[实用新型]一种超声波大量程测距系统

说明书

技术领域

本实用新型属于测距技术领域，涉及一种超声波大量程测距系统。

背景技术

超声波传感器纵向分辨率高，信息处理简单，性能好，价格低，对 光照变化、烟雾灰尘、色彩伪装、电磁干扰等环境具有极强的适应性。 利用超声波测距在很多场合应用，例如汽车防撞、车辆自动导航、机器 人避障等。

但是由于市场常见的超声波传感器波束角较大、指向性较差及超声 波在空气中的强烈衰减，大量程超声检测时回波信号极其微弱，回波信 号信噪比较低，因此现有工业应用领域的超声检测系统检测距离较近， 一般小于10米，不满足大量程测量的需要。具体原因分析如下：1)大 量程超声波检测时，超声传感器波束角较大使能量过于分散。由于能量 主要集中在波束的中央部分，波束角较大使指向性不尖锐，能量过于分 散，增大了被测物定位的不确定区域；2)超声波幅值随着距离增大衰减 强烈，超声波在空气中传播时，由于几何衰减和吸收衰减，声压会随着 传播距离的增加而呈现负指数形式衰减；3)超声波辐射效率低，超声传 感器向空气介质中辐射超声波时，超声传感器的高声阻抗与空气介质的 低声阻抗无法有效匹配，导致声波辐射效率很低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种超声 波大量程测距系统，该系统能够实现大量程测距。

为达到上述目的，本实用新型所述的超声大量程测距系统包括上位 机、数据采集卡、微控制器、驱动电路、超声波发射传感器、信号放大 电路、超声波接收传感器、发射聚能罩、接收聚能罩、以及用于提供电 能的系统电源模块；

微控制器的输出端与驱动电路的输入端及数据采集卡的输入端相连 接，驱动电路的输出端与超声波发射传感器相连接，超声波接收传感器 的输出端与信号放大电路的输入端相连接，信号放大电路的输出端与数 据采集卡的输入端相连接，数据采集卡的输出端与上位机相连接；

超声波发射传感器的辐射面套接于发射聚能罩的喉部，超声波接收 传感器的辐射面套接于接收聚能罩的喉部。

还包括温度修正模块，温度修正模块与微控制器相连接。

所述超声波发射传感器及超声波接收传感器的中心频率均为 22kHz。

所述驱动电路包括第一三极管、高压电源、第二三极管、第三三极 管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、第一电阻及第二电阻；

微控制器的输出端与第一三极管的基极、第四三极管的基极、第三 三极管的基极及第六三极管的基极相连接，第一电阻的一端、第二电阻 的一端、第二三极管的集电极及第五三极管的集电极均与高压电源相连 接，第二三极管的基极与第一电阻的另一端及第一三极管的集电极相连 接，第一三极管的发射极接地，第五三极管的基极与第二电阻的另一端 及第四三极管的集电极相连接，第四三极管的发射极接地，超声波发射 传感器与第二三极管的发射极、第五三极管的发射极、第三三极管的集 电极及第六三极管的集电极相连接，第三三极管的发射极及第六三极管 的发射极接地。

所述信号放大电路为两级集成运算放大电路。

所述信号放大电路包括第三电阻、第一运算放大器、第四电阻及第 二运算放大器、第一滑动变阻器及第二滑动变阻器；

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

本实用新型具有以下有益效果：