[发明专利]一种无盲区的超声测距仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种测距装置，更具体地说，涉及一种通过测量超声波的传播时间来计算被测物体距离的无盲区的超声测距仪。

背景技术

由于超声波指向性强，勿需接触物体，能量消耗缓慢且在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单且易于做到实时控制，并且在测量精度方面也能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。

超声测距仪通过超声波发生器向目标物体发射超声波，当声波到达目标物体时被反射回到超声测距仪，超声测距仪中的声波接收器接收目标物体发射的声波并自动记录下从声波发射时刻到声波被目标物体反射回到超声测距仪的时刻之间的时间。因为我们已知声波在传输介质中的传递速度，这样就可以计算出从声波发生器到目标物体间的距离。

如图1所示，是超声测距的一般原理框图。超声波发射器1以固定角度α、固定频率向某一方向发射一束超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物3就立即返回来，超声波接收器2收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s＝340t/2，t为计时时间。当然，超声波也可在其它传播介质中传播，假设超声波在该传播介质中的传播速度为vm/s，则发射点距障碍物的距离s＝vt/2。

可见，只要控制超声波的发射时刻，采集超声波自发射至接收到来自被测物体的发射波这样一个往返时间的间隔，就可以得到测量距离。

此处，发射头1和接收头2之间的安装距离固定为x，x和被测物3的距离形成锐角等腰三角形，而发射波的覆盖面是有限的，即发射波的角度α是有限的，因此当被测量的物体逐渐靠近传感器时，该锐角三角形向钝角等腰三角形转化，由于α的限制，当被测物体非常接近传感器时，该钝角不能再继续变大，因此形成盲区，这基本上是超声测距仪固有的特性。

超声测距仪具有性能可靠、结构简单、生产成本低、使用方便、测量精度高、能在恶劣的环境中工作等优点。

超声测距的主要应用范围：卷筒直径实时测量、工作情况监测、物体的尺寸分类或选择、层面、液面控制、接近预警或安全防范、非接触测距和系统输出等。

目前超声测距仪的设计一般有两种方法：一是使用专用集成电路设计超声测距仪，但是专用集成电路的成本很高；二是用常规分立器件和单片机设计。然而，这两种方法存在的最大的共同问题都是测量盲区较大，通常对于短距离测量，如1m量程，盲区达15cm以上；2m量程中盲区达20cm以上，6m以上盲区达到40cm，有些产品甚至达到80cm。传感器在使用过程中，大的盲区使得近距离的测量无法实现，就好比远视眼，只能看远处，近处就像瞎子一样。现有技术状态下，超声测距仪很难同时保证又缩小盲区又有大的量程。另外，超声测距仪的特点使得它又具有很大的应用范围，因此需要有一种既能缩小盲区又有大的量程的超声测距仪。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述测量盲区大且测量量程有限、精度低的缺陷，提供一种大量程，测量距离可达10m，无测距盲区、可全量程测量且测量精度高达1毫米(1mm)的无盲区的超声测距仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无盲区的超声测距仪，包括向被测物体发射超声波的超声波发射模块，接收由被测物体反射的回波的超声波接收模块，与所述超声波接收模块实现电连接的、对回波进行放大的信号放大模块，以及与所述信号放大模块相连，计算得到初步距离值的信号处理模块，还包括与所述信号处理模块相连的信号存储和控制模块，用于记录所述初步距离值并控制输出最终距离值；与所述信号存储和控制模块相连并受其控制的波形调整模块，用于实时调整超声波发射模块所发射的超声波形状。

在本发明所述的无盲区的超声测距仪中，还包括与所述信号存储和控制模块相连的信号补偿模块。

在本发明所述的无盲区的超声测距仪中，各模块对信号进行处理的流程包括以下步骤：

(S301)首先进行超声波满功率发射；

(S302)检测是否有接收信号，如果有则转到步骤(S303)，否则返回；

(S303)进行计数并计算与被测物体间的初步距离值；

(S304)记录所得到的初步距离值；

(S305)调整发射波形的占空比；

(S306)判断记录次数是否大于预定次数，如果是则转到步骤(S307)，否则转到步骤(S302)；