CN103983966A - 一种距离探测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种距离探测方法和装置，所述装置包括：用于辐射电磁波的磁性天线；与所述磁性天线相连接，用于生成正弦交流电信号，以及，将所述正弦交流电信号输入到所述磁性天线中的振荡电路；与所述磁性天线相连接，用于检测所述磁性天线上的电流值的检流电路；与所述振荡电路及检流电路相连，用于将所述正弦交流电信号的电压值乘以所述检流电路输出的电流值得到视在功率，并将所述视在功率进行低通滤波，得到视在功率中的有功功率的信号处理电路；与所述信号处理电路相连接，用于参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述本装置与目标导体之间的距离的处理器。本申请能够提高距离测量的准确性。

Description

一种距离探测方法和装置

技术领域

本申请涉及测距技术领域，特别是涉及一种距离探测方法和装置。

背景技术

距离测量常用的方法有量尺量距、视距测量、视差法测距和激光测距，较为常见的激光测距，即利用激光发射部件(例如激光二极管)发射激光束，对物体进行探测。激光测距仪即是利用激光对本设备与目标物体(为一导体)的距离进行测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标物体射出一束很细的激光，由光电元件接收目标物体反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，进而计算到本设备与目标物体之间的距离。

但是，发明人经过研究和试验发现，激光测距的精度主要取决于对往返时间的测量精度，当激光发射装置与目标之间的距离较小时，时间的测量结果将会出现较大的误差，进而影响测距结果的准确性。另外，激光测距的测量精度还容易受到外界因素的干扰，例如：在进行激光测距时必须要求目标的反射面必须与光束垂直，否则返回信号过于微弱将无法得到精确距离，此外，目标的反射面漫反射程度、背景光的干扰程度都会对激光测距的精度产生影响。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种距离测量方法、装置及系统，提高距离测量的准确性。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种距离探测装置，设置在目标导体一侧，用于测量与目标导体之间的距离，该装置包括：

·用于向外辐射电磁波的磁性天线；

与所述磁性天线相连接，用于生成正弦交流电信号，以及，将所述正弦交流电信号输入到所述磁性天线中的振荡电路；

与所述磁性天线相连接，用于检测所述磁性天线上的电流值的检流电路；

与所述振荡电路及检流电路相连，用于将所述正弦交流电信号的电压值乘以所述检流电路输出的电流值得到视在功率，并将所述视在功率进行低通滤波，得到视在功率中的有功功率的信号处理电路；

与所述信号处理电路相连接，用于参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算本装置与所述目标导体之间的距离的处理器。

优选的，上述装置还可以进一步包括：

与所述振荡电路相连，以检测所述正弦交流电信号的电压幅值，并将电压幅值提供给所述处理器的检波电路；

所述预先设置的对应关系中的功率，为有功功率除以所述电压幅值的平方所得的结果。

优选的，上述装置还可以进一步包括：

进一步包括用于检测所述磁性天线的温度值，得到检测温度值并提供给所述处理器的测温电路；

所述预先设置的对应关系中的功率，为所述信号处理电路输出的有功功率减去功率基数所得结果，所述功率基数为磁性天线在各种温度下的自身损耗功率。

优选的，上述装置还可以进一步包括：与所述处理器相连接，用于将计算得到的所述测量距离发送出去的通讯电路；和/或，

与所述处理器相连接，用于生成包含所述测量距离的电流信号，以及，将所述电流信号放大后输出的放大电路。

优选的，上述装置中，所述磁性天线包括：

一侧密封一侧敞开形成开口的磁芯座；

嵌于所述磁芯座中的磁芯；

缠绕在所述磁芯上的导电线圈，所述导电线圈连接所述振荡电路。

优选的，上述装置中，所述信号处理电路包括：

乘法电路，与所述振荡电路和检流电路相连接，将所述正弦交流电信号的电压值乘以电流值得到视在功率；

低通滤波电路，与所述乘法电路相连，将乘法电路输出的视在功率进行低通滤波，去除其中的无功功率，得到有功功率信号并提供给所述处理器。

此外，本申请还提供一种距离探测方法，在目标导体一侧设置有磁性天线，且位于所述磁性天线的磁场范围内，该方法包括：

生成正弦交流电信号，以及，将所述正弦交流电信号提供给所述磁性天线，由所述磁性天线以电磁波形式辐射；

检测所述正弦交流电信号的电压和电流值，将两者相乘得到视在功率；

将所述视在功率进行低通滤波，得到视在功率中的有功功率；

参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁性天线与所述目标导体之间的距离。

优选的，上述方法还可以进一步包括：检测所述正弦交流电信号的电压幅值，将所述有功功率除以所述电压幅值的平方；此时，所述参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁性天线与所述目标导体之间的距离包括：查找预先设置的功率与距离的对应关系，将与功率对应的距离确定为与所述目标导体之间的距离，所述功率为有功功率除以所述电压幅值的平方所得的结果。

优选的，上述方法还可以进一步包括：进一步包括检测所述磁性天线的温度值，得到检测温度值；此时，所述参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁性天线与所述目标导体之间的距离包括：查找对应所述温度值的功率基数；将所述信号处理电路输出的有功功率减去所述功率基数，并在预先设置的功率与距离的对应关系中查找匹配的功率数据，将功率数据对应的距离确定为磁性天线与目标导体之间的距离。

优选的，上述方法还可以进一步包括：

将计算得到的所述测量距离发送出去，以及，

生成包含所述测量距离的电流信号，以及，将所述电流信号放大后输出。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该距离探测方案，首先产生正弦交流电信号，并将该正弦交流电信号输入端到磁性天线中，以使所述磁性天线向外辐射的电磁波，由于辐射出的电磁波前方遇到目标导体时，会在导体内感应出电流，导体内的电流流动会消耗功率，基于电磁互感原理，会使得磁性天线向外输出的功率增加，耗电的功率也增加，然后在检测输入到该磁性天线上的正弦交流电信号的电压幅值以及该磁性天线上的电流值，最终计算得到本装置与目标导体之间的测量距离。

与现有的激光测距技术相比，该方法利用电磁互感原理来计算与被测目标导体之间的距离，受外界干扰的因素较少，能够准确计算得到与被测目标导体之间的距离，测量精度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了一种可能的距离探测装置的结构框图；

图2示例性地示出了另一种可能的距离探测装置的结构框图，该装置中设置有检波电路；

图3示例性地示出了另一种可能的距离探测装置的结构框图，该装置中设置有测温电路；

图4示例性地示出了另一种可能的距离探测装置的结构框图，该装置中设置有通讯电路；

图5示例性地示出了另一种可能的距离探测装置的结构框图，该装置中设置有放大电路；

图6示例性地示出了另一种可能的距离探测装置的结构框图，该装置呈现了信号处理电路的具体结构；

图7示例性地示出了一种可能的距离探测装置中磁性天线的正视图；

图8示例性地示出了一种可能的距离探测装置中磁性天线的侧视图；

图9示例性地示出了又一种可能的距离探测装置的结构框图，该装置中包括了包括检波电路、测温电路、通讯电路和放大电路，且呈现了信号处理电路的具体结构；

图10示例性地示出了一种可能的距离探测方法的流程图。

具体实施方式

鉴于背景技术所述技术问题，发明人一直研究一种能准确且抗外界干扰的解决方案，在实施本发明创造的过程中，发明人发现，电磁互感原理可以被利用来探测距离，并且，只需将该外部磁场屏蔽，就能够准确计算得到与被测目标导体之间的距离，测量精度较高。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参考图1，为本申请提供的一种距离探测装置的结构框图，该装置设置于目标导体一侧，用于测量本装置与所述目标导体之间的距离，其包括磁性天线11、振荡电路12、检流电路13、信号处理电路14和处理器15。

其中：

所述磁性天线11用于向外辐射电磁波，其设置于所述目标导体的一侧，所述目标导体位于所述磁性天线11的磁场范围内。

所述振荡电路12与所述磁性天线11相连接，用于产生一正弦交流电信号，并将所述正弦交流电信号传输给所述磁性天线11。所述正弦交流电信号的频率为100kHz～3MHz，优选为300kHz～500kHz。

所述检流电路13与所述磁性天线11相连接，用于检测所述正弦交流电信号施加于所述磁性天线11上后，所述磁性天线11上的电流值。

信号处理电路14连接所述磁性天线11和振荡电路12，用于将所述振荡电路12输出的所述正弦交流电信号的电压值，乘以所述检流电路11输出的电流值，得到视在功率，并将所述视在功率进行低通滤波，得到有功功率。

所述处理器15与所述信号处理电路14相连接，用于参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁性天线11与所述目标导体之间的距离。具体的，被测距离在全量程内分成多个区间，并测量在各个不同距离下的有功功率，并制成数据表，存放在处理器15中，在使用中，就可以通过查表的方式获得距离。

本装置利用电磁互感原理来计算与被测目标导体之间的距离，具体的，本装置辐射出的电磁波遇到目标导体时，会在导体内感应出电流，导体内的电流流动会消耗功率，基于电磁互感原理，会使得磁性天线向外输出的功率增加，耗电功率(即有功功率)也增加。并且距离越近，有功功率越大，两者具有对应关系，利用此对应关系即可计算出本装置与目标导体之间的距离。并且，受外界干扰的因素较少，就能够准确计算得到与被测目标导体之间的距离，测量精度较高。

发明人在研究过程中还发现，当激励电压的幅值变化时，即使距离不变化，“有功功率”也会明显变化，导致出现测量误差。此外，有功功率中并非全部都用于辐射，而是有一部分属于磁性天线自身消耗的功率(例如金属材料，如铜线，发热的消耗，或者磁性天线的磁损耗)，本文称为功率基数，温度的变化会造成磁性天线磁损耗或者材料导电系数的变化，从而造成测量误差。

针对激励电压幅度变化导致出现测量误差的问题，在实践中，我们发现，有功功率和电压幅值的平方成正比，因此，我们将有功功率除以电压幅值的平方，获得的数值作为可以信赖的有功功率的一个表征，其中代表了“归一化”的有功功率，即不论激励电压如何变动都可靠的一个有功功率。即所述预先设置的对应关系，是有功功率除以所述电压幅值的平方所得的结果，与距离之间的对应关系。

于是，本申请还提供了分别针对这两种情况的具体实例，其中一种具体实例的结构如图2所示，在图1基础上增设连接振荡电路12和处理器15的检波电路16，用于检测所述正弦交流电信号的电压幅值，并将电压幅值提供给所述处理器15。所述处理器15信号处理电路14提供的有功功率除以所述检波电路16提供的电压幅值的平方，得到结果后查询预先设置的对应关系表，确定所述对应关系表中与所述结果相同的数值，并将该数值对应的距离作为本装置与目标导体之间的距离。

而针对由于温度变化导致功率基数变化的问题，本申请提供另一个实施例，其结构如图3所示，在图1基础上增设测温电路17，该测温电路17连接所述磁性天线11及处理器15，用于检测磁性天线11的温度值，得到检测温度值并提供给所述处理器15。

在不同温度下，功率基数不同，例如在55℃时，磁性天线的功率基数为1瓦，在45℃时，磁性天线的功率基数变为0.9瓦，因此所述预先设置的对应关系中的功率，为信号处理电路14输出的有功功率减去对应温度下的功率基数所得结果。所述处理器15获取所述测温电路17所测得的温度值，查询对应的功率基数，然后将信号处理电路14输出的有功功率减去该功率基数，再查询预设的对应关系(具体可以是一个对应关系表)，找到对应的功率数据，将该功率数据对应的距离确定为本装置与目标导体之间的距离。

图4和图5示出了另外两种实施例的结构，其中，图4在图1基础上增设与所述处理器15相连接，用于将计算得到的所述测量距离发送出去的通讯电路18。图5在图1的基础上增设与所述处理器15相连接，用于生成包含所述测量距离的电流信号，以及，将所述电流信号放大后输出的放大电路19。其中：通讯输出采用标准的工业通讯规约，为RS485或者CAN总线等，能够将测量数据实时输出，并且可以通过通讯口实现本装置的定标(即录入数据表)；电流输出为标准的工业4～20mA输出，用于连接其它设备，输出表征被测距离的一个电流量值。

图6示出了所述信号处理电路的一种结构，包括乘法电路141和低通滤波电路142，其中：

所述乘法电路141，与所述振荡电路12和检流电路13相连接，将所述正弦交流电信号的电压值乘以电流值得到视在功率。

所述低通滤波电路142，与所述乘法电路141相连，将乘法电路141输出的视在功率进行低通滤波，去除其中的无功功率，得到有功功率信号并提供给所述处理器15。因为视在功率里面含有有功功率和无功功率，其中无功功率是高频的，其均值是零，经过低通滤波之后结果为零。因此，将电压与电流的乘积通过低通滤波之后，其结果就去掉了无功功率，只剩下有功功率了。

上述各实施例中的磁性天线11可以包括磁芯和线圈，其结构如图7和图8所示，包括：

一侧密封一侧敞开形成开口的磁芯座111；

嵌于所述磁芯座111中的磁芯112；

缠绕在所述磁芯112上的导电线圈113，所述导电线圈113通过两条导线1131与磁性天线11外部的器件或设备(例如振荡电路12或检流电路13)相连。

所述磁性天线11的磁芯座111的开口朝向所述目标导体，由于磁芯座111与开口相对的一侧封闭，相当于定向天线，辐射方向集中，辐射效果较好。

需要说明的是，上述各实施例中所侧重描述的特征可以任意结合，例如在一个实施例中在上述图1的基础上，可以同时包括检波电路16、测温电路17、通讯电路18和放大电路19中的任意组合，例如图9所示。

本申请记载的距离探测装置可以应用于多个领域，例如可以用于电梯称重、感应门、工业领域或航空航天等高科技领域。

下面分别做简单介绍：

1、电梯称重领域

电梯轿厢内的载重量是有一定限度的，当超过额定载重量时容易发生危险，因此需要测量载重量。用本装置，配合弹簧即可测量载重量。弹簧通过载重发生形变，载重越大，弹簧的形变就越大，引起距离变化，此时本装置就会探测到与导体平面(一般是电梯轿厢上的一个金属梁)之间的距离发生了变化，通过精确测量距离即可精确测量电梯的实际载荷。这样做的好处是，淘汰了繁复而又昂贵的电梯载荷传感器，成本大幅度降低，而精确度并未降低，故障率也会降低。

2、感应门

将本装置安装在一扇门上，并测量它与固定端的距离，就可精确感应出门的关合程度，并用于门的自动控制。

3、工业领域

用于测量金属物体之间的距离，用于确定设备安装位置的准确度，也用于日常生产中需要测量距离的场合。特别是，用于对精确度有较高要求的行程的控制，作为线性的行程测量部件，用于位置伺服等领域。

4、航空航天等高科技领域

用于探测物体之间的距离，以验证安装是否准确，以及是否发生意外的移位，通过通讯网络可以在计算机中显示多个本装置所反馈出的各个位置的距离信息；必要时，还可以对一些关键位置的距离变化做出警告。

本申请针对上述装置，同时还提供一种距离探测方法，该方法的一种实施例如图10所示，包括以下步骤：

步骤S101、生成一正弦交流电信号。

步骤S102、将所述正弦交流电信号提供给所述磁性天线，由所述磁性天线以电磁波形式辐射；

步骤S103、检测所述正弦交流电信号的电压和电流值，将两者相乘得到视在功率；

步骤S104、将所述视在功率进行低通滤波，得到视在功率中的有功功率；

步骤S105、参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁芯与所述目标导体之间的距离。

其他实施例可以在上述实施例的基础上进一步包括：检测所述正弦交流电信号的电压幅值，将所述有功功率除以所述电压幅值的平方。这种情况下，所述参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁芯与所述目标导体之间的距离包括：查找预先设置的功率与距离的对应关系，将与功率对应的距离确定为与所述目标导体之间的距离，所述功率为有功功率除以所述电压幅值的平方所得的结果。

或者，在上述实施例的基础上进一步包括检测所述磁性天线的温度值，得到检测温度值。这种情况下，所述参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁芯与所述目标导体之间的距离包括：查找预先设置的功率与距离的对应关系，将与功率对应的距离确定为与所述目标导体之间的距离，所述预先设置的对应关系中的功率，由功率基数与信号处理电路输出的有功功率处理形成，所述功率基数用于修正由于温度差异产生的功率误差，在不同温度下，功率基数不同。

并且，还可以进一步包括：

将计算得到的所述测量距离发送出去，或者，

生成包含所述测量距离的电流信号，以及，将所述电流信号放大后输出。

本方法与上述装置相对应，本方法各步骤的实现方式可以参考前文装置部分的内容，在此不再赘述。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种距离探测装置，设置在目标导体一侧，用于测量与目标导体之间的距离，其特征在于，该装置包括：

用于辐射电磁波的磁性天线；

与所述磁性天线相连接，用于生成正弦交流电信号，以及，将所述正弦交流电信号输入到所述磁性天线中的振荡电路；

与所述磁性天线相连接，用于检测所述磁性天线上的电流值的检流电路；

与所述振荡电路及检流电路相连，用于将所述正弦交流电信号的电压值乘以所述检流电路输出的电流值得到视在功率，并将所述视在功率进行低通滤波，得到视在功率中的有功功率的信号处理电路；

与所述信号处理电路相连接，用于参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述本装置与所述目标导体之间的距离的处理器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

与所述振荡电路相连，以检测所述正弦交流电信号的电压幅值，并将电压幅值提供给所述处理器的检波电路；

所述预先设置的对应关系中的功率，为有功功率除以所述电压幅值的平方所得的结果。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括用于检测所述磁性天线的温度值，得到检测温度值并提供给所述处理器的测温电路；

所述预先设置的对应关系中的功率，为所述信号处理电路输出的有功功率减去功率基数所得结果，所述功率基数为磁性天线在各种温度下的自身损耗功率。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

与所述处理器相连接，用于将计算得到的所述测量距离发送出去的通讯电路；

和/或，

与所述处理器相连接，用于生成包含所述测量距离的电流信号，以及，将所述电流信号放大后输出的放大电路。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁性天线包括：

一侧密封一侧敞开形成开口的磁芯座；

嵌于所述磁芯座中的磁芯；

缠绕在所述磁芯上的导电线圈，所述导电线圈连接所述振荡电路。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的装置，其特征在于，所述信号处理电路包括：

乘法电路，与所述振荡电路和检流电路相连接，将所述正弦交流电信号的电压值乘以电流值得到视在功率；

低通滤波电路，与所述乘法电路相连，将乘法电路输出的视在功率进行低通滤波，去除其中的无功功率，得到有功功率信号并提供给所述处理器。

7.一种距离探测方法，其特征在于，在目标导体一侧设置有磁性天线，且位于所述磁性天线的磁场范围内，该方法包括：

生成正弦交流电信号，以及，将所述正弦交流电信号提供给所述磁性天线，由所述磁性天线以电磁波形式辐射；

检测所述正弦交流电信号的电压和电流值，将两者相乘得到视在功率；

将所述视在功率进行低通滤波，得到视在功率中的有功功率；

参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁性天线与所述目标导体之间的距离。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：

检测所述正弦交流电信号的电压幅值；

将所述有功功率除以所述电压幅值的平方；

所述参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁性天线与所述目标导体之间的距离包括：

查找预先设置的功率与距离的对应关系，将与功率对应的距离确定为与所述目标导体之间的距离，所述功率为有功功率除以所述电压幅值的平方所得的结果。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

进一步包括检测所述磁性天线的温度值，得到检测温度值；

所述参考预先设置的功率与距离的对应关系，计算所述磁性天线与所述目标导体之间的距离包括：

查找对应所述温度值的功率基数；

将所述信号处理电路输出的有功功率减去所述功率基数，并在预先设置的功率与距离的对应关系中查找匹配的功率数据，将功率数据对应的距离确定为磁性天线与目标导体之间的距离。

10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将计算得到的所述测量距离发送出去，以及，

生成包含所述测量距离的电流信号，以及，将所述电流信号放大后输出。