專利名稱：一種超聲波測距方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子測量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超聲波測距方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超聲波測距已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，測量的精度也越來越高，但對于目前采用的超聲波 測距方法，當(dāng)被測物體距離超聲波探頭很近時(幾個厘米左右)，被測物體的反射波會在超聲 波探頭自由振蕩沒有結(jié)束之前到達探頭，這樣就在超聲探頭上同時存在兩個信號 一個是由 于自由振蕩產(chǎn)生的信號， 一個是被測物體反射的信號，兩個信號相互干擾，造成測距系統(tǒng)的 接收電路無法判斷信號中實際反射波的位置。 一般把超聲波探頭自由振蕩的時間所對應(yīng)的距 離稱為測試盲區(qū)，顯然，被測物體距離超聲波探頭越近，探頭自由振蕩對測量的影響就越大。
公知的盲區(qū)在40cm左右。對于40cm以下的距離，現(xiàn)有的超聲波測距儀器不能予以準(zhǔn)確

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種使盲區(qū)大大減小的超聲波測距方法。 本發(fā)明還提供一種超聲波測距系統(tǒng)。
一種超聲波測距方法，其特征在于設(shè)定第一閾值，當(dāng)被測物體距離大于第一閾值時， 采用諧振工作方式驅(qū)動超聲波探頭，當(dāng)被測物體的距離小于第一閾值時，使加在超聲波探頭 上的驅(qū)動信號的頻率偏離其諧振頻率。
進一步地，所述第一閾值為40 50CM。 進一步地，超聲波探頭的諧振頻率為40KHZ。
一種超聲波測距系統(tǒng)，包括超聲波探頭、微處理器、驅(qū)動模塊、信號采集模塊和顯示模 塊，微處理器與顯示模塊連接，微處理器輸出脈沖串給驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū) 動超聲波探頭發(fā)出超聲波；超聲波探頭檢測到的超聲波回波信號經(jīng)信號采集模塊后傳送給微 處理器，其特征在于系統(tǒng)設(shè)有第一閾值，系統(tǒng)至少包括兩種工作方式
a、 諧振工作方式，超聲波探頭工作于諧振頻率；當(dāng)被測物體距離大于第一閾值時，工作 于此方式；
b、 第二工作方式，加在超聲波探頭上的驅(qū)動信號的頻率偏離其諧振頻率；當(dāng)被測物體距 離小于第一閾值時，工作于此方式。
進一步地，當(dāng)被測距離由遠至近，被測距離由大于第一閾值減小至等于或小于第一閾值 時，系統(tǒng)從諧振工作方式自動轉(zhuǎn)換成第二工作方式。
3進一步地，當(dāng)被測距離由近至遠，被測距離由小于第一閾值增大至等于或大于第一閾值 時，系統(tǒng)從第二工作方式自動轉(zhuǎn)換成諧振工作方式。 進一步地，所述第一閾值為40 50CM。
進一步地，超聲波探頭的諧振頻率為40KHZ。 一般用于測距的超聲波探頭，其諧振頻率 都為40KHz。
進一步地，第二工作方式時，加在超聲波探頭上的驅(qū)動信號的頻率為80KHZ。 超聲波探頭在使用時一般會產(chǎn)生較長時間的自由振蕩，原因是人們?yōu)榱颂岣咛筋^的工作 效率，發(fā)射超聲波時，加在超聲波探頭上的驅(qū)動信號頻率都等于探頭中壓電陶瓷片的諧振頻 率，所以當(dāng)關(guān)閉超聲波探頭上的驅(qū)動信號，使其從發(fā)送模式轉(zhuǎn)為接收模式時，壓電陶瓷片還 會存在一段較長時間的衰減自由振蕩，正是這個振蕩，對反射信號形成了干擾，使得近距離 的測量非常困難。
采用本發(fā)明所述的超聲波測距方法，當(dāng)被測物體的距離小于第一閾值時，使加在超聲波 探頭上的驅(qū)動信號的頻率偏離其諧振頻率，當(dāng)關(guān)閉超聲波探頭上的驅(qū)動信號，使其從發(fā)送模 式轉(zhuǎn)為接收模式時，由于原先壓電陶瓷片不是處于諧振狀態(tài)，所以自由振蕩衰減很快，即自 由振蕩維持的時間很短，測量盲區(qū)大為減小，可測量的距離可以縮短，實現(xiàn)了微距測量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可大大減小測量盲區(qū)，可將公知的40cm的盲區(qū)降至10cm以下。


圖l是超聲波測距系統(tǒng)的框圖。
圖2是本發(fā)明的原理示意圖。
圖3是常規(guī)測量方法的工作波形示意圖。
圖4是本發(fā)明在微距測量時工作波形的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地說明。
從圖3、圖4對比可知，當(dāng)超聲波探頭工作在非諧振方式下，由自由振蕩產(chǎn)生的測量盲區(qū) 明顯減小，既可測物體的距離比常規(guī)方法更短。
根據(jù)本發(fā)明的原理，可以用下面的方案實現(xiàn)小盲區(qū)的超聲波測距系統(tǒng)。如圖1所示，一 種超聲波測距系統(tǒng)，包括超聲波探頭、微處理器、驅(qū)動模塊、信號采集模塊和顯示模塊，微 處理器與顯示模塊連接，顯示模塊主要用于顯示測量結(jié)果，微處理器輸出脈沖串給驅(qū)動模塊， 驅(qū)動模塊產(chǎn)生驅(qū)動信號驅(qū)動超聲波探頭發(fā)出超聲波；超聲波探頭檢測到的超聲波回波信號經(jīng) 信號采集模塊后傳送給微處理器，系統(tǒng)設(shè)有第一閾值，系統(tǒng)至少包括兩種工作方式a、 諧振工作方式，超聲波探頭工作于諧振頻率；當(dāng)被測物體距離大于第一閾值時，工作 于此方式；
b、 第二工作方式，加在超聲波探頭上的驅(qū)動信號的頻率偏離其諧振頻率；當(dāng)被測物體距 離小于第一閾值時，工作于此方式。由于公知的盲區(qū)為40CM，因此第一閾值最好為40 50CM， 第一閾值優(yōu)選40CM。
當(dāng)被測物體距離大于第一閾值40CM時，系統(tǒng)的工作與常規(guī)的超聲波測距系統(tǒng)一致測距 時，由微處理器輸出一個約IO個周期，頻率為40KHz的脈沖串(脈沖串的持續(xù)時間約為250us) 給驅(qū)動模塊，同時微處理器內(nèi)部的計數(shù)器清零并開始計數(shù)，脈沖串發(fā)送完畢后，系統(tǒng)立即轉(zhuǎn)入 接收方式，當(dāng)被測物體產(chǎn)生的回波到達后，超聲波探頭將回波傳送到信號采集模塊，信號采 集模塊的前置放大器對回波進行適當(dāng)放大后，并由包絡(luò)檢波器對回波信號進行檢波，使其變 成一個電脈沖，利用比較器設(shè)置一個利用這個脈沖使微處理器產(chǎn)生中斷。微處理器一旦進入 中斷，立即停止計數(shù)器的計數(shù)。由于計數(shù)器的計數(shù)脈沖是已知的，所以根據(jù)計數(shù)器的計數(shù)值， 利用公式！^S承T^N/2就可計算出被測物體的距離(式中L為被測的距離；S為聲速；T為計 數(shù)脈沖的周期；N為計數(shù)器的計數(shù)值)。
.當(dāng)被測物體距離小于第一閾值40CM時，系統(tǒng)工作于第二工作方式，工作過程與遠距離模 式基本相同，只是由微處理器輸出的約IO個周期的脈沖串的頻率變?yōu)?0KHz的(脈沖串的持 續(xù)時間約為125us)，由前述原理可知，在微處理器發(fā)送完脈沖串，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入接收方式時，探 頭中壓電陶瓷片的余振衰減很快，系統(tǒng)可以識別更近距離物體的回波，測量距離可近至10CM 以下，實現(xiàn)了微距測量。
根據(jù)本發(fā)明的原理，超聲波測距系統(tǒng)可以包括三種或者更多種工作方式，舉個例子來說， 超聲波測距系統(tǒng)包括三種工作方式
al、諧振工作方式，超聲波探頭工作于諧振頻率40KHz;當(dāng)被測物體距離大于第一閾值 40CM時，工作于此方式；
bl、第二工作方式，加在超聲波探頭上的驅(qū)動信號的頻率為60KHz;當(dāng)被測物體距離小于 第一閾值40CM，且大于30CM時，工作于此方式；
cl、第三工作方式，加在超聲波探頭上的驅(qū)動信號的頻率為80KHz;當(dāng)被測物體距離小于 30CM時，工作于此方式。
權(quán)利要求
1、一種超聲波測距方法，其特征在于設(shè)定第一閾值，當(dāng)被測物體距離大于第一閾值時，采用諧振工作方式驅(qū)動超聲波探頭，當(dāng)被測物體的距離小于第一閾值時，使加在超聲波探頭上的驅(qū)動信號的頻率偏離其諧振頻率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波測距方法，其特征在于所述第一閾值為40 50CM。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波測距方法，其特征在于:超聲波探頭的諧振頻率為40KHZ。
4、 一種超聲波測距系統(tǒng)，包括超聲波探頭、微處理器、驅(qū)動模塊、信號采集模塊和顯示 模塊，微處理器與顯示模塊連接，微處理器輸出脈沖串給驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊產(chǎn)生驅(qū)動信號 驅(qū)動超聲波探頭發(fā)出超聲波；超聲波探頭檢測到的超聲波回波信號經(jīng)信號采集模塊后傳送給微處理器，其特征在于系統(tǒng)設(shè)有第一閾值，系統(tǒng)至少包括兩種工作方式a、 諧振工作方式，超聲波探頭工作于諧振頻率；當(dāng)被測物體距離大于第一閾值時，工作 于此方式；b、 第二工作方式，加在超聲波探頭上的驅(qū)動信號的頻率偏離其諧振頻率；當(dāng)被測物體距 離小于第一閾值時，工作于此方式。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)被測距離由遠至近，被測距離由大于第一閾值減小至等于或小于第一閾值時，系統(tǒng)從諧振工作方式自動轉(zhuǎn)換成第二工作 方式。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)被測距離由近至遠，被測距 離由小于第一閾值增大至等于或大于第一閾值時，系統(tǒng)從第二工作方式自動轉(zhuǎn)換成諧振工作 方式。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4至6任一項所述的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于所述第一閾值為 40 50CM。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于:超聲波探頭的諧振頻率為40KHZ。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲波測距系統(tǒng)，其特征在于第二工作方式時，加在超聲波 探頭上的驅(qū)動信號的頻率為80KHZ。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子測量技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種超聲波測距方法及其系統(tǒng)。一種超聲波測距方法，設(shè)定第一閾值，當(dāng)被測物體距離大于所述第一閾值時，采用諧振工作方式驅(qū)動超聲波探頭，當(dāng)被測物體的距離小于第一閾值時，使加在超聲波探頭上的驅(qū)動信號的頻率偏離其諧振頻率。本發(fā)明還公開了一種采用上述方法的超聲波測距系統(tǒng)，包括超聲波探頭、微處理器、驅(qū)動模塊、信號采集模塊合顯示模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可大大減小測量盲區(qū)，可將公知的40cm的盲區(qū)降至10cm以下。
文檔編號G01S7/523GK101458332SQ20091003653
公開日2009年6月17日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者周衛(wèi)星, 笛 秦 申請人:華南師范大學(xué)