CN106772327A - 一种多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，包括安装在第一支架上的测试装置，和安装在第二支架上的声音强度检测设备，测试装置上安装有超声波传感器，测试装置包括用于水平转动的步进电机和用于垂直转动的舵机，声音强度检测设备连接上位机，超声波传感器由超声波传感器驱动电路驱动，超声波传感器驱动电路由与上位机连接的主控制电路控制，主控制电路控制步进电机水平转动和舵机垂直转动，上位机用于控制测试装置的转动速度和角度、显示测试状态，并保存测试数据。既可以测试探头的探测性能，又能进行指向性测试，结构简单、安装方便。
Description
技术领域
本发明属于超声波指向性测试技术领域，具体地涉及一种多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置。
背景技术
超声波由于其良好的指向性，可被广泛适用于海洋探测与开发、无损检测与评估、医学诊断、倒车雷达等应用领域。
超声波的指向性，即传感器在探测空间中各角度上的声强级别，决定了超声波传感器的探测范围，是超声波传感器最重要的性能指标之一。指向性测试是评估一个传感器性能的必需环节。一般测量方法操作复杂，安装不方便，替换性差，可信赖度差，效率低。
申请号为2015101491310的中国发明专利公开了一种超声波指向性测试***。超声波传感器安装在云台上，所述云台安装在支架上，声音强度检测设备安装在另一支架上，所述声音强度检测设备检测到的超声波信号强度发送给主控制电路，所述超声波传感器由超声波传感器驱动电路驱动；所述主控制电路用于控制超声波传感器驱动电路，驱动云台工作，接收声音强度检测设备的检测数据，然后将数据打包，采用串口和PC进行数据交互，获取指令，上传数据；所述PC用于设置云台参数和处理超声波指向性测试数据。通过对测试空间中各角度下超声波的强度进行测量，解算出超声波传感器的横向和垂直探测范围，构建3D空间测量范围，并自动建立数据档案，便于以后的数据分析和提取。但是其测试水平角度由第二舵机和第三舵机接力才能实现360°转角，这对舵机性能要求极为严苛、成本高，同时没有检测装置使得测量的数据的可信赖度降低。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，既可以测试超声波探头的探测性能，又能进行超声波传感器的指向性测试，操作人员只需将探头通过夹具或传感器通过挡板安装在指向性测试装置上，便可进行测试，操作简单、安装方便。
本发明的技术方案是：
一种多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，包括安装在第一支架上的测试装置，和安装在第二支架上的声音强度检测设备，所述测试装置上安装有超声波传感器，测试装置包括用于水平转动的步进电机和用于垂直转动的舵机，所述声音强度检测设备连接上位机，所述测试装置由主控制电路控制，所述超声波传感器由超声波传感器驱动电路驱动，所述超声波传感器驱动电路由与上位机连接的主控制电路控制，所述主控制电路控制步进电机水平转动和舵机垂直转动，所述上位机用于控制测试装置的转动速度和角度、显示测试状态，并保存测试数据。
优选的，所述测试装置包括机座，所述机座中安装有步进电机，所述机座上盖的一端安装有卡座，所述卡座下端安装有滑轨，所述卡座上端安装有舵机，所述舵机上安装有铰链，所述铰链包括前铰链和后铰链，所述后铰链端面安装有挡板，所述超声波传感器安装于挡板的内侧面。
优选的，所述前铰链两侧支座设置有刻度线，所述后铰链两侧支座中部设置有指示箭头。
优选的，所述前铰链刻度间隔为5度，角度范围为正负45度。
优选的，所述后铰链端面设置有超声波传感器***孔和安装孔。
优选的，所述安装孔还用于安装夹具，所述夹具用于安装有超声波探头。
优选的，所述步进电机带有闭环驱动器，闭环驱动器通过电子齿轮变量定义输入到闭环驱动器的单位脉冲命令控制传动装置移动距离。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.本发明通过对测试空间中几个典型角度的测试，解算出超声波传感器的指向性曲线和响应特性曲线，解出超声波传感器的波束角。同时也可以绘制出它的3维探测区域。为超声波传感器设计提供数据支持。
2.本发明安装方便、替换性好，可以替换安装超声波传感器于模拟挡板上，单独测试超声波传感器，可模拟实际装车情况，更可靠。后铰链端面的安装孔可以安装夹具，通过夹具安装探头，可以测试探头的探测性能。功能多样，易于安装。
3.本发明可同时控制测试装置上传感器的水平和竖直转角，并可调节不同倾斜角度，一次性实现360度测试。
4.本发明综合了传感器、计算机软硬件、电子通信等技术，实现了全自动化测试，智能提示等功能，可直接得出计算结果并显示，避免了除传感器安装以外的所有人工操作，大大降低了人力成本和节省时间，提高了效率。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置的结构示意图；
图2为本发明测试装置的结构示意图；
图3为本发明后铰链的结构示意图；
图4为本发明超声波探头安装结构示意图；
图5为本发明超声波传感器安装在挡板的一种状态结构示意图；
图6为本发明超声波传感器安装在挡板的又一状态结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
如图1所示，本发明的超声波传感器指向性测试装置，超声波传感器安装在测试装置上，可通过橡胶圈进行固定。测试装置安装在支架80上。传感器的水平转角由步进电机控制，竖直转角由舵机控制，每个竖直角度对应360°水平角度。声压级测量设备麦克风9安装在支架81上。这两部分均放置于1m*1m*1m的隔音室内。
超声波传感器由超声波传感器驱动电路驱动，主控制电路控制超声波传感器驱动电路，主控制电路还用于驱动测试装置上步进电机和舵机的水平和竖直转角。主控制电路将转角信号发送给PC，PC同步从声压级设备获取声压级数据。
步进电机7可以定义输入到驱动器的单位脉冲命令使传动装置移动任意距离。
超声波驱动电路由PC上位机通过发送指令来设置频率，设置成功返回。
声压级测量设备9，声压级测量设备是由麦克风和声压级测量放大器组成，PC在得到主控制电路水平转动的信息时同步发送指令至声压级测量设备以读取声压级数据。
支架，用来调节超声波传感器和声音强度检测设备的相对位置，以便测量超声波传感器声波强度的空间分布。
如图2-6所示，测试装置包含机座5、挡板1、舵机4、步进电机7，铰链3，激光对管6。挡板1安装在机座上面，超声波探头安装在挡板上。舵机和步进电机安装在机座中，舵机用于控制挡板的竖直转角，步进电机控制机座的水平转角。激光对管6用于水平位置校准。
测试装置包括机座5，机座底座51中安装有步进电机7，步进电机7通过外罩52密封，上端盖有上盖53，上盖53的一端安装有卡座55，卡座55下端安装有滑轨54，卡座55上端安装有舵机4，舵机4上安装有铰链3，铰链3包括前铰链31和后铰链32，前铰链31两侧支座设置有刻度线，后铰链32两侧支座中部设置有指示箭头，前铰链刻度间隔为5度，角度范围为正负45度。卡座55下端还安装有激光对管6。
如图3所示，后铰链32端面设置有超声波传感器***孔321和安装孔322。安装孔322既可以安装挡板1，还可以安装夹具33，夹具33用于安装有超声波探头21，如图4所示。如图5所示，超声波传感器20安装于挡板1的内侧面。
如图5，安装超声波传感器于模拟挡板上，模拟实际装车情况，此种应用于保险杆倾斜角度（地平线法向）为零的情况。
如图6，此种应用于保险杆倾斜角度（地平线法向）为20度的情况，后铰链32有指针指向前铰链31刻度，可以通过旋转前铰链模拟不同保险杆倾斜角度。
安装、测试流程：
1 安装支架，将支架置于隔音室，调节支架高度保持支架水平，并安装声压级测量设备。
2 安装机座，将步进电机置于机座底座，螺丝固定，封好外罩，上盖，并安装滑轨，卡座和舵机，同时安装激光对管，将安装好的机座置于支架上并固定，检查机座的水平。
3 安装铰链，通过螺丝固定后铰链和机座，联接好舵机和铰链，将前铰链卡入后铰链，保持后铰链水平，用螺丝固定，检查后铰链箭头指向前铰链中间刻度，前铰链每一刻度间隔5度，角度范围为正负45度。
4 安装探头，如图2通过夹具33安装探头21装入铰链32，先测试探头的探测性能。
5 安装挡板，如图5、6所示，拆除夹具33，将挡板1通过螺丝安装于后铰链32上，将传感器20贴附于挡板1背面固定，挡板模拟实测保险杆，材料和厚度可依实际情况定制。检查并校准探头和与声压级测量设备的相对位置，测试装置安装完毕。
6．为步进电机驱动器，传感器驱动电路，主控制电路，声压级测量设备和PC供电。
7．设置好声压级测量设备，在PC端打开上位机软件，配置串口，将探头的水平角度旋转至180°的位置，校准探头和麦克风的相对位置使其中心在同一条直线上。设置传感器驱动频率,开始自动测试。
8.测试全过程持续18分钟左右，当听到蜂鸣器持续鸣叫，说明测试完成，可直接得出超声波探头的指向性曲线和响应特性曲线，读出超声波探头的波束角。记录最终结果并将源文件归档。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (9)
1.一种多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，包括安装在第一支架上的测试装置，和安装在第二支架上的声音强度检测设备，所述测试装置上安装有超声波传感器，其特征在于，测试装置包括用于水平转动的步进电机和用于垂直转动的舵机，所述声音强度检测设备连接上位机，所述测试装置由主控制电路控制，所述超声波传感器由超声波传感器驱动电路驱动，所述超声波传感器驱动电路由与上位机连接的主控制电路控制，所述主控制电路控制步进电机水平转动和舵机垂直转动，所述上位机用于控制测试装置的转动速度和角度、显示测试状态，并保存测试数据。
2.根据权利要求1所述的多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，其特征在于，所述测试装置包括机座，所述机座中安装有步进电机，所述机座上盖的一端安装有卡座，所述卡座下端安装有滑轨，所述卡座上端安装有舵机，所述舵机上安装有铰链，所述铰链包括前铰链和后铰链，所述后铰链端面安装有挡板，所述超声波传感器安装于挡板的内侧面。
3.根据权利要求2所述的多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，其特征在于，所述前铰链两侧支座设置有刻度线，所述后铰链两侧支座中部设置有指示箭头。
4.根据权利要求3所述的多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，其特征在于，所述前铰链刻度间隔为5度，角度范围为正负45度。
5.根据权利要求2所述的多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，其特征在于，所述后铰链端面设置有超声波传感器***孔和安装孔。
6.根据权利要求5所述的多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，其特征在于，所述安装孔还用于安装夹具，所述夹具用于安装有超声波探头。
7.根据权利要求1所述的多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，其特征在于，所述步进电机带有闭环驱动器，闭环驱动器通过电子齿轮变量定义输入到闭环驱动器的单位脉冲命令控制传动装置移动距离。
8.根据权利要求1所述的多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，其特征在于，所述卡座下端还安装有激光对管。
9.根据权利要求1所述的多功能易安装的超声波传感器指向性测试装置，其特征在于，所述测试装置和声音强度检测设备均放置于1m*1m*1m的隔音室内。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200327 Address after: 215200 No. 139 Yang Lian Road, Wujiang District, Jiangsu, Suzhou Applicant after: TSINGHUA University SUZHOU AUTOMOTIVE RESEARCH INSTITUTE(WUJIANG) Applicant after: TSINGHUA University Address before: 215200 No. 139 Yang Lian Road, Wujiang District, Jiangsu, Suzhou Applicant before: TSINGHUA University SUZHOU AUTOMOTIVE RESEARCH INSTITUTE(WUJIANG) |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170531 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |