[发明专利]一种增大超声波测距装置测量范围的方法

说明书

本发明涉及到一种利用声波反射原理的超声波测距装置的信号处理方法，特别是涉及工业用超声波物位测量装置的信号处理方法。这种超声波测距装置所用的探头由单个超声波换能器构成。

公知的利用声波反射原理的超声波测距装置，按其所使用的超声波探头的不同可分为两类。第一类其探头由双超声波换能器构成，其中一个完成超声波的发射，另一个完成超声波的接收，为获得较大的灵敏度，二个换能器必须是谐振频率相同且大多数需要处于同一结构中，使得探头结构复杂，制做困难，且体积较大，很多场合不能使用。第二类超声波测距装置所使用的探头由单个超声波换能器构成，超声波的发射与接收由同一换能器完成。其优点是探头结构简单，无制做困难，控制电路简单，工作可靠;不足之处是存在较大的盲区。在实际的超声波测距装置中为保证有一定的测量距离，发射波需要一定的时间宽度，而且当规定的超声波发射完后，换能器还存在余振，仍有不断减弱的超声波发出。若使用收发合一的单换能器，那么当反射超声波的物体位置发生变化与探头距离较近时，首次回波会与发射波（包括换能器的余振）叠加在一起，造成回波无法分辨，这一段距离即为盲区。上述公知的第二类超声测距装置由于均是通过首次回波来辨别物体距离，因而都存在这一盲区问题。而且这类装置在每一工作周期里所发出的超声波其时间宽度是固定不变的，使得为保证较远的探测距离而发射较宽的超声波，造成很大的盲区。发射波越宽，盲区越大。公知的盲区均在40cm左右，有的高达8cm以上。若要减小盲区需缩短发射波宽度，而又造成探测距离的大幅度减小。通常是首先保证应有的检测距离，而对盲区不采取措施。这也就造成了测量范围相对较小。为了克服盲区影响，在安装超声波探头时，需将其位置提高或后移，这在有些应用场所会造成很大的不便。

本发明的任务是为上述第二类超声波测距装置提供一种新的技术方案。利用这种方案，可保证测距装置具有很大的测量距离而盲区很小，即增大测量范围。

由于声波（包括超声波、次声波）在同一介质中（如空气、水）的传播速度一定且公知，所以当测出从声波发射到首次回波被接收所用的时间时，被测距离也就可以确定了。如上所述，减小发射波的宽度是降低盲区的有效途径。但是发射波宽度减小了，那么接收的灵敏度也就降低了，即测距装置的测量范围要大幅度缩短，特别是在空气中这一变化更为明显。为了克服以上矛盾，应根据反射超声波的物体所处的不同距离位置发出时间宽度不同的超声波。在短距离时发窄一点的超声波，使首次回波不至于很早与发射波（包括余振）重叠而仍能被检出，这样就可以尽可能的缩小盲区;而在测远距离时发宽一些的超声波，使测距装置的测量距离尽可能增大。可以将所能达到的测量距离分为几段，在不同的距离段上发出不同时间宽度的超声波，距离越近，发出的超声波越窄，距离越远，发出的超声波越宽。应当根据所选用的超声波换能器的具体性能参数来确定适合的发射波时间宽度。

由于电子技术的发展，特别是大规模集成电路及微计算机的发展，我们完成以上技术方案的测距装置是很容易实现的。在超声波探头性能得不到改善的情况下，使用这种方法的测距装置的盲区可比原来减小50%左右，而测量距离可得到很大限度的提高。

以下是实现上述方法的最佳实施例。

附图是一种测距装置的方框图及信号处理流程图，其以微计算机作为控制主体，由它发出各种控制信号，同时对各种输入信号进行识别处理。

在一个工作周期内，首先由微计算机发出一组信号控制发射电路工作;同时微计算机开始计时，发射电路将一束电脉冲输出给由单个换能器构成的探头，驱动探头向外发出一束超声波，超声波传播到反射超声波的物体处时被反射，形成回波;回波又被换能器所收到而将其转变为一束电脉冲，为接收电路所接收，接收电路向微计算机发出回波收到信号;微计算机根据回波收到信号结束计时，此计时时间即为回波收到时间。因为声速一定，根据回波时间即可得出测量距离。微计算机将所能达到的测量范围分为几段，根据反射超声波物体所处的不同位置段，发出时间宽度不同的超声波，物体越远发出的超声波越宽。微计算机可根据上一工作周期时测出的距离来决定这一工作周期应发出什么样宽度的超声波。