[发明专利]一种超声波大量程测距系统及方法

权利要求书

1.一种超声大量程测距系统，其特征在于，包括上位机(11)、数据采集卡(10)、微控制器(3)、驱动电路(4)、超声波发射传感器(5)、信号放大电路(9)、超声波接收传感器(8)、发射聚能罩(6)、接收聚能罩(7)、以及用于提供电能的系统电源模块(2)；

微控制器(3)的输出端与驱动电路(4)的输入端及数据采集卡(10)的输入端相连接，驱动电路(4)的输出端与超声波发射传感器(5)相连接，超声波接收传感器(8)的输出端与信号放大电路(9)的输入端相连接，信号放大电路(9)的输出端与数据采集卡(10)的输入端相连接，数据采集卡(10)的输出端与上位机(11)相连接；

超声波发射传感器(5)的辐射面套接于发射聚能罩(6)的喉部，超声波接收传感器(8)的辐射面套接于接收聚能罩(7)的喉部。

2.根据权利要求1所述的超声波大量程测距系统，其特征在于，还包括温度修正模块(1)，温度修正模块(1)与微控制器(3)相连接。

3.根据权利要求1所述的超声波大量程测距系统，其特征在于，所述超声波发射传感器(5)及超声波接收传感器(8)的中心频率均为22kHz。

4.根据权利要求1所述的超声波大量程测距系统，其特征在于，所述驱动电路(4)包括高压电源、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、第五三极管(Q5)、第六三极管(Q6)、第一电阻(R1)及第二电阻(R2)；

微控制器(3)的输出端与第一三极管(Q1)的基极、第四三极管(Q4)的基极、第三三极管(Q3)的基极及第六三极管(Q6)的基极相连接，第一电阻(R1)的一端、第二电阻(R2)的一端、第二三极管(Q2)的集电极及第五三极管(Q5)的集电极均与高压电源相连接，第二三极管(Q2)的基极与第一电阻(R1)的另一端及第一三极管(Q1)的集电极相连接，第一三极管(Q1)的发射极接地，第五三极管(Q5)的基极与第二电阻(R2)的另一端及第四三极管(Q4)的集电极相连接，第四三极管(Q4)的发射极接地，超声波发射传感器(5)与第二三极管(Q2)的发射极、第五三极管(Q5)的发射极、第三三极管(Q3)的集电极及第六三极管(Q6)的集电极相连接，第三三极管(Q3)的发射极及第六三极管(Q6)的发射极接地。

5.根据权利要求4所述的超声波大量程测距系统，其特征在于，所述信号放大电路(9)为两级集成运算放大电路。

6.根据权利要求5所述的超声波大量程测距系统，其特征在于，所述信号放大电路(9)包括第三电阻(R3)、第一运算放大器(D1)、第四电阻(R4)及第二运算放大器(D2)、第一滑动变阻器(R5)及第二滑动变阻器(R6)；

超声波接收传感器(8)的输出端与第三电阻(R3)的一端相连接，第三电阻(R3)的另一端与第一运算放大器(D1)的反相输入端及第一滑动变阻器(R5)的一端相连接，第一运算放大器(D1)的同相输入端接地，第一运算放大器(D1)的输出端与第一滑动变阻器(R5)的另一端及第四电阻(R4)的一端相连接，第四电阻(R4)的另一端与第二运算放大器(D2)的反相输入端及第二滑动变阻器(R6)的一端相连接，第二运算放大器(D2)的同相输入端接地，第二运算放大器(D2)的输出端与数据采集卡(10)的输入端及第二滑动变阻器(R6)的另一端相连接。

7.一种超声波大量程测距方法，其特征在于，基于权利要求1所述的超声波大量程测距系统，包括以下步骤：

微控制器(3)连续生成若干超声波脉冲序列，并将所述超声波脉冲序列转发至数据采集卡(10)及驱动电路(4)中，数据采集卡(10)将所述超声波脉冲序列转发至上位机(11)中，所述超声波脉冲序列经过驱动电路(4)放大为峰峰值为300V-600V的高压脉冲序列后输入到超声波发射传感器(5)中，高压脉冲序列驱动超声波发射传感器(5)产生超声波，所述超声波经发射聚能罩(6)发出传播出去，当所述超声波遇到被测物时，则经被测物反射回来，超声波接收传感器(8)利用接收聚能罩(7)接收经被测物反射回来的超声波信号，所述被测物反射回来的超声波信号经信号放大电路(9)放大后输入到数据采集卡(10)中，数据采集卡(10)将被测物反射回来的超声波信号转发至上位机(11)中，上位机(11)计算接收到的超声波脉冲序列与被待测物反射回来的超声波信号的时间差，并根据所述时间差计算超声波发射传感器(5)及超声波接收传感器(8)与被测物的间距。