專利名稱：基于超聲波的動態(tài)距離測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及測距技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于超聲波的動態(tài)距離測量系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，對距離測量多采用直接測量、激光測距或超聲波測距方式，其中，激光測距 和超聲波測距的測距方式使用的范圍越來越多。這種方式主要通過向目標發(fā)射激光或者超 聲波，利用激光和超聲波的回波進行計算來實現(xiàn)距離的測量，由于這兩種方式都必須借助 于回波的原因，至少存在下述缺點(1)在所測物體不斷移動的過程中，由于無法對準測量點，難以實現(xiàn)測量；(2)在所測物體的測量點難以反射回波時，比如測量點比較小難以對準，或者由于 其物理屬性難以反射激光或者超聲波，回波比較弱時，將難以進行測量；(3)對于超聲波測量，由于依靠回波進行測量，增加了聲波傳送路徑，易受到多徑 效應(yīng)的影響降低測量靈敏度和準確性，另外需要儀器的超聲波發(fā)射功率比較高，測距范圍 也受到限制；(4)對于超聲波測量，由于超聲波有一定的擴散，當被測點前方一定范圍內(nèi)有障礙 物時，將引起測量錯誤。

實用新型內(nèi)容基于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本實用新型實施例提供一種基于超聲波的動態(tài) 距離測距量系統(tǒng)，可以方便的對動態(tài)運動的物體的距離進行測量，得出準確的測量結(jié)果。本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的本實用新型實施例提供一種基于超聲波的動態(tài)距離測量系統(tǒng)，包括發(fā)送端裝置和接收端裝置；所述發(fā)送端裝置，設(shè)置在發(fā)送端，用于向接收端設(shè)置的接收端裝置按照一定頻率 周期性發(fā)送不同頻譜特征的超聲波信號，并記錄所述超聲波信號的頻譜特征；及用于接收 所述接收端裝置返回的無線電信號，所述無線電信號為接收端裝置在收到發(fā)送端裝置發(fā)送 的所述超聲波信號后，將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成的無線電信號；將所述無線電信號中承載 的超聲波信號的頻譜特征與發(fā)送端記錄的所述超聲波信號的頻譜特征匹配對比得出時間 差，根據(jù)所述時間差計算確定發(fā)送端裝置與接收端裝置之間的距離；所述接收端裝置，設(shè)置在接收端，用于接收所述發(fā)送端裝置發(fā)送的所述超聲波信 號，并將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成無線電信號返回至所述發(fā)送端裝置。所述發(fā)送端裝置包括超聲波發(fā)送裝置、無線電接收裝置、計時裝置、記錄單元、計算處理單元和輸出裝 置；所述超聲波發(fā)送裝置，用于向設(shè)置在接收端的接收端裝置發(fā)送一超聲波信號；
3[0016]所述記錄單元，用于記錄所述超聲波發(fā)送裝置發(fā)送的所述超聲波信號的頻譜特 征；所述無線電接收裝置，用于接收設(shè)置在接收端的接收端裝置返回的無線電信號； 所述無線電信號為接收端裝置在收到發(fā)送端裝置發(fā)送的所述超聲波信號后，將所述超聲波 信號轉(zhuǎn)換成的無線電信號；所述計時裝置，用于在所述超聲波發(fā)送裝置發(fā)送超聲波時刻開始計時，在所述無 線電接收裝置接收到返回的所述無線電信號時刻終止計時；所述計算處理單元，用于對所述無線電接收裝置接收的無線電信號中載有的超聲 波信號與所述記錄單元記錄的發(fā)送的超聲波信號的頻譜特征進行匹配對比，參照計時裝置 記錄的時間得出所述超聲波信號與所述無線電信號在發(fā)送端裝置與接收端裝置之間傳輸 時的時間差；并根據(jù)所述時間差，計算確定發(fā)送端裝置所在的發(fā)送端與接收端裝置所在的 接收端之間的距離；所述輸出裝置，用于輸出所述計算處理單元計算得出的所述距離。所述輸出裝置包括語音輸出裝置和/或顯示輸出裝置。所述發(fā)送端裝置還包括頻譜特征設(shè)定單元，用于對所述超聲波發(fā)送裝置發(fā)送的 超聲波信號的頻譜特征進行設(shè)定。所述接收端裝置包括超聲波接收裝置、轉(zhuǎn)換單元和無線電發(fā)射裝置；所述超聲波接收裝置，用于接收發(fā)送端設(shè)置的發(fā)送端裝置發(fā)送的超聲波信號；所述轉(zhuǎn)換單元，用于將所述超聲波接收裝置接收的所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成無線電 信號；所述無線電發(fā)射裝置，用于向發(fā)送端設(shè)置的發(fā)送端裝置發(fā)射所述轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后 的無線電信號。從上述本實用新型實施例提供的技術(shù)方案中可以看出，本實用新型實施例中利用 超聲波信號傳輸?shù)乃俣扰c無線電信號傳輸?shù)乃俣却嬖诓町惖奶攸c，通過測得發(fā)送端與接收 端之間傳輸?shù)某暡ㄐ盘柵c無線電信號之間的時間差，來方便的測量計算得出發(fā)送端與接 收端之間的距離。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可方便實現(xiàn)對兩點之間距離進行準確的測定，具有測量 效率高、測距結(jié)果準確，及可以對運動物體進行動態(tài)測量，抗干擾能力強的優(yōu)點。

圖1為本實用新型實施例提供的距離測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的距離測量系統(tǒng)的發(fā)送端裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型實施例提供的距離測量系統(tǒng)的接收端裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型實施例提供的距離測量方法的示意圖；圖5為本實用新型實施例提供的距離測量方法的另一示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。[0036]實施例本實施例提供一種基于超聲波的距離測量系統(tǒng)，可用于實現(xiàn)上述測量距離的方 法，如圖1所示，該系統(tǒng)具體包括發(fā)送端裝置21和接收端裝置31 ；所述發(fā)送端裝置21，設(shè)置在發(fā)送端，用于向接收端設(shè)置的接收端裝置31按照一定 頻率周期性發(fā)送不同頻譜特征的超聲波信號，并記錄所述超聲波信號的頻譜特征；及用于 接收所述接收端裝置31返回的無線電信號，所述無線電信號為接收端裝置在收到發(fā)送端 裝置發(fā)送的所述超聲波信號后，將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成的無線電信號；將所述無線電信 號中承載的超聲波信號的頻譜特征與發(fā)送端記錄的所述超聲波信號的頻譜特征匹配對比 得出時間差，根據(jù)所述時間差計算確定發(fā)送端裝置與接收端裝置之間的距離；所述接收端裝置31，設(shè)置在接收端，用于接收所述發(fā)送端裝置21發(fā)送的所述超聲 波信號，并將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成無線電信號返回至所述發(fā)送端裝置21。上述系統(tǒng)中的發(fā)送端裝置21如圖2所示，具體包括超聲波發(fā)送裝置211、無線電接收裝置212、計時裝置213、記錄單元214、計算處理 單元215和輸出裝置216 ；所述超聲波發(fā)送裝置211，用于向設(shè)置在接收端的接收端裝置31發(fā)送一超聲波信 號；所述記錄單元，用于記錄所述超聲波發(fā)送裝置211發(fā)送的所述超聲波信號的頻譜 特征；所述無線電接收裝置212，用于接收設(shè)置在接收端的接收端裝置31返回的無線電 信號；所述無線電信號為接收端裝置31在收到發(fā)送端裝置21發(fā)送的所述超聲波信號后，將 所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成的無線電信號；所述計時裝置213，用于在所述無線電接收裝置212接收到返回的所述無線電信 號時刻開始計時；所述計算處理單元215，用于對所述無線電接收裝置212接收的無線電信號中載 有的超聲波信號與所述記錄單元214記錄的發(fā)送的超聲波信號的頻譜特征進行匹配對比， 參照計時裝置213記錄的時間得出所述超聲波信號與所述無線電信號在發(fā)送端裝置21與 接收端裝置31之間傳輸時的時間差；并根據(jù)得出的所述時間差，計算確定發(fā)送端裝置21所 在的發(fā)送端與接收端裝置31所在的接收端之間的距離；所述輸出裝置216，用于輸出所述計算處理單元215計算確定的所述距離。所述的 輸出裝置216可采用語音輸出裝置，或采用顯示輸出裝置，也可以同時采用語音輸出裝置 和顯示輸出裝置。上述的發(fā)送端裝置21還可以包括頻譜特征設(shè)定單元210，用于對所述超聲波發(fā) 送裝置發(fā)送的超聲波信號的頻譜特征進行設(shè)定。上述系統(tǒng)中的接收端裝置如圖3所示，具體包括超聲波接收裝置311、轉(zhuǎn)換單元312和無線電發(fā)射裝置313 ；所述超聲波接收裝置311，用于接收發(fā)送端設(shè)置的發(fā)送端裝置21發(fā)送的超聲波信 號；所述轉(zhuǎn)換單元312，用于將所述超聲波接收裝置311接收的所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成無線電信號；所述無線電發(fā)射裝置313，用于向發(fā)送端設(shè)置的發(fā)送端裝置21發(fā)射所述轉(zhuǎn)換單元 312轉(zhuǎn)換后的無線電信號。利用本實施例提供的基于超聲波的動態(tài)距離測距量的系統(tǒng)，可以快速、方便的測 量兩點之間的距離，測量方法包括發(fā)送端向接收端按照一定頻率周期性發(fā)送不同頻譜特征的超聲波信號，并記錄所 述超聲波信號的頻譜特征；即記錄超聲波信號的頻率、波形、脈沖長度和脈沖間隔時間；接收所述接收端返回的無線電信號，所述無線電信號為接收端在收到發(fā)送端發(fā)送 的所述超聲波信號后，將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成的無線電信號；將所述無線電信號中承載的超聲波信號的頻譜特征與發(fā)送端記錄的所述超聲波 信號的頻譜特征匹配對比得出時間差，根據(jù)所述時間差計算確定發(fā)送端與接收端之間的距罔。上述方法中，將所述無線電信號中承載的超聲波信號的頻譜特征與發(fā)送端記錄的 所述超聲波信號的頻譜特征匹配對比得出時間差為將無線電信號中承載的超聲波信號的頻譜特征與發(fā)送端記錄的所述超聲波信號 的頻譜特征匹配對比時，確定的相同頻譜特征之間的時間差值。上述方法中，根據(jù)所述時間差計算確定發(fā)送端與接收端之間的距離為利用超聲波在空氣中傳播的速度與所述時間差的乘積計算得出發(fā)送端與接收端 之間的距離。下面結(jié)合圖4所示的測量距離的示意圖，對上述方法作進一步說明該方法主要是利用了超聲波傳輸與無線電信號傳輸?shù)乃俣却嬖跇O大差異的特點， 將裝置1設(shè)置在發(fā)送端，將裝置2設(shè)置在接收端，通過裝置1與裝置2配合即可方便的測量 發(fā)送端與接收端之間的距離，具體步驟如下(1)裝置1根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的頻譜特征發(fā)出超聲波脈沖，并同時將此特征存入緩 存芯片，同時通過無線電通訊通知接收端做好接受準備；超聲波脈沖的頻譜特征包括聲波 頻率、波形、脈沖長度、脈沖間隔時間等；(2)裝置2接收到無線電信號發(fā)來的超聲波信號后，立即將超聲波信號轉(zhuǎn)換為電 信號，傳回發(fā)送端(裝置1)；(3)裝置1接收到傳回的脈沖頻譜特征后，與原來發(fā)送的頻譜特征進行匹配運算； 當裝置1發(fā)現(xiàn)接收到的超聲波信號與發(fā)送的超聲波信號頻譜特征相匹配后，計算超聲波發(fā) 送與接收之間的時間差，然后根據(jù)聲波在空氣中傳播的速度，即可計算得出設(shè)置在發(fā)送端 的裝置1與接收端的裝置2之間的距離；(4)最后將計算結(jié)果直接顯示輸出或者以其他形式反饋給使用者。對于動態(tài)的距離測量，在進行頻譜特征匹配計算時需要注意多普勒效應(yīng)帶來的影 響，即相向運動時頻率加快，相反運動是頻率降低，這時需要以其他特征如波形，脈沖次數(shù) 等為主要匹配計算依據(jù)。如圖5所示，在裝置1與裝置2相對靜止時，裝置2接收到正常的 靜止狀態(tài)脈沖A ；在二者產(chǎn)生相向運動時，裝置2接收到的脈沖波形被壓縮，頻率加快為運 動狀態(tài)脈沖B ；在二者產(chǎn)生相反運動是，裝置2接收到的脈沖波形被拉伸，頻率變慢為運動 狀態(tài)脈沖C。這些改變對于頻譜特征匹配會有一定的影響，在計算距離結(jié)果時應(yīng)予以考慮。
6[0070]舉例說明如下假設(shè)裝置1發(fā)出的超聲波頻率為&，聲波在空氣中的速度為Vtl，此頻率的聲波波長 為λ，其關(guān)系為f0 = V0/λ ；在裝置2以V1的速度向裝置一運動時，波長λ保持不變，但其頻率為= (V0+Vl) / λ ；在裝置2以V1的速度背向裝置一運動時，其頻率為= (V0-V1) / λ。例如，如果裝置1發(fā)生超聲波頻率為30000Hz，如果裝置2向裝置1以0. Iv0的速 度運動時，所測到的超聲波頻率將為33000Hz ；如果裝置2背向裝置1以0. Iv0的速度運動 時，所測到的超聲波頻率將為27000Hz。綜上所述，本實用新型實施例中以較簡單的方式，充分利用成熟的超聲波和無線 電技術(shù)，實現(xiàn)高效、準確、可靠的對兩點間的距離進行測量。由于超聲波和無線電裝置的功 率較低，實現(xiàn)該測量方法的系統(tǒng)可以由低功耗的終端構(gòu)成，可以方便的安裝在移動物體上 進行移動中物體間距離的測量。該系統(tǒng)還包括下述優(yōu)點(1)接收裝置可以在跟隨被測物體移動過程中實現(xiàn)測距，不需要進行目標瞄準，實 現(xiàn)動態(tài)測量；(2)接收裝置于發(fā)送裝置分離，超聲波的空間行進距離將得到有效縮短(相對于 回波測量縮短1/2)，信號接收質(zhì)量能夠得到保障，測量將比較準確，同樣的信號發(fā)射功率下 測距范圍更加寬廣；(3)接收裝置接收到的信號經(jīng)過計算機處理后，將只對同一特征信號的最先達到 部分，即直線到達部分進行距離計算，可有效避免超聲波德多徑效應(yīng)帶來的測量干擾。(4)在發(fā)送裝置和接收裝置中間有小型障礙物時，只要二者可視，小型障礙物將不 會對信號接收造成影響，因此不會引起測量誤差，而利用回波測量的方法會因為障礙物干 擾無法測量。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到 的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該 以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
權(quán)利要求一種基于超聲波的動態(tài)距離測量系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)送端裝置和接收端裝置；所述發(fā)送端裝置，設(shè)置在發(fā)送端，用于向接收端設(shè)置的接收端裝置按照一定頻率周期性發(fā)送不同頻譜特征的超聲波信號，并記錄所述超聲波信號的頻譜特征；及用于接收所述接收端裝置返回的無線電信號，所述無線電信號為接收端裝置在收到發(fā)送端裝置發(fā)送的所述超聲波信號后，將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成的無線電信號；將所述無線電信號中承載的超聲波信號的頻譜特征與發(fā)送端記錄的所述超聲波信號的頻譜特征匹配對比得出時間差，根據(jù)所述時間差計算確定發(fā)送端裝置與接收端裝置之間的距離；所述接收端裝置，設(shè)置在接收端，用于接收所述發(fā)送端裝置發(fā)送的所述超聲波信號，并將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成無線電信號返回至所述發(fā)送端裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的基于超聲波的動態(tài)距離測量系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送端裝 置包括超聲波發(fā)送裝置、無線電接收裝置、計時裝置、記錄單元、計算處理單元和輸出裝置； 所述超聲波發(fā)送裝置，用于向設(shè)置在接收端的接收端裝置發(fā)送一超聲波信號； 所述記錄單元，用于記錄所述超聲波發(fā)送裝置發(fā)送的所述超聲波信號的頻譜特征； 所述無線電接收裝置，用于接收設(shè)置在接收端的接收端裝置返回的無線電信號；所述 無線電信號為接收端裝置在收到發(fā)送端裝置發(fā)送的所述超聲波信號后，將所述超聲波信號 轉(zhuǎn)換成的無線電信號；所述計時裝置，用于在所述超聲波發(fā)送裝置發(fā)送超聲波時刻開始計時，在所述無線電 接收裝置接收到返回的所述無線電信號時刻終止計時；所述計算處理單元，用于對所述無線電接收裝置接收的無線電信號中載有的超聲波信 號與所述記錄單元記錄的發(fā)送的超聲波信號的頻譜特征進行匹配對比，參照計時裝置記錄 的時間得出所述超聲波信號與所述無線電信號在發(fā)送端裝置與接收端裝置之間傳輸時的 時間差；并根據(jù)所述時間差，計算確定發(fā)送端裝置所在的發(fā)送端與接收端裝置所在的接收 端之間的距離；所述輸出裝置，用于輸出所述計算處理單元計算得出的所述距離。
3.如權(quán)利要求2所述的基于超聲波的動態(tài)距離測量系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出裝置 包括語音輸出裝置和/或顯示輸出裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的基于超聲波的距離測量系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送端裝置還 包括頻譜特征設(shè)定單元，用于對所述超聲波發(fā)送裝置發(fā)送的超聲波信號的頻譜特征進行 設(shè)定。
5.如權(quán)利要求1所述的基于超聲波的動態(tài)距離測量系統(tǒng)，其特征在于，所述接收端裝 置包括超聲波接收裝置、轉(zhuǎn)換單元和無線電發(fā)射裝置；所述超聲波接收裝置，用于接收發(fā)送端設(shè)置的發(fā)送端裝置發(fā)送的超聲波信號； 所述轉(zhuǎn)換單元，用于將所述超聲波接收裝置接收的所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成無線電信號； 所述無線電發(fā)射裝置，用于向發(fā)送端設(shè)置的發(fā)送端裝置發(fā)射所述轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后的無 線電信號。
專利摘要本實用新型公開一種基于超聲波的動態(tài)距離測量系統(tǒng)，屬距離測量技術(shù)領(lǐng)域。該距離測量方法包括發(fā)送端向接收端按照一定頻率發(fā)送不同頻譜特征的超聲波信號，并記錄所述超聲波信號的頻譜特征；接收所述接收端返回的無線電信號，所述無線電信號為接收端在收到發(fā)送端發(fā)送的所述超聲波信號后，將所述超聲波信號轉(zhuǎn)換成的無線電信號；將所述無線電信號中承載的超聲波信號的頻譜特征與發(fā)送端記錄的所述超聲波信號的頻譜特征匹配對比得出時間差，根據(jù)所述時間差計算確定發(fā)送端與接收端之間的距離。該方法利用超聲波與無線電技術(shù)，以簡單易行的方式，實現(xiàn)了對兩點之間距離方便、準確的進行測定，具有測量效率高、測距結(jié)果準確、可以不間斷動態(tài)測量的優(yōu)點。
文檔編號G01S15/08GK201654231SQ20102014365
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者孫衛(wèi)華, 張涵, 杜志平, 梁晨, 鄭進科 申請人:北京物資學(xué)院