距、超聲波測距和電渦流測距三種。電渦流測距傳感器靈敏度高，測量范圍有限(I?10mm)，僅適于近距離測試。激光測距傳感器適用于遠距離測量，測量范圍可達幾公里甚至更遠，其對環(huán)境要求較高，煙霧、灰塵等對激光傳播影響大。超聲波傳感器測距測量范圍2cm-7m，往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制。
[0003]頻率在20KHz以上的聲波稱為超聲波，由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優(yōu)點，常用于距離的測量。它主要應用在物距測量、物位測量、倒車雷達、液面高度測量、機器人的研制等。其測距原理為:超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物即返回，超聲波接收器收到反射波即停止計時，空氣中聲速340m/s，根據計時器記錄時間t，發(fā)射點距離障礙物s=170t。
[0004]傳統(tǒng)的超聲波測距傳感器都只發(fā)射同一頻率的超聲波，通過一個微秒級的周期性觸發(fā)信號觸發(fā)，傳感器內部循環(huán)發(fā)出8個頻率相同40KHz的脈沖信號，同時計時器開始計時，當超聲波接收器一端檢測有回波信號輸出回響信號時停止計時。此方法的可見誤差在于不能確定接收到的回波信號是來自8個循環(huán)信號中的哪一個，只要檢測到任一個回波信號，即停止計時，當待測物體表面不平整或不垂直于超聲波傳輸方向時，接收到的回波信號有可能是上一個發(fā)射周期中的超聲波脈沖信號經多個表面反射回來，且傳感器無法識別回波信號，此時得到的記錄時間t并非實際中超聲波脈沖經歷傳感器與待測物體間一個來回的時間，此時產生的誤差較大。待測距離由回波信號時間計算，因此所測距離誤差較大。
[0005]常見的減小測量誤差，提高測量精度的方法即在待測物體上安裝反射器，使其盡量與超聲波信號方向垂直，提高測量精度。即便如此測量精度提高程度仍有限。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明解決現有超聲波測距技術測量精度低的問題，提供一種基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距方法及其裝置。
[0007]本發(fā)明是采用如下技術方案實現的:基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距方法，包括在一個測量周期內的超聲波脈沖信號的發(fā)射和接收，所發(fā)射的超聲波脈沖信號為8個不同頻率的超聲波脈沖信號，在每個頻率的超聲波脈沖信號的發(fā)射時刻開始計時，在接收到對應頻率的回波信號時停止計時，這樣，最多得到8個時間值，將這些時間值取算術平均值得到這個測量周期的超聲波脈沖信號傳播時間的計算值h，帶入公式s=170 h中，即得到距待測物體的距離S。
[0008]基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距裝置，包括控制單元MCU，控制單元MCU的信號輸出端連接超聲波發(fā)生電路，超聲波發(fā)生電路與超聲波發(fā)生器連接；控制單元MCU的信號輸入端連接超聲波接收電路，超聲波接收電路與超聲波接收器連接；在控制單元MCU發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號的控制下，超聲波發(fā)生電路在每一個觸發(fā)脈沖信號周期內產生8個不同頻率的超聲波脈沖信號并施加于超聲波發(fā)生器，使超聲波發(fā)生器發(fā)出8個不同頻率的超聲波脈沖，控制單元MCU在每個頻率的超聲波脈沖的發(fā)射時刻開始計時并存儲8個超聲波脈沖的頻率值；超聲波接收器接收到對應頻率的回波信號并傳送給超聲波接收電路，超聲波接收電路測算得到對應頻率的回波信號的頻率值并傳送給控制單元MCU，控制單元MCU在接收到對應頻率的回波信號的頻率值時停止計時，這樣，控制單元MCU最多得到8個時間值，將這些時間值取算術平均值得到這個觸發(fā)脈沖信號周期的超聲波脈沖信號傳播時間的計算值h，帶入公式s=170 h中，即得到距待測物體的距離S。
[0009]本發(fā)明所述方法及裝置測距精度高。技術方案設計新穎、獨特，適用于各種距離測量領域。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明所述裝置的結構示意圖；
圖2為控制單元MCU發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號；
圖3為超聲波發(fā)生電路產生的超聲波脈沖信號；
圖4為超聲波發(fā)生器的結構示意圖。
[0011]圖中:1 一控制單元MCU，2 —超聲波發(fā)生電路，3 —超聲波接收電路，4 一超聲波發(fā)生器，5 —超聲波接收器，6 —待測物體，41 一壓電晶片，42 —共振片，43 —電極。
【具體實施方式】
[0012]基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距方法，包括在一個測量周期內的超聲波脈沖信號的發(fā)射和接收，所發(fā)射的超聲波脈沖信號為8個不同頻率的超聲波脈沖信號，在每個頻率的超聲波脈沖信號的發(fā)射時刻開始計時，在接收到對應頻率的回波信號時停止計時，這樣，最多得到8個時間值，將這些時間值取算術平均值得到這個測量周期的超聲波脈沖信號傳播時間的計算值h，帶入公式s=170 h中，即得到距待測物體的距離S。
[0013]基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距裝置，包括控制單元MCU1，控制單元MCU的信號輸出端連接超聲波發(fā)生電路2，超聲波發(fā)生電路2與超聲波發(fā)生器4連接；控制單元MCUl的信號輸入端連接超聲波接收電路3，超聲波接收電路3與超聲波接收器5連接；在控制單元MCU發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號的控制下，超聲波發(fā)生電路在每一個觸發(fā)脈沖信號周期內產生8個不同頻率的超聲波脈沖信號并施加于超聲波發(fā)生器，使超聲波發(fā)生器發(fā)出8個不同頻率的超聲波脈沖，控制單元MCU在每個頻率的超聲波脈沖的發(fā)射時刻開始計時并存儲8個超聲波脈沖的頻率值；超聲波接收器接收到對應頻率的回波信號并傳送給超聲波接收電路，超聲波接收電路測算得到對應頻率的回波信號的頻率值并傳送給控制單元MCU，控制單元MCU在接收到對應頻率的回波信號的頻率值時停止計時，這樣，控制單元MCU最多得到8個時間值，將這些時間值取算術平均值得到這個觸發(fā)脈沖信號周期的超聲波脈沖傳播時間的計算值t(i，帶入公式s=170 中，即得到距待測物體的距離S。
[0014]超聲波發(fā)生器4包括8種固有頻率的壓電晶片41和共振片42，壓電晶片41上設有電極43。電極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片產生共振，帶動共振片，產生超聲波。
【主權項】
1.基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距方法，包括在一個測量周期內的超聲波脈沖信號的發(fā)射和接收，其特征在于，所發(fā)射的超聲波脈沖信號為8個不同頻率的超聲波脈沖信號，在每個頻率的超聲波脈沖信號的發(fā)射時刻開始計時，在接收到對應頻率的回波信號時停止計時，這樣，最多得到8個時間值，將這些時間值取算術平均值得到這個測量周期的超聲波脈沖信號傳播時間的計算值、，帶入公式s=170 h中，即得到距待測物體的距離S。
2.基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距裝置，包括控制單元MCU(I )，控制單元MCU的信號輸出端連接超聲波發(fā)生電路(2)，超聲波發(fā)生電路(2)與超聲波發(fā)生器(4)連接；控制單元MCU (I)的信號輸入端連接超聲波接收電路(3)，超聲波接收電路(3)與超聲波接收器(5)連接；其特征在于，在控制單元MCU發(fā)出的觸發(fā)脈沖信號的控制下，超聲波發(fā)生電路在每一個觸發(fā)脈沖信號周期內產生8個不同頻率的超聲波脈沖信號并施加于超聲波發(fā)生器，使超聲波發(fā)生器發(fā)出8個不同頻率的超聲波脈沖，控制單元MCU在每個頻率的超聲波脈沖的發(fā)射時刻開始計時并存儲8個超聲波脈沖的頻率值；超聲波接收器接收到對應頻率的回波信號并傳送給超聲波接收電路，超聲波接收電路測算得到對應頻率的回波信號的頻率值并傳送給控制單元MCU,控制單元MCU在接收到對應頻率的回波信號的頻率值時停止計時，這樣，控制單元MCU最多得到8個時間值，將這些時間值取算術平均值得到這個觸發(fā)脈沖信號周期的超聲波脈沖傳播時間的計算值h，帶入公式s=170 h中，即得到距待測物體的距離S。
3.根據權利要求2所述的基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距裝置，其特征在于，超聲波發(fā)生器(4)包括8種固有頻率的壓電晶片(41)和共振片(42)，壓電晶片(41)上設有電極(43)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及超聲波測距技術，具體為基于多種發(fā)射頻率的超聲波測距方法及其裝置。解決現有超聲波測距技術測量精度低的問題。該超聲波測距方法包括在一個測量周期內的超聲波脈沖信號的發(fā)射和接收，所發(fā)射的超聲波脈沖信號為8個不同頻率的超聲波脈沖信號，在每個頻率的超聲波脈沖信號的發(fā)射時刻開始計時，在接收到對應頻率的回波信號時停止計時，這樣，最多得到8個時間值，將這些時間值取算術平均值得到這個測量周期的超聲波脈沖信號傳播時間的計算值t0，帶入公式s=170t0中，即得到距待測物體的距離s。本發(fā)明所述方法及裝置測距精度高。技術方案設計新穎、獨特，適用于各種距離測量領域。
【IPC分類】G01S15-08
【公開號】CN104536003
【申請?zhí)枴緾N201510018200
【發(fā)明人】郭瑞敏, 趙銳, 鐘曉霞
【申請人】國家電網公司, 國網山西省電力公司大同供電公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月14日