[发明专利]基于动态李萨如图的超声波纳米精度测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于动态李萨如图的超声波纳米精度测量装置，其特征是，该测量装置包括：

超声波信号发生装置，用于产生超声波信号源，并向被测空间发射超声波；

第一声波传感器，固定在被测空间的一测量点上，用于采集该测量点上的超声波信号，并传输至信号处理装置；

第二声波传感器，从被测空间的一测量点沿直线移动至被测空间的另一测量点，用于采集从被测空间的一测量点沿直线移动至被测空间的另一测量点过程中超声波信号以及被测空间的另一测量点上的超声波信号，并实时传输至信号处理装置；

信号处理装置，用于接收两个声波传感器发送的超声波电信号，根据两路超声波电信号，绘制和显示从被测空间的一测量点沿直线移动至被测空间的另一测量点过程中动态李萨如图，

所述动态李萨如图的绘制方法具体为：

信号处理装置对接收到的声波信号进行放大、滤波处理后，分别将第一测量点的超声波信号输入到双踪模拟示波器的x轴输入端，将第二测量点的声波信号以及第一测量点和第二测量点之间直线空间上各点的超声波信号输入到双踪模拟示波器的y轴输入端，形成从被测空间的一测量点沿直线移动至被测空间的另一测量点过程中动态李萨如图；

根据李萨如图的转动角度、旋转方向和循环次数，计算两个测量点的超声波相位差值，基于声波传播距离与相位角的关系表达式，计算被测空间的距离。

2.根据权利要求1所述的基于动态李萨如图的超声波纳米精度测量装置，其特征是，所述超声波信号发生装置包括超声波信号发生器、第一放大器和发射器，所述超声波信号发生器产生超声波信号源，经过第一放大器放大后，由发射器向被测空间发射超声波。

3.根据权利要求1所述的基于动态李萨如图的超声波纳米精度测量装置，其特征是，第一声波传感器和第二声波传感器采集到的超声波电信号经过第二放大器和滤波器放大滤波后，第一声波传感器采集的超声波电信号输入到双踪模拟示波器x轴的输入端，第二声波传感器采集的超声波电信号输入到双踪模拟示波器y轴的输入端，绘制和显示从被测空间的一测量点沿直线移动至被测空间的另一测量点过程中动态李萨如图。

4.如权利要求1所述的基于动态李萨如图的超声波纳米精度测量装置的测量方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

采集在被测空间的一测量点上的超声波信号、被测空间的另一测量点上的超声波信号以及从一测量点沿直线移动至另一测量点过程中超声波信号；

利用采集到的两路超声波电信号，绘制和显示动态李萨如图；

根据李萨如图的转动角度、旋转方向和循环次数，计算两个测量点的超声波相位差值；

基于声波传播距离与相位角的关系表达式，计算被测空间的距离。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述动态李萨如图的绘制方法为：

将第一测量点上的超声波电信号输入双踪模拟示波器的x轴输入端，将第二测量点的声波电信号以及第一测量点和第二测量点之间直线空间上各点的声波电信号输入到双踪模拟示波器的y轴输入端，形成从被测空间的一测量点沿直线移动至被测空间的另一测量点过程中动态李萨如图。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述两个测量点的超声波相位差值的计算方法为：

获取李萨如图周期翻转次数，计算从一测量点沿直线移动至另一测量点过程中李萨如图位置及形状的相位角差；

根据李萨如图周期翻转次数与李萨如图位置及形状的相位角差，计算两个测量点超声波相位差值。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述声波传播距离与相位角的关系表达式为：

或，

其中，为相位角，λ为波长，n为常数，n＝1,2,3……。