CN104622437A

CN104622437A - 一种超声波身高测量设备

Info

Publication number: CN104622437A
Application number: CN201510105125.5A
Authority: CN
Inventors: 徐亮禹; 胡鹏
Original assignee: BEIJING YUEQICHUANGTONG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING YUEQICHUANGTONG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2015-05-20

Abstract

本发明提供一种超声波身高测量设备，包括：设备主体、多个温度传感器和身高测量装置，其中，所述多个温度传感器位于所述设备主体的不同高度处，用于感测超声波传播路径上的温度并根据所感测的温度生成温度电信号；所述身高测量装置至少部分位于所述设备主体的顶部并且与所述温度传感器电连接，用于测量超声传播参数并根据所述温度电信号和所述超声传播参数获得经温度补偿的身高测量值。上述超声波身高测量设备能够对超声波的波速进行精确校准，减小环境温度对身高测量产生的误差，进而获得更准确的身高测量结果。

Description

一种超声波身高测量设备

技术领域

本发明涉及测量仪器设备研究领域，具体地，涉及一种超声波身高测量设备。

背景技术

超声波身高测量仪利用超声测距技术测量身高。其属于非接触测量，干净卫生，测量迅速。目前这种超声测量仪已经广泛用在体检中心、医院体检科室等用户量大的场所。但是现有的超声波身高测量仪受环境温度影响，身高测量准确性较差，其测量精度普遍受到人们的质疑。

现有超声波身高测量仪普遍采用单温度补偿的方法。该方法仅测量某一高度的温度值。当竖直方向上温度梯度较大时，由于难以获得空气温度的真实分布情况，这种温度补偿得到的身高测量结果会产生较大的误差。

发明内容

为至少部分地解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种超声波身高测量设备，包括：设备主体、多个温度传感器和身高测量装置，其中，

所述多个温度传感器位于所述设备主体的不同高度处，用于感测超声波传播路径上的温度并根据所感测的温度生成温度电信号；

所述身高测量装置至少部分位于所述设备主体的顶部并且与所述温度传感器电连接，用于测量超声传播参数并根据所述温度电信号和所述超声传播参数获得经温度补偿的身高测量值。

可选地，所述温度传感器中每相邻的两个之间的间隔相同。

可选地，所述温度传感器是2至22个。

可选地，所述温度传感器中每相邻的两个之间的间隔是0.1至2.3米。

可选地，所述温度传感器中位置最低的温度传感器距离所述设备的踏板0.7至0.8米。

可选地，所述温度传感器包括：热电偶或铂电阻。

可选地，所述身高测量装置包括：超声发射控制模块、超声接收模块以及与所述超声接收模块电连接的处理模块，其中，

所述超声发射控制模块用于向人体方向发射超声波；

所述超声接收模块用于接收经所述人体反射的超声波并根据所接收的超声波生成标识超声传播参数的电信号；

所述处理模块用于根据所述超声传播参数和所述温度电信号获得所述身高测量值，其中所述超声传播参数是根据来自所述超声接收模块的电信号所获得的。

可选地，所述身高测量装置在根据所述温度电信号和所述超声传播参数获得经温度补偿的身高测量值的过程中利用了线性拟合技术。

可选地，所述设备还包括位于所述设备主体上的显示模块。

可选地，所述设备还包括位于所述设备主体底部的体重测量装置，用于生成体重测量值。

本发明所提供的上述超声波身高测量设备能够对超声波的波速进行精确校准，减小环境温度对身高测量产生的误差，进而获得更准确的身高测量结果。

在发明内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1是根据本发明一个具体实施例的超声波身高测量设备的示意图；

图2是根据本发明一个具体实施例的温度空间分布示意图；以及

图3是根据本发明一个具体实施例的超声波身高测量设备的示意性框图。

具体实施方式

在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

根据本发明一个方面，提供了一种超声波身高测量设备。该设备利用超声波测量人体的身高。然而，超声波的传播速度受到环境温度影响。在常温下，超声波的传播速度约为340m/s。一般温度每上升1摄氏度，超声波传播速度大约增加0.6m/s。超声波的传播速度v(单位：m/s)和环境温度的Tc(单位：摄氏度)的关系大致可以用该公式表示：

ν≈(331.4+0.6Tc)m/s。公式1

本发明所提供的超声波身高测量设备充分虑及上述因素，能够获得更准确的身高测量结果。

图1示出了根据本发明一个具体实施例的身高测量设备100。该设备100包括设备主体110、多个温度传感器120和身高测量装置130。多个温度传感器120位于设备主体110的不同高度处，用于感测超声波传播路径上的温度并根据所感测的温度生成温度电信号。身高测量装置130至少部分位于设备主体110的顶部并且与温度传感器120电连接，用于测量超声传播参数并根据所述温度电信号和所述超声传播参数生成经温度补偿的身高测量值。

设备主体110用于承载设备上的所有装置、模块等。其通常为金属材料制成。

如图1所示，设备主体110可以包括踏板111，以供用户踩踏并且提供身高测量的基准位置。对于身高测量来说，踏板111所在的高度处可以是0米。这样，该设备100可以搬移到任意位置，无需重新标定0米所在的位置。当然，设备主体110也可以不包括踏板，其可以固定于地面上。

在本发明的实施例中，温度传感器120包括多个，其大致位于超声波传播路径上并分别位于设备主体110的不同高度处，用于感测超声波传输路径的不同高度处的温度并根据所感测的温度生成温度电信号。

温度电信号反应了空间中的温度分布。图2是根据本发明一个具体实施例的温度空间分布示意图，其中横轴是环境的温度，纵轴是空间高度。在该实施例中，采用了10个温度传感器，其分布在0.5米至2.3米的高度位置之间，由此实际测量了10个位置处的温度。

当室内开空调、暖气或房间开门窗时，温度在超声波传播路径上可能存在较大的梯度差。如果只用单个温度补偿装置无法代表超声传播路径上的温度，温度补偿得到的测量结果也存在较大偏差。在本发明的实施例中，存在多个温度传感器来测量温度的空间分布以准确进行温度补偿。图1所示的实施例中示出了4个温度传感器。

身高测量装置首先利用超声波技术来测得超声传播参数。超声传播参数是唯一标识人体身高的、与超声波的传播相关的参数。可选地，可以采用诸如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法等方法来测量人体身高。在这些方法中，往返时间、相位和声波幅值分别是超声传播参数。在本发明的该实施例中，以往返时间检测法为例进行说明。

可选地，身高测量装置包括超声发射控制模块、超声接收模块以及与所述超声接收模块电连接的处理模块。超声发射控制模块用于向人体方向发射一定频率的超声波。其可以采用TL851芯片实现。超声发射控制模块可以位于设备主体110的顶部，并以竖直向下的方向发射超声波。其所发射的超声波借助空气媒质传播，当其到达被测人体的头顶时反方向传播回来，即发生反射。超声接收模块用于接收经人体反射的超声波并根据所接收的超声波生成标识超声传播参数的电信号。其可以采用TL852芯片实现。超声接收模块也可以位于设备主体110的顶部。超声波所经历的传播时间即往返时间，也即超声传播参数。往返时间与超声波传播的路程的远近有关。因为设备的踏板与设备顶部的距离D一定，所以往返时间唯一地标识了被测人体的身高h：

h＝D-vt/2 公式2

其中，v是超声波传播速度，t是超声波往返时间。

身高测量装置然后根据温度电信号和超声传播参数获得经温度补偿的身高测量值。

仍以上例为例，身高测量装置中的处理模块可以与超声接收模块和温度传感器电连接，用于根据超声传播参数(在此实施例中，即超声波往返时间t)和来自温度传感器的温度电信号基于上述原理获得经温度补偿的身高测量值，其中超声传播参数是根据来自超声接收模块的电信号所获得的。该处理模块可以采用数字信号处理器(DSP)以及各种单片机实现，例如ARM单片机。

身高测量装置基于温度传感器所获得的温度可以利用线性拟合技术获得整个空间的温度分布，如图2所示。线性拟合方法计算简单、快速，能够很好满足超声波身高测量设备的需要。本领域普通技术人员可以理解，可以采用最小二乘线性拟合方法。

可选地，身高测量装置还可以采用分段处理的方法来获得温度空间分布。只在存在温度传感器的高度位置处利用线性拟合技术。例如，仅在1.5米至2.3米的位置之间存在3个温度传感器，那么基于这3个温度传感器所获得的温度，利用线性拟合技术计算1.5米至2.3米高度位置之间的温度分布。这样获得的温度分布曲线具有两个端点，分别位于1.5米和2.3米位置处。对于低于1.5米的位置，认为其温度与1.5米位置的温度相同。对于高于2.3米的位置，认为其温度与2.3米位置的温度相同。或者，适当延伸利用线性拟合技术所获得的曲线，例如延长0.1米，这样也获得两个端点。与上面描述近似的，分别以这两个端点处的温度作为低于或高于这两个端点处的温度。这种分段处理技术的应用有时更能体现温度的真实空间分布，从而获得更准确的身高测量值。

基于温度的空间分布可以计算超声波的平均传播速度。以图2所示的温度分布示意图为例，假设人体身高为1米，头顶距身高测量模块的距离为1.3米，那么头顶以上空间的平均温度大约为27摄氏度。则根据公式1计算超声波的平均传播速度为347.6m/s。

身高测量装置根据超声波的平均传播速度v和往返时间t基于公式2可以获得较准确的身高测量值。

本发明所提供的上述超声波身高测量设备能够对超声波的波速进行精确校准，减小环境温度对身高测量产生的误差，进而获得更准确的身高测量结果。对于上面的示例，如上所述，超声波的平均传播速度为347.6m/s。然而在现有技术的超声波身高测量设备中，通常在设备主体的顶部安装温度传感器，则其测量的室内温度约为31摄氏度，则计算所得的速度为350m/s。如此，身高测量的误差为1.3-1.3*350/347.6＝0.009m。

可选地，温度传感器120是2至22个。可选地，温度传感器120中每相邻的两个之间的间隔是0.1至2.3米。温度传感器数量和/或间隔适当，能够有效权衡测量成本和测量效果。这样，在保证测量效果的基础上，还能较节约成本。

可选地，温度传感器120中位置最低的温度传感器距离该设备的踏板0.7至0.8米。人体一般高于0.7米。在仅高于0.7米处安装温度传感器，能够有效节约成本。

可选地，温度传感器120中每相邻的两个之间的间隔相同。以相同的间隔布置温度传感器120，可以较准确地测量各个高度的温度，从而获得较准确的身高测量值。

温度传感器120中每相邻的两个之间的间隔也可以不同。人体的身高一般在1.9米以下。因此，例如，可以在高于1.9米的位置处温度传感器较密集的排布，在低于1.9米的位置处温度传感器较稀疏的排布，以更好地测量超声波传播路径上的温度。

可选地，温度传感器包括热电偶或铂电阻，其响应速度快。当温度迅速变化时，例如利用空调快速降温时，这能够保证身高测量值的准确。仍以头顶距离设备主体110的顶部1.3米为例，假设温度迅速下降了5摄氏度，如果未能及时温度补偿，那么误差将高达1.3*5*1.6＝0.0104m。

图3是根据本发明一个具体实施例的超声波身高测量设备300的示意性框图。

如图3所示，设备300还可以包括位于设备主体底部的体重测量装置340，用于生成体重测量值。体重测量装置可以包括单片机、称重传感器和AD采集电路。体重测量和身高测量的集成，给用户带来了方便，有效提高了用户体验。

可选地，设备300还可以包括位于设备主体上的显示模块350。显示模块350可以用于显示身高测量值。如果设备300还包括体重测量装置330，显示模块350还可以用于显示体重测量值。显示模块350可以用ARM单片机、以及数码管或液晶显示屏来实现。显示模块350的存在方便了用户实时获得测量结果，提高了用户体验。

本领域普通技术人员可以理解，超声波身高测量设备还可以包括输入模块。输入模块例如包括电容触摸按键，其进一步包括电容感应集成芯片、触摸焊盘电路等。输入模块用于接收用户输入，例如启动命令等。超声波身高测量设备还可以包括电源适配器，用于给各个装置和模块等供电。本发明的贡献并非在于它们的功能和构造，它们可以采用现有技术中存在的或未来可能出现的各种构造，因此本文将不对它们进一步详细地描述。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种超声波身高测量设备，包括：设备主体、多个温度传感器和身高测量装置，其中，

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述温度传感器中每相邻的两个之间的间隔相同。

3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述温度传感器是2至22个。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述温度传感器中每相邻的两个之间的间隔是0.1至2.3米。

5.如权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于，所述温度传感器中位置最低的温度传感器距离所述设备的踏板0.7至0.8米。

6.如权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于，所述温度传感器包括：热电偶或铂电阻。

7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述身高测量装置包括：超声发射控制模块、超声接收模块以及与所述超声接收模块电连接的处理模块，其中，

所述超声发射控制模块用于向人体方向发射超声波；

8.如权利要求1或7所述的设备，其特征在于，所述身高测量装置在根据所述温度电信号和所述超声传播参数获得经温度补偿的身高测量值的过程中利用了线性拟合技术。

9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括位于所述设备主体上的显示模块。

10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括位于所述设备主体底部的体重测量装置，用于生成体重测量值。