[发明专利]一种相位比较式超声波距离测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种相位比较式超声波距离测量装置，具体涉及一种超声波传感器的高精距离测量技术。

背景技术

利用光学、电磁波、磁场强度等的原理是进行高精距离测量的通常手段。然而采用这些方法进行高精距离测量通常需要昂贵的测量探头以及强大的信号处理单元，这样就会使得测量装置的造价昂贵，而无法在工业领域被普及应用。超声波技术是一种廉价的测量手段，超声波的显著特征是频率高、波长短、绕射现象小，方向性好，并且在传播时遇到杂质或分界面就会有显著的反射。

超声波在空气中传播时的传播速度会根据空气环境的密度、湿度、温度等而表现不同，通常温度对其影响较大。15℃时超声波在空气中的传播速度为340米/秒，根据计算，其测量频率大致为40KHz，相对应的波长约为8.5mm，这就决定了通常意义的超声波测距产品精度只能控制在毫米范围，同时由于温度的影响，还会存在0.2-0.5mm的精度误差。这样的误差范围在很多情况下，对于工业生产领域是无法接受的。

一些超声波测量装置制造商在装置内加入了温度测量装置，这样通过温度校正可以减少温度对测量的影响，但仍然无法大幅提高超声测量装置的测量精度。因此超声波距离测量装置很少被用来进行高精密的测量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中因环境因素的影响，很难实现高精度的测量，提供一种相位比较式超声波距离测量装置，其装置的测量精度可以达到1μm，同时成本低，适用范围广，安全可靠。

一种相位比较式超声波距离测量装置，包括：发射探头、接收探头、超声探头驱动电路、信号滤波器、放大电路、积分器、乘法器、低通滤波器以及信号处理电路；所述的信号处理电路与超声探头驱动电路相连接，超声探头驱动电路与发射探头相连接，信号处理电路的输出信号经超声探头驱动电路的处理输入给发射探头；所述的接收探头、信号滤波器、放大电路、积分器、乘法器、低通滤波器以及信号处理电路依次相连接；信号处理电路的输出端与乘法器的输入端相连接；将发射探头的发射信号和接收探头的接收信号经乘法器和低通滤波器处理后送至给信号处理电路，并通过信号处理电路的中央处理器的计算后得到测试距离。

进一步，所述的超声探头驱动电路包括数模转换和功率放大电路；

进一步，所述的信号处理电路包括模数转换器和中央处理器；

进一步，所述发射探头和所述的接收探头为工作频率为1MHz的电压式探头；

进一步，所述发射探头和所述的接收探头的端面配备声透镜。

有益效果：本方案通过对发射探头的发射信号和接收探头的回波信号的运算及处理，得到待测的距离，间接减小了环境因素的影响系数。又因发射探头和接收探头为工作频率为1MHz的电压式探头，可得到高达1μm的测距精度。

附图说明

图1为本发明的相位比较式超声波距离测量装置的方框图；

图2为超声波测距装置的原理示意图；

图3为发射波与接受波间相位差示意图；

图中1-发射探头，2-接收探头，3-1超声波发射波，3-2超声波回波，4-待测物反射面，5-信号处理器MCU，6-D/A转换器，7-功率放大器，8-信号滤波器，9-放大电路，10-积分器，11-乘法器，12-低通滤波器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。