[发明专利]一种超声波传感器及侦测方法

说明书

本发明公开了一种超声波传感器及侦测方法，在单个调制信号的侦测周期内，传感器以均匀、相近的时间间隔依次产生n个不同的调制信号，n个不同的调制信号轮流驱动传声器工作，来产生不同时间间隔和/或不同工作频率的超声波；相同时间间隔和相同工作频率的发射超声波、接收物体的反射波，配对后生成回波信号；在单个调制信号的侦测周期内，传感器以均匀、相近的时间间隔，发射n次超声波、接收n次反射波，完成n次侦测，以提高超声波传感器的侦测反应速度。本发明在没有增加传声器数量的同时，提高了超声波传感器的侦测反应速度，具有成本低，性能高，便利运用于汽车、无人机、无人车、机器人、家电、安防等各类交通工具及电子电器设备设施上。

技术领域

本发明涉及超声波探测领域，尤其是一种超声波传感器及侦测方法。

背景技术

超声波传感器广泛运用于汽车、无人机、无人车、机器人等各类交通工具及电子电器设备设施上。

目前，传统的超声波传感器通常为单传声器传感器，且为单周期单调制信号侦测方式，图1为单传声器传感器结构示意图，图2为传统单传声器传感器单周期单调制信号侦测时序示意图，可知，在单侦测周期Tf内传声器发射只有调制信号S1-10a1，对某一距离处物体的侦测，通常也只有一个回波信号E1-10a1。

在空气中因为超声波受传播速度的限制(声速v，通常为340米/秒)，如果传感器的侦测量程Lf较大，则侦测周期Tf较大(Tf＝2*Lf/v)，在很多运用场合难以满足快速反应(刷新)的需要。

为了提高超声波传感器的侦测反应速度，本发明人在已申请发明CN105549022A中提出一解决方案：单个传感器集成多个不同频率规格传声器(也称换能器)、按一定的时序工作，在单个传声器侦测周期Tf内形成n次发射及接收，以提高传感器的侦测反应速度，但CN105549022A方案，传感器必须具备两个或两个以上的传声器。其具有两个传声器时，侦测反应速度提高至传统单传声器传感器反应速度的两倍，具有三个传声器时，侦测反应速度提高至传统单传声器传感器反应速度的三倍，具有n个传声器时，侦测反应速度提高至传统单传声器传感器反应速度的n倍；但该方案在传声器数量增加、成本增加的同时，侦测反应速度提高倍数有限，且综合性能提升不高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种经过改进的超声波传感器，以及运用该超声波传感器的侦测方法。

为实现上述目的，本发明一种超声波传感器，包括收发一体化传声器，在单个调制信号的侦测周期内，传感器以均匀、相近的时间间隔依次产生n个不同的调制信号，n≥2，n个不同的调制信号轮流驱动传声器工作，来产生不同时间间隔和/或不同工作频率的超声波；

相同时间间隔和相同工作频率的发射超声波、接收物体的反射波，配对后生成回波信号；

在单个调制信号的侦测周期内，传感器以均匀、相近的时间间隔，发射n次超声波、接收n次反射波，完成n次侦测，以提高超声波传感器的侦测反应速度。

进一步，通过设置不同时间间隔、不同工作频率的发射超声波，使得其产生不同时间间隔、不同工作频率的反射波，时间间隔参数相同、工作频率相同的发射超声波和反射波，配对后，确认为有效的所述回波信号。

进一步，所述传感器侦测量程为Lf，n个不同的调制信号包括：调制信号1、调制信号2、……调制信号n，单个调制信号的侦测周期均为Tf，在侦测周期Tf内，各个调制信号依次进行发射：

其中，调制信号2与调制信号1开始发射时间间隔为Tj1；调制信号3与调制信号2开始发射时间间隔为Tj2；之后的调制信号以此类推；下一周期的调制信号1与本周期的调制信号n开始发射时间间隔为Tjn。

进一步，Tj1+Tj2+……+Tjn＝Tf，Tj1≈Tj2≈……≈Tjn≈Tf/n；在单个调制信号侦测周期Tf内形成n次发射信号、回波信号，以提高超声波传感器的侦测反应速度至单调制信号侦测方式时的n倍。