[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

说明书

本发明公开了一种基于动态李萨如图的超声波纳米精度测量装置及方法，采用超声波信号发生装置产生超声波信号源，并向被测空间发射超声波；第一声波传感器采集该测量点上的超声波信号，第二声波传感器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，信号处理装置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，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。

技术领域

本发明涉及超声波精密测量领域，具体涉及一种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。

背景技术

超声波的产生、传播、接收理论与技术经过几十年的发展，特别是信息时代，成为探测领域研究热点问题。目前人们用超声波的发射，传播，障碍物反射，接收。根据所用时间算出障碍物的距离，称为超声波雷达。这种测距方法与超声波波长基本上无关。但是这种方法精度低，不可能达到纳米级精度，无法实现对微小空间距离的测量。

目前常用一种激光干涉技术，测量10nm到1100μm空间距离。现有识别微小物体的方法有：各种显微镜识别微小物体，如光学显微镜，可以分辨0.2微米的小物体；电子显微镜可以识别1nm物体，扫描隧道显微镜0.1nm原子。原子力显微镜可以识别非导电材料的0.1nm原子。但是，这些方法无法快速准确实现微小空间距离的测量。

随着科学技术的发展，精密测量的要求越来越高，设备成本也越来越贵。而现有的测量设备无法实现对微小空间距离的测量。因此，如何设计一种低成本、操作简单、精度更高的测量设备，仍是待解决的技术问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于动态李萨如图的超声波纳米精度测量装置及方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明的第一目的是提供一种基于动态李萨如图的超声波纳米精度测量装置，该测量包括：

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，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。

作为本发明的进一步限定，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。

作为本发明的进一步限定，所述信号处理装置包括第二放大器、滤波器和双踪模拟示波器，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，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。