專利名稱：一種超聲波測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波測距方法。
背景技術(shù)：
目前超聲波測 距已得到了廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的超聲波測距方法均為反射式測量方法，即超聲發(fā)射器與接收器處于同一模塊，超聲發(fā)射器發(fā)出一束超聲波，該超聲波經(jīng)被測物體反射后由超聲接收器接收，通過測量超聲傳播的時間即可解算出被測距離。發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下的缺點和不足由于被測物體表面平整度無法確定，導(dǎo)致被測距離本身存在一定的誤差；超聲波指向性差，無法確定接收到的回波是否為指定被測物體的反射波；同體接收式測距方式接收器易收發(fā)射器諧振干擾，形成一個測量盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種超聲波測距方法，本發(fā)明實現(xiàn)了異體接收式超聲測距，降低了測量誤差，避免測量盲區(qū)，詳見下文描述一種超聲波測距方法，所述方法包括以下步驟(I)超聲波發(fā)射器與脈沖激光器處于發(fā)射端，所述發(fā)射端接收到測量命令后，所述脈沖激光器觸發(fā)一束脈沖激光，同時所述超聲波發(fā)射器觸發(fā)超聲波，將觸發(fā)的超聲波與外部時鐘源進行鎖相；(2)超聲波接收器與光電二極管處于接收端，所述光電二極管接收到脈沖激光后，啟動計時器，所述超聲波接收器獲取接收的超聲波后，所述計時器停止，獲取渡越時間t ；(3)所述渡越時間t乘以根據(jù)環(huán)境溫度修正后的聲速V獲取被測距離粗測值d"
=Vt ;(4)所述接收的超聲波與所述外部時鐘源提供的所述觸發(fā)的超聲波進行比相，獲取相位差Δρ，則精測部分為AW>/2;r，其中λ為超聲波的波長，且λ = v/f, f為超聲波的
頻率；(5)獲取實測距離i/' = U + M爐/2;τ，其中，N = [Vt/λ ]，□表示對vt/λ的商取M
iF. O所述外部時鐘源具體為銣原子鐘。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種超聲波測距方法，本發(fā)明將超聲波發(fā)射器和超聲波接收器進行異體設(shè)計，超聲波接收器位于被測物體上，使得接收器不易受發(fā)射器干擾，測量盲區(qū)大大減小，且被測距離就是超聲發(fā)射器與接收器之間的距離，提高了超聲測距的指向性。在傳統(tǒng)的渡越時間法基礎(chǔ)上，通過相位比較法提高了測量精度，將測距精度提高到一個超聲波長以內(nèi)，本方法尤其適用于單站式空間定位測量系統(tǒng)中的距離測量。


圖I為本發(fā)明提供的一種超聲波測距方法的流程圖；圖2為本發(fā)明提供的異體接收式超聲測距模型的示意圖。附圖中所列部件列表如下所示I :發(fā)射端；2 :接收端；11:超聲波發(fā)射器；12:脈沖激光器； 21:超聲波接收器；22:光電二極管；3 :外部時鐘源。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。為了實現(xiàn)異體接收式超聲測距，降低測量誤差，避免測量盲區(qū)，參見圖I和圖2，本發(fā)明實施例提供了一種超聲波測距方法，該方法包括以下步驟異體接收是指超聲波接收器21不在超聲波發(fā)射器11上，而位于被測物體上，這樣分離式的設(shè)計使得超聲波接收器21不易受超聲波發(fā)射器11干擾，測量盲區(qū)大大減小，且被測距離就是超聲波發(fā)射器11與超聲波接收器21之間的距離，提高了超聲測距的指向性。在傳統(tǒng)的渡越時間法基礎(chǔ)上，可通過相位比較法提高測量精度，即將接收到的超聲波與觸發(fā)的超聲波進行相位比較，由于超聲波傳播時，超聲波的相位會隨時間產(chǎn)生變化，故可以通過測量觸發(fā)的超聲波與接收到的超聲波間的相位差將測距精度提高到一個超聲波長以內(nèi)。101 :超聲波發(fā)射器11與脈沖激光器12處于發(fā)射端1，發(fā)射端I接收到測量命令后，脈沖激光器12觸發(fā)一束脈沖激光，同時超聲波發(fā)射器11觸發(fā)超聲波，將觸發(fā)的超聲波與外部時鐘源3進行鎖相；其中，測量命令通常由上位機或其他終端設(shè)備發(fā)出，具體實現(xiàn)時，本發(fā)明實施例對此不做限制。通過對觸發(fā)的超聲波與外部時鐘源3進行鎖相處理，使得外部時鐘源3與觸發(fā)的超聲波嚴格同相。102 :超聲波接收器21與光電二極管22處于接收端2，光電二極管22接收到脈沖激光后，啟動計時器，超聲波接收器21獲取接收的超聲波后，計時器停止，獲取渡越時間t ；由于光速遠遠大于聲速，故脈沖激光傳播的時間可忽略不計，可認為超聲波發(fā)射的同時啟動了計時器。當(dāng)超聲波接收器21接收到超聲波時停止計時，則這段渡越時間t就是觸發(fā)的超聲波傳播的時間，通過渡越時間t乘以根據(jù)環(huán)境溫度修正后的聲速V即可得出被測距離粗測值。103 :渡越時間t乘以根據(jù)環(huán)境溫度修正后的聲速V獲取被測距離粗測值d"=vt ；為了提高測量精度，可采用相位比較法修正被測距離粗測值d"。由于超聲波發(fā)射器11與超聲波接收器21不在同一端，超聲波接收器21不易獲得相位比較的參考信號。本發(fā)明實施例采取設(shè)置一個高精度的外部時鐘源的方法為接收端2提供參考信號，外部時鐘源具體為銣原子鐘。104 :接收的超聲波與外部時鐘源3提供的觸發(fā)的超聲波進行比相，獲取相位差Δ^，則精測部分為lW>/2;r，其中λ為超聲波的波長，且λ = v/f，f為超聲波的頻率；其中，通過接收的超聲波與觸發(fā)的超聲波的相位差即可將被測距離精確到一個超聲波長內(nèi)，測距精度由比相精度決定。105 :獲取實測距離= H + M爐/2;τ，其中，N = [vt/ λ ], □表示對vt/λ的商 取整。綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種超聲波測距方法，本發(fā)明實施例將超聲波發(fā)射器和超聲波接收器進行異體設(shè)計，超聲波接收器位于被測物體上，使得接收器不易受發(fā)射器干擾，測量盲區(qū)大大減小，且被測距離就是超聲發(fā)射器與接收器之間的距離，提高了超聲測距的指向性。在傳統(tǒng)的渡越時間法基礎(chǔ)上，通過相位比較法提高了測量精度，將測距精度提高到一個超聲波長以內(nèi)，本方法尤其適用于單站式空間定位測量系統(tǒng)中的距離測量。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超聲波測距方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)超聲波發(fā)射器與脈沖激光器處于發(fā)射端，所述發(fā)射端接收到測量命令后，所述脈沖激光器觸發(fā)一束脈沖激光，同時所述超聲波發(fā)射器觸發(fā)超聲波，將觸發(fā)的超聲波與外部時鐘源進行鎖相； (2)超聲波接收器與光電二極管處于接收端，所述光電二極管接收到脈沖激光后，啟動計時器，所述超聲波接收器獲取接收的超聲波后，所述計時器停止，獲取渡越時間t ； (3)所述渡越時間t乘以根據(jù)環(huán)境溫度修正后的聲速V獲取被測距離粗測值d"= vt (4)所述接收的超聲波與所述外部時鐘源提供的所述觸發(fā)的超聲波進行比相，獲取相位差A(yù)p，則精測部分為;IA^/2;r，其中\(zhòng)為超聲波的波長,且\ = v/f,f為超聲波的頻率； (5)獲取實測距離W= U +M爐/2;r，其中，N= [vt/ A ],[]表示對vt/入的商取整。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種超聲波測距方法，其特征在于，所述外部時鐘源具體為銣原子鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲波測距方法，屬于電子測量技術(shù)領(lǐng)域，超聲波發(fā)射器與脈沖激光器處于發(fā)射端，發(fā)射端接收到測量命令后，脈沖激光器觸發(fā)一束脈沖激光，同時超聲波發(fā)射器觸發(fā)超聲波，將觸發(fā)的超聲波與外部時鐘源進行鎖相；超聲波接收器與光電二極管處于接收端，光電二極管接收到脈沖激光后，啟動計時器，超聲波接收器獲取接收的超聲波后，計時器停止，獲取渡越時間；渡越時間乘以修正后的聲速獲取被測距離粗測值；獲取相位差，則精測部分為獲取實測距離本發(fā)明使得接收器不易受發(fā)射器干擾，測量盲區(qū)大大減小，提高了超聲測距的指向性，將測距精度提高到一個超聲波長以內(nèi)，本方法尤其適用于單站式空間定位測量系統(tǒng)中的距離測量。
文檔編號G01S11/14GK102636780SQ20121012658
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者任永杰, 吳軍, 楊凌輝, 邾繼貴 申請人:天津大學(xué)