[发明专利]超声波探测器

说明书

技术领域

本发明涉及探测超声波信号，例如用于识别或定位移动超声波发射 机。

背景技术

对于采用超声波通信来跟踪移动超声波发射机(标签)的系统，之 前已经有过许多方案，例如对医院设备或集装箱的移动进行监视。超声 波室内定位系统通常在建筑物的每一个房间中都有至少一个专用超声波 接收机以提供可靠的定位信息。

发明内容

本发明旨在提供一些改进并开发超声波通信的可能应用。从第一方 面来看，本发明提供了一种接收编码在超声波信号上的数据的方法，该 方法包括以下步骤：利用最大响应在20千赫兹以下的麦克风来探测所述 超声波信号；并解码所述信号以确定所述数据。另选的是，本发明提供 了一种接收编码在超声波信号上的数据的方法，该方法包括以下步骤： 利用适于人类语音接收的麦克风来探测所述超声波信号；并解码所述信 号以确定所述数据。

从第二方面来看，本发明提供了用于接收超声波信号的设备，该设 备包括：最大响应在20千赫兹以下的麦克风和用于对所述麦克风接收到 的超声波信号进行解码的装置。另选的是，本发明提供了用于接收超声 波信号的设备，该设备包括：适于人类语音接收的麦克风和用于对所述 麦克风接收到的超声波信号进行解码的装置。

从第三方面来看，本发明提供了一种接收编码在超声波信号上的数 据的方法，该方法包括以下步骤：

利用对低于20千赫兹的频率有第一灵敏度和对20千赫兹到60千赫 兹之间的频率有第二灵敏度的声音探测装置来探测所述超声波信号，其 中所述第一灵敏度大于所述第二灵敏度；以及

解码所述信号以确定所述数据。

从第四方面来看，本发明提供了用于接收编码在超声波信号上的数 据的设备，该设备包括：

用于探测所述超声波信号的声音探测装置，其对低于20千赫兹的频 率有第一灵敏度而对20千赫兹到60千赫兹之间的频率有第二灵敏度， 其中所述第一灵敏度大于所述第二灵敏度；以及

用于解码所述信号以确定所述数据的装置。

由此，本领域的技术人员可以看到，根据本发明，不是使用专用的 超声波换能器，而是可以使用设计用于可听范围(低于20kHz)的普通 声音麦克风，尤其适于人类语音的麦克风。还可以使用使探测和处理可 听声音最优化的相关硬件和软件。这来自于申请人的以下认知：可成功 地使用例如为人类语音设计的许多普通麦克风来接收在超声波编码数据 通信系统中使用的那种超声波信号；而且还可以使用诸如PC声卡上提供 的数字采样的现有探测硬件和软件来处理超声波信号。

普通语音麦克风通常具有对直到10千赫兹(kHz)都相对平坦然后 逐渐下降的响应，从而在20kHz(通常认为是人类听力极限)处存在明 显减弱的响应。然而，申请人发现在超声波(即，20kHz以上，更典型 地在35-45kHz附近)仍存在充分响应，从而能对编码在超声波信号中的 信息进行接收和解码。尽管这种远离麦克风设计范围的响应比对语音频 率的响应要低得多，但是由于在超声波频率处噪声非常小使得即使微弱 响应也可以给出清楚显著的信号，所以申请人认为这并不太重要。

音频探测系统的灵敏度(这受到麦克风或相关硬件和软件的制约) 通常会在根据本发明第三和第四方面规定的频率范围内显著变化。因此， 第一灵敏度和第二灵敏度大致是用于表征各个频率范围内的频率响应的 参数。因此，第一灵敏度可以是0-20kHz范围内的最大、平均或中间灵 敏度或实际上可以是该响应的任何其他量度。

优选地，第一灵敏度是第二灵敏度的至少两倍，更优选地是至少四 倍。

根据本发明，利用普通可听范围麦克风的“剩余”响应，可以凭借 这种麦克风适用性广以及低价的优点以低成本构建超声波通信系统。然 而，申请人已经知道本发明可以给出一个特别优点，这是由于大量的台 式机或笔记本PC包括内置或作为配件设置的麦克风，根据本发明可以利 用该优点来提供超声波通信系统的一部分。这同样也适用于诸如蜂窝电 话和智能电话的便携式支持语音设备。申请人还认识到，通过具有以下 特点的近来广泛应用的PC、膝上计算机和其他移动设备来提高利用对超 声波不是最优的麦克风/探测装置的机会，它们一方面具有高质量模/数转 换器，其结合了高位分辨率和高采样率；另一方面具有完善的数字信号 处理资源。