CN105572673A - 超声波测距方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种超声波测距方法及装置。所述超声波测距方法包括：通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的第一超声波信号，其中所述第一超声波信号为由位置探测传感器发射的具有预设角度范围的超声波信号；根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数；根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距。本发明实施例的技术方案实现了对不知道具体方位或不在超声波传感器测距的角度范围内的物体进行距离测量。

Description

超声波测距方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及超声波测距技术，尤其涉及一种超声波测距方法及装置。

背景技术

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。

如果知道物体的方位，由超声波发射装置向物体发射超声波，根据超声波接收装置接收超声波与超声波发射装置发出超声波的时间差值，就可以计算得到被测物体与超声波发射点的距离。

然而，在实际使用中，有时不知道物体的具体方位，或物体不在超声波传感器测距的角度范围内，此时用超声波传感器进行测距存在一定的难度。

发明内容

本发明提供一种超声波测距方法及装置，以实现对不知道具体方位或不在超声波传感器测距的角度范围内的物体进行距离测量。

第一方面，本发明实施例提供了一种超声波测距方法，所述方法包括：

通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的第一超声波信号，其中所述第一超声波信号为由位置探测传感器发射的具有预设角度范围的超声波信号；

根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数；

根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距。

第二方面，本发明实施例还提供了一种超声波测距装置，所述装置包括：

信号接收模块，用于通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的第一超声波信号，其中所述第一超声波信号为由位置探测传感器发射的具有预设角度范围的超声波信号；

参数确定模块，用于根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数；

测距模块，用于根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距。

本发明实施例通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的由位置探测传感器发射得具有预设角度范围的第一超声波信号，并根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数，进而根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距，解决了在不知道物体的具体方位，或物体不在超声波传感器测距的角度范围内时，用超声波传感器进行测距存在一定的难度的问题，实现了对不知道具体方位或不在超声波传感器测距的角度范围内的物体进行距离测量的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种超声波测距方法的流程图；

图2是本发明实施例二提供的一种超声波测距方法的流程图；

图3是本发明实施例二提供的超声波传感器阵列接收超声波的示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种超声波测距方法的流程图；

图5是本发明实施例四提供的一种超声波测距装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种超声波测距方法的流程图。本实施例可适用于需要对不知道具体方位或不在超声波传感器测距的角度范围内的物体进行距离测量的情况，该方法可以由超声波测距装置来执行，该装置可通过硬件和/或软件的方式实现，并一般可集成于用于控制超声波传感器阵列完成距离测量的中央处理器中。如图1所述，所述方法具体可以包括如下步骤：

步骤110、通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的第一超声波信号，其中所述第一超声波信号为由位置探测传感器发射的具有预设角度范围的超声波信号。

其中，所述位置探测传感器为能够发射大角度超声波的传感器，所述预设角度范围可以根据需要进行设定，只要发射的超声波信号经被测物体反射后能够被超声波传感器阵列接收即可。所述位置探测传感器可以为柱形或者球形超声波换能器，所述预设角度范围可以为120°。柱形的超声波换能器可以围绕圆柱体一圈360°水平方向发射超声波，水平方向向外发射的角度是30°-40°。球形的超声波换能器以整个球面向外发射超声波，可以理解为所有方向都可以发射。

通过使用位置探测传感器发射大角度的超声波信号，可以实现即使不知道被测物体的确切方向，也能够接收到该被测物体反射的回波信号的技术效果，为后续根据被测物体反射的第一超声波信号确定被测物***置提供了先决条件。

步骤120、根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数。

其中，根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到的所述第一超声波信号的时间，以及各传感器的间距可以确定所述第一超声波信号的入射角度，即可以确定被测物体的方位，根据物体的方位对所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数进行调整，使所述超声波传感器阵列发射的超声波信号指向被测物体，所述发射参数包括发射时间。

步骤130、根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距。

具体的，发射参数确定后的超声波传感器阵列发射超声波测距信号，并接收由被测物体反射回的所述超声波测距信号，根据接收时间与发射时间的差值计算被测物体到超声波传感器阵列的距离。

本实施例的技术方案，通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的由位置探测传感器发射得具有预设角度范围的第一超声波信号，并根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数，进而根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距，解决了在不知道物体的具体方位，或物体不在超声波传感器测距的角度范围内时，用超声波传感器进行测距存在一定的难度的问题，实现了对不知道具体方位或不在超声波传感器测距的角度范围内的物体进行距离测量的效果。

实施例二

本实施例以上述实施例为基础提供了一种超声波测距方法。图2是本发明实施例二提供的一种超声波测距方法的流程图，如图2所示，所述方法具体可以包括如下步骤：

步骤210、通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的第一超声波信号，其中所述第一超声波信号为由位置探测传感器发射的具有预设角度范围的超声波信号。

步骤220、根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述第一超声波信号达到各相邻超声波传感器的时间延迟。

具体的，若所述第一超声波信号以一定的入射角度入射到所述超声波传感器阵列，则阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号具有一定的时间差值，将各相邻超声波传感器的接收时间做差即可得到所述第一超声波信号达到各相邻超声波传感器的时间延迟ΔT。

步骤230、根据所述时间延迟，以及各相邻超声波传感器之间的距离，确定所述被测物体相对于所述超声波传感器阵列的方向角。

图3是本发明实施例二提供的超声波传感器阵列接收超声波的示意图，如图3所示，各相邻超声波传感器之间的距离为D，第一超声波信号的入射角度为θ，第一超声波信号到达相邻超声波传感器的行程差为L，L＝D×sinθ＝V×ΔT，其中，V为超声波在空气中的传播速度。由上述公式可以得到第一超声波信号的入射角度θ，即被测物体相对于所述超声波传感器阵列的方向角。

步骤240、根据所述方向角确定所述各相邻超声波传感器发射用于对所述被测物体进行测距的超声波信号的时间差值。

具体的，各相邻超声波传感器发射用于对所述被测物体进行测距的超声波信号的时间差值即各相邻超声波传感器的触发脉冲到达相应的超声波传感器的时间差值，所述触发脉冲到达的时间差值τ与超声波发射角度α具有如下关系其中，V为超声波在空气中的传播速度，D为各相邻超声波传感器之间的距离。通过控制所述触发脉冲到达的时间差值即可控制超声波传感器阵列发射的超声波信号的角度，从而产生发射角度与被测物体方位角相同的超声波信号。

步骤250、根据所述时间差值确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距。

本实施例的技术方案，根据超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到的所述第一超声波信号的时间，确定所述第一超声波信号达到各相邻超声波传感器的时间延迟，根据所述时间延迟，以及各相邻超声波传感器之间的距离，确定所述被测物体相对于所述超声波传感器阵列的方向角，根据所述方向角确定所述各相邻超声波传感器发射用于对所述被测物体进行测距的超声波信号的时间差值，进而根据所述时间差值确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距，解决了在不知道物体的具体方位，或物体不在超声波传感器测距的角度范围内时，用超声波传感器进行测距存在一定的难度的问题，实现了对不知道具体方位或不在超声波传感器测距的角度范围内的物体进行距离测量的效果。

实施例三

本实施例以上述实施例为基础提供了一种超声波测距方法。图4是本发明实施例三提供的一种超声波测距方法的流程图，如图4所示，所述方法具体可以包括如下步骤：

步骤310、通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的第一超声波信号，其中所述第一超声波信号为由位置探测传感器发射的具有预设角度范围的超声波信号。

步骤320、根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数。

步骤330、基于与所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器对应的发射参数，控制各所述超声波传感器发射第二超声波信号，并记录发射时刻。

具体的，超声波传感器阵列中各超声波传感器根据所述发射参数发射的超声波信号的合成波为所述第二超声波信号，其具有与物体的方位角相同的发射角度，所述发射时刻为处于超声波传感器阵列中心位置的超声波传感器发射所述第二超声波信号的时刻。

步骤340、根据所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器接收到的由所述被测物体反射回的所述第二超声波信号，确定接收时刻。

具体的，所述接收时刻为处于超声波传感器阵列中心位置的超声波传感器接收到所述被测物体反射回的所述第二超声波信号的时刻。

步骤350、依据所述发射时刻和所述接收时刻计算所述被测物体到所述超声波传感器阵列的距离。

具体的，所述接收时刻和所述发射时刻的差值为所述第二超声波信号在所述超声波传感器阵列与被测物体之间的往返时间，结合超声波在空气中的传播速度即可得到所述被测物体到所述超声波传感器阵列的距离。

本实施例的技术方案基于与所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器对应的发射参数，控制各所述超声波传感器发射第二超声波信号，并记录发射时刻，根据所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器接收到的由所述被测物体反射回的所述第二超声波信号，确定接收时刻，并依据所述发射时刻和所述接收时刻计算所述被测物体到所述超声波传感器阵列的距离，解决了在不知道物体的具体方位，或物体不在超声波传感器测距的角度范围内时，用超声波传感器进行测距存在一定的难度的问题，实现了对不知道具体方位或不在超声波传感器测距的角度范围内的物体进行距离测量的效果。

实施例四

图5是本发明实施例四提供的一种超声波测距装置的结构图，如图5所示，所述装置具体可以包括：信号接收模块410、参数确定模块420、以及测距模块430，其中，

信号接收模块410，用于通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的第一超声波信号，其中所述第一超声波信号为由位置探测传感器发射的具有预设角度范围的超声波信号；

参数确定模块420，用于根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数；

测距模块430，用于根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距。

本实施例的技术方案，通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的由位置探测传感器发射得具有预设角度范围的第一超声波信号，并根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数，进而根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距，解决了在不知道物体的具体方位，或物体不在超声波传感器测距的角度范围内时，用超声波传感器进行测距存在一定的难度的问题，实现了对不知道具体方位或不在超声波传感器测距的角度范围内的物体进行距离测量的效果。

在上述各实施例的基础上，所述位置探测传感器可以为柱形或者球形超声波换能器，所述预设角度范围为120°。

在上述各实施例的基础上，所述参数确定模块420具体可以包括：

延迟确定子模块，用于根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述第一超声波信号达到各相邻超声波传感器的时间延迟；

方向确定子模块，用于根据所述时间延迟，以及各相邻超声波传感器之间的距离，确定所述被测物体相对于所述超声波传感器阵列的方向角；

时差确定子模块，用于根据所述方向角确定所述各相邻超声波传感器发射用于对所述被测物体进行测距的超声波信号的时间差值。

在上述各实施例的基础上，所述测距模块430具体可以包括：

信号发射子模块，用于基于与所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器对应的发射参数，控制各所述超声波传感器发射第二超声波信号，并记录发射时刻；

信号接收子模块，用于根据所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器接收到由所述被测物体反射回的所述第二超声波信号，确定接收时刻；

距离计算子模块，用于依据所述发射时刻和所述接收时刻计算所述被测物体到所述超声波传感器阵列的距离。

在上述各实施例的基础上，所述发射时刻可以为处于超声波传感器阵列中心位置的超声波传感器发射所述第二超声波信号的时刻；

所述接收时刻可以为处于超声波传感器阵列中心位置的超声波传感器接收到所述被测物体反射回的所述第二超声波信号的时刻。

本实施例提供的超声波测距装置，与本发明任意实施例所提供的超声波测距方法属于同一发明构思，可执行本发明任意实施例所提供的超声波测距方法，具备执行超声波测距方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的超声波测距方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种超声波测距方法，其特征在于，包括：

通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的第一超声波信号，其中所述第一超声波信号为由位置探测传感器发射的具有预设角度范围的超声波信号；

根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数；

根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述位置探测传感器为柱形或者球形超声波换能器，所述预设角度范围为120°。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数具体包括：

根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述第一超声波信号达到各相邻超声波传感器的时间延迟；

根据所述时间延迟，以及各相邻超声波传感器之间的距离，确定所述被测物体相对于所述超声波传感器阵列的方向角；

根据所述方向角确定所述各相邻超声波传感器发射用于对所述被测物体进行测距的超声波信号的时间差值。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距具体包括：

基于与所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器对应的发射参数，控制各所述超声波传感器发射第二超声波信号，并记录发射时刻；

根据所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器接收到的由所述被测物体反射回的所述第二超声波信号，确定接收时刻；

依据所述发射时刻和所述接收时刻计算所述被测物体到所述超声波传感器阵列的距离。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发射时刻为处于超声波传感器阵列中心位置的超声波传感器发射所述第二超声波信号的时刻；

所述接收时刻为处于超声波传感器阵列中心位置的超声波传感器接收到所述被测物体反射回的所述第二超声波信号的时刻。

6.一种超声波测距装置，其特征在于，包括：

信号接收模块，用于通过超声波传感器阵列接收由被测物体反射回的第一超声波信号，其中所述第一超声波信号为由位置探测传感器发射的具有预设角度范围的超声波信号；

参数确定模块，用于根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述超声波传感器阵列中各超声波传感器的发射参数；

测距模块，用于根据发射参数确定后的所述超声波传感器阵列，完成对所述被测物体的测距。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：

所述位置探测传感器为柱形或者球形超声波换能器，所述预设角度范围为120°。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述参数确定模块具体包括：

延迟确定子模块，用于根据所述超声波传感器阵列中各超声波传感器接收到所述第一超声波信号的时间，确定所述第一超声波信号达到各相邻超声波传感器的时间延迟；

方向确定子模块，用于根据所述时间延迟，以及各相邻超声波传感器之间的距离，确定所述被测物体相对于所述超声波传感器阵列的方向角；

时差确定子模块，用于根据所述方向角确定所述各相邻超声波传感器发射用于对所述被测物体进行测距的超声波信号的时间差值。

9.根据权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述测距模块具体包括：

信号发射子模块，用于基于与所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器对应的发射参数，控制各所述超声波传感器发射第二超声波信号，并记录发射时刻；

信号接收子模块，用于根据所述超声波传感器阵列中的各超声波传感器接收到的由所述被测物体反射回的所述第二超声波信号，确定接收时刻；

距离计算子模块，用于依据所述发射时刻和所述接收时刻计算所述被测物体到所述超声波传感器阵列的距离。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述发射时刻为处于超声波传感器阵列中心位置的超声波传感器发射所述第二超声波信号的时刻；

所述接收时刻为处于超声波传感器阵列中心位置的超声波传感器接收到所述被测物体反射回的所述第二超声波信号的时刻。