CN109633655B

CN109633655B - 超声波测距方法及超声波测距装置

Info

Publication number: CN109633655B
Application number: CN201811632593.8A
Authority: CN
Inventors: 梁伟培; 梁文浩; 廖运明; 陈代市; 叶志楠
Original assignee: Zhaoqing Aodiwei Sensing Technology Co ltd
Current assignee: Zhaoqing Aodiwei Sensing Technology Co ltd
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2038-12-29
Also published as: CN109633655A

Abstract

本发明公开了一种超声波测距方法及超声波测距装置。采用超声波测距方法进行操作时，首先根据所需测量的使用环境，对超声波测距装置内部的配置参数进行调整，然后，启动超声波测距装置向目标目标障碍物发射超声波发射信号，由于超声波测距装置自身的物理特性，超声波测距装置除了能够接收到经过目标目标障碍物反射后所产生的超声波反射信号，同时还会检测到自身引起的余震干扰信号。在超声波测距装置接收到超声波反射信号与余震干扰信号后，超声波测距装置通过预设的振幅阈值对超声波反射信号与余震干扰信号进行比对，并将所述余震干扰信号进行排除。因此，上述超声波测距方法能够避免余震干扰信号对于超声波反射信号产生干扰，改善了超声波的测距效果。

Description

超声波测距方法及超声波测距装置

技术领域

本发明涉及超声波测距的技术领域，特别是涉及一种超声波测距方法及超声波测距装置。

背景技术

传统地，超声波具有指向性强，能量消耗慢的特性。同时，当超声波在传播过程中遇到目标障碍物时会发生反射。因此，往往借助超声波进行测距，但是，由于超声波振动片的自身物理特性，会有伴随着余震的产生，会对目标反射回来的超声波产生干扰，其中，当通过超声波进行距离测距时，超声波所产生的余震对超声波信号的影响更为明显，从而严重影响了超声波的测距效果。

发明内容

基于此，有必要提供一种超声波测距方法及超声波测距装置，能够改善超声波的测距效果。

其技术方案如下：

一种超声波测距方法，其特征在于，包括：根据超声波测距装置的使用环境，调整相应的配置参数，并设置与该使用环境相对应的振幅阈值；所述超声波测距装置向目标障碍物发射超声波发射信号并接收距离处理信号，所述距离处理信号包括所述超声波发射信号经目标障碍物反射后形成超声波反射信号，及所述超声波测距装置自身产生余震干扰信号；当所述超声波测距装置对所述距离处理信号进行处理时，将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行比对，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理。

采用超声波测距方法进行操作时，首先根据所需测量的使用环境，对所述超声波测距装置内部的配置参数进行调整，从而能够产生不同的振幅阈值。即实现了针对不同测量环境实时调整所述超声波发射信号并达到最优的测量效果。然后，启动所述超声波测距装置向目标障碍物发射超声波发射信号，所述超声波测距装置接收到所述距离处理信号，此时，所述距离处理信号包括所述超声波发射信号经目标障碍物反射后形成超声波反射信号，及所述超声波测距装置自身产生余震干扰信号。所述超声波测距装置将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行比对，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理。因此，上述超声波测距方法能够避免余震干扰信号对于超声波反射信号产生干扰，改善了超声波的测距效果。

采用上述任意一实施例所述的超声波测距方法，一种超声波测距装置，包括超声波探芯组件、处理器与安装壳体，所述处理器与所述超声波探芯组件与所述处理器均装设在所述安装壳体上，且所述超声波探芯组件与所述处理器电性连接。

上述超声波测距装置在使用时，首先根据所需测量的使用环境调整处理器上的配置参数，即通过处理器改变超声波测距装置的超声波发射信号的频率、脉冲数、强度等等。然后，通过超声波探芯组件朝目标障碍物发射超声波发射信号，超声波探芯组件接收到距离处理信号，此时，所述距离处理信号包括所述超声波发射信号经目标障碍物反射后形成超声波反射信号，及所述超声波测距装置自身产生余震干扰信号。超声波测距装置将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行比对，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理。上述超声波测距装置能够对余震干扰信号进行有效的消除，从而能够避免余震干扰信号对于超声波反射信号产生干扰，改善了超声波的测距效果。

下面结合上述方案对本发明进一步说明：

根据超声波测距装置的使用环境，调整相应的配置参数，并设置与该使用环境相对应的振幅阈值的步骤中，采用LIN总线网络调整配置参数。

当所述超声波测距装置对所述距离处理信号进行处理时，将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行对比，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理的步骤中，当超声波测距装置的测距范围为2cm～29cm时，对所述振幅阈值进行调整，并将调整后的所述振幅阈值定义为第一振幅阈值，将所述距离处理信号的幅值与所述第一振幅阈值的幅值进行幅值比对，将所述距离处理信号中幅值低于所述第一振幅阈值幅值的信号认定为所述余震干扰信号，将所述距离处理信号中幅值高于所述第一振幅阈值幅值的信号认定为所述超声波反射信号。

当所述超声波测距装置对所述距离处理信号进行处理时，将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行对比，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理的步骤中，当超声波测距装置的测距范围为30cm～250cm时，对所述振幅阈值进行调整，并将调整后的所述振幅阈值定义为第二振幅阈值，将所述距离处理信号的幅值与所述第二振幅阈值的幅值进行幅值比对，将所述距离处理信号中振幅首次高于所述第二振幅阈值的信号认定为所述余震干扰信号，将所述距离处理信号中幅值第二次及后续高于所述第二振幅阈值的信号认定为所述超声波反射信号。

当所述超声波测距装置对所述距离处理信号进行处理时，将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行比对，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理的步骤中，采用如下公式进行计算：L＝V*T/2；其中，L为超声波测距装置所需测试的目标距离；V为声波的传播速度340m/s，即取外界温度为15℃时，空气中的声音传播速度为340m/s；T为超声波从发射开始到被目标障碍物反射回超声波测距装置的整段传播时间。

所述超声波探芯包括发射探芯与接收探芯，所述发射探芯与所述接收探芯间隔设置，且所述发射探芯与所述接收探芯均位于所述安装壳体的同一安装面。

所述安装壳体上开设有第一安装孔与第二安装孔，所述第一安装孔用于装设发射探芯，所述第二安装孔用于装设接收探芯，所述发射探芯上设有第一胶套，所述第一胶套与所述第一安装孔的孔壁抵触配合，所述接收探芯上设有第二胶套，所述第二胶套与所述第二安装孔的孔壁抵触配合。

所述发射探芯的射出端与所述接收探芯的接收端相垂直。

超声波测距装置还包括吸音棉，所述吸音棉装设在所述安装壳体内部，且所述吸音棉与所述超声波探芯组件相对应。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的超声波测距方法的流程图；

图2为本发明一实施例所述的超声波测距装置的结构示意图。

附图标记说明：

100、超声波测距装置，110、超声波探芯组件，111、发射探芯，1111、第一胶套，112、接收探芯，1121、第二胶套，120、处理器，130、安装壳体，131、第一安装孔，132、第二安装孔，140、吸音棉。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1所示，在一个实施例中，一种超声波测距方法，包括如下步骤：步骤S100：根据超声波测距装置100的使用环境，调整相应的配置参数，并设置与该使用环境相对应的振幅阈值。步骤S200：所述超声波测距装置100向目标障碍物发射超声波发射信号并接收距离处理信号，所述距离处理信号包括所述超声波发射信号经目标障碍物反射后形成超声波反射信号，及所述超声波测距装置自身产生余震干扰信号。步骤S300：当所述超声波测距装置100对所述距离处理信号进行处理时，将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行比对，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理。

采用超声波测距方法进行操作时，首先根据所需测量的使用环境，对所述超声波测距装置100内部的配置参数进行调整，从而能够产生不同的振幅阈值。即实现了针对不同测量环境实时调整所述超声波发射信号并达到最优的测量效果。然后，启动所述超声波测距装置100向目标障碍物发射超声波发射信号，所述超声波测距装置100接收到所述距离处理信号，此时，所述距离处理信号包括所述超声波发射信号经目标障碍物反射后形成超声波反射信号，及所述超声波测距装置100自身产生余震干扰信号。所述超声波测距装置100将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行比对，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理。因此，上述超声波测距方法能够避免余震干扰信号对于超声波反射信号产生干扰，改善了超声波的测距效果。

具体地，在本实施例中，通过在超声波测距装置100中引入对比信号(振幅阈值)，从而能够使得超声波测距装置100能够对接收到的距离处理信号进行振幅判断。由于超声波测距装置100自身的物理特性会导致余震干扰信号的产生。因此，距离处理信号包括超声波反射信号与余震干扰信号。此时，超声波测距装置100若直接对距离处理信号进行处理，会导致超声波测距装置100的测距准确性较低。因此，根据实际的测距环境选择合适的振幅阈值，在超声波测距装置100对测距处理信号进行处理时，首先通过预设的振幅阈值与测距处理信号进行幅值比对。超声波测距装置100会首先将余震干扰信号进行消除处理，此时，剩下的信号即为超声波反射信号。然后，超声波测距装置100对超声波信号进行处理，因为消除了余震干扰信号，从而大大改善了超声波测距装置100的测距准确性。

在一个实施例中，步骤S100，采用LIN总线网络调整配置参数。具体地，在本实施例中，采用LIN总线网络修改超声波测距装置100的配置参数(包括：测距模式、脉冲数、增益、驱动电流等等)，其中，脉冲数指具有波形、幅度、宽度和重复频率等特性的信号。更具体地，采用LIN总线网络作为超声波测距装置100的分析网络，一发面能够降低网络的建设成本。另一方面，LIN总线网络具有通信延迟时间短、可靠性高的特点。同时，LIN总线网络可以支持多种传输介质，从而使得超声波测距装置100的使用更加方便。

在一个实施例中，步骤S300，当超声波测距装置100的测距范围为2cm～29cm时，对所述振幅阈值进行调整，并将调整后的所述振幅阈值定义为第一振幅阈值，将所述距离处理信号的幅值与所述第一振幅阈值的幅值进行幅值比对，将所述距离处理信号中幅值低于所述第一振幅阈值幅值的信号认定为所述余震干扰信号，将所述距离处理信号中幅值高于所述第一振幅阈值幅值的信号认定为所述超声波反射信号。当超声波测距装置100的测距范围为30cm～250cm时，对所述振幅阈值进行调整，并将调整后的所述振幅阈值定义为第二振幅阈值，将所述距离处理信号的幅值与所述第二振幅阈值的幅值进行幅值比对，将所述距离处理信号中振幅首次高于所述第二振幅阈值的信号认定为所述余震干扰信号，将所述距离处理信号中幅值第二次及后续高于所述第二振幅阈值的信号认定为所述超声波反射信号。

进一步地，将近距离测距范围判断为2cm～29cm。将超过30cm～250cm的测距距离判断为远距离测距。超声波测距装置100在进行近距离测距时，余震干扰信号的幅值较小，因此，通过调整振幅阈值，使得所述第一振幅阈值的振幅高于所述余震干扰信号，且所述第一振幅阈值低于所述超声波反射信号，此时，所述余震干扰信号与所述超声波反射信号通过所述第一振幅阈值实现了区分。最后，超声波测距装置100对高于所述第一振幅阈值的超声波反射信号进行处理，将低于所述第一振幅阈值的余震干扰信号直接排除掉，从而避免了超声波测距装置100在近距离测试时余震干扰信号的影响。更进一步地，超声波测距装置100在进行远距离测距时，超声波测距装置100为了能够实现对于远距离的有效测量，会对超声波测距装置100的配置参数进行调整，从而使得超声波测距装置100所产生的余震干扰信号具有较大的幅值与宽度。因此，超声波测距装置100在对所述距离处理信号进行比对时，将所述距离处理信号中振幅首次高于所述第二振幅阈值的信号认定为余震干扰信号。将所述距离处理信号中幅值第二次及后续高于所述第二振幅阈值的信号认定为超声波反射信号。从而使得超声波测距装置100在远距离测试时能够实现对余震干扰信号有效地消除。

具体地，在本实施例中，测距范围在2cm～29cm时，所采用的振幅阈值为47级。测距范围在30cm～250cm时，所采用的振幅阈值的幅值范围为95级～250级。振幅阈值中的“级”为声压级，即为了表示不同信号的幅值强弱的关系。95级～250级可以理解为95dB～250dB。更具体地，为了避免其他外界因素对超声波测距装置100产生影响，将振幅阈值的范围进行了扩大，即从95级～250级变为了95级～255级。其中，测距距离越近余震干扰信号的振幅越大。例如：当测距的距离为30cm时，对应的振幅阈值为250级。当测距的距离为250cm时，对应的振幅阈值为95级。进一步地，为了保证能够更加有效的区分出影响超声波反射信号的余震干扰信号，可以将超声波测距装置100对特定距离进行测距操作，即通过不断地调试振幅阈值的幅值，以此测出该特定距离所对应的振幅阈值。

在一个实施例中，步骤S300，采用如下公式进行计算：L＝V*T/2。其中，L为超声波测距装置100所需测试的目标距离；V为声波的传播速度340m/s，即取外界温度为15℃时，空气中的声音传播速度为340m/s；T为超声波反射信号从目标障碍物传播回超声波测距装置100的传播时间。具体地，在本实施例中，采用上述公式能够实现对距离的有效计算。此时，可以根据实际的外界温度，调整计算距离的算法，以此保证超声波测距装置100的测距准确性。

如图2所示，在一个实施例中，采用上述任意一实施例所述的超声波测距方法，一种超声波测距装置100包括超声波探芯组件110、处理器120与安装壳体130。所述处理器120与所述超声波探芯组件110与所述处理器120均装设在所述安装壳体130上，且所述超声波探芯组件110与所述处理器120电性连接。

上述超声波测距装置100在使用时，首先根据所需测量的使用环境调整处理器120上的配置参数，即通过处理器120改变超声波测距装置100的超声波发射信号的频率、脉冲数、强度等等。然后，通过超声波探芯组件110朝目标障碍物发射超声波发射信号，超声波探芯组件110接收到距离处理信号，此时，所述距离处理信号包括所述超声波发射信号经目标障碍物反射后形成超声波反射信号，及所述超声波测距装置100自身产生余震干扰信号。超声波测距装置100将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行比对，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理。上述超声波测距装置100能够对余震干扰信号进行有效的消除，从而能够避免余震干扰信号对于超声波反射信号产生干扰，改善了超声波的测距效果。

在一个实施例中，所述超声波探芯包括发射探芯111与接收探芯112。所述发射探芯111与所述接收探芯112间隔设置，且所述发射探芯111与所述接收探芯112均位于所述安装壳体130的同一安装面。所述发射探芯与所述接收探芯之间的间隔为21.5mm±0.5mm。具体地，在本实施例中，通过发射探芯111发射超声波发射信号，通过接收探芯112接收超声波反射信号。上述实施方式一发面能够避免超声波发射信号与超声波反射信号产生交叉削弱(即两个相向传播的声波信号产生振幅削弱)，保证了超声波反射信号的接收效果。另一方面还能够有效地降低超声波反射信号所产生的余震干扰信号。(因为超声波的发生方和接收方在本装置实现了物理分离)

在一个实施例中，所述安装壳体130上开设有第一安装孔131与第二安装孔132。所述第一安装孔131用于装设发射探芯111，所述第二安装孔132用于装设接收探芯112，所述发射探芯111上设有第一胶套1111，所述第一胶套1111与所述第一安装孔131的孔壁抵触配合，所述接收探芯112上设有第二胶套112，所述第二胶套112与所述第二安装孔132的孔壁抵触配合。具体地，在本实施例中，通过在发射探芯111上加设第一胶套1111，从而能够实现发射探芯111与第一安装孔131的过盈配合。以及通过在接收探芯112上加设第二胶套112，从而能够实现接收探芯112与第二安装孔132的过盈配合。因此，上述实施方式便于对发射探芯111与接收探芯112进行调节，同时也保证了发射探芯111与接收探芯112的安装效果。

在一个实施例中，所述发射探芯111的射出端与所述接收探芯112的接收端相垂直。具体地，在本实施例中，上述这种安装方式能够有效地收窄超声波的发射范围(以及超声波的接收范围)。因此，在对相同距离进行测量时，上述实施方式相较于传统的探芯安装方式，上述实施方式能够有效地改善超声波测距装置100的测距准确性与精确度。

在一个实施例中，超声波测距装置100还包括吸音棉。所述吸音棉装设在所述安装壳体130内部，且所述吸音棉与所述超声波探芯组件110相对应。具体地，在本实施例中，上述实施方式能够对超声波反射信号进行吸收，从而改善了超声波测距装置100的使用效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种超声波测距方法，其特征在于，包括：

根据超声波测距装置的使用环境，调整相应的配置参数，并设置与该使用环境相对应的振幅阈值；

所述超声波测距装置向目标障碍物发射超声波发射信号并接收距离处理信号，所述距离处理信号包括所述超声波发射信号经目标障碍物反射后形成超声波反射信号及所述超声波测距装置自身产生余震干扰信号；

当超声波测距装置的测距范围为2cm～29cm时，对所述振幅阈值进行调整，并将调整后的所述振幅阈值定义为第一振幅阈值，将所述距离处理信号的幅值与所述第一振幅阈值的幅值进行幅值比对，将所述距离处理信号中幅值低于所述第一振幅阈值幅值的信号认定为所述余震干扰信号；

当超声波测距装置的测距范围为30cm～250cm时，对所述振幅阈值进行调整，并将调整后的所述振幅阈值定义为第二振幅阈值，将所述距离处理信号的幅值与所述第二振幅阈值的幅值进行幅值比对，将所述距离处理信号中振幅首次高于所述第二振幅阈值的信号认定为所述余震干扰信号；

将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的超声波测距方法，其特征在于，根据超声波测距装置的使用环境，调整相应的配置参数，并设置与该使用环境相对应的振幅阈值的步骤中，采用LIN总线网络调整配置参数。

3.根据权利要求1所述的超声波测距方法，其特征在于，当超声波测距装置的测距范围为2cm～29cm时，对所述振幅阈值进行调整，并将调整后的所述振幅阈值定义为第一振幅阈值，将所述距离处理信号的幅值与所述第一振幅阈值的幅值进行幅值比对，将所述距离处理信号中幅值低于所述第一振幅阈值幅值的信号认定为所述余震干扰信号的步骤中，将所述距离处理信号中幅值高于所述第一振幅阈值幅值的信号认定为所述超声波反射信号。

4.根据权利要求1所述的超声波测距方法，其特征在于，当超声波测距装置的测距范围为30cm～250cm时，对所述振幅阈值进行调整，并将调整后的所述振幅阈值定义为第二振幅阈值，将所述距离处理信号的幅值与所述第二振幅阈值的幅值进行幅值比对，将所述距离处理信号中振幅首次高于所述第二振幅阈值的信号认定为所述余震干扰信号的步骤中，将所述距离处理信号中幅值第二次及后续高于所述第二振幅阈值的信号认定为所述超声波反射信号。

5.根据权利要求1所述的超声波测距方法，其特征在于，当所述超声波测距装置对所述距离处理信号进行处理时，将所述距离处理信号的幅值与所述振幅阈值的幅值进行比对，并区分所述超声波反射信号与所述余震干扰信号，将所述余震干扰信号进行排除，并对所述超声波发射信号进行处理的步骤中，采用如下公式进行计算：L＝V*T/2；

其中，L为超声波测距装置所需测试的目标距离；V为声波的传播速度340m/s，即取外界温度为15℃时，空气中的声音传播速度为340m/s；T为超声波从发射开始到被目标障碍物反射回超声波测距装置的整段传播时间。

6.采用如权利要求1至5任意一项所述的超声波测距方法，一种超声波测距装置，其特征在于，包括超声波探芯组件、处理器与安装壳体，所述处理器与所述超声波探芯组件与所述处理器均装设在所述安装壳体上，且所述超声波探芯组件与所述处理器电性连接。

7.根据权利要求6所述的超声波测距装置，其特征在于，所述超声波探芯包括发射探芯与接收探芯，所述发射探芯与所述接收探芯间隔设置，且所述发射探芯与所述接收探芯均位于所述安装壳体的同一安装面。

8.根据权利要求7所述的超声波测距装置，其特征在于，所述安装壳体上开设有第一安装孔与第二安装孔，所述第一安装孔用于装设发射探芯，所述第二安装孔用于装设接收探芯，所述发射探芯上设有第一胶套，所述第一胶套与所述第一安装孔的孔壁抵触配合，所述接收探芯上设有第二胶套，所述第二胶套与所述第二安装孔的孔壁抵触配合。

9.根据权利要求7所述的超声波测距装置，其特征在于，所述发射探芯的射出端与所述接收探芯的接收端相垂直。

10.根据权利要求6所述的超声波测距装置，其特征在于，还包括吸音棉，所述吸音棉装设在所述安装壳体内部，且所述吸音棉与所述超声波探芯组件相对应。