专利名称：一种超声波频率的检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及超声波频率检测领域，尤其涉及一种超声波频率的检测系统及方法。
背景技术：
目前，超声波的应用越来越广泛，智能跟踪机器人就是超声波技术的一个典型应用，远方的控制器通过超声波向智能跟踪机器人发送一些控制信号，从而控制智能跟踪机器人的行为，并通过接收智能跟踪机器人反馈的超声波实时掌握智能跟踪机器人的运行情况；根据应用场合的不同，有时会出现多个智能跟踪机器人一起应用的情况，这时会出现智能跟踪机器人之间的相互干扰，控制器不能区分不同智能跟踪机器人发射的超声波，可能会造成智能跟踪机器人跟错与其对应的控制器，从而造成对智能跟踪机器人控制的混乱。 为了对不同的智能跟踪机器人加以区分，就需要为不同的智能跟踪机器人设置不同发射频率的超声波，此时，控制器对智能跟踪机器人发射的超声波频率进行检测就成为必要。传统超声波频率的检测方法是通过比较器“过零”检测完成超声波频率的检测；比较器“过零”检测的原理是当超声波的信号幅度大于零时输出高电平，超声波的信号幅度小于零时输出低电平，此时的参考基准信号幅度V_Ref的大小为0V。由于在比较器电路的零点附近存在噪声，容易对比较器的信号输出造成影响；为了消除“零点噪声”干扰，采用的办法是提高V_Ref的值，设置V_Ref等于90mV，这样在90mV以下的噪声就检测不到了。但是， V_Ref的提高存在的问题是包络线将影响超声波频率的检测精度，且在通过比较器“过零” 检测获取超声波频率时，并不能排除超声波传播的介质及超声波发射器和超声波接收器之间多普勒效应对超声波频率的影响。

发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超声波频率的检测系统及方法， 其具有检测速度快，检测精度高的特点。为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的一种超声波频率的检测系统，所述系统包括锁相环单元，用于将输入的超声波信号转换为频率相同方波信号；处理单元，与锁相环单元连接，用于对锁相环单元传入的方波信号进行处理，获得超声波的频率。特别的，所述锁相环单元包括相位比较单元，用于检测输入的超声波信号和输出的超声波信号的相位差，并将检测出的相位差转换为电压信号后输入振荡单元；振荡单元，用于接收所述电压信号，并在电压信号的控制下生成方波信号；相位检测单元，用于检测振荡单元传入的方波信号的相位，并将检测后的方波信号传入处理单元。特别的，所述锁相环单元还包括
信号放大单元，用于对相位比较单元传入的电压信号及传入相位检测单元的方波信号进行放大，并对其中的噪音进行抑制。特别的，所述相位比较单元为相位比较器；所述振荡单元为压控振荡器；所述相位检测单元为正交相位检测器。特别的，所述信号放大单元为放大器。本发明还公开了一种超声波频率的检测方法，包括如下步骤A、锁相环单兀将输入的超声波信号转换为频率相同方波信号；B、处理单元对锁相环单元传入的方波信号进行处理，获得超声波的频率。特别的， 所述步骤A具体包括Al、相位比较单元检测输入的超声波信号和输出的超声波信号的相位差，并将检测出的相位差转换为电压信号后输入振荡单元；A2、振荡单元接收所述电压信号，并在电压信号的控制下生成方波信号；A3、相位检测单元检测振荡单元传入的方波信号的相位，并将检测后的方波信号传入处理单元。特别的，所述步骤A还包括A4、信号放大单元对相位比较单元传入的电压信号及传入相位检测单元的方波信号进行放大，并对其中的噪音进行抑制。特别的，所述相位比较单元为相位比较器；所述振荡单元为压控振荡器；所述相位检测单元为正交相位检测器；所述信号放大单元为放大器。本发明的有益效果为，所述一种超声波频率的检测系统及方法，其通过相位比较单元检测输入的超声波信号和输出的超声波信号的相位差，并将检测出的相位差转换为电压信号后输入振荡单元；在电压信号的控制下，振荡单元生成方波信号；通过相位检测单元检测接收振荡单元传入的方波信号的相位，并将检测后的方波信号传入处理单元；处理单元对传入的方波信号进行处理，获得超声波的频率。与比较器“过零”检测超声波频率的方法相比，有效避免了因温度、湿度及超声波的发射器和超声波的接收器的相对运动等外界因素而导致检测到的超声波频率发生较大偏移的问题，而且检测速度快，检测精度高。


图I为本发明超声波频率的检测系统的结构示意图；图2为本发明应用于智能跟踪机器人的频率图；图3本发明超声波频率的检测方法流程图。图中1、相位比较器；2、压控振荡器；3、正交相位检测器；4、单片机；5、第一锁相放大器；6、第二锁相放大器；7、第一电容；8、第二电容；9、第三电容；10、第四电容；11、第一电阻；12、第二电阻；13、第三电阻；14、电路电源；15、开关信号输出端；16、方波信号输出端；17、信号输入端。
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，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的原理(I)多普勒效应对超声波频率的影响。以超声波在智能跟踪机器人中的应用为例，智能跟踪机器人上的超声波发射传感器和控制器上的超声波接收传感器之间是有相对运动的，故我们需要考虑多普勒效应对检测超声波频率的影响。超声波接收传感器收到的超声波的频率Γ可以由下面的公式进行计算
权利要求
1.一种超声波频率的检测系统，其特征在于，所述系统包括锁相环单元，用于将输入的超声波信号转换为频率相同方波信号；处理单元，与锁相环单元连接，用于对锁相环单元传入的方波信号进行处理，获得超声波的频率。
2.根据权利要求I所述的超声波频率的检测系统，其特征在于，所述锁相环单元包括: 相位比较单元，用于检测输入的超声波信号和输出的超声波信号的相位差，并将检测出的相位差转换为电压信号后输入振荡单元；振荡单元，用于接收所述电压信号，并在电压信号的控制下生成方波信号；相位检测单元，用于检测振荡单元传入的方波信号的相位，并将检测后的方波信号传入处理单元。
3.根据权利要求2所述的超声波频率的检测系统，其特征在于，所述锁相环单元还包括信号放大单元，用于对相位比较单元传入的电压信号及传入相位检测单元的方波信号进行放大，并对其中的噪音进行抑制。
4.根据权利要求2或3所述的超声波频率的检测系统，其特征在于，所述相位比较单元为相位比较器；所述振荡单元为压控振荡器；所述相位检测单元为正交相位检测器。
5.根据权利要求3所述的超声波频率的检测系统，其特征在于，所述信号放大单元为放大器。
6.一种超声波频率的检测方法，其特征在于，包括如下步骤A、锁相环单元将输入的超声波信号转换为频率相同方波信号；B、处理单元对锁相环单元传入的方波信号进行处理，获得超声波的频率。
7.根据权利要求6所述的超声波频率的检测方法，其特征在于，所述步骤A具体包括 Al、相位比较单元检测输入的超声波信号和输出的超声波信号的相位差，并将检测出的相位差转换为电压信号后输入振荡单元；A2、振荡单元接收所述电压信号，并在电压信号的控制下生成方波信号；A3、相位检测单元检测振荡单元传入的方波信号的相位，并将检测后的方波信号传入处理单元。
8.根据权利要求7所述的超声波频率的检测方法，其特征在于，所述步骤A还包括 A4、信号放大单元对相位比较单元传入的电压信号及传入相位检测单元的方波信号进行放大，并对其中的噪音进行抑制。
9.根据权利要求8所述的超声波频率的检测方法，其特征在于，所述相位比较单元为相位比较器；所述振荡单元为压控振荡器；所述相位检测单元为正交相位检测器；所述信号放大单元为放大器。
全文摘要
本发明公开一种超声波频率的检测系统，应用于超声波频率的检测领域，包括锁相环单元和处理单元；所述锁相环单元用于将输入的超声波信号转换为频率相同方波信号；所述处理单元与锁相环单元连接，用于对锁相环单元传入的方波信号进行处理，获得超声波的频率。与比较器“过零”检测超声波频率的方法相比，有效避免了因温度、湿度及超声波的发射器和超声波的接收器的相对运动等外界因素而导致检测到的超声波频率发生较大偏移的问题，而且检测速度快，检测精度高。本发明应用于智能跟踪机器人时，解决了由于智能跟踪机器人之间的相互干扰，从而造成对智能跟踪机器人控制的混乱，智能跟踪机器相互碰撞的问题。
文档编号G01R23/02GK102590614SQ201210072268
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者卫健将 申请人:无锡鑫立奥机电有限公司