专利名称：一种超声波测距方法
技术领域：
本发明属于电子测量技术领域，特别涉及一种超声波测距方法。
背景技术：
目前超声波测 距已得到了广泛的应用，传统的超声波测距方法均为反射式测量方法，即超声发射器与接收器处于同一模块，超声发射器发出一束超声波，该超声波经被测物体反射后由超声接收器接收，通过测量超声传播的时间即可解算出被测距离。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下的缺点和不足由于被测物体表面平整度无法确定，导致被测距离本身存在一定的误差；超声波指向性差，无法确定接收到的回波是否为指定被测物体的反射波；同体接收式测距方式接收器易收发射器谐振干扰，形成一个测量盲区。

发明内容
本发明提供了一种超声波测距方法，本发明实现了异体接收式超声测距，降低了测量误差，避免测量盲区，详见下文描述一种超声波测距方法，所述方法包括以下步骤(I)超声波发射器与脉冲激光器处于发射端，所述发射端接收到测量命令后，所述脉冲激光器触发一束脉冲激光，同时所述超声波发射器触发超声波，将触发的超声波与外部时钟源进行锁相；(2)超声波接收器与光电二极管处于接收端，所述光电二极管接收到脉冲激光后，启动计时器，所述超声波接收器获取接收的超声波后，所述计时器停止，获取渡越时间t ；(3)所述渡越时间t乘以根据环境温度修正后的声速V获取被测距离粗测值d"
=Vt ;(4)所述接收的超声波与所述外部时钟源提供的所述触发的超声波进行比相，获取相位差Δρ，则精测部分为AW>/2;r，其中λ为超声波的波长，且λ = v/f, f为超声波的
频率；(5)获取实测距离i/' = U + M炉/2;τ，其中，N = [Vt/λ ]，□表示对vt/λ的商取M
iF. O所述外部时钟源具体为铷原子钟。本发明提供的技术方案的有益效果是本发明提供了一种超声波测距方法，本发明将超声波发射器和超声波接收器进行异体设计，超声波接收器位于被测物体上，使得接收器不易受发射器干扰，测量盲区大大减小，且被测距离就是超声发射器与接收器之间的距离，提高了超声测距的指向性。在传统的渡越时间法基础上，通过相位比较法提高了测量精度，将测距精度提高到一个超声波长以内，本方法尤其适用于单站式空间定位测量系统中的距离测量。


图I为本发明提供的一种超声波测距方法的流程图；图2为本发明提供的异体接收式超声测距模型的示意图。附图中所列部件列表如下所示I :发射端；2 :接收端；11:超声波发射器；12:脉冲激光器； 21:超声波接收器；22:光电二极管；3 :外部时钟源。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。为了实现异体接收式超声测距，降低测量误差，避免测量盲区，参见图I和图2，本发明实施例提供了一种超声波测距方法，该方法包括以下步骤异体接收是指超声波接收器21不在超声波发射器11上，而位于被测物体上，这样分离式的设计使得超声波接收器21不易受超声波发射器11干扰，测量盲区大大减小，且被测距离就是超声波发射器11与超声波接收器21之间的距离，提高了超声测距的指向性。在传统的渡越时间法基础上，可通过相位比较法提高测量精度，即将接收到的超声波与触发的超声波进行相位比较，由于超声波传播时，超声波的相位会随时间产生变化，故可以通过测量触发的超声波与接收到的超声波间的相位差将测距精度提高到一个超声波长以内。101 :超声波发射器11与脉冲激光器12处于发射端1，发射端I接收到测量命令后，脉冲激光器12触发一束脉冲激光，同时超声波发射器11触发超声波，将触发的超声波与外部时钟源3进行锁相；其中，测量命令通常由上位机或其他终端设备发出，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。通过对触发的超声波与外部时钟源3进行锁相处理，使得外部时钟源3与触发的超声波严格同相。102 :超声波接收器21与光电二极管22处于接收端2，光电二极管22接收到脉冲激光后，启动计时器，超声波接收器21获取接收的超声波后，计时器停止，获取渡越时间t ；由于光速远远大于声速，故脉冲激光传播的时间可忽略不计，可认为超声波发射的同时启动了计时器。当超声波接收器21接收到超声波时停止计时，则这段渡越时间t就是触发的超声波传播的时间，通过渡越时间t乘以根据环境温度修正后的声速V即可得出被测距离粗测值。103 :渡越时间t乘以根据环境温度修正后的声速V获取被测距离粗测值d"=vt ；为了提高测量精度，可采用相位比较法修正被测距离粗测值d"。由于超声波发射器11与超声波接收器21不在同一端，超声波接收器21不易获得相位比较的参考信号。本发明实施例采取设置一个高精度的外部时钟源的方法为接收端2提供参考信号，外部时钟源具体为铷原子钟。104 :接收的超声波与外部时钟源3提供的触发的超声波进行比相，获取相位差Δ^，则精测部分为lW>/2;r，其中λ为超声波的波长，且λ = v/f，f为超声波的频率；其中，通过接收的超声波与触发的超声波的相位差即可将被测距离精确到一个超声波长内，测距精度由比相精度决定。105 :获取实测距离= H + M炉/2;τ，其中，N = [vt/ λ ], □表示对vt/λ的商 取整。综上所述，本发明实施例提供了一种超声波测距方法，本发明实施例将超声波发射器和超声波接收器进行异体设计，超声波接收器位于被测物体上，使得接收器不易受发射器干扰，测量盲区大大减小，且被测距离就是超声发射器与接收器之间的距离，提高了超声测距的指向性。在传统的渡越时间法基础上，通过相位比较法提高了测量精度，将测距精度提高到一个超声波长以内，本方法尤其适用于单站式空间定位测量系统中的距离测量。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种超声波测距方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 (1)超声波发射器与脉冲激光器处于发射端，所述发射端接收到测量命令后，所述脉冲激光器触发一束脉冲激光，同时所述超声波发射器触发超声波，将触发的超声波与外部时钟源进行锁相； (2)超声波接收器与光电二极管处于接收端，所述光电二极管接收到脉冲激光后，启动计时器，所述超声波接收器获取接收的超声波后，所述计时器停止，获取渡越时间t ； (3)所述渡越时间t乘以根据环境温度修正后的声速V获取被测距离粗测值d"= vt (4)所述接收的超声波与所述外部时钟源提供的所述触发的超声波进行比相，获取相位差Ap，则精测部分为;IA^/2;r，其中\为超声波的波长,且\ = v/f,f为超声波的频率； (5)获取实测距离W= U +M炉/2;r，其中，N= [vt/ A ],[]表示对vt/入的商取整。
2.根据权利要求I所述的一种超声波测距方法，其特征在于，所述外部时钟源具体为铷原子钟。
全文摘要
本发明公开了一种超声波测距方法，属于电子测量技术领域，超声波发射器与脉冲激光器处于发射端，发射端接收到测量命令后，脉冲激光器触发一束脉冲激光，同时超声波发射器触发超声波，将触发的超声波与外部时钟源进行锁相；超声波接收器与光电二极管处于接收端，光电二极管接收到脉冲激光后，启动计时器，超声波接收器获取接收的超声波后，计时器停止，获取渡越时间；渡越时间乘以修正后的声速获取被测距离粗测值；获取相位差，则精测部分为获取实测距离本发明使得接收器不易受发射器干扰，测量盲区大大减小，提高了超声测距的指向性，将测距精度提高到一个超声波长以内，本方法尤其适用于单站式空间定位测量系统中的距离测量。
文档编号G01S11/14GK102636780SQ20121012658
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者任永杰, 吴军, 杨凌辉, 邾继贵 申请人:天津大学