CN2784945Y - 一种超声波测距传感器 - Google Patents

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牛超星
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Abstract

本实用新型涉及一种超声波测距传感器，属于教学仪器技术领域。所采用的技术方案是：设计了独立的超声波发射器和超声波接收器。超声波发射器和超声波接收器上任意安装光速波的发射和接收装置构成主动或被动超声波开关，利用超声波开关开启时间t1作为超声波发射器开始发射的时间，超声波到达超声波接收器的时间t2可以测到，那么t2－t1就可得到超声波的传播时间，从而测到超声波发射器和超声波接收器之间的距离。具有消除盲区、测距范围大、测量精度高、识别能力强的优点，可以作为中学物理教学的实验仪器设备。

Description

一种超声波测距传感器
技术领域
本实用新型涉及一种超声波测距传感器，具体地说是用于教学实验的单向超声波测距传感器，属于教学仪器技术领域。
背景技术
目前形成产品的超声波测距传感器，都是采用回波定位的方式。这类装置集成了超声波发射器与接收器，即收发一体。工作时，首先发射超声波，待超声波在被测物体上形成反射后，其回波被该装置接收。根据测得的收发时间差和声速，可计算出该装置与被测物体之间的距离。这种超声波测距装置检测距离有限，且存在检测盲区，检测精度较差而容易受到杂波干扰，实验效果不理想。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种检测距离长且没有检测盲区，检测精度高而不易受到杂波干扰，实验效果理想的超声波测传感器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：改变了收发一体的结构，设计了独立的超声波发射器和超声波接收器。超声波发射器和超声波接收器上任意安装光速波的发射和接收装置构成主动或被动超声波开关，利用超声波开关开启时间t1作为超声波发射器开始发射的时间，超声波到达超声波接收器的时间t2可以测到，那么t2-t1就可得到超声波的传播时间，从而测到超声波发射器和超声波接收器之间的距离。
基于上述技术方案可以设计出主动、被动式两种超声波测距装置。
主动式超声波发射测距方案的工作原理如下：超声波发射器按一定的时间间隔发射超声波，同时发射相应的光速波信号，超声波接收器接收到光速波信号时开始计时，接收到超声波信号时停止计时。由于光速波传播速度为30万千米/秒，近距离内其传播用时可被忽略，故可以认为超声波接收器收到光速波的时间等同于超声波发射器发射光速波的时间。超声波接收器记录的时间乘以声速就得到发射器和接收器之间的距离。
被动式超声波发射测距方案的工作原理如下：在超声波接收器上设置光速波发射装置。该超声波接收器按一定的时间间隔发射光速波，同时开始计时。超声波发射器接收到光速波信号时开始发射超声波，超声波接收器接收到超声波信号时停止计时，由于光速太快，光速波的传输时间和超声波发射器中电子开关的动作时间可被忽略，故超声波接收器记录的时间乘以声速就得到发射器和接收器之间的距离。
本实用新型中的光速波包括可见光、不可见光以及电磁波。
本实用新型的具体结构可以是这样的：超声波测距传感器包括各自分离的超声波发射器和超声波接收器组成，其特征是超声波发射器上安装了一个光速波发射器，超声波发射器和光速波发射器的控制端并联，与一个脉冲信号发生器的输出端联接构成控制回路；超声波接收器上安装了一个与光速波发射器相对应的光速波接收器，光速波接收器的输出端联接脉冲触发器的控制端，超声波接收器的输出端联接脉冲放大整形电路，脉冲放大整形电路的输出端与脉冲触发器的控制端联接构成控制回路。
本实用新型工作时，超声波发射器上的超声波发射器和光速波发射器在脉冲信号发生器的控制下，间歇同步发出脉冲超声波和光速波；超声波接收器上的超声波接收器和光速波接收器接受到各自的信号，输出各自的信号送到脉冲触发器的控制端，脉冲触发器的输出端将会产生相应的两个不同的脉冲信号，这两个不同的脉冲信号就是传感器的输出信号。
将这两个不同的脉冲信号送到处理器中进行处理，就可以得到超声波发射器和超声波接收器之间的距离，从而完成测距的课题。
本实用新型针对性地解决了现有超声波测距装置存在的问题，具有以下特点：(1)消除盲区、由于采用超声波发射端和接收端的分离，不再依赖回波，故从根本上消除了现有设备普遍存在的测量盲区；(2)测距范围大、由于不依赖回波信号测距，故稍微提高发射功率则可大幅度增加测距范围，且对设备要求极低；(3)测量精度高、由于测距过程中不依赖回波，测距声波的行程即是超声波测距装置和被测物体之间的距离，从而减小了传播介质(空气)对超声波传播所造成的影响，抗气流或悬浮物对声波干扰的能力随之增强，测距精度与被测物体的反射面及表面特性无关；(4)识别能力强、可在被测物体较多的环境中应用。通过对光速波进行调制编码，可区分诸多被测物体，因此具备同时测量多个物体的功能。可以作为中学物理教学的实验仪器设备。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型超声波发射器的电原理图。图2是本实用新型超声波接收器的电原理图。
具体实施方式
实施例参见附图1、2。
本实施例是一套主动式超声波发射测距传感器。应用的光速波是红外线。超声波发射器每隔20ms发射一组超声波脉冲，同时发射相同频率调制的红外线脉冲。超声波接收器接收到红外线脉冲时将其对外接口的输出端置为高电平，接收到超声波脉冲时再将其对外接口的输出端置为低电平。这样，与超声波接收器相连的设备就会每隔20ms得到一个宽度与被测距离成正比的正向电脉冲。
超声波测距传感器包括各自分离的超声波发射器和超声波接收器组成，其特征是超声波发射器上安装了一个光速波发射器，超声波发射器和光速波发射器的控制端并联，与一个脉冲信号发生器的输出端联接构成控制回路；超声波接收器上安装了一个与光速波发射器相对应的光速波接收器，光速波接收器的输出端联接脉冲触发器的控制端，超声波接收器的输出端联接脉冲放大整形电路，脉冲放大整形电路的输出端与脉冲触发器的控制端联接构成控制回路。
光速波发射器、光速波接收器由红外光发射器、红外光接收器构成。
脉冲信号发生器由压控振荡器构成，脉冲触发器由D型触发器电路构成。
超声波发射器的电原理图见附图1。由压控振荡器、红外光发射电路、超声发射电路三部分组成：555定时器(U1)组成的控制脉冲振荡器，与非门电路(U2A、U2B)组成的高频振荡器构成压控振荡器，组成脉冲振荡信号源；与非门电路(U2C)、晶体三极管Q2和红外发光二极管D3及其***电路组成红外光发射电路；与非门电路(U2D)、晶体三极管Q1、变压器T1、超声波发射传感器TT2及其***电路组成超声发射电路。在压控振荡器输出的脉冲振荡信号的激励下，红外光发射电路和超声发射电路同步工作，同时发出红外光脉冲和超声波脉冲信号，与超声波接收传感器电路配合即可测出两种传感器之间的距离。
其中红外发光二极管D3采用HG501型红外发光二极管或其代换型号。超声波发射传感器TT2采用通用的传感器如UCM40T等型号。变压器T1采用直径为14mm的小型磁罐，初级用直径为0.25mm的漆包线绕15匝，次级用直径为0.1mm的漆包线绕150匝而成。其他元件的量值在图中已标明，均为通用器件，无其他特殊要求。
超声波接收器的电原理图见附图2。由红外光信号接收电路、超声信号接收电路和脉冲形成电路三部分组成：红外接收组件AS、非门电路(U5F)组成红外光信号接收放大电路；超声波接收传感器T11、晶体三极管Q11、运算放大器电路(U2、U4)、非门电路(U5B、U5C)及其***电路组成超声信号接收电路；D触发器电路(U6A)及其***电路组成脉冲形成电路。当电路接收到红外光信号后，脉冲形成电路输出高电平，随后接收到超声信号后脉冲形成电路输出变为低电平，脉冲形成电路的输出送采集器处理。这样脉冲形成电路输出的信号脉冲宽度与两种信号(红外光和超声波)的时间差成正比，当其与超声波发射电路配合使用时即可由其输出脉冲宽度计算出两个传感器相距的距离。
其中红外接收模块AS采用DA5030-3或其代用型号。超声波接收传感器T11采用通用的传感器如UCM40R等型号。其他元件的量值在图中已标明，均为通用器件，无其他特殊要求。

Claims (5)

1、一种超声波测距传感器包括各自分离的超声波发射器和超声波接收器组成，其特征是超声波发射器上安装了一个光速波发射器，超声波发射器和光速波发射器的控制端并联，与一个脉冲信号发生器的输出端联接构成控制回路；超声波接收器上安装了一个与光速波发射器相对应的光速波接收器，光速波接收器的输出端联接脉冲触发器的控制端，超声波接收器的输出端联接脉冲放大整形电路，脉冲放大整形电路的输出端与脉冲触发器的控制端联接构成控制回路。
2、根据权利要求1所述的超声波测距传感器，其特征是光速波发射器、光速波接收器由红外光发射器、红外光接收器构成。
3、根据权利要求1所述的超声波测距传感器，其特征是脉冲信号发生器由压控振荡器构成，脉冲触发器由D型触发器电路构成。
4、根据权利要求1所述的超声波测距传感器，其特征是超声波发射器由压控振荡器、红外光发射电路、超声发射电路三部分组成：555定时器(U1)组成的控制脉冲振荡器，与非门电路(U2A、U2B)组成的高频振荡器构成压控振荡器，组成脉冲振荡信号源；与非门电路(U2C)、晶体三极管(Q2)和红外发光二极管(D3)及其***电路组成红外光发射电路；与非门电路(U2D)、晶体三极管(Q1)、变压器(T1)、超声波发射传感器(TT2)及其***电路组成超声发射电路。
5、根据权利要求1所述的超声波测距传感器，其特征是超声波接收器由红外光信号接收电路、超声信号接收电路和脉冲形成电路三部分组成：红外接收组件(AS)、非门电路(U5F)组成红外光信号接收放大电路；超声波接收传感器(T11)、晶体三极管(Q11)、运算放大器电路(U2、U4)、非门电路(U5B、U5C)及其***电路组成超声信号接收电路；D触发器电路(U6A)及其***电路组成脉冲形成电路。
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