[发明专利]超声波测位仪

说明书

本发明涉及一种利用超声波的反射测量距离的系统，特别涉及一种超声波测位仪。

在现有的超声波测距仪或雷达测距仪中，为了消除环境杂波的影响，识别并提取真实回波信号的手段是将经过放大、检波后的回波送到比较电路中与予先设置的门限电平进行比较，高于该门限电平的信号被提取出来，低于该电平的杂波被消除。该门限电平的另一个作用是用来判断回波到来的时刻，由于该电平较高、其与回波信号前沿相交处并不是回波信号到来的真正时刻，而是被滞后了某一时段，由于被测目标远近不同，因此回波信号幅度大小也各不相同，导致滞后的时段值也各不相同，于是测量误差较大。若比较电路门限电平取值较低，则会将杂波误认为是回波信号，造成更大的测量误差，因而是难以实现两全其美的。

日本专利JP62-235587公开了一种脉冲雷达的测距方案，该方案采用低电位门限电平，在接收装置中采用两个并行的检波回路，其中主回路为包络检波回路，能在低门限电平时，及时地检测出回波和杂波到来的时刻，该包络检波回路没有时间延迟现象；辅助回路为同步检波回路，它只有在检到回波信号时才有输出，否则没有输出，此同步检波回路有时间延迟现象。将两种检波结果分别输入微机，当两种检波都有输出时，微机才认定包络检波给出的时刻值为回波信号到达的时刻值。该方案通过同步检波回路判断出真伪回波信号，通过包络检波回路和低门限电平的比较电路，实现了对回波信号到来时刻值作了比较准确的测量，因而该方案提高了抗干扰能力和测距精确度。但同步检波回路中的乘法器两个输入信号必须保持同频同相，因此对测距脉冲的宽度不能过窄，以满足有足够多的载波信号，乘法器才能有效地工作。对于雷达而言，由于其载波频率甚高，能保证乘法器正常工作，对于超声波由于工作频率较低，只能在宽脉冲条件下才能工作。

本发明的目的在于提供一种超声波测位仪，在接收电路中，检波器与微处理器之间设置了一个高低电平比较器，其中高电平比较器是用来提取回波信号并消除环境杂波，低电平比较器用来测量回波信号到来时刻。

实现本发明目的采取的技术措施是：在接收装置的检波器与微处理器之间设置一个高低电平比较器，其高电平比较器和低电平比较器分别为检波输出的回波信号和杂波提供一个高门限电平和一个低门限电平，通过低门限电平的回波信号和杂波到来的时刻值都即时存入微处理器的数据存贮器RAM中，高电平比较器用于限定只让回波信号进入微处理器，通过数据处理，微处理器给出了超声波换能器与物料表面之间的距离，由距离显示器显示，从而确定物料表面所处高度。

图1为本超声波测位仪的结构示意图。

图2为用高低门限电平检测回波信号参量的工作原理图。

图3是为实施例提供的一种高低电平比较器的电路图。

以下结合附图说明，详细叙述本发明的具体内容。

如图1所示，一种超声波测位仪，包括微处理器IC1，发射电路1，发射换能器F，接收换能器F′，放大器2，检波器3，计时器5，距离显示器6，其中微处理器IC1，发射电路1，发射换能器F构成发射装置；接收装置含有接收换能器F′，放大器2，微处理器IC1，其特征在于：在检波器3与微处理器IC1之间设有一个高低电平比较器4，其输入端与检波器3的输出端连接，其中高电平比较器的输出端接微处理器IC1的I/Ob口/中断口，低电平比较器的输出端与微处理器IC1的I/Oc口/中断口连接。

将通过低门限电平m1的回波信号S和杂波N的相应时刻值t1、tn和将通过高门限电平m2的回波信号S到达的时刻值t2都存入微处理器IC1的数据存贮器ARM中，当t2-出现时，微处理器IC1立即依据t2查出通过低门限电平m1的回波信号S到达的时刻值t1，微处理器IC1根据t1计算出换能器与物料表面之间的距离，由距离显示器6显示。

接收换能器F′与发射换能器F兼容，或者与发射换能器F分开设置，I/Oa、I/Ob、I/Oc、I/Od皆为微处理器IC1上的I/O口，分别与发射电路1输入端，高电平比较器的输出端，低电平比较器的输出端，距离显示器6的输入端连接。

同现有技术比较，本发明具有以下优点：

1、由于设置了高低电平比较器，既可以有效地提高抗干扰能力，又可以使测量精度提高了10倍以上，克服了采用单一门限电平而存在的抗干扰和提高测量精度两者相互制约的矛盾；

2、与JP62-235587方案相比较，本发明不受脉冲宽度的限制，即使在窄脉冲、低工作频率下也能有效地抗干扰和提高测量精度；

3、本发明在静态测距和动态测距中都可应用，不受载波频率的频偏影响；