CN101458332A - 一种超声波测距方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子测量技术领域，公开了一种超声波测距方法及其系统。一种超声波测距方法，设定第一阈值，当被测物体距离大于所述第一阈值时，采用谐振工作方式驱动超声波探头，当被测物体的距离小于第一阈值时，使加在超声波探头上的驱动信号的频率偏离其谐振频率。本发明还公开了一种采用上述方法的超声波测距系统，包括超声波探头、微处理器、驱动模块、信号采集模块合显示模块。与现有技术相比，本发明可大大减小测量盲区，可将公知的40cm的盲区降至10cm以下。

Description

一种超声波测距方法及其系统
技术领域
本发明涉及电子测量技术领域，具体是一种超声波测距方法及其系统。
背景技术
超声波测距已经得到了广泛的应用，测量的精度也越来越高，但对于目前采用的超声波测距方法，当被测物体距离超声波探头很近时(几个厘米左右)，被测物体的反射波会在超声波探头自由振荡没有结束之前到达探头，这样就在超声探头上同时存在两个信号：一个是由于自由振荡产生的信号，一个是被测物体反射的信号，两个信号相互干扰，造成测距系统的接收电路无法判断信号中实际反射波的位置。一般把超声波探头自由振荡的时间所对应的距离称为测试盲区，显然，被测物体距离超声波探头越近，探头自由振荡对测量的影响就越大。
公知的盲区在40cm左右。对于40cm以下的距离，现有的超声波测距仪器不能予以准确测量。
发明内容
本发明提供一种使盲区大大减小的超声波测距方法。
本发明还提供一种超声波测距系统。
一种超声波测距方法，其特征在于：设定第一阈值，当被测物体距离大于第一阈值时，采用谐振工作方式驱动超声波探头，当被测物体的距离小于第一阈值时，使加在超声波探头上的驱动信号的频率偏离其谐振频率。
进一步地，所述第一阈值为40～50CM。
进一步地，超声波探头的谐振频率为40KHZ。
一种超声波测距系统，包括超声波探头、微处理器、驱动模块、信号采集模块和显示模块，微处理器与显示模块连接，微处理器输出脉冲串给驱动模块，驱动模块产生驱动信号驱动超声波探头发出超声波；超声波探头检测到的超声波回波信号经信号采集模块后传送给微处理器，其特征在于：系统设有第一阈值，系统至少包括两种工作方式：
a、谐振工作方式，超声波探头工作于谐振频率；当被测物体距离大于第一阈值时，工作于此方式；
b、第二工作方式，加在超声波探头上的驱动信号的频率偏离其谐振频率；当被测物体距离小于第一阈值时，工作于此方式。
进一步地，当被测距离由远至近，被测距离由大于第一阈值减小至等于或小于第一阈值时，系统从谐振工作方式自动转换成第二工作方式。
进一步地，当被测距离由近至远，被测距离由小于第一阈值增大至等于或大于第一阈值时，系统从第二工作方式自动转换成谐振工作方式。
进一步地，所述第一阈值为40～50CM。
进一步地，超声波探头的谐振频率为40KHZ。一般用于测距的超声波探头，其谐振频率都为40KHz。
进一步地，第二工作方式时，加在超声波探头上的驱动信号的频率为80KHZ。
超声波探头在使用时一般会产生较长时间的自由振荡，原因是人们为了提高探头的工作效率，发射超声波时，加在超声波探头上的驱动信号频率都等于探头中压电陶瓷片的谐振频率，所以当关闭超声波探头上的驱动信号，使其从发送模式转为接收模式时，压电陶瓷片还会存在一段较长时间的衰减自由振荡，正是这个振荡，对反射信号形成了干扰，使得近距离的测量非常困难。
采用本发明所述的超声波测距方法，当被测物体的距离小于第一阈值时，使加在超声波探头上的驱动信号的频率偏离其谐振频率，当关闭超声波探头上的驱动信号，使其从发送模式转为接收模式时，由于原先压电陶瓷片不是处于谐振状态，所以自由振荡衰减很快，即自由振荡维持的时间很短，测量盲区大为减小，可测量的距离可以缩短，实现了微距测量。
与现有技术相比，本发明可大大减小测量盲区，可将公知的40cm的盲区降至10cm以下。
附图说明
图1是超声波测距系统的框图。
图2是本发明的原理示意图。
图3是常规测量方法的工作波形示意图。
图4是本发明在微距测量时工作波形的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地说明。
从图3、图4对比可知，当超声波探头工作在非谐振方式下，由自由振荡产生的测量盲区明显减小，既可测物体的距离比常规方法更短。
根据本发明的原理，可以用下面的方案实现小盲区的超声波测距系统。如图1所示，一种超声波测距系统，包括超声波探头、微处理器、驱动模块、信号采集模块和显示模块，微处理器与显示模块连接，显示模块主要用于显示测量结果，微处理器输出脉冲串给驱动模块，驱动模块产生驱动信号驱动超声波探头发出超声波；超声波探头检测到的超声波回波信号经信号采集模块后传送给微处理器，系统设有第一阈值，系统至少包括两种工作方式：
a、谐振工作方式，超声波探头工作于谐振频率；当被测物体距离大于第一阈值时，工作于此方式；
b、第二工作方式，加在超声波探头上的驱动信号的频率偏离其谐振频率；当被测物体距离小于第一阈值时，工作于此方式。由于公知的盲区为40CM，因此第一阈值最好为40～50CM，第一阈值优选40CM。
当被测物体距离大于第一阈值40CM时，系统的工作与常规的超声波测距系统一致：测距时，由微处理器输出一个约10个周期，频率为40KHz的脉冲串(脉冲串的持续时间约为250us)给驱动模块，同时微处理器内部的计数器清零并开始计数，脉冲串发送完毕后，系统立即转入接收方式，当被测物体产生的回波到达后，超声波探头将回波传送到信号采集模块，信号采集模块的前置放大器对回波进行适当放大后，并由包络检波器对回波信号进行检波，使其变成一个电脉冲，利用比较器设置一个利用这个脉冲使微处理器产生中断。微处理器一旦进入中断，立即停止计数器的计数。由于计数器的计数脉冲是已知的，所以根据计数器的计数值，利用公式：L＝S*T*N/2就可计算出被测物体的距离(式中L为被测的距离；S为声速；T为计数脉冲的周期；N为计数器的计数值)。
当被测物体距离小于第一阈值40CM时，系统工作于第二工作方式，工作过程与远距离模式基本相同，只是由微处理器输出的约10个周期的脉冲串的频率变为80KHz的(脉冲串的持续时间约为125us)，由前述原理可知，在微处理器发送完脉冲串，系统转入接收方式时，探头中压电陶瓷片的余振衰减很快，系统可以识别更近距离物体的回波，测量距离可近至10CM以下，实现了微距测量。
根据本发明的原理，超声波测距系统可以包括三种或者更多种工作方式，举个例子来说，超声波测距系统包括三种工作方式：
a1、谐振工作方式，超声波探头工作于谐振频率40KHz；当被测物体距离大于第一阈值40CM时，工作于此方式；
b1、第二工作方式，加在超声波探头上的驱动信号的频率为60KHz；当被测物体距离小于第一阈值40CM，且大于30CM时，工作于此方式；
c1、第三工作方式，加在超声波探头上的驱动信号的频率为80KHz；当被测物体距离小于30CM时，工作于此方式。

Claims (9)

1、一种超声波测距方法，其特征在于：设定第一阈值，当被测物体距离大于第一阈值时，采用谐振工作方式驱动超声波探头，当被测物体的距离小于第一阈值时，使加在超声波探头上的驱动信号的频率偏离其谐振频率。
2、根据权利要求1所述的超声波测距方法，其特征在于：所述第一阈值为40～50CM。
3、根据权利要求2所述的超声波测距方法，其特征在于：超声波探头的谐振频率为40KHZ。
4、一种超声波测距系统，包括超声波探头、微处理器、驱动模块、信号采集模块和显示模块，微处理器与显示模块连接，微处理器输出脉冲串给驱动模块，驱动模块产生驱动信号驱动超声波探头发出超声波；超声波探头检测到的超声波回波信号经信号采集模块后传送给微处理器，其特征在于：系统设有第一阈值，系统至少包括两种工作方式：
a、谐振工作方式，超声波探头工作于谐振频率；当被测物体距离大于第一阈值时，工作于此方式；
b、第二工作方式，加在超声波探头上的驱动信号的频率偏离其谐振频率；当被测物体距离小于第一阈值时，工作于此方式。
5、根据权利要求4所述的超声波测距系统，其特征在于：当被测距离由远至近，被测距离由大于第一阈值减小至等于或小于第一阈值时，系统从谐振工作方式自动转换成第二工作方式。
6、根据权利要求5所述的超声波测距系统，其特征在于：当被测距离由近至远，被测距离由小于第一阈值增大至等于或大于第一阈值时，系统从第二工作方式自动转换成谐振工作方式。
7、根据权利要求4至6任一项所述的超声波测距系统，其特征在于：所述第一阈值为40～50CM。
8、根据权利要求7所述的超声波测距系统，其特征在于：超声波探头的谐振频率为40KHZ。
9、根据权利要求8所述的超声波测距系统，其特征在于：第二工作方式时，加在超声波探头上的驱动信号的频率为80KHZ。
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