專利名稱：電子測距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測距裝置，更具體地說，涉及一種使用激光束和超聲波的電子測距裝置。
背景技術(shù)：
激光器是使用量子力學(xué)放大或振蕩具有極短波長的電磁波的裝置。激光器稱為量子振蕩器或分子振蕩器?！凹す馄?laser)”一詞起源于受激輻射式光頻放大器(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)。
燃燒物體時(shí)發(fā)出的光或從熒光燈發(fā)出的光是在高溫下加熱的單個(gè)原子或分子產(chǎn)生的。這種光具有大量不同的波長，即使光是從同一種原子或分子產(chǎn)生的。從單個(gè)原子或分子產(chǎn)生的光是相互之間沒有關(guān)系的不同光的組合。但是，激光束比其他光束要連貫得多，并且直線傳播，幾乎沒有任何發(fā)散。
這種激光廣泛應(yīng)用于人類的生活中。一個(gè)代表性的例子是激光指示器，其通過將激光二極管所產(chǎn)生的激光束輻射于目標(biāo)物體的特定位置而指向某個(gè)方向的裝置。激光指示器的體積很小，因此用戶可以方便地?cái)y帶。
同時(shí)，在包括工業(yè)場地、建筑工地和室內(nèi)裝潢的工業(yè)世界中以及在日常生活中，通常使用卷尺來測量距離。但是，用戶一個(gè)人難以使用卷尺來測量大的物體或地方或者高的物體或地方的尺寸。而且，由于卷尺很容易彎曲，因此可能難以完成精確的測量。為了解決這個(gè)問題，已經(jīng)開發(fā)出了激光測距裝置，其計(jì)算發(fā)出的激光束從目標(biāo)物體返回之前的時(shí)間并測量到目標(biāo)物體的距離。
這種激光測距裝置發(fā)出激光束，接收從目標(biāo)物體反射回來的激光束，并測量到目標(biāo)物體的距離。因此，需要正確地接收激光束。但是，當(dāng)用戶用手握住激光測距裝置測量距離時(shí)，如果激光束被目標(biāo)物體折射并反射，則難以接收從目標(biāo)物體反射的激光束。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種使用激光束和超聲波的電子測距裝置，通過該裝置，可以使用超聲波傳感器來測量預(yù)定的高度，設(shè)計(jì)激光指示器，使電阻值隨預(yù)定高度的旋轉(zhuǎn)而變化，并旋轉(zhuǎn)該激光指示器，以向目標(biāo)物體輻射激光束，并且使用與激光指示器的旋轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的電阻值來精確地測量到目標(biāo)物體的距離，從而有助于便攜式使用。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種使用激光束和超聲波來測量距離的裝置。該裝置包括超聲波收發(fā)器，其根據(jù)從外部接收到的控制信號(hào)來產(chǎn)生和發(fā)射超聲波，并接收反射回來的超聲波；激光產(chǎn)生單元，其根據(jù)從外部接收到的控制信號(hào)來產(chǎn)生激光束；變阻單元，其感測激光產(chǎn)生單元的旋轉(zhuǎn)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)的量改變電阻值，并分割從電源單元輸出的恒定電壓；電壓倍增單元，其感測從變阻單元輸出的恒定電壓的電平，并且在恒定電壓的電平小于預(yù)定電平時(shí)，將該恒定電壓乘以預(yù)定的數(shù)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其將從超聲波收發(fā)器、變阻單元和電壓倍增單元的每一個(gè)接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；按鈕單元，其包括多個(gè)按鈕，用于接收用戶的命令；顯示單元，其顯示測得的距離；揚(yáng)聲器單元，其在超聲波收發(fā)器所測量的距離達(dá)到參考距離時(shí)產(chǎn)生聲音；存儲(chǔ)單元，其以表格的形式存儲(chǔ)與從變阻單元和電壓倍增單元的每一個(gè)單元輸出的電壓值對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)；以及控制單元，其根據(jù)經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器從超聲波收發(fā)器接收的信號(hào)檢查確認(rèn)已達(dá)到參考距離之后控制揚(yáng)聲器單元產(chǎn)生聲音，從存儲(chǔ)單元讀取與經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器從變阻單元和電壓倍增單元接收到的信號(hào)對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)，控制顯示單元顯示距離數(shù)據(jù)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用激光束和超聲波的電子測距裝置的框圖。
圖2是根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置中的超聲波收發(fā)器的電路圖。
圖3是根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置中的變阻單元和電壓倍增單元的電路圖。
圖4是根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置中的按鈕單元和顯示單元的電路圖。
圖5是說明根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置中的激光產(chǎn)生單元的距離和旋轉(zhuǎn)角的曲線圖。
圖6說明了使用根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置的測距原理。
圖7是根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置的外觀的透視圖。
圖8是根據(jù)圖1的另一實(shí)施例的電子測距裝置的外觀的透視圖。
圖9說明了圖8所示的平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)的例子。
圖10是根據(jù)圖8所述的實(shí)施例的電子測距裝置的框圖。
圖11說明了使用根據(jù)圖8所述的實(shí)施例的電子測距裝置的測距原理。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用激光束和超聲波的電子測距裝置的框圖。圖2是根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置中的超聲波收發(fā)器的電路圖。圖3是根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置中的變阻單元和電壓倍增單元的電路圖。圖4是根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置中的按鈕單元和顯示單元的電路圖。圖5是說明根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置中的激光產(chǎn)生單元的距離和旋轉(zhuǎn)角的曲線圖。
參照?qǐng)D1至5，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電子測距裝置100包括電源單元110、超聲波收發(fā)器120、激光產(chǎn)生單元130、變阻單元140、電壓倍增單元150、A/D轉(zhuǎn)換器160、按鈕單元170、顯示單元180、揚(yáng)聲器單元190、存儲(chǔ)單元200和控制單元210。
電源單元110將電源供應(yīng)到電子測距裝置100的每個(gè)元件。電源單元110可以采用電池實(shí)施，以實(shí)現(xiàn)電子測距裝置100的便攜性。電池可以設(shè)計(jì)成使用市電來充電。充電器的結(jié)構(gòu)是顯而易見的，因此不再對(duì)其進(jìn)行說明。
參照?qǐng)D2，超聲波收發(fā)器120包括驅(qū)動(dòng)器121、調(diào)諧線圈122、超聲波傳感器123、放大器124和比較器125。
驅(qū)動(dòng)器121切換控制單元210的控制信號(hào)以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器121可以采用兩級(jí)放大器實(shí)施，包括第一晶體管Q1和第二晶體管Q2。將控制單元210的控制信號(hào)的脈沖施加于第一晶體管Q1的基極上，切換第一和第二晶體管Q1和Q2，并產(chǎn)生頻率信號(hào)?；蛘撸?qū)動(dòng)器121可以包括切換單元，例如，二極管、場效應(yīng)晶體管(FET)或硅可控整流器(SCR)。
調(diào)諧線圈122包括與第二晶體管Q2的集電極連接的初級(jí)線圈以及與超聲波傳感器123連接的次級(jí)線圈，以便調(diào)諧經(jīng)由驅(qū)動(dòng)器121的第二晶體管Q2接收到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即頻率信號(hào)，然后輸出至超聲波傳感器123?？梢詫⒅蓄l變壓器(IFT)線圈用作調(diào)諧線圈122。
超聲波傳感器123響應(yīng)從調(diào)諧線圈122的次級(jí)線圈輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而振蕩，產(chǎn)生并輻射超聲波，同時(shí)接收物體所反射的超聲波。這里，超聲波傳感器123根據(jù)從使用壓電裝置的振蕩器的發(fā)射器輻射的超聲波在被反射后到達(dá)振蕩器的接收器的時(shí)間來檢測距離。換言之，超聲波傳感器123在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生超聲波，檢測被目標(biāo)物體反射后返回的信號(hào)，并使用產(chǎn)生與檢測之間的時(shí)間差來測量到目標(biāo)物體的距離。為了測量從超聲波產(chǎn)生到返回的時(shí)間，控制單元210在產(chǎn)生超聲波時(shí)開始計(jì)數(shù)，并在檢測到返回的超聲波時(shí)停止計(jì)數(shù)。閱讀計(jì)數(shù)值，以計(jì)算時(shí)間，并使用計(jì)算出的時(shí)間來測量距離。
同時(shí)，分別朝反向和正向?qū)⒌谝欢O管D1和第二二極管D2并聯(lián)連接到超聲波傳感器123的輸入端，以切削輸入到超聲波傳感器123的超聲波信號(hào)的電平。
放大器124具有與超聲波傳感器123的輸出端連接的非反相端(+)以及與控制單元210連接的反相端(-)，并放大和輸出從超聲波傳感器123接收到的超聲波信號(hào)。如有必要，放大器124可以采用多級(jí)放大器實(shí)施。朝反向?qū)⒌谌O管D3并聯(lián)連接到放大器124的輸出端，并且朝正向?qū)⒌谒亩O管D4串聯(lián)連接到放大器124的輸出端，以檢測輸出信號(hào)。
比較器125具有與放大器124的輸出端連接的非反相端(+)以及與控制單元210連接的反相端(-)。比較器125將從放大器124輸出的超聲波信號(hào)與從控制單元210輸出的振蕩信號(hào)比較，并輸出與兩者之間的差異相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
激光產(chǎn)生單元130是使用激光二極管(未示出)來產(chǎn)生激光束的激光指示器，并通過控制單元210來控制，以產(chǎn)生激光束。將激光產(chǎn)生單元130安裝于與變阻單元140的量鍵(未示出)相同的直線上，并且安裝的角度也與量鍵相同，以使用戶可以旋轉(zhuǎn)激光產(chǎn)生單元130。
變阻單元140根據(jù)量鍵的旋轉(zhuǎn)來改變可變的電阻值。量鍵在垂直于地面的情況下向上旋轉(zhuǎn)83°或更小的角度。設(shè)計(jì)量鍵，以便當(dāng)量鍵的旋轉(zhuǎn)角增加時(shí)，電阻值減小。測量距離時(shí)，量鍵的旋轉(zhuǎn)角不能超過83°，以將激光束保持于用戶的視野范圍內(nèi)(例如，10米)。如果量鍵旋轉(zhuǎn)83°以上，例如84-85°，則旋轉(zhuǎn)角的范圍太小，以至于電壓電平的差異也變得很小。
參照?qǐng)D3，變阻單元140包括可變電阻器VR1和半固定電阻器R1(如有必要，可以是固定電阻器)，其并聯(lián)連接。變阻單元140分割由電源單元110提供的恒定電壓Vcc并輸出分割后的電壓。
電壓倍增單元150包括齊納二極管ZD1和電壓倍增器151，如圖3所示。
齊納二極管ZD1的陰極與連接變阻單元140和控制單元210的節(jié)點(diǎn)連接，而其陽極則與電壓倍增器151連接。如果因?yàn)橐獪y量的距離比預(yù)定的距離要遠(yuǎn)，激光產(chǎn)生單元130旋轉(zhuǎn)超過預(yù)定的角度(例如，80°)，此時(shí)變阻單元140的電壓大于擊穿電壓，則接通齊納二極管ZD1。
電壓倍增器151的非反相端(+)與齊納二極管ZD1的陽極連接，而其反相端(-)與電源單元110連接。電壓倍增器151比較輸入電壓和參考電壓，將兩者之間的差異乘以“n”，并將乘法運(yùn)算的結(jié)果輸出到A/D轉(zhuǎn)換器160。
具體地說，當(dāng)要測量的距離很遠(yuǎn)時(shí)，激光產(chǎn)生單元130旋轉(zhuǎn)很大的角度。在預(yù)定的距離之外執(zhí)行測量時(shí)，例如，在7到10米的距離執(zhí)行測量時(shí)，激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)角范圍小于在預(yù)定距離內(nèi)(例如1到7米)執(zhí)行測量時(shí)的范圍。例如，參照?qǐng)D5，距離0到1米的旋轉(zhuǎn)角范圍為40°，而距離1到2米為19°，距離2到3米為9°，距離3到4米為5°，距離4到5米為3°，距離5到6米為2°，距離6到7米為2°，距離7到8米為1°，距離8到9米為1°，距離9到10米也為1°。圖5是說明根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置100中的激光產(chǎn)生單元130的距離和旋轉(zhuǎn)角的曲線圖。
由于變阻單元140的電阻值在短距離時(shí)很大，分割后的電壓電平很低，因此控制單元210可以識(shí)別分割后的電壓。但是，由于變阻單元140的電阻值在遠(yuǎn)距離時(shí)很小，因此分割后的電壓電平變得大于控制單元210可以識(shí)別的電平(大約3V)。因此，利用齊納二極管ZD1的特性將該高電壓電平降低到預(yù)定的電平以下，然后使用電壓倍增器151來倍增電壓，以輸出具有更長間隔的電壓，使控制單元210可以識(shí)別電壓的電平。
A/D轉(zhuǎn)換器160將從超聲波收發(fā)器120的比較器125接收到的模擬信號(hào)以及從變阻單元140或電壓倍增單元150的電壓倍增器151接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
參照?qǐng)D4，按鈕單元170包括電源按鈕171，其用于接通或切斷產(chǎn)生與命令對(duì)應(yīng)的信號(hào)所需的電源；單位轉(zhuǎn)換按鈕172，其用于將厘米單位轉(zhuǎn)換成英尺單位或?qū)⒂⒊邌挝晦D(zhuǎn)換成厘米單位；測量按鈕173，其用于測量距離；激光開/關(guān)按鈕174，其用于打開或關(guān)閉激光產(chǎn)生單元130；以及選擇按鈕175，其用于選擇激光束或超聲波。
顯示單元180響應(yīng)控制單元210的控制而顯示距離。顯示單元180包括四位顯示窗口以及底部中間和末尾的點(diǎn)，以顯示精確到厘米的距離。例如，距離為10米時(shí)，顯示單元180顯示“10.00.”。
當(dāng)超聲波收發(fā)器120的超聲波傳感器123根據(jù)控制單元210的控制信號(hào)達(dá)到參考高度(或距離)時(shí)，揚(yáng)聲器單元190產(chǎn)生聲音。參考高度(或距離)可以設(shè)為用戶拿著電子測距裝置100時(shí)可以方便地使用它的高度，例如1.1-1.3米。優(yōu)選的參考高度大約為1.2米，即具有普通身高的用戶將手臂筆直地放在身體側(cè)面，垂直于地面，在該狀態(tài)中以直角抬起前臂時(shí)，用戶的手所達(dá)到的高度。
存儲(chǔ)單元200存儲(chǔ)各種必要的信息，并以表格的形式存儲(chǔ)與從變阻單元140和電壓倍增單元150輸出的電壓值對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)。距離數(shù)據(jù)精確到厘米。另外，存儲(chǔ)單元200以表格的形式存儲(chǔ)與用于將厘米單位轉(zhuǎn)換成英尺單位以供顯示的變量值對(duì)應(yīng)的變量數(shù)據(jù)。
存儲(chǔ)單元還存儲(chǔ)測量距離的算法，即根據(jù)控制單元210的計(jì)數(shù)值計(jì)算超聲波返回的時(shí)間，從而測量距離。
控制單元210將控制信號(hào)輸出到超聲波收發(fā)器120的驅(qū)動(dòng)器121，因此驅(qū)動(dòng)器121和調(diào)諧線圈122產(chǎn)生用于超聲波傳感器124的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而超聲波傳感器123產(chǎn)生超聲波。
當(dāng)超聲波傳感器123接收到物體所反射的超聲波信號(hào)時(shí)，控制單元210使用從比較器125接收的信號(hào)來檢查超聲波傳感器123距離地面的高度。將超聲波傳感器123放在參考高度時(shí)，控制單元210控制揚(yáng)聲器單元190以產(chǎn)生聲音。相反，未將超聲波傳感器123放在參考高度時(shí)，控制單元210不會(huì)使揚(yáng)聲器單元190產(chǎn)生聲音。
在這種情況下，當(dāng)激光產(chǎn)生單元130旋轉(zhuǎn)，變阻單元140的電阻值隨著旋轉(zhuǎn)角變化，并且經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器160從變阻單元140或電壓倍增單元150接收到電壓值時(shí)，控制單元210使用電壓值搜索存儲(chǔ)單元200中的距離數(shù)據(jù)，并控制顯示單元180以顯示搜索到的距離。
來自變阻單元140的已分割電壓的電平大于預(yù)定電平時(shí)，控制單元210控制A/D轉(zhuǎn)換器160，以中斷變阻單元140的輸入，并從電壓倍增單元150的電壓倍增器151接收輸入。
當(dāng)用戶操作按鈕單元170中的單位轉(zhuǎn)換按鈕172時(shí)，控制單元210在存儲(chǔ)單元200的變量數(shù)據(jù)中搜索變量值，將厘米單位轉(zhuǎn)換成英尺單位，并在顯示單元180上顯示英尺單位值。
下面將詳細(xì)說明電子測距裝置100的操作。
圖6說明了使用根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置100的測距原理。在闡述電子測距裝置100的操作之前，將參照?qǐng)D6說明使用三角方法的測距原理。固定超聲波傳感器123，以使發(fā)射器和接收器垂直于地面。激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)中心處在與超聲波傳感器123相同的直線上。經(jīng)由軸將變阻單元140的量鍵的中心連接到激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)中心，以使激光產(chǎn)生單元130隨變阻單元140的量鍵一起操作。最初將量鍵設(shè)為與地面垂直的方向。
在這種狀態(tài)中，用戶操作超聲波傳感器123，檢查距離，即離地面的高度H，并保持高度H恒定。這里，將高度H標(biāo)準(zhǔn)化為1.2m，并補(bǔ)償從超聲波傳感器123到量鍵的距離。
接著，用戶旋轉(zhuǎn)激光產(chǎn)生單元130，以將激光束指向目標(biāo)位置，從而測量距離。因此，要測量的距離L對(duì)應(yīng)于激光束所指向的地面位置P2與電子測距裝置100的地面點(diǎn)P1之間的距離。
這里，當(dāng)垂直于地面的虛直線從超聲波傳感器123的中心連接到激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)中心并且激光產(chǎn)生單元130從虛直線旋轉(zhuǎn)的角度用θ表示時(shí)，便根據(jù)三角函數(shù)的定義完成了等式(1)。
tanθ=LH---(1)]]>∴L＝tanθ×H距離L是使用等式(1)針對(duì)每個(gè)tanθ計(jì)算的，并且存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元200中。在本發(fā)明中，變阻單元140的電阻值隨著激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)量而變化，因而電壓值也隨之變化，因此，tanθ的值實(shí)質(zhì)上是已分割的電壓值。
圖7是根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置100的外觀的透視圖。
電子測距裝置100的主體101內(nèi)有容納電子測距裝置100的各元件的空間(未示出)，并且具有這樣的形狀，即中部狹窄，使用戶可以用一只手輕松握住電子測距裝置，并且逐漸向頂部和底部變寬。將激光產(chǎn)生單元130安裝于主體101的上側(cè)部分(即圖7中的左上部)，以便隨變阻單元140的量鍵一同旋轉(zhuǎn)。在同一側(cè)安裝了按鈕單元170和顯示單元180，以使用戶可以用一只手操作激光產(chǎn)生單元130和按鈕單元170，并檢查測得的距離。
將超聲波傳感器123設(shè)置于主體101的底部表面，以將超聲波傳感器123的中心線和激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)中心放在一條直線上。
可以在主體101的右側(cè)表面上選擇性地提供平衡檢查器(未示出)，以便在用戶僅使用超聲波傳感器123測量距離時(shí)，檢查主體101是否平行于地面。平衡檢查器可以設(shè)置于主體101的任何側(cè)面上，但優(yōu)選地設(shè)置于右側(cè)表面上，以使用戶可以在測量期間輕松地檢查平衡。平衡檢查器可以使用氣泡的典型機(jī)械裝置來實(shí)施。
在電子測距裝置100的操作中，用戶按下按鈕單元170中的電源按鈕171接通電源，按下選擇按鈕175選擇超聲波，并且用一只手拿起主體101，以定位主體101，使超聲波傳感器123在測量位置保持垂直。然后，控制單元210控制超聲波傳感器123，并使用經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器160從比較器125接收到的數(shù)字信號(hào)來檢查從地面到超聲波傳感器123的距離。
這里，如上所述，控制單元210產(chǎn)生超聲波，同時(shí)開始計(jì)數(shù)。然后，當(dāng)超聲波從目標(biāo)物體返回并且接收到與返回的超聲波對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)時(shí)，控制單元210停止計(jì)數(shù)，讀取計(jì)數(shù)值，并且通過使用計(jì)數(shù)值計(jì)算超聲波返回的時(shí)間來計(jì)算到目標(biāo)物體的距離。
從地面到超聲波傳感器123的距離小于或大于參考高度(或距離)時(shí)，不會(huì)從揚(yáng)聲器單元190產(chǎn)生聲音。
揚(yáng)聲器單元190不產(chǎn)生聲音時(shí)，用戶上下垂直移動(dòng)主體，以將超聲波傳感器123調(diào)整到參考高度。當(dāng)超聲波傳感器123達(dá)到參考高度時(shí)，控制單元210通過揚(yáng)聲器單元190產(chǎn)生聲音。這里，控制單元210可以控制揚(yáng)聲器單元190以在超聲波傳感器123達(dá)到參考高度時(shí)連續(xù)產(chǎn)生聲音，以便用戶可以識(shí)別。
揚(yáng)聲器單元190產(chǎn)生聲音時(shí)，用戶將電子測距裝置100固定于產(chǎn)生聲音的位置，用另一只沒有拿主體101的手按下激光開/關(guān)按鈕174，以產(chǎn)生激光束，并且用沒有拿主體101的手旋轉(zhuǎn)激光產(chǎn)生單元130，以將激光束輻射于目標(biāo)物體。將激光束正確地輻射于目標(biāo)物體上時(shí)，用戶按下按鈕單元170中的測量按鈕173。
接著，控制單元210以經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器160從變阻單元140接收的已分割的電壓值來檢查激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)量。當(dāng)該已分割的電壓值大于預(yù)定電平時(shí)，控制單元210不檢查該已分割的電壓值，而是檢查經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器160從電壓倍增單元150接收到的已分割的電壓值。
檢查該已分割的電壓值之后，控制單元210在存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元200中的表格中搜索與已分割的電壓值對(duì)應(yīng)的距離，并控制顯示單元180以厘米為單位顯示搜索到的距離。
以厘米為單位將距離顯示于顯示單元180上時(shí)，用戶檢查所顯示的距離。如果用戶想要將厘米單位改為英尺單位，則用戶操作按鈕單元170中的單位轉(zhuǎn)換按鈕172。
然后，控制單元210在存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元200中的表格中搜索與目前顯示的厘米單位值對(duì)應(yīng)的英尺單位值，并且在顯示單元180上顯示搜索到的英尺單位值。將參照?qǐng)D7詳細(xì)說明電子測距裝置100的使用方法。
為了測量距離，用戶按下按鈕單元170中的電源按鈕171，以接通電源，并按下按鈕單元170中的選擇按鈕175，以產(chǎn)生超聲波。在這種狀態(tài)下，用戶使用一只手來固定主體101，以使超聲波傳感器123垂直面對(duì)地面。
這里，如果未通過揚(yáng)聲器單元190產(chǎn)生聲音，則用戶上下垂直移動(dòng)主體101，并檢查是否通過揚(yáng)聲器單元190產(chǎn)生聲音。
用戶垂直移動(dòng)主體101時(shí)通過揚(yáng)聲器單元190產(chǎn)生聲音的那一刻，用戶將主體101固定于目前的位置，并用另一只沒有拿主體101的手按下按鈕單元170中的激光開/關(guān)按鈕174，以使激光產(chǎn)生單元130產(chǎn)生激光束。
然后，用戶用沒有拿主體101的手旋轉(zhuǎn)激光產(chǎn)生單元130，以將激光束輻射于目標(biāo)物體，然后按下按鈕單元170中的測量按鈕173。
然后，以厘米為單位將到目標(biāo)物體的距離顯示于顯示單元180上，并且用戶可以通過顯示單元180來識(shí)別距離。
或者，用戶只需按下按鈕單元170中的選擇按鈕175，并僅操作超聲波收發(fā)器120，就可以使用超聲波來測量到目標(biāo)物體的距離。例如，可以使用超聲波傳感器123來輕松地測量1.2m的距離。另外，可以只使用超聲波收發(fā)器120來測量水平或垂直距離，并且通過控制單元210的控制來顯示。用戶可以按下按鈕單元170中的選擇按鈕175將電子測距裝置100用作激光指示器，以通過激光產(chǎn)生單元130來產(chǎn)生激光束。
下面將參照?qǐng)D8至11來說明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電子測距裝置100A。
圖8是電子測距裝置100A的外觀的透視圖。圖9說明了圖8所示的平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)的例子。圖10是根據(jù)圖8所述的實(shí)施例的電子測距裝置100A的框圖。
參照?qǐng)D8至10，電子測距裝置100A與根據(jù)圖1所述的實(shí)施例的電子測距裝置100相同，但其進(jìn)一步包括激光產(chǎn)生單元130A、平衡傳感器105、平衡狀態(tài)指示器135、參考距離指示器145以及平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)300和350，并且超聲波傳感器123A的位置不同于對(duì)應(yīng)超聲波傳感器123的位置。因此，相同的元件通過相同的參考編號(hào)來表示，并且不再對(duì)其進(jìn)行說明。
激光產(chǎn)生單元130A產(chǎn)生激光束，以指向參考距離(或參考高度)的參考點(diǎn)，以便使用超聲波收發(fā)器120進(jìn)行測量。因此，用戶可以通過觀察激光產(chǎn)生單元130A所產(chǎn)生的指向激光束來精確識(shí)別參考距離的參考點(diǎn)，從而測得離目標(biāo)物體的距離。
提供平衡傳感器105，以檢測電子測距裝置100A的平衡狀態(tài)?？刂茊卧?10根據(jù)經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器160從平衡傳感器105接收的平衡狀態(tài)信號(hào)來控制平衡狀態(tài)指示器135，以指示電子測距裝置100A處于平衡狀態(tài)。這里，可以參照x、y和z軸之一來安裝一個(gè)平衡傳感器105，或者可以分別參照x、y和z軸來安裝多個(gè)平衡傳感器。安裝多個(gè)平衡傳感器時(shí)，控制單元210控制平衡狀態(tài)指示器135，以便在從多個(gè)平衡傳感器中的任一平衡傳感器接收到的信號(hào)指示平衡的狀態(tài)時(shí)，指示平衡的狀態(tài)。
當(dāng)超聲波收發(fā)器120所測量的距離達(dá)到參考距離時(shí)，控制單元210控制參考距離指示器145以指示參考距離。平衡狀態(tài)指示器135和參考距離指示器145都可以采用發(fā)光二極管來實(shí)施。
將平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)300和350分別安裝于電子測距裝置100A的相反側(cè)，以保持和調(diào)整其距離。
如圖8和9所示，平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)300固定于電子測距裝置100A的一側(cè)，并包括固定螺絲310、移動(dòng)部分320、固定部分330和彈簧340。移動(dòng)部分320包括形成于其內(nèi)部的長孔323、暴露于一端的暴露部分321、形成于另一端的突起324以及限制暴露部分321的伸出的保持檻322。固定部分330包括導(dǎo)軌331和332，其支撐移動(dòng)部分320的相反側(cè)并引導(dǎo)滑動(dòng)；螺絲孔333，其位于一導(dǎo)軌331處；以及彈簧支架335，其位置與移動(dòng)部分320的突起324對(duì)應(yīng)。將彈簧340的一端與移動(dòng)部分320的突起324耦合，并將其另一端與固定部分330的彈簧支架355耦合，以使彈簧340將移動(dòng)部分320的暴露部分321推向外部。固定螺絲310與固定部分330的螺絲孔333接合，以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。擰緊固定螺絲310時(shí)，固定螺絲310緊密接觸移動(dòng)部分320的一側(cè)，以便將移動(dòng)部分320固定。松開固定螺絲310時(shí)，便松開了移動(dòng)部分320的所述側(cè)與固定螺絲310之間的緊密接觸，從而使移動(dòng)部分320變?yōu)榭梢苿?dòng)。可以將具有高強(qiáng)度的金屬片設(shè)置于與固定部分330的螺絲孔333對(duì)應(yīng)的移動(dòng)部分320一側(cè)，以使移動(dòng)部分320的該側(cè)與擰緊的固定螺絲310緊密接觸時(shí)不會(huì)破裂。
將平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)350安裝于電子測距裝置100A的一側(cè)，這一側(cè)與安裝平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)300的一側(cè)相反，并且平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)350在對(duì)應(yīng)于超聲波傳感器123A的部分處包括通孔。優(yōu)選地，設(shè)計(jì)平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)300和350，以保持電子測距裝置100的平衡，而不管是電子測距裝置100A的哪一側(cè)位于底部。因此，優(yōu)選地，平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)350的左側(cè)、右側(cè)、前側(cè)、頂側(cè)和底側(cè)都是平面的，以便保持平衡。另外，優(yōu)選地，平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)300的右側(cè)、后側(cè)和底側(cè)都是平面的，以便保持平衡。
圖11說明了使用電子測距裝置100A的測距原理，其大體上與使用電子測距裝置100的測距原理相同，但在下列方面例外。進(jìn)一步提供了激光產(chǎn)生單元130A。固定超聲波傳感器123A，以使其發(fā)射器和接收器垂直于地面。激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)中心與超聲波傳感器123A不在同一直線上，而是與激光產(chǎn)生單元130A在同一直線上。將超聲波傳感器123A與激光產(chǎn)生單元130和130A所在的直線分開預(yù)定的距離。這里，與電子測距裝置100中一樣，經(jīng)由軸將變阻單元140的量鍵的中心連接到激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)中心，以使激光產(chǎn)生單元130隨變阻單元140的量鍵一起操作。最初將量鍵設(shè)為與地面垂直的方向。
在這種狀態(tài)中，用戶使各自的平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)300和350的右側(cè)緊密接觸參考平面，并逐漸推動(dòng)暴露的部分321。在電子測距裝置100A平衡的那一刻，控制單元210根據(jù)經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器160從平衡傳感器105接收到的平衡信號(hào)來啟動(dòng)平衡狀態(tài)指示器135。因此，達(dá)到平衡時(shí)，用戶通過平衡狀態(tài)指示器135識(shí)別電子測距裝置100A的平衡，并在那一刻擰緊固定螺絲310，以停止平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)300的移動(dòng)部分320的運(yùn)動(dòng)。在達(dá)到平衡的狀態(tài)中，操作超聲波傳感器123A，并調(diào)整離地面的高度H。當(dāng)高度H達(dá)到參考高度時(shí)，控制單元210根據(jù)經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器160從超聲波收發(fā)器120接收到的參考距離信號(hào)來操作參考距離指示器145和/或揚(yáng)聲器單元190。然后，用戶在達(dá)到參考高度的那一刻通過參考距離指示器145和/或揚(yáng)聲器單元90的輸出識(shí)別并保持參考高度。這里，將高度H標(biāo)準(zhǔn)化為1.2m，并補(bǔ)償從超聲波傳感器123到量鍵的距離。
然后，用戶旋轉(zhuǎn)激光產(chǎn)生單元130，以使得從激光產(chǎn)生單元130輻射的激光束指向目標(biāo)物體。因此，要測量的距離L對(duì)應(yīng)于激光束所指向的地面位置P2與電子測距裝置100A的地面點(diǎn)P1之間的距離。
這里，當(dāng)垂直于地面的虛直線從激光產(chǎn)生單元130A的中心連接到激光產(chǎn)生單元130的旋轉(zhuǎn)中心并且激光產(chǎn)生單元130從虛直線旋轉(zhuǎn)的角度用θ表示時(shí)，便通過定義三角函數(shù)完成了等式(1)，如上所述。
因此，也可以使用電子測距裝置100A來精確地測量離激光產(chǎn)生單元130的激光束所指向的目標(biāo)物體的距離。
盡管在電子測距裝置100A中，超聲波傳感器123A與激光產(chǎn)生單元130和130A所在的直線分開了預(yù)定的距離，但可以將超聲波傳感器123A以及激光產(chǎn)生單元130和130A都放在相同的直線上。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，超聲波傳感器123和123A每一個(gè)與地面之間的距離不得超過1.2m。但是，可以采用表格的形式將通過超聲波傳感器123測得的距離，即離地面的高度(或距離)、已分割的電壓值以及對(duì)應(yīng)于離地面的高度和已分割的電壓值的距離，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元200中，或者可以使用特殊的算法，以便可以在離地面的任何高度執(zhí)行距離測量。
上述說明只是涉及本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，而可以在隨附權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)對(duì)其進(jìn)行各種修改。例如，可以改變實(shí)施例中所述的各個(gè)部件的形狀和結(jié)構(gòu)。
工業(yè)適用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，使用超聲波傳感器和激光指示器來測量預(yù)定的高度，其在預(yù)定的高度具有隨旋轉(zhuǎn)變化的電阻值，旋轉(zhuǎn)以將激光束輻射到目標(biāo)物體上，以便可以使用與激光指示器的旋轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的電阻值來精確地測量離激光束指向的目標(biāo)物體的距離。
權(quán)利要求
1.一種使用激光束和超聲波來測量距離的裝置，所述裝置包括超聲波收發(fā)器，其根據(jù)從外部接收到的控制信號(hào)來產(chǎn)生和發(fā)射超聲波并接收反射回來的超聲波；激光產(chǎn)生單元，其根據(jù)從外部接收到的控制信號(hào)來產(chǎn)生激光束；變阻單元，其感測激光產(chǎn)生單元的旋轉(zhuǎn)、根據(jù)旋轉(zhuǎn)量改變電阻值并分割從電源單元輸出的恒定電壓；電壓倍增單元，其感測從變阻單元輸出的恒定電壓的電平，并且當(dāng)恒定電壓的電平小于預(yù)定的電平時(shí)，將恒定電壓乘以預(yù)定的數(shù)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其將從超聲波收發(fā)器、變阻單元和電壓倍增單元的每一個(gè)單元接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；按鈕單元，其包括多個(gè)按鈕，用于接收用戶的命令；顯示單元，其顯示測得的距離；揚(yáng)聲器單元，其在超聲波收發(fā)器所測得的距離達(dá)到參考距離時(shí)產(chǎn)生聲音；存儲(chǔ)單元，其以表格的形式存儲(chǔ)與從變阻單元和電壓倍增單元的每一個(gè)輸出的電壓值對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)；以及控制單元，其控制揚(yáng)聲器單元，以在根據(jù)經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器從超聲波收發(fā)器接收到的信號(hào)檢查確認(rèn)已達(dá)到參考距離之后產(chǎn)生聲音，從存儲(chǔ)單元讀取與經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器從變阻單元和電壓倍增單元接收到的信號(hào)對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)，控制顯示單元以顯示距離數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包括附加的激光產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生激光束，以指向使用超聲波收發(fā)器測得的參考距離的參考點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括平衡傳感器，其檢測平衡狀態(tài)；以及平衡狀態(tài)指示器，其指示平衡或未平衡的狀態(tài)，其中，控制單元根據(jù)經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器從平衡傳感器接收到的平衡狀態(tài)信號(hào)來控制平衡狀態(tài)指示器。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其進(jìn)一步包括平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)，用于調(diào)整所述裝置的平衡。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述平衡調(diào)整結(jié)構(gòu)包括移動(dòng)部分，其具有位于其內(nèi)部的長孔、暴露于外部的端部、位于相反一端的突起以及限制所述端部的暴露的保持檻；固定部分，其具有分別用于支撐移動(dòng)部分的相反側(cè)并引導(dǎo)滑動(dòng)的導(dǎo)軌，以及穿透其中一個(gè)導(dǎo)軌的螺絲孔；彈簧，其一端與移動(dòng)部分的突起耦合，而其另一端則與固定部分耦合，所述彈簧將移動(dòng)部分推向外部；以及固定螺絲，其與固定部分的螺絲孔接合，以停止移動(dòng)部分的移動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述超聲波收發(fā)器包括驅(qū)動(dòng)器，其切換控制單元的控制信號(hào)以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；調(diào)諧線圈，其調(diào)諧從驅(qū)動(dòng)器輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；超聲波傳感器，其響應(yīng)從調(diào)諧線圈輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而產(chǎn)生超聲波，并接收反射回來的超聲波；放大器，其放大從超聲波傳感器輸出的信號(hào)；以及比較器，其將來自放大器的已放大信號(hào)與參考信號(hào)比較，并將對(duì)應(yīng)于已放大信號(hào)與參考信號(hào)之間的差異的信號(hào)輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
7.如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述變阻單元包括量鍵，其根據(jù)旋轉(zhuǎn)量來改變電阻值，所述量鍵垂直于地面，并向上旋轉(zhuǎn)小于85°的角度，并且將激光產(chǎn)生單元安裝于與量鍵相同的直線上，而且安裝的角度也與量鍵相同。
8.如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中以厘米為單位將與每個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)單元中，并且存儲(chǔ)單元進(jìn)一步以表格的形式存儲(chǔ)與用于將厘米單位轉(zhuǎn)換成英尺單位的變量值對(duì)應(yīng)的變量數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述控制單元將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)器，以使超聲波傳感器產(chǎn)生超聲波，使用由比較器產(chǎn)生的信號(hào)來檢查從地面到超聲波傳感器的高度，當(dāng)高度與參考距離相同時(shí)控制揚(yáng)聲器單元產(chǎn)生聲音，旋轉(zhuǎn)激光產(chǎn)生單元，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)角改變變阻單元的已分割的電阻值之后，在存儲(chǔ)單元中搜索與經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器從變阻單元和電壓倍增單元之一接收到的電壓值對(duì)應(yīng)的距離，同時(shí)執(zhí)行控制以根據(jù)用戶的選擇以厘米單位和英尺單位之一來顯示搜索到的距離。
10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，當(dāng)變阻單元旋轉(zhuǎn)的角度大于預(yù)定的角度，電阻值為低，因而恒定電壓高于預(yù)定電平時(shí)，控制單元中斷從變阻單元接收到的信號(hào)并感測從電壓倍增單元接收到的電壓。
11.如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述電壓倍增單元包括齊納二極管，其陰極與連接變阻單元和控制單元的節(jié)點(diǎn)連接，如果因?yàn)橐獪y量的距離比預(yù)定的距離遠(yuǎn)，激光產(chǎn)生單元旋轉(zhuǎn)超過預(yù)定的角度，此時(shí)從變阻單元輸出的恒定電壓大于擊穿電壓，則接通齊納二極管；以及電壓倍增器，其具有與齊納二極管的陽極連接的非反相端以及與電源單元連接的反相端，所述電壓倍增器比較輸入電壓和參考電壓，對(duì)兩者之間的差異進(jìn)行乘法運(yùn)算，并將乘法運(yùn)算的結(jié)果輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
12.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，將參考距離設(shè)為1.1-1.3米的高度，在這個(gè)高度，用戶可以拿著所述裝置輕松使用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種使用激光束和超聲波的電子測距裝置，不但具有便攜性，而且使用方便。使用超聲波傳感器測量預(yù)定的高度，并在該預(yù)定的高度旋轉(zhuǎn)激光指示器，以將激光束輻射于目標(biāo)物體上，以便可以使用與激光指示器的旋轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的電阻值來精確地測量離激光束所指向的目標(biāo)物體的距離。
文檔編號(hào)G01S15/02GK1969198SQ200580019525
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者樸仁奎 申請(qǐng)人:樸仁奎