CN201177666Y - 一种根据相位差比较的超声波测距装置 - Google Patents

一种根据相位差比较的超声波测距装置 Download PDF

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郭宝金
金尚忠
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Abstract

一种根据相位差比较的超声波测距装置，属于超声波测距技术领域。壳体内的低频信号发生器产生的低频正弦信号分成两路，一路进入单片机处理器作为参考信号，另一路通过调制器和超声波驱动电路对产生的超声波进行调制，通过超声波发射探头向被测目标发射超声波，超声波接收探头接收被测目标反射回来的超声波，超声波信号通过调制解调器处理后传送到单片机处理器。本实用新型采用低频正弦信号调制超声波，通过测量发射端与接收端的低频正弦信号相位差来实现测量目标与发射机之间的距离，通过改变正弦波信号的频率，可以改变相位差对距离的细分尺度，从而可提高测量精度，并且可达到切换测距量程的目的，可实现不同测量距离要求下的最优化测量精度。

Description

一种根据相位差比较的超声波测距装置
技术领域
本实用新型属于超声波测距技术领域，具体涉及一种利用低频正弦信号调制超声波，通过测量发射端与接收端的低频正弦信号相位差来实现测量目标与发射机之间距离的的超声波测距装置。
背景技术
近年来，超声波测距法用得较多的是脉冲回波法和往复法。脉冲回波法是通过测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差来确定目标的距离。往复法是利用由介质层返回的回波去触发下一次信号的发射，这样反复触发并记录触发的次数，在一定的时间内，目标的厚度就是触发次数的函数。以上两种方法实现起来较为方便，电路简单，但工作于脉冲方式，抗干扰能力差，容易受到外界环境因素的影响，而且自身两探头之间就会互相干扰，容易形成误触发，盲区较大，测量精度受到极大地限制。同时，由于信号起伏、温度对声速的影响等原因，超声测距系统测距精度的提高受到很大的限制，这也影响到了超声测距系统在一些精度要求较高的场合的应用。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种根据相位差比较的超声波测距装置的技术方案，用低频正弦信号调制超声波，通过测量发射端与接收端的低频正弦信号相位差来实现测量目标与发射机之间的距离。
所述的一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于壳体内的低频信号发生器产生的低频正弦信号分成两路，一路进入单片机处理器作为参考信号，另一路通过调制器和超声波驱动电路对产生的超声波进行调制，通过超声波发射探头向被测目标发射超声波，超声波接收探头接收被测目标反射回来的超声波，超声波信号通过调制解调器处理后传送到单片机处理器。
所述的一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于单片机处理器上连接液晶显示器。
所述的一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于超声波接收探头发出的信号通过前置放大器放大后传输到调制解调器。
所述的一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于低频信号发生器由单片机AT89S52和数模转换器DAC0832构成。
所述的一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于调制器中采用数字锁相环CD4046的压控振荡器产生40kHz的超声波作为载波信号。
本实用新型精度高，能够连续实时测量，抗干扰能力强，采用低频正弦信号调制超声波，通过测量发射端与接收端的低频正弦信号相位差来实现测量目标与发射机之间的距离，通过改变正弦波信号的频率，可以改变相位差对距离的细分尺度，从而可提高测量精度，并且可达到切换测距量程的目的，可实现不同测量距离要求下的最优化测量精度。
附图说明
图1本实用新型的方框图；
图2相位差与输出平均电平关系曲线图。
具体实施方式
壳体2内的低频信号发生器5产生的低频正弦信号分成两路，低频信号发生器5由单片机AT89S52、数模转换器DAC0832构成，一路进入单片机处理器10作为参考信号，另一路通过调制器7和超声波驱动电路8采用调频方法对产生的超声波进行调制，以40KHz的超声波作为载波，用低频正弦波调制载波。40KHz的载波由数字琐相环CD4046的压控振荡器产生，压控振荡器的频率受调制波的控制，由此实现调频。已被调制的超声波经过功率放大之后驱动超声波发射探头9发射超声波；通过超声波接收探头3接收被测目标1反射回来的超声波信号，超声波接收探头3发出的信号通过前置放大器4放大后传输到调制解调器6，前置放大器4采用CX20106，调制解调器6为数字琐相环CD4046。通过调制解调器6处理后传送到单片机处理器10，单片机处理器10采用AT89S52。通过前置放大器4和调制解调器6后得到接收到的低频正弦信号送进单片机处理器10与参考信号进行比较，比较两信号的相位差并进行计算后通过液晶显示器11显示测量目标与发射机之间的距离。
测量原理如下：
设发射信号为：
Figure Y20082008288500051
式中，
Figure Y20082008288500052
为发射信号的初始相位。
接收回波信号为：
Figure Y20082008288500053
式中，为信号经过电路引起的相位差；
Figure Y20082008288500055
为声波往返的时间。
收发信号间的相位差为：
Figure Y20082008288500056
通过移相电路将
Figure Y20082008288500057
抵消，可求得目标距离为：
由上式可得出，距离与相位差成线性关系。而相位差
Figure Y20082008288500059
可转化为直流电压U。这样，距离S与相位差
Figure Y20082008288500061
的关系便转化为距离S与直流电压U的关系，通过测量直流电压U可间接求得目标距离S。
当两个波形相位差在0～180度之间变化时，输出波形的占空比随之发生变化，通过积分电路可得到输出波形的平均电平，此电平与进行比较的两信号相位差Δφ的关系是：Δφ＝0时，Vd＝0；Δφ＝1/2π时，Vd＝1/2Vdd；Δφ＝π时，Vd＝Vdd。由此可作出相位差与输出平均电平的曲线。
通过改变正弦信号波的频率，可以改变相位差对距离的细分尺度，从而可提高测量精度，并且可达到切换测距量程的目的。

Claims (5)

1.一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于壳体(2)内的低频信号发生器(5)产生的低频正弦信号分成两路，一路进入单片机处理器(10)作为参考信号，另一路通过调制器(7)和超声波驱动电路(8)对产生的超声波进行调制，通过超声波发射探头(9)向被测目标(1)发射超声波，超声波接收探头(3)接收被测目标(1)反射回来的超声波，超声波信号通过调制解调器(6)处理后传送到单片机处理器(10)。
2.如权利要求1所述的一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于单片机处理器(10)上连接液晶显示器(11)。
3.如权利要求1所述的一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于超声波接收探头(3)发出的信号通过前置放大器(4)放大后传输到调制解调器(6)。
4.如权利要求1所述的一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于低频信号发生器(5)由单片机AT89S52和数模转换器DAC0832构成。
5.如权利要求1所述的一种根据相位差比较的超声波测距装置，其特征在于调制器(7)中采用数字锁相环CD4046的压控振荡器产生40kHz的超声波作为载波信号。
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