專利名稱：一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于超聲波測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用低頻正弦信號(hào)調(diào) 制超聲波，通過測(cè)量發(fā)射端與接收端的低頻正弦信號(hào)相位差來實(shí)現(xiàn)測(cè)量目標(biāo)與 發(fā)射機(jī)之間距離的的超聲波測(cè)距裝置。
背景技術(shù)：
近年來，超聲波測(cè)距法用得較多的是脈沖回波法和往復(fù)法。脈沖回波法是 通過測(cè)量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差來確定目標(biāo)的距離。往復(fù)法是利用 由介質(zhì)層返回的回波去觸發(fā)下一次信號(hào)的發(fā)射，這樣反復(fù)觸發(fā)并記錄觸發(fā)的次 數(shù)，在一定的時(shí)間內(nèi)，目標(biāo)的厚度就是觸發(fā)次數(shù)的函數(shù)。以上兩種方法實(shí)現(xiàn)起 來較為方便，電路簡(jiǎn)單，但工作于脈沖方式，抗干擾能力差，容易受到外界環(huán) 境因素的影響，而且自身兩探頭之間就會(huì)互相干擾，容易形成誤觸發(fā)，盲區(qū)較 大，測(cè)量精度受到極大地限制。同時(shí)，由于信號(hào)起伏、溫度對(duì)聲速的影響等原 因，超聲測(cè)距系統(tǒng)測(cè)距精度的提高受到很大的限制，這也影響到了超聲測(cè)距系 統(tǒng)在一些精度要求較高的場(chǎng)合的應(yīng)用。實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種根據(jù)相位差比較的超 聲波測(cè)距裝置的技術(shù)方案，用低頻正弦信號(hào)調(diào)制超聲波，通過測(cè)量發(fā)射端與接 收端的低頻正弦信號(hào)相位差來實(shí)現(xiàn)測(cè)量目標(biāo)與發(fā)射機(jī)之間的距離。所述的一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在于売體內(nèi)的低頻 信兮發(fā)生器產(chǎn)生的低頻正弦信號(hào)分成兩路， 一路進(jìn)入單片機(jī)處理器作為參考信
號(hào)，另一路通過調(diào)制器和超聲波驅(qū)動(dòng)電路對(duì)產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行調(diào)制，通過超聲 波發(fā)射探頭向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射超聲波，超聲波接收探頭接收被測(cè)目標(biāo)反射回來的 超聲波，超聲波信號(hào)通過調(diào)制解調(diào)器處理后傳送到單片機(jī)處理器。
所述的一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在于單片機(jī)處理器 上連接液晶顯示器。
所述的一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在于超聲波接收探 頭發(fā)出的信號(hào)通過前置放大器放大后傳輸?shù)秸{(diào)制解調(diào)器。
所述的一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在于低頻信號(hào)發(fā)生
器由單片機(jī)AT89S52和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832構(gòu)成。
所述的一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在于調(diào)制器中采用 數(shù)字鎖相環(huán)CD4046的壓控振蕩器產(chǎn)生40kHz的超聲波作為載波信號(hào)。
本實(shí)用新型精度高，能夠連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量，抗干擾能力強(qiáng)，采用低頻正弦信 號(hào)調(diào)制超聲波，通過測(cè)量發(fā)射端與接收端的低頻正弦信號(hào)相位差來實(shí)現(xiàn)測(cè)量目 標(biāo)與發(fā)射機(jī)之間的距離，通過改變正弦波信號(hào)的頻率，可以改變相位差對(duì)距離 的細(xì)分尺度，從而可提高測(cè)量精度，并且可達(dá)到切換測(cè)距量程的目的，可實(shí)現(xiàn) 不同測(cè)量距離要求下的最優(yōu)化測(cè)量精度。


圖1本實(shí)用新型的方框圖； 圖2相位差與輸出平均電平關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施方式
殼體2內(nèi)的低頻信號(hào)發(fā)生器5產(chǎn)生的低頻正弦信號(hào)分成兩路，低頻信號(hào)發(fā) 生器5由單片機(jī)AT89S52、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832構(gòu)成， 一路進(jìn)入單片機(jī)處理器 10作為參考信號(hào)，另一路通過調(diào)制器7和超聲波驅(qū)動(dòng)電路8采用調(diào)頻方法對(duì)產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行調(diào)制，以40KHz的超聲波作為載波，用低頻正弦波調(diào)制載波。 40KHz的載波由數(shù)字瑣相環(huán)CD4046的壓控振蕩器產(chǎn)生，壓控振蕩器的頻率受調(diào) 制波的控制，由此實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。d被調(diào)制的超聲波經(jīng)過功率放大之后驅(qū)動(dòng)超聲波 發(fā)射探頭9發(fā)射超聲波；通過超聲波接收探頭3接收被測(cè)目標(biāo)1反射回來的超 聲波信號(hào)，超聲波接收探頭3發(fā)出的信號(hào)通過前置放大器4放大后傳輸?shù)秸{(diào)制 解調(diào)器6，前置放大器4采用CX20106，調(diào)制解調(diào)器6為數(shù)字瑣相環(huán)CD4046。通 過調(diào)制解調(diào)器6處理后傳送到單片機(jī)處理器IO，單片機(jī)處理器10采用AT89S52。 通過前置放大器4和調(diào)制解調(diào)器6后得到接收到的低頻正弦信號(hào)送進(jìn)單片機(jī)處 理器10與參考信號(hào)進(jìn)行比較，比較兩信號(hào)的相位差并進(jìn)行計(jì)算后通過液晶顯示 器11顯示測(cè)量目標(biāo)與發(fā)射機(jī)之間的距離。 測(cè)量原理如下
設(shè)發(fā)射信號(hào)為 <formula>formula see original document page 5</formula>
式中，怖為發(fā)射信號(hào)的初始相位。
接收回波信號(hào)為
<formula>formula see original document page 5</formula>
式中，代為信號(hào)經(jīng)過電路引起的相位差；7為聲波往返的時(shí)間。 收發(fā)信號(hào)間的相位差為-
<formula>formula see original document page 5</formula>
通過移相電路將^抵消，可求得目標(biāo)距離為
<formula>formula see original document page 5</formula>
由上式可得出，距離與相位差成線性關(guān)系。而相位差 可轉(zhuǎn)化為直流電壓 U。這樣，距離S與相位差一的關(guān)系便轉(zhuǎn)化為距離S與直流電壓U的關(guān)系，通過 測(cè)量直流電壓u可間接求得目標(biāo)距離s。
當(dāng)兩個(gè)波形相位差在0 180度之間變化時(shí)，輸出波形的占空比隨之發(fā)生變 化，通過積分電路可得到輸出波形的平均電平，此電平與進(jìn)行比較的兩信號(hào)相 位差A(yù)4)的關(guān)系是A小=0時(shí)，Vd=0; △ <b=l/2 Ji時(shí)，Vd=l/2Vdd; A4)=n 時(shí)，Vd= Vdd。由此可作出相位差與輸出平均電平的曲線。
通過改變正弦信號(hào)波的頻率，可以改變相位差對(duì)距離的細(xì)分尺度，從而口T 提高測(cè)量精度，并且可達(dá)到切換測(cè)距量程的目的。
權(quán)利要求1.一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在于殼體(2)內(nèi)的低頻信號(hào)發(fā)生器(5)產(chǎn)生的低頻正弦信號(hào)分成兩路，一路進(jìn)入單片機(jī)處理器(10)作為參考信號(hào)，另一路通過調(diào)制器(7)和超聲波驅(qū)動(dòng)電路(8)對(duì)產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行調(diào)制，通過超聲波發(fā)射探頭(9)向被測(cè)目標(biāo)(1)發(fā)射超聲波，超聲波接收探頭(3)接收被測(cè)目標(biāo)(1)反射回來的超聲波，超聲波信號(hào)通過調(diào)制解調(diào)器(6)處理后傳送到單片機(jī)處理器(10)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在 于單片機(jī)處理器(10)上連接液晶顯示器(11)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在 于超聲波接收探頭(3)發(fā)出的信號(hào)通過前置放大器(4)放大后傳輸?shù)秸{(diào)制解 調(diào)器(6)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在 于低頻信號(hào)發(fā)生器(5)由單片機(jī)AT89S52和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，其特征在 于調(diào)制器(7)屮采用數(shù)字鎖相環(huán)CD4046的壓控振蕩器產(chǎn)生40kHz的超聲波作 為載波信號(hào)。
專利摘要一種根據(jù)相位差比較的超聲波測(cè)距裝置，屬于超聲波測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域。殼體內(nèi)的低頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的低頻正弦信號(hào)分成兩路，一路進(jìn)入單片機(jī)處理器作為參考信號(hào)，另一路通過調(diào)制器和超聲波驅(qū)動(dòng)電路對(duì)產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行調(diào)制，通過超聲波發(fā)射探頭向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射超聲波，超聲波接收探頭接收被測(cè)目標(biāo)反射回來的超聲波，超聲波信號(hào)通過調(diào)制解調(diào)器處理后傳送到單片機(jī)處理器。本實(shí)用新型采用低頻正弦信號(hào)調(diào)制超聲波，通過測(cè)量發(fā)射端與接收端的低頻正弦信號(hào)相位差來實(shí)現(xiàn)測(cè)量目標(biāo)與發(fā)射機(jī)之間的距離，通過改變正弦波信號(hào)的頻率，可以改變相位差對(duì)距離的細(xì)分尺度，從而可提高測(cè)量精度，并且可達(dá)到切換測(cè)距量程的目的，可實(shí)現(xiàn)不同測(cè)量距離要求下的最優(yōu)化測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01S15/00GK201177666SQ20082008288
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者沈常宇, 郭寶金, 金尚忠 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院