CN103308915A - 一种声波测距装置与方法 - Google Patents

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Abstract

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可采用波长较长的声波进行测距并获得很高的精度的声波测距装置，包括主控单元，其特征在于还包括接收单元，所述主控单元还包括通讯模块A。一种测距方法，其特征在于包括如下步骤：主控单元和接收单元分别置于被测两点；声波发生模块A发送声波；声波接收模块A和声波接收模块B分别接收声波；中央处理器A计算得到两个被测点的距离A；声波发生模块B发出声波，得到距离B；中央处理器A根据距离A和距离B计算得到实测距离。采用两个被测点获取的波形计算两点的距离，测量精度受波长的影响很小，可采用波长较长的声波进行测距并获得很高的精度，适用范围非常广，特别是能应用于有遮挡的两点测距。

Description

一种声波测距装置与方法
 
技术领域
本发明属于自动化测控和智能仪器仪表领域，尤其涉及一种声波测距装置与方法。
背景技术
利用波的传播原理进行测距是一种常用的测量方法，根据波的特性不同发明了很多的测距方法，如激光测距、红外测距、微波测距、超声波测距等，各种波的产生其机理略有差别，但测距方法的基本原理一样。以上测距方法的实质是一种脉冲回波测距法，既用波的发生装置产生需要的波并向被测目标发送，同时开始计时，当脉冲波到过后被测物体后被反射，当接收探头接收到反射波后停止记时，得到的时间既波的传播时间，由此可以计算出被测距离。脉冲回波法测距的优点是波的发射和反射方向相反，自动消除了风速风向对波速的影响。但由于各种波的特性不一样，用于测距的效果也是不一样的。
目前用于工业测距的波主要是电磁波和机械波中的超声波，这是因为测距的精度与波的波长有相关性，通常波长越短，测距的精度越高，这是为什么激光测距的精度要高于超声波测距的根本原因。而且波长越短，其方向性越好，对于脉冲回波法测距方式而言，方向性好则反射波强度高，有利降低测量噪声。中国专利201210126584.8公开了一种超声波测距方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：超声波发射器与脉冲激光器处于发射端，所述发射端接收到测量命令后，所述脉冲激光器触发一束脉冲激光，同时所述超声波发射器触发超声波，将触发的超声波与外部时钟源进行锁相；超声波接收器与光电二极管处于接收端，所述光电二极管接收到脉冲激光后，启动计时器，所述超声波接收器获取接收的超声波后，所述计时器停止，获取渡越时间t ；所述渡越时间t 乘以根据环境温度修正后的声速v 获取被测距离粗测值d″＝ vt；再获取实测距离。又如中国专利201010266966.1公开了一种超声波测距装置，包括：超声波发射接收模块和控制模块，其中，超声波发射接收模块和控制模块相连并由控制模块向超声波发射接收模块传输测距控制信号，由超声波发射接收模块向控制模块传输超声波数据信号。
但时，波的波长越短，其方向性越强，避遮挡的能力就越弱，这在一定程度上限制了脉冲回波测距方法在很多场合的应用，如对晃动目标测距、在可能有异物遮挡的山坡或灌木丛测距等。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可采用波长较长的声波进行测距并获得很高的精度，适用范围非常广，特别是能应用于有遮挡的两点测距的声波测距装置，包括主控单元，所述主控单元包括中央处理器A、声波发生模块A和声波接收模块A，所述中央处理器A分别与声波发生模块A和声波接收模块A连接，其特征在于还包括接收单元，所述接收单元包括中央处理器B、声波发生模块B、声波接收模块B和通讯模块B，所述中央处理器B分别与声波发生模块B、声波接收模块B和通讯模块B连接，所述主控单元还包括通讯模块A，所述通讯模块A与所述中央处理器A连接。
所述主控单元还包括温度监测模块A，所述温度监测模块A与所述中央处理器A连接，所述接收单元还包括温度监测模块B，所述温度监测模块B与所述中央处理器B连接。
所述声波发生模块A和声波发生模块B的使用频率范围均为20～2×106 Hz。
所述声波发生模块A和声波发生模块B的核心器件为蜂鸣器或扬声器，所述声波接收模块B声波接收模块B的核心器件为拾音器。
所述通讯模块A和通讯模块B采用串口、433M射频、红外、蓝牙或wifi的方式实现通讯。
一种使用上述声波测距装置的测距方法，其特征在于包括如下步骤：
a.主控单元和接收单元分别置于被测两点；
b.通讯模块A与通讯模块B通讯；
c.声波发生模块A发送声波；
d.声波接收模块A和声波接收模块B分别接收声波，并分别存储于中央处理器A和中央处理器B内；
e. 中央处理器B内存储的信息通过通讯模块B与通讯模块A传输到中央处理器A内，中央处理器A通过两个接收波形计算相位时间差，再通过相位时间差和波速计算得到两个被测点的距离A；
f. 声波发生模块B发出声波，重复上述步骤d和步骤e，得到距离B；
g. 中央处理器A根据距离A和距离B计算得到实测距离。
相位时间差的计算方法为用相关性算法确定所接收的两个波形产生于同一个声波发生器，通过逐步平移其中一个接收波形与另一个接收波形进行相关性运算，当运算得到的相关性系数最大时表示两个波形相位重叠，波形被平移的相位时间既为两个波的相位时间差。
所述步骤e中的波速为理论波速采用当地温度修正后的波速，当地温度由温度监测模块A和温度监测模块B分别测量获得。
本发明的有益效果为：将主控单元和接收单元分别置于被测距离的两个端点，由主控单元的声波发生模块产生机声波，并分别由主控单元的声波接收模块和接收单元的声波接收模块所接收，比较两个点的波形并通过相关性算法获取两个波形的相位差对应的时间，由相位时间差和当地波速可进一步计算得到所测距离。采用两个被测点获取的波形计算两点的距离，测量精度受波长的影响很小，可采用波长较长的声波进行测距并获得很高的精度，适用范围非常广，特别是能应用于有遮挡的两点测距，如用于监测山体滑坡或泥石流等自然灾害等。被测的两点分别发送声波进行两次测量，两次测量中波的传播方向相反，将两次测量结果平均，可减少风速、风向等环境因素对波速的影响，从而进一步提高了测量精度。使用两个温度监测模块分别对主控单元和接收单元所述环境温度进行测量，主控单元的中央处理器根据测得的环境温度修正理论的声波传播速率，可减少温度对波速的影响，从而提高了测量精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为声波测距相位差计算原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图中，1、主控单元；2、中央处理器A；3、声波发生模块A；4、声波接收模块A；5、接收单元；6、中央处理器B；7、声波发生模块B；8、声波接收模块B；9通讯模块B；10、通讯模块A；11、温度监测模块A；12、温度监测模块B。
实施例一
如图1所示，主控单元1包括中央处理器A2、声波发生模块A3和声波接收模块A4，所述中央处理器A2分别与声波发生模块A3和声波接收模块A4连接，所述接收单元5包括中央处理器B6、声波发生模块B7、声波接收模块B8和通讯模块B9，所述中央处理器B6分别与声波发生模块B7、声波接收模块B8和通讯模块B9连接，所述主控单元1还包括通讯模块A10，所述通讯模块A10与所述中央处理器A2连接，所述主控单元1还包括温度监测模块A11，所述温度监测模块A11与所述中央处理器A2连接，所述接收单元5还包括温度监测模块B12，所述温度监测模块B12与所述中央处理器B6连接，所述声波发生模块A3和声波发生模块B7的使用频率范围均为20～2×106 Hz，所述声波发生模块A3和声波发生模块B7的核心器件为蜂鸣器或扬声器，所述声波接收模块B4声波接收模块B8的核心器件为拾音器，所述通讯模块A10和通讯模块B9采用串口、433M射频、红外、蓝牙或wifi的方式实现通讯。
实施例二
本发明的测量方法的实施步骤为：
a.将主控单元和接收单元分别置于被测两点；
b.通讯模块A与通讯模块B进行通讯，实现中央处理器A与中央处理器B的通讯握手和时间同步，中央处理器A将要发送的声波的频率、脉冲数和发送时间传送给中央处理器B；
c.声波发生模块A发送声波；
d.声波接收模块A和声波接收模块B分别接收声波，并分别存储于中央处理器A和中央处理器B内；
e. 温度监测模块A、温度监测模块B分别测量主控单元和接收单元所处环境的温度，并将信息分别分别存储于中央处理器A和中央处理器B内，中央处理器B内存储的信息通过通讯模块B与通讯模块A传输到中央处理器A内，中央处理器A根据温度监测模块A和温度监测模块B测量的当地温度修正波速，通过两个接收波形计算相位时间差，再通过相位时间差和波速计算得到两个被测点的距离A；
f. 声波发生模块B发出声波，重复上述步骤d和步骤e，得到距离B；
g. 中央处理器A根据距离A和距离B计算得到实测距离。
如图2所示，相位时间差的计算方法为用相关性算法确定所接收的两个波形产生于同一个声波发生器，通过逐步平移其中一个接收波形与另一个接收波形进行相关性运算，当运算得到的相关性系数最大时表示两个波形相位重叠，波形被平移的相位时间既为两个波的相位时间差。
以上通过实施例对本发明的进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种声波测距装置，包括主控单元（1），所述主控单元（1）包括中央处理器A（2）、声波发生模块A（3）和声波接收模块A（4），所述中央处理器A（2）分别与声波发生模块A（3）和声波接收模块A（4）连接，其特征在于还包括接收单元（5），所述接收单元（5）包括中央处理器B（6）、声波发生模块B（7）、声波接收模块B（8）和通讯模块B（9），所述中央处理器B（6）分别与声波发生模块B（7）、声波接收模块B（8）和通讯模块B（9）连接，所述主控单元（1）还包括通讯模块A（10），所述通讯模块A（10）与所述中央处理器A（2）连接。
2.如权利要求1所述的一种声波测距装置，其特征在于所述主控单元（1）还包括温度监测模块A（11），所述温度监测模块A（11）与所述中央处理器A（2）连接，所述接收单元（5）还包括温度监测模块B（12），所述温度监测模块B（12）与所述中央处理器B（6）连接。
3.如权利要求1所述的一种声波测距装置，其特征在于所述声波发生模块A（3）和声波发生模块B（7）的使用频率范围均为20～2×106 Hz。
4.如权利要求1所述的一种声波测距装置，其特征在于所述声波发生模块A（3）和声波发生模块B（7）的核心器件为蜂鸣器或扬声器，所述声波接收模块B（8）声波接收模块B（8）的核心器件为拾音器。
5.如权利要求1所述的一种声波测距装置，其特征在于所述通讯模块A（10）和通讯模块B（9）采用串口、433M射频、红外、蓝牙或wifi的方式实现通讯。
6.一种使用上述声波测距装置的测距方法，其特征在于包括如下步骤：
a.主控单元（1）和接收单元（5）分别置于被测两点；
b.通讯模块A（10）与通讯模块B（9）通讯；
c.声波发生模块A（3）发送声波；
d.声波接收模块A（4）和声波接收模块B（8）分别接收声波，并分别存储于中央处理器A（2）和中央处理器B（6）内；
e. 中央处理器B（6）内存储的信息通过通讯模块B（9）与通讯模块A（10）传输到中央处理器A（2）内，中央处理器A（2）通过两个接收波形计算相位时间差，再通过相位时间差和波速计算得到两个被测点的距离A；
f. 声波发生模块B（7）发出声波，重复上述步骤d和步骤e，得到距离B；
g. 中央处理器A（2）根据距离A和距离B计算得到实测距离。
7.如权利要求6所述的一种声波测距方法，其特征在于相位时间差的计算方法为用相关性算法确定所接收的两个波形产生于同一个声波发生器，通过逐步平移其中一个接收波形与另一个接收波形进行相关性运算，当运算得到的相关性系数最大时表示两个波形相位重叠，波形被平移的相位时间既为两个波的相位时间差。
8.如权利要求1所述的一种声波测距方法，其特征在于所述步骤e中的波速为理论波速采用当地温度修正后的波速，当地温度由温度监测模块A（11）和温度监测模块B（12）分别测量获得。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104950309A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 昊阳天宇科技(深圳)有限公司 距离测量装置及距离测量方法
CN105954753A (zh) * 2016-04-20 2016-09-21 北京九星智元科技有限公司 基于超声传感器的测距定位***
CN106023532A (zh) * 2016-08-01 2016-10-12 江苏怡龙医疗科技有限公司 一种山体滑坡报警***
CN108088406A (zh) * 2018-01-09 2018-05-29 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种激波测速用压力传感器间有效距离测量方法
CN110536023A (zh) * 2019-09-29 2019-12-03 李欣钊 一种基于空间体积智能调节电子设备提示音的***
CN110749888A (zh) * 2019-12-20 2020-02-04 广州赛特智能科技有限公司 一种基于超声波测距***的测距方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08136653A (ja) * 1994-11-08 1996-05-31 Nippon Avionics Co Ltd 音波測位装置
CN101030367A (zh) * 2007-01-18 2007-09-05 李清明 提高电子乐器音效的方法及应用该方法的网络电子乐器
CN101425853A (zh) * 2007-10-31 2009-05-06 温秒路 一种远距离语音监听方法
CN201654231U (zh) * 2010-03-26 2010-11-24 北京物资学院 基于超声波的动态距离测量***
CN202453501U (zh) * 2012-02-06 2012-09-26 长春工业大学 一种具有消除温度误差功能的无线超声波测距装置
CN202615589U (zh) * 2012-02-28 2012-12-19 德赛电子(惠州)有限公司 一种实现移动终端遥控家电的信息转换装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08136653A (ja) * 1994-11-08 1996-05-31 Nippon Avionics Co Ltd 音波測位装置
CN101030367A (zh) * 2007-01-18 2007-09-05 李清明 提高电子乐器音效的方法及应用该方法的网络电子乐器
CN101425853A (zh) * 2007-10-31 2009-05-06 温秒路 一种远距离语音监听方法
CN201654231U (zh) * 2010-03-26 2010-11-24 北京物资学院 基于超声波的动态距离测量***
CN202453501U (zh) * 2012-02-06 2012-09-26 长春工业大学 一种具有消除温度误差功能的无线超声波测距装置
CN202615589U (zh) * 2012-02-28 2012-12-19 德赛电子(惠州)有限公司 一种实现移动终端遥控家电的信息转换装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104950309A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 昊阳天宇科技(深圳)有限公司 距离测量装置及距离测量方法
CN105954753A (zh) * 2016-04-20 2016-09-21 北京九星智元科技有限公司 基于超声传感器的测距定位***
CN106023532A (zh) * 2016-08-01 2016-10-12 江苏怡龙医疗科技有限公司 一种山体滑坡报警***
CN108088406A (zh) * 2018-01-09 2018-05-29 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种激波测速用压力传感器间有效距离测量方法
CN108088406B (zh) * 2018-01-09 2019-09-10 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种激波测速用压力传感器间有效距离测量方法
CN110536023A (zh) * 2019-09-29 2019-12-03 李欣钊 一种基于空间体积智能调节电子设备提示音的***
CN110749888A (zh) * 2019-12-20 2020-02-04 广州赛特智能科技有限公司 一种基于超声波测距***的测距方法

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