專利名稱：一種減小超聲波測(cè)距裝置盲區(qū)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種利用聲波反射原理的超聲波測(cè)距裝置的信號(hào)處理方法，特別是涉及工業(yè)用超聲波物位測(cè)量裝置的信號(hào)處理方法。這種裝置所用的探頭由單個(gè)超聲波換能器構(gòu)成。利用本發(fā)明方法可大幅度地減小這種裝置的盲區(qū)。
公知的利用聲波反射原理的超聲波測(cè)距裝置，按其所使用的超聲波探頭的不同可分為兩類。第一類其探頭由兩個(gè)超聲波換能器構(gòu)成，其中一個(gè)完成超聲波的發(fā)射，另一個(gè)完成超聲波的接收，為獲得較大的靈敏度，二個(gè)換能器必須是諧振頻率相同且大多數(shù)需要處于同一結(jié)構(gòu)中，使得探頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作困難，且體積較大，很多場(chǎng)合不能使用。第二類超聲測(cè)距裝置所使用的探頭由單個(gè)換能器構(gòu)成，超聲波的發(fā)射與接收由同一換能器完成。其優(yōu)點(diǎn)是探頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)制作困難，控制電路簡(jiǎn)單，工作可靠;不足之處是存在較大的盲區(qū)。在實(shí)際的超聲波測(cè)距裝置中為得到一定的接收靈敏度，發(fā)射波需要有一定的時(shí)間寬度，而且當(dāng)規(guī)定的超聲波發(fā)射完后，換能器還存在余振，仍有不斷衰弱的超聲波發(fā)出。若使用收發(fā)合一的單換能器，那么當(dāng)聲波反射體位置發(fā)生變化與探頭距離較近時(shí)，首次回波(包括換能器的余振)會(huì)與發(fā)射波疊加在一起，造成回波無(wú)法分辨，這一段距離即為盲區(qū)。公知的第二類超聲測(cè)距裝置由于均是通過(guò)首次回波來(lái)辨別物體位置，因而都存在這一盲區(qū)問題。公知的盲區(qū)均在40cm左右，有的高達(dá)80cm以上。為了克服盲區(qū)影響，在安裝超聲波探頭時(shí)，需將其位置提高或后移，這在有些應(yīng)場(chǎng)所會(huì)造成很大的不便。
本發(fā)明要解決的問題是大幅度減小前述第二類測(cè)距裝置的盲區(qū)。
當(dāng)超聲波探頭距聲波反射體較近時(shí)，由于在探頭與聲波反射體之間的超聲波衰減得小，探頭不僅可以接收到一次回波(即首次回波)，而且可以接收到二次甚至三次等多次回波，即n次回波，相鄰回波之間的時(shí)間間隔相同。當(dāng)超聲波發(fā)射能量一定時(shí)，探頭與聲波反射體越近，n值越大。當(dāng)一次回波與發(fā)射波重疊時(shí)，二次回波等后續(xù)回波仍然可以分辨出來(lái)，只是接收時(shí)間相應(yīng)增大幾倍。依此類推，當(dāng)n次回波與發(fā)射波重疊時(shí)，可以分辨出n+1次回波，但接收時(shí)間一次回波的n+1倍。
由于聲波(包括超聲波、次聲波)在同一介質(zhì)(如空氣、水)中的傳播速度一定且公知，所以當(dāng)測(cè)出從聲波發(fā)射到一次回波被接收所用的時(shí)間時(shí)，被測(cè)距離也就可以確定了，即設(shè)聲速為v，一次回波接收時(shí)間為t1，則被測(cè)距離為L(zhǎng)＝v·t1/2。而一次回波與發(fā)射波發(fā)生重疊時(shí)，可以檢測(cè)到二次回波，接收到二次回波所用時(shí)間t3為接收到一次回波所用時(shí)間t1的兩倍，根據(jù)這一時(shí)間的突變，可以判別回波為二次回波，這時(shí)的被測(cè)距離L＝v·t2/4。同樣我們也可以利用三次或三次以上的回波來(lái)判別被測(cè)距離。依此類推，當(dāng)m次回波與發(fā)射波重疊時(shí)，我們可以利用n(n＞m)次回波來(lái)得出被測(cè)距離，公式為L(zhǎng)＝v·tn/(2n)。進(jìn)一步講，只要探頭與聲波反射體較近時(shí)，我們就可以利用n次回波來(lái)測(cè)量距離，而不必等到前面的n-1次回波與發(fā)射波重疊時(shí)才利用這種檢測(cè)方法。利用這種檢測(cè)方法使得測(cè)量盲區(qū)大幅度減小。
應(yīng)當(dāng)注意的是我們上面所述的n值并不是無(wú)限大的，它與超聲波的發(fā)射功率有關(guān);同時(shí)可利用的n值也是有限的，它決定于發(fā)射波及回波的寬度，當(dāng)探頭與物體極近時(shí)，各次回波也會(huì)由于自身均有一定的寬度而重疊，這時(shí)要測(cè)出物體的真實(shí)位置是很困難的。
由于電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路及微計(jì)算機(jī)(特別是單片機(jī))的發(fā)展，我們完成以上利用n次回波來(lái)測(cè)量近距離的方法能夠得以實(shí)現(xiàn)。使用這種方法的測(cè)距裝置的盲區(qū)在10cm左右，已完全滿足實(shí)際應(yīng)用的需要了。
以下是實(shí)現(xiàn)上述方法的最佳(非限定的)實(shí)施例。
附圖
是一種測(cè)距裝置的方框圖及信號(hào)流程圖，其以微機(jī)作為控制及信號(hào)處理的主體，由它發(fā)出各種控制信號(hào)，同時(shí)對(duì)各種輸入信號(hào)進(jìn)行識(shí)別處理，這種裝置是以下述方式實(shí)現(xiàn)上述利用n次回波來(lái)測(cè)距的方法的。
在一個(gè)工作周期內(nèi)，首先由微機(jī)發(fā)出一組信號(hào)控制發(fā)射電路工作;同時(shí)微機(jī)開始計(jì)時(shí)，發(fā)射電路將一束電脈沖輸出給由單個(gè)超聲波換能器構(gòu)成的探頭，驅(qū)動(dòng)探頭向外發(fā)出一束超聲波，超聲波傳播到聲波反射體處時(shí)被反射，形成回波;回波又被探頭所收到而將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐皇娒}沖，為接收電路所接收，接收電路向微機(jī)發(fā)出回波收到信號(hào);微機(jī)根據(jù)回波收到信號(hào)結(jié)束計(jì)時(shí)，此計(jì)時(shí)時(shí)間即為回波收到時(shí)間;微機(jī)將此回波時(shí)間與前一次工作周期時(shí)的回波收到時(shí)間比較，若兩者近似倍數(shù)關(guān)系，說(shuō)明這一工作周期內(nèi)的回波與前一次工作周期收到的回波非同次回波，微機(jī)將根據(jù)不同情況利用前述方法進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理，然后將測(cè)距實(shí)際值輸出到顯示裝置進(jìn)行顯示。微機(jī)將此工作周期所得到的回波收到時(shí)間及所判斷出的回波所屬次數(shù)記憶起來(lái)，以便下一工作周期時(shí)用來(lái)進(jìn)行判斷比較。在每一個(gè)工作周期內(nèi)，微機(jī)可向接收電路發(fā)出接收禁止信號(hào)，以禁止前面的m次回波的接收，而接收所要利用的n次回波，n＞m。
權(quán)利要求
1.一種減小超聲波測(cè)距裝置盲區(qū)的信號(hào)處理方法，這種裝置利用聲波反射原理且其超聲波探頭由單個(gè)超聲波換能器構(gòu)成，本方法的特征在于當(dāng)超聲波探頭與反射超聲波的物體位置較近時(shí)，可識(shí)別尚存在的未與發(fā)射波(包括換能器余振)及前面的m次回波重疊的第n次回波并利用第n次回波收到時(shí)間來(lái)得出被測(cè)距離L，公式為L(zhǎng)=v·tn/(2n)，v為已知的超聲波在介質(zhì)中的傳播速度，n與m均為自然數(shù)(n＞m)。
全文摘要
一種減小超聲波測(cè)距裝置盲區(qū)的信號(hào)處理方法，這種超聲波測(cè)距裝置利用聲波反射原理且其超聲波探頭由單個(gè)超聲波換能器構(gòu)成，這種方法的特征在于當(dāng)超聲波探頭與反射超聲波的物體位置較近時(shí)，可識(shí)別尚存在的未與發(fā)射波(包括換能器余振)及前面的m次回波并利用第n次回波收到時(shí)間來(lái)得出被測(cè)距離L，利用這種方法可使上述測(cè)距裝置具有很小的盲區(qū)。利用這種方法的測(cè)距裝置更具實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01S15/08GK1103714SQ9312046
公開日1995年6月14日 申請(qǐng)日期1993年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月8日
發(fā)明者畢衛(wèi)軍 申請(qǐng)人:董志偉