基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，電容器C充電時，電壓測試電路獲得電容器C的初始電壓V1；控制器控制發(fā)射器發(fā)射紅外光，同時控制電容器C進行放電；當(dāng)接收器接收到返回的紅外光，控制器控制電容器C停止放電，獲得電容器C的關(guān)斷電壓V2；計算器計算獲得距離。其優(yōu)點在于利用電容在極短時間內(nèi)放電后的電壓差來計算紅外線傳播時間，從而實現(xiàn)計算距離的精準(zhǔn)測量，應(yīng)用于閱讀、觀看屏幕或書籍時，人體與設(shè)備之間的距離精準(zhǔn)測量。
【專利說明】基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量距離裝置及方法，特別涉及一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外線反射時間測定精準(zhǔn)距離的方法，主要是通過紅外線發(fā)射裝置定向發(fā)射紅外線，并通過計算紅外線發(fā)射時間與紅外線反射并接收到的時間差，來將時間差值轉(zhuǎn)換為距離測量值。紅外線測量距離的精度，主要受到傳播介質(zhì)和反射介質(zhì)兩方面的影響。其中反射介質(zhì)引起的時間延遲，會將測量距離的結(jié)果誤差達到幾米甚至幾十米，是影響距離測定的主要因素。目前紅外線傳播時間計算距離的方法大多數(shù)都用于長距離的測量環(huán)境因為只有紅外線返回的時間變長，引起返回時間變化的因素作用會減少到忽略不計，從而減少由于反射介質(zhì)導(dǎo)致時間誤差的現(xiàn)象。而對于近距離，尤其是小于50CM范圍內(nèi)的紅外線測量環(huán)境，則沒有辦法進行精準(zhǔn)測量。
[0003]傳統(tǒng)的熱釋電傳感器測量距離裝置及方法都是在被測物體表面不同顏色及反射率時誤差巨大，可達50%的誤差，如測一個50厘米遠的物體，誤差可能在20-30厘米。
[0004]圖1為熱釋電測量距離結(jié)果圖。
[0005]如圖1所示，不同物體反射表面對于熱釋電傳感器測量結(jié)果的影響:白色卡的測試距離結(jié)果準(zhǔn)確度可以達到90%，而黑色卡僅能達到5%，同樣無法進行精確測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的旨在提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置及方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)的存在缺陷。
[0007]本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，包括電容器C充放電電路、電容器C的電壓測試電路、發(fā)射器、接收器、控制器和計算器；其中，電容器C充電時，電壓測試電路獲得電容器C的初始電壓Vl ;控制器控制發(fā)射器發(fā)射紅外光，同時控制電容器C進行放電；當(dāng)接收器接收到返回的紅外光，控制器控制電容器C停止放電，獲得電容器C的關(guān)斷電壓V2 ；
[0008]計算器計算紅外線飛行時間T公式如下:
[0009]T = ε *V1-V2*C*R
[0010]其中，ε為電路補償系數(shù)，R為電容放電電阻；
[0011]計算器計算被測物體的距離公式如下:
[0012]D=光速 *Τ/2。
[0013]進一步，本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，還可以具有這樣的特征:紅外線波長為700-2500納米。
[0014]進一步，本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，還可以具有這樣的特征:電路補償系數(shù)ε為0-1。[0015]進一步，本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，還可以具有這樣的特征:電路補償系數(shù)ε為0.5。
[0016]進一步，本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，還可以具有這樣的特征:初始電壓Vl和關(guān)斷電壓V2范圍為0-300V。
[0017]另外，本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，電容器C充電，獲得電容器C的初始電壓Vl ;控制器控制發(fā)射器發(fā)射紅外光，同時控制電容器C進行放電；當(dāng)接收器接收到返回的紅外光，控制器控制電容器C停止放電，獲得電容器C的關(guān)斷電壓V2 ；
[0018]紅外線飛行時間T計算公式如下:
[0019]T= ε *V1-V2*C*R
[0020]其中，ε為電路補償系數(shù)，R為電容放電電阻；
[0021]被測物體的距離計算公式如下: [0022]D=光速 *Τ/2。
[0023]進一步，本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，還可以具有這樣的特征:紅外線波長為700-2500納米。
[0024]進一步，本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，還可以具有這樣的特征:電路補償系數(shù)ε為0-1。
[0025]進一步，本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，還可以具有這樣的特征:電路補償系數(shù)ε為0.5。
[0026]進一步，本發(fā)明提供一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，還可以具有這樣的特征:初始電壓Vl和關(guān)斷電壓V2范圍為0-300V。
[0027]發(fā)明的有益效果
[0028]本發(fā)明提出了一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置及方法與其他紅外線測距方法的本質(zhì)區(qū)別是:本方法是基于硬件參數(shù)返回的數(shù)據(jù)結(jié)果對短距離內(nèi)光線返回時間差進行計算測量(極短時間內(nèi)，Pico second)，而其他紅外線的測試方法都是基于光線的折返時間進行測量(微秒和毫秒級別)。因此本方法與其他紅外線測距相比具有成本低廉，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)和可靠的優(yōu)點。
[0029]本發(fā)明提出了一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置及方法是利用電容在極短時間內(nèi)放電后的電壓差來計算紅外線傳播時間，從而實現(xiàn)計算距離的精準(zhǔn)測量，應(yīng)用于閱讀、觀看屏幕或書籍時，人體與設(shè)備之間的距離精準(zhǔn)測量，從根本上避免了傳統(tǒng)紅外線測量方法中，由于紅外線在抵達測試人體時出現(xiàn)的漫反射現(xiàn)象以及測量體本身的吸收作用如黑色，棉布，絨布等衣服材質(zhì)導(dǎo)致的傳播時間延長現(xiàn)象，從而實現(xiàn)對測量距離的精準(zhǔn)計笪
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【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為熱釋電測量距離結(jié)果圖。
[0031]圖2為基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置的示意圖。
[0032]圖3為距離誤差測試試驗結(jié)果圖。【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
[0034]圖2為基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置的示意圖。
[0035]如圖2所示，基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置包括電容器C充放電電路、電壓測試電路圖中未畫出、IR發(fā)射器、IR接收器、控制器和計算器圖中未畫出。
[0036]電容充放電電路包括:串聯(lián)的電容器C、電容放電電阻R、第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2。
[0037]電壓測試電路用于電容器C兩端的電壓值。電容器C充電時，電壓測試電路獲得電容器C的初始電壓VI。
[0038]IR發(fā)射器放射波長為700-2500納米的紅外光。IR接收器接收被測物反射回來的紅外光。
[0039]控制器控制第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2的通斷，同時控制IR發(fā)射器發(fā)射以及獲取IR接收器接收到紅外線的信號?？刂破骺刂瓢l(fā)射器發(fā)射紅外光，同時控制電容器C進行放電。當(dāng)接收器接收到返回的紅外光，控制器控制電容器C停止放電，電壓測試電路獲得電容器C的關(guān)斷電壓V2。
[0040]計算器計算紅外線飛行時間T的公式如下:
[0041]T= ε *V1-V2*C*R
[0042]其中，ε為電路補償系數(shù)，范圍為0-1，作為優(yōu)選可以選擇0.5。
[0043]R為電容放電電阻。
[0044]初始電壓Vl和關(guān)斷電壓V2范圍為0-300V，可以選擇100V、150V和200V。
[0045]計算器計算被測物體的距離公式如下:
[0046]D=光速 *T/2。
[0047]基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法如下:
[0048]初始狀態(tài):第一開關(guān)Kl斷開、第二開關(guān)Κ2閉合，此時電容器C處于充電狀態(tài)。電壓測試電路獲取電容器C的充電電壓VI。
[0049]第一步:控制器控制IR發(fā)生器發(fā)出紅外光，同時控制器控制第一開關(guān)Kl閉合。電容器C從電壓Vl開始放電。
[0050]第二步:當(dāng)發(fā)射的紅外線到達被測物后，反射回來，被IR接收器接收到時，控制器控制第二開關(guān)斷開。電容器C停止放電，此時電壓測試電路獲取電容器C的關(guān)斷電壓V2。
[0051]第三步:計算器根據(jù)公式進行計算獲得紅外線飛行時間Τ。然后，計算器再根據(jù)公式計算追蹤獲得被測物體的距離。
[0052]本實施例中的第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)Κ2的通斷順序可以對換，即初始狀態(tài)下第一開關(guān)Kl閉合、第二開關(guān)Κ2斷開。放電狀態(tài)下第二開關(guān)Κ2閉合，停止放電時斷開第一開關(guān)Κ1。當(dāng)然也可以只設(shè)置一個開關(guān)實現(xiàn)電容器沖放電的轉(zhuǎn)換。
[0053]圖3為距離誤差測試試驗結(jié)果圖。
[0054]如圖3所示，本發(fā)明提供的基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置在l-50cm的測量區(qū)間內(nèi)，傳感器返回距離計算得出的數(shù)值誤差不超過3mm，實現(xiàn)對測量距離的精準(zhǔn)度。對于視力監(jiān)測行為，避免了測量誤差導(dǎo)致視力監(jiān)測不良的情況發(fā)生，提高視力監(jiān)視的準(zhǔn)確率。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，其特征在于:包括電容器(C)充放電電路、所述電容器(C)的電壓測試電路、發(fā)射器、接收器、控制器和計算器； 其中，所述電容器(C)充電時，所述電壓測試電路獲得所述電容器(C)的初始電壓(Vl)； 所述控制器控制所述發(fā)射器發(fā)射紅外光，同時控制所述電容器(C)進行放電； 當(dāng)所述接收器接收到返回的紅外光，所述控制器控制所述電容器(C)停止放電，獲得所述電容器(C)的關(guān)斷電壓(V2)； 所述計算器計算紅外線飛行時間T公式如下: T= ε *(V1-V2)*C*R 其中，ε為電路補償系數(shù)，R為電容放電電阻； 所述計算器計算被測物體的距離公式如下: D =光速 *Τ/2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，其特征在于: 其中，所述紅外線波長為700-2500納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，其特征在于: 其中，所述電路補償系數(shù)ε為0-1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，其特征在于: 其中，所述電路補償系數(shù)ε為0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離裝置，其特征在于: 其中，所述初始電壓(Vl)和所述關(guān)斷電壓(V2)范圍為0-300V。
6.一種基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，其特征在于: 電容器(C)充電，獲得所述電容器(C)的初始電壓(Vl)； 控制器控制發(fā)射器發(fā)射紅外光，同時控制所述電容器(C)進行放電； 當(dāng)接收器接收到返回的紅外光，所述控制器控制所述電容器(C)停止放電，獲得所述電容器(C)的關(guān)斷電壓(V2)； 紅外線飛行時間T計算公式如下: T= ε *(V1-V2)*C*R 其中，ε為電路補償系數(shù)，R為電容放電電阻； 被測物體的距離計算公式如下: D =光速 *Τ/2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，其特征在于: 其中，所述紅外線波長為700-2500納米。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，其特征在于: 其中，所述電路補償系數(shù)ε為0-1。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，其特征在于: 其中，所述電路補償系數(shù)ε為0.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電容放電電壓時差精準(zhǔn)測量距離的方法，其特征在于: 其中，所述初始電壓(Vl)和所述關(guān)斷電壓(V2)范圍為0-300V。
【文檔編號】G01S17/08GK103969655SQ201410218691
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】劉達, 唐克良, 胡舟燕 申請人:劉達, 唐克良, 胡舟燕