CN110471053B - 变频测距装置 - Google Patents

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Abstract

一种变频测距装置，包括：探测振荡电路，所述探测振荡电路包括基准振荡电路和发射电路；所述基准振荡电路用于产生具有基频的射频电信号；所述发射电路与所述基准振荡电路连接，用于将所述射频电信号转换为电磁波信号后投射至扫描区域；所述发射电路具有阻抗效应，且所述发射电路的等效阻抗受扫描区域的物体反射所述电磁波信号后形成的反射信号的影响而变化，进而改变所述探测振荡电路的实时频率；频率测量单元，用于测量所述探测振荡电路的实时频率；以及计算处理单元，用于根据所述实时频率以及所述基频之间的差频计算得到被探测区域内的物体的距离。上述变频测距装置具有较强的抗干扰性。

Description

变频测距装置
技术领域
本发明涉及探测技术领域，特别是涉及一种变频测距装置。
背景技术
传统的测距方法多采用激光雷达测距技术。采用激光雷达测距技术进行测距时，容易受到环境干扰光的影响，尤其是当存在另一个相同型号的激光雷达在同时工作时，则会产生固定的干扰导致整个测距过程的精度较低，抗干扰能力较差。
发明内容
基于此，有必要针对测距方式抗干扰能力较弱的问题，提供一种变频测距装置。
一种变频测距装置，包括：
探测振荡电路，所述探测振荡电路包括基准振荡电路和发射电路；所述基准振荡电路用于产生具有基频的射频电信号；所述发射电路与所述基准振荡电路连接，用于将所述射频电信号转换为电磁波信号后投射至扫描区域；所述发射电路具有阻抗效应，且所述发射电路的等效阻抗受扫描区域的物体反射所述电磁波信号后形成的反射信号的影响而变化，进而改变所述探测振荡电路的实时频率；
频率测量单元，与所述探测振荡电路连接；所述频率测量单元用于测量所述探测振荡电路的实时频率；以及
计算处理单元，与所述频率测量单元连接，所述计算处理单元用于根据所述实时频率以及所述基频之间的差频计算得到扫描区域内的物体的距离。
上述变频测距装置，通过探测振荡电路向外发射具有基频的电磁波信号，电磁波信号被扫描区域内的物体进行反射后会回到发射电路处并对发射电路的阻抗产生影响，从而使得发射电路的等效阻抗变化进而导致整个探测振荡电路的实时频率发生变化。频率测量单元对探测振荡电路的实时频率进行测量，并发送给计算处理单元。计算处理单元则根据生产的基频以及该实时频率得到二者之间的差频后根据该差频确定物体的距离。上述变频测距装置是根据探测振荡电路的频率变化来实现对距离的检测，可以有效抵抗任何阳光的干扰，且其他的同类型的变频测距装置也不会对其测距产生干扰，具有较强的抗干扰性。
在其中一个实施例中，所述基频为10GHz～100GHz。
在其中一个实施例中，所述基准振荡电路包括振荡单元、放大单元和反馈单元；所述振荡单元用于产生振荡信号；所述放大单元与所述振荡单元的输出端连接，用于对所述振荡信号进行放大处理；所述反馈单元用于将所述放大单元的输出反馈至所述振荡单元，以使得所述振荡单元形成稳定的振荡信号。
在其中一个实施例中，还包括基频调节电路；所述基频调节电路与所述基准振荡电路连接，用于对所述基准振荡电路产生的的射频电信号的基频进行调节。
在其中一个实施例中，所述基准振荡电路为自激振荡电路。
在其中一个实施例中，还包括控制设备；所述频率测量单元和所述计算处理单元集成在所述控制设备内。
在其中一个实施例中，还包括存储设备；所述存储设备中存储有所述差频与距离的对应关系；所述计算处理单元用于根据所述差频和所述对应关系确定物体的距离。
在其中一个实施例中，所述发射电路包括PCB天线且所述PCB天线为定向天线。
在其中一个实施例中，还包括示波器；所述示波器与所述探测振荡电路连接，用于显示所述探测振荡电路的实时频率的波形曲线。
在其中一个实施例中，还包括底座和旋转结构和旋转部；所述旋转部通过所述旋转结构固定在所述底座上，以相对所述底座旋转；所述探测振荡电路设置在所述旋转部。
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为一实施例中的变频测距装置的原理框图。
图2为一实施例中的基准振荡单元的原理框图。
图3为另一实施例中的变频测距装置的原理框图。
图4为一实施例中的变频测距装置中的探测振荡电路的实时频率的波形曲线图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
本发明一实施例提供了一种变频测距装置，可以实现变频测距，以提高整个装置的抗干扰性能。图1为一实施例中的变频测距装置的原理框图。参见图1，该变频测距装置包括探测振荡电路110、频率测量单元120以及计算处理单元130。
探测振荡电路110包括基准振荡电路112和发射电路114。其中，基准振荡电路112用于产生具有基频的射频电信号。发射电路114与基准振荡电路112连接。发射电路114用于将基准振荡电路112输出的射频电信号转换为电磁波信号后投射至扫描区域。在本实施例中，发射电路114发射的电磁波信号为微波信号，因此基准振荡电路112产生的射频电信号的基频为微波频率范围内的频率。具体地，该基频可以根据需要探测的距离来进行设定。例如，基准振荡电路112可以产生10GHZ～100GHZ的射频电信号。在一实施例中，基准振荡电路112产生18GHz的射频电信号。发射电路114可以为天线结构，能够将射频电信号转换为相应频率的电磁波信号后投射至扫描区域。也即，发射电路114具有定向性，可以根据扫描区域的方位，确定发射电路114中的天线发射方向和角度，以使得电磁波信号能够准确投射至该扫描区域。扫描区域内存在物体时，会对投射过来的电磁波信号进行反射，从而形成相应的反射信号。根据反射原理可知，反射信号基本上可以沿着电磁波信号射出的路径返回至发射电路114上。
发射电路114具有阻抗效应，反射信号到达发射电路114后会对发射电路114的阻抗产生影响，而引起发射电路114的等效阻抗的变化。并且，反射信号所引起的阻抗的变化，与被探测到的物体相对于发射电路114的距离有关。也即，反射信号引起发射电路114的等效阻抗的改变，而发射电路114和基准振荡电路112共同形成探测振荡电路110，因此发射电路114的等效阻抗的改变，会引起探测振荡电路110的实时频率的改变。
频率测量单元120与探测振荡电路110连接。频率测量单元120用于测量探测振荡电路110的实时频率。比如，频率测量单元120可以包括一个鉴频器，用于来检测探测振荡电路110的实时频率。当然，频率检测单元120也可以采用其他已知的频率检测方法来实现对探测振荡电路110的实时频率的检测。
计算处理单元130与频率测量单元120连接。计算处理单元130根据频率测量单元120测量得到的实时频率以及基准振荡电流112产生的射频电信号的基频之间的差频计算得到被探测区域的物体的距离。
上述变频测距装置，通过基准振荡电路112向外发射具有基频的电磁波信号，电磁波信号被扫描区域内的物体进行反射后会回到发射电路114处并对发射电路114的阻抗产生影响，从而使得发射电路114的等效阻抗变化进而导致整个探测振荡电路110的实时频率发生变化。频率测量单元120对探测振荡电路110的实时频率进行测量，并发送给计算处理单元130。计算处理单元130则根据生产的基频以及该实时频率得到二者之间的差频后根据该差频确定物体的距离。上述变频测距装置是根据探测振荡电路110的频率变化来实现对距离的检测，而探测振荡电路110的频率变化只受到由扫描区域的物体反射电磁波信号后形成的反射信号的影响，可以有效抵抗任何阳光的干扰，且其他的同类型的变频测距装置也不会对其测距产生干扰，具有较强的抗干扰性。
传统的射频测距是将主、副两台仪器(或两个天线)安置在测线两端，主台发射的射频信号被副台接收后，再由副台转发给主台，且在主台发射信号时，副台也同时发射射频信号给主台，经混频处理即可算出主台发射的射频信号往返于测线所产生的后滞相位差，进而推求待测距离。也即，其实通过相位的变化来确定距离。这种方案会受限于选用的波长周期，且应用场景非常有限，只适合应用于测量确定物体的距离，无法实现对未知物体的检测、避障。相对于传统的射频测距方法，本实施例中的变频测距装置则具有结构简单易于实现，且应用场景非常广泛的优点。
在一实施例中，发射电路114的阻抗效应可以表现为电容、电感以及电阻中的至少一种所引起的阻抗效应。比如，发射电路114的阻抗效应表现为电容效应。
在一实施例中，基准振荡电路112为一自激振荡电路。
在一实施例中，基准振荡电路112的原理框图如图2所示。该基准振荡电路112包括振荡单元210、放大单元220以及反馈单元230。振荡单元210用于产生振荡信号。放大单元220则与振荡单元210的输出端连接，以将振荡单元210输出的振荡信号进行放大后形成基准振荡电路112的射频电信号并输出。反馈单元230分别与振荡单元210和放大单元220连接，用于将放大单元220的输出反馈至振荡单元210，从而使得振荡单元210能够形成并输出稳定的振荡信号。
在一实施例中，上述变频测距装置还包括基频调节电路140，如图3所示。基频调节电路140与基准振荡电路112接。具体地，基频调节电路140与基准振荡电路112的振荡单元210连接。基频调节电路140用于对基准振荡电路112产生的射频电信号的基频进行调节。在一实施例中，基频调节电路140可以直接对基准振荡电路112中的等效阻抗进行调节，此时需要基准振荡电路112中的阻抗元件为可调元件。在其他的实施例中，基频调节电路140作为基准振荡电路112中的一部分，自身为一阻抗可调电路，从而通过调节自身的等效阻抗实现对基准振荡电路112的调节。
在一实施例中，上述变频测距装置还包括控制设备(图中未示)。控制设备用于对变频测距装置进行整体控制。频率测量单元120和计算处理单元130可以继承在控制设备内，从而有利于提高整个变频测距装置的集成度，有利于实现变频测距装置的小型化。
在一实施例中，上述变频测距装置还包括存储设备150，如图3所示。存储设备150中存储有差频与距离的对应关系。该对应关系可以在测量之前通过多次测量的测量结果模拟出其对应关系。此时，计算处理单元130根据计算得到的差频以及存储的对应关系即可确定出被探测到的物体的距离，从而实现测距功能。
在一实施例中，发射电路114包括PCB天线。采用PCB天线能够有效降低成本，且降低制备工艺易于实现小型化。同时，PCB天线为定向天线，从而能够确保探测振荡电路110的频率变化仅受到天线定向方向反射来的反射信号的影响，而排出其他信号的干扰，具有较强的抗干扰性。
在一实施例中，上述变频测距装置还可以包括示波器160，如图3所示。示波器160与探测振荡电路110连接，用于直接显示探测振荡电路110的实时频率的波形曲线。参见图4，当被探测的物体的距离发生变化时，或者探测到不同距离的物体时，会引起探测振荡电路110的实时频率的变化，此时可以通过示波器很直观的将该变化以及对应的实时频率进行显示，从而方便用户进行查看和管理。图4中是将不同时刻下的波形曲线放在了一起，以体现其能够跟随物体距离的变化而发生改变的特点。
在一实施例中，上述变频测距装置还包括底座、旋转结构和旋转部。以上图中均没有示出。旋转部通过旋转结构固定在底座上，从而能够相对于底座实现一定角度的旋转，比如实现360度旋转。此时，探测振荡电路110设置在旋转部，从而可以根据旋转部的旋转向不同的扫描区域进行扫描探测。计算处理单元130以及频率测量单元120可以固定在旋转部也可以固定在底座上。
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 (10)

1.一种变频测距装置，其特征在于，包括：
探测振荡电路，所述探测振荡电路包括基准振荡电路和发射电路；所述基准振荡电路用于产生具有基频的射频电信号；所述发射电路与所述基准振荡电路连接，用于将所述射频电信号转换为电磁波信号后投射至扫描区域；所述发射电路具有阻抗效应，且所述发射电路的等效阻抗受扫描区域的物体反射所述电磁波信号后形成的反射信号的影响而变化，进而改变所述探测振荡电路的实时频率；
频率测量单元，与所述探测振荡电路连接；所述频率测量单元用于测量所述探测振荡电路的实时频率；以及
计算处理单元，与所述频率测量单元连接，所述计算处理单元用于根据所述实时频率以及所述基频之间的差频计算得到扫描区域内的物体的距离；
其中，所述发射电路具有定向性，根据扫描区域的方位，确定所述发射电路中的天线发射方向和角度，以使得所述电磁波信号能够准确投射至该所述扫描区域。
2.根据权利要求1所述的变频测距装置，其特征在于，所述基频为10GHz～100GHz。
3.根据权利要求1所述的变频测距装置，其特征在于，所述基准振荡电路包括振荡单元、放大单元和反馈单元；所述振荡单元用于产生振荡信号；所述放大单元与所述振荡单元的输出端连接，用于对所述振荡信号进行放大处理；所述反馈单元用于将所述放大单元的输出反馈至所述振荡单元，以使得所述振荡单元形成稳定的振荡信号。
4.根据权利要求1或3所述的变频测距装置，其特征在于，还包括基频调节电路；所述基频调节电路与所述基准振荡电路连接，用于对所述基准振荡电路产生的射频电信号的基频进行调节。
5.根据权利要求1所述的变频测距装置，其特征在于，所述基准振荡电路为自激振荡电路。
6.根据权利要求1所述的变频测距装置，其特征在于，还包括控制设备；所述频率测量单元和所述计算处理单元集成在所述控制设备内。
7.根据权利要求1所述的变频测距装置，其特征在于，还包括存储设备；所述存储设备中存储有所述差频与距离的对应关系；所述计算处理单元用于根据所述差频和所述对应关系确定物体的距离。
8.根据权利要求1所述的变频测距装置，其特征在于，所述发射电路包括PCB天线且所述PCB天线为定向天线。
9.根据权利要求1所述的变频测距装置，其特征在于，还包括示波器；所述示波器与所述探测振荡电路连接，用于显示所述探测振荡电路的实时频率的波形曲线。
10.根据权利要求1所述的变频测距装置，其特征在于，还包括底座和旋转结构和旋转部；所述旋转部通过所述旋转结构固定在所述底座上，以相对所述底座旋转；所述探测振荡电路设置在所述旋转部。
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