專利名稱：一種超聲波測(cè)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(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超聲波測(cè)距方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超聲波測(cè)距已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，測(cè)量的精度也越來越高，但對(duì)于目前采用的超聲波 測(cè)距方法，當(dāng)被測(cè)物體距離超聲波探頭很近時(shí)(幾個(gè)厘米左右)，被測(cè)物體的反射波會(huì)在超聲 波探頭自由振蕩沒有結(jié)束之前到達(dá)探頭，這樣就在超聲探頭上同時(shí)存在兩個(gè)信號(hào) 一個(gè)是由 于自由振蕩產(chǎn)生的信號(hào)， 一個(gè)是被測(cè)物體反射的信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)相互干擾，造成測(cè)距系統(tǒng)的 接收電路無法判斷信號(hào)中實(shí)際反射波的位置。 一般把超聲波探頭自由振蕩的時(shí)間所對(duì)應(yīng)的距 離稱為測(cè)試盲區(qū)，顯然，被測(cè)物體距離超聲波探頭越近，探頭自由振蕩對(duì)測(cè)量的影響就越大。
公知的盲區(qū)在40cm左右。對(duì)于40cm以下的距離，現(xiàn)有的超聲波測(cè)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(cè)距方法。 本發(fā)明還提供一種超聲波測(cè)距系統(tǒng)。
一種超聲波測(cè)距方法，其特征在于設(shè)定第一閾值，當(dāng)被測(cè)物體距離大于第一閾值時(shí)， 采用諧振工作方式驅(qū)動(dòng)超聲波探頭，當(dāng)被測(cè)物體的距離小于第一閾值時(shí)，使加在超聲波探頭 上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率偏離其諧振頻率。
進(jìn)一步地，所述第一閾值為40 50CM。 進(jìn)一步地，超聲波探頭的諧振頻率為40KHZ。
一種超聲波測(cè)距系統(tǒng)，包括超聲波探頭、微處理器、驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)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(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū) 動(dòng)超聲波探頭發(fā)出超聲波；超聲波探頭檢測(cè)到的超聲波回波信號(hào)經(jīng)信號(hào)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(cè)物體距離大于第一閾值時(shí)，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(dòng)信號(hào)的頻率偏離其諧振頻率；當(dāng)被測(cè)物體距 離小于第一閾值時(shí)，工作于此方式。
進(jìn)一步地，當(dāng)被測(cè)距離由遠(yuǎn)至近，被測(cè)距離由大于第一閾值減小至等于或小于第一閾值 時(shí)，系統(tǒng)從諧振工作方式自動(dòng)轉(zhuǎn)換成第二工作方式。
3進(jìn)一步地，當(dāng)被測(cè)距離由近至遠(yuǎn)，被測(cè)距離由小于第一閾值增大至等于或大于第一閾值 時(shí)，系統(tǒng)從第二工作方式自動(dòng)轉(zhuǎn)換成諧振工作方式。 進(jìn)一步地，所述第一閾值為40 50CM。
進(jìn)一步地，超聲波探頭的諧振頻率為40KHZ。 一般用于測(cè)距的超聲波探頭，其諧振頻率 都為40KHz。
進(jìn)一步地，第二工作方式時(shí)，加在超聲波探頭上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率為80KHZ。 超聲波探頭在使用時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生較長(zhǎng)時(shí)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(shí)，加在超聲波探頭上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)，使其從發(fā)送模式轉(zhuǎn)為接收模式時(shí)，壓電陶瓷片還 會(huì)存在一段較長(zhǎng)時(shí)間的衰減自由振蕩，正是這個(gè)振蕩，對(duì)反射信號(hào)形成了干擾，使得近距離 的測(cè)量非常困難。
采用本發(fā)明所述的超聲波測(cè)距方法，當(dāng)被測(cè)物體的距離小于第一閾值時(shí)，使加在超聲波 探頭上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dòng)信號(hào)，使其從發(fā)送模 式轉(zhuǎn)為接收模式時(shí)，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(shí)間很短，測(cè)量盲區(qū)大為減小，可測(cè)量的距離可以縮短，實(shí)現(xiàn)了微距測(cè)量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可大大減小測(cè)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(cè)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(cè)量方法的工作波形示意圖。
圖4是本發(fā)明在微距測(cè)量時(shí)工作波形的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地說明。
從圖3、圖4對(duì)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(cè)量盲區(qū) 明顯減小，既可測(cè)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(shí)現(xiàn)小盲區(qū)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。如圖1所示，一 種超聲波測(cè)距系統(tǒng)，包括超聲波探頭、微處理器、驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)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(cè)量結(jié)果，微處理器輸出脈沖串給驅(qū)動(dòng)模塊， 驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)超聲波探頭發(fā)出超聲波；超聲波探頭檢測(cè)到的超聲波回波信號(hào)經(jīng) 信號(hào)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(cè)物體距離大于第一閾值時(shí)，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(dòng)信號(hào)的頻率偏離其諧振頻率；當(dāng)被測(cè)物體距 離小于第一閾值時(shí)，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(cè)物體距離大于第一閾值40CM時(shí)，系統(tǒng)的工作與常規(guī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)一致測(cè)距 時(shí)，由微處理器輸出一個(gè)約IO個(gè)周期，頻率為40KHz的脈沖串(脈沖串的持續(xù)時(shí)間約為250us) 給驅(qū)動(dòng)模塊，同時(shí)微處理器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器清零并開始計(jì)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(cè)物體產(chǎn)生的回波到達(dá)后，超聲波探頭將回波傳送到信號(hào)采集模塊，信號(hào)采 集模塊的前置放大器對(duì)回波進(jìn)行適當(dāng)放大后，并由包絡(luò)檢波器對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行檢波，使其變 成一個(gè)電脈沖，利用比較器設(shè)置一個(gè)利用這個(gè)脈沖使微處理器產(chǎn)生中斷。微處理器一旦進(jìn)入 中斷，立即停止計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。由于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖是已知的，所以根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值， 利用公式！^S承T^N/2就可計(jì)算出被測(cè)物體的距離(式中L為被測(cè)的距離；S為聲速；T為計(jì) 數(shù)脈沖的周期；N為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值)。
.當(dāng)被測(cè)物體距離小于第一閾值40CM時(shí)，系統(tǒng)工作于第二工作方式，工作過程與遠(yuǎn)距離模 式基本相同，只是由微處理器輸出的約IO個(gè)周期的脈沖串的頻率變?yōu)?0KHz的(脈沖串的持 續(xù)時(shí)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(shí)，探 頭中壓電陶瓷片的余振衰減很快，系統(tǒng)可以識(shí)別更近距離物體的回波，測(cè)量距離可近至10CM 以下，實(shí)現(xiàn)了微距測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明的原理，超聲波測(cè)距系統(tǒng)可以包括三種或者更多種工作方式，舉個(gè)例子來說， 超聲波測(cè)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(cè)物體距離大于第一閾值 40CM時(shí)，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(dòng)信號(hào)的頻率為60KHz;當(dāng)被測(cè)物體距離小于 第一閾值40CM，且大于30CM時(shí)，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(dòng)信號(hào)的頻率為80KHz;當(dāng)被測(cè)物體距離小于 30CM時(shí)，工作于此方式。
權(quán)利要求
1、一種超聲波測(cè)距方法，其特征在于設(shè)定第一閾值，當(dāng)被測(cè)物體距離大于第一閾值時(shí)，采用諧振工作方式驅(qū)動(dòng)超聲波探頭，當(dāng)被測(cè)物體的距離小于第一閾值時(shí)，使加在超聲波探頭上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(cè)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(cè)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(cè)距系統(tǒng)，包括超聲波探頭、微處理器、驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)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(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào) 驅(qū)動(dòng)超聲波探頭發(fā)出超聲波；超聲波探頭檢測(cè)到的超聲波回波信號(hào)經(jīng)信號(hào)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(cè)物體距離大于第一閾值時(shí)，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(dòng)信號(hào)的頻率偏離其諧振頻率；當(dāng)被測(cè)物體距 離小于第一閾值時(shí)，工作于此方式。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)被測(cè)距離由遠(yuǎn)至近，被測(cè)距離由大于第一閾值減小至等于或小于第一閾值時(shí)，系統(tǒng)從諧振工作方式自動(dòng)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(cè)距系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)被測(cè)距離由近至遠(yuǎn)，被測(cè)距 離由小于第一閾值增大至等于或大于第一閾值時(shí)，系統(tǒng)從第二工作方式自動(dòng)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(xiàng)所述的超聲波測(cè)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(cè)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(cè)距系統(tǒng)，其特征在于第二工作方式時(shí)，加在超聲波 探頭上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率為80KHZ。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種超聲波測(cè)距方法及其系統(tǒng)。一種超聲波測(cè)距方法，設(shè)定第一閾值，當(dāng)被測(cè)物體距離大于所述第一閾值時(shí)，采用諧振工作方式驅(qū)動(dòng)超聲波探頭，當(dāng)被測(cè)物體的距離小于第一閾值時(shí)，使加在超聲波探頭上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(cè)距系統(tǒng)，包括超聲波探頭、微處理器、驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)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(cè)量盲區(qū)，可將公知的40cm的盲區(qū)降至10cm以下。
文檔編號(hào)G01S7/523GK101458332SQ20091003653
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:華南師范大學(xué)