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专利号: 2018100414217
申请人: 辽宁石油化工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种声波测距方法,应用于声波测距装置,其特征在于,包括:

通过第一测距端发送经过编码的检测帧编码格式的声波,并启动对发送所述检测帧中有效测量波的计数,所述检测帧格式的声波按照发送顺序依次包括引导脉冲、帧起始定界符、有效测量波和帧结束定界符四个字段;

通过所述第二测距端接收到所述引导脉冲后,所述第二测距端进入接收有效测量波状态,当检测到所述帧起始定界符时,启动接收有效测量波;

当所述第二测距端接收到第一个有效测量波时,向所述第一测距端发送电平握手信号,记录接收到的有效测量波的个数,对回波进行整形,并通过脉宽捕获方式对整形后的回波脉冲触发相位偏移量进行补偿;

当所述第一测距端接收到所述电平握手信号时,向所述第二测距端发送所述检测帧对应的帧结束定界符,停止对所述有效测量波的计数,并通过通讯端口向所述第二测距端发送计数统计的有效测量波的第一波数;

当所述第二测距端接收到所述帧结束定界符及所述第一波数时,统计接收到的有效测量波的第二波数,并判断所述第一波数与所述第二波数是否相等,若相等,则根据记录的有效测量波的个数计算距离,若不等,则将当前测量结果确定为无效。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述当所述第一测距端接收到所述电平握手信号时,向所述第二测距端发送所述检测帧对应的帧结束定界符,停止对所述有效测量波的计数,并通过通讯端口向所述第二测距端发送计数统计的有效测量波的第一波数包括:当所述第一测距端接收到所述电平握手信号时,若存在未发送完毕的有效测量波时,将所述有效测量波发送完毕的剩余波段确定为尾波,记录所述尾波补充发送时间,并向所述第二测距端发送帧结束定界符,停止对所述有效测量波的计数,并通过通讯端口向所述第二测距端发送计数统计的有效测量波的第一波数及所述尾波补充时间;

所述当所述第二测距端接收到所述帧结束定界符及所述第一波数时,统计接收到的有效测量波的第二波数,并判断所述第一波数与所述第二波数是否相等,若相等,则根据记录的有效测量波的个数计算距离,若不等,则将当前测量结果确定为无效包括:当接收到所述帧结束定界符、所述第一波数以及所述尾波补充时间时,统计接收的有效测量波的第二波数,若所述第一波数与所述第二波数相等,则根据有效波数公式计算出所述第二测距端与所述第一测距端之间的传播通道中实际填充的波数,并根据所述波数与波长关系计算距离,所述实际通道填充波数公式为:其中,所述tr为尾波补充时间,所述nm为一个检测帧中有效测量波的波数,T为回波周期。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第二测距端与所述第一测距端为对射方式配对关系,其中,通过所述第二测距端、和/或所述第一测距端中的声波收/发单元进行发送、和/或接收声波,通过所述第二测距端、和/或所述第一测距端中的回波调理电路对接收到的所有有效测量波进行回波调理,并且通过所述第二测距端、和/或所述第一测距端中的微处理器根据对射方式执行记录波数、相位偏移补偿以及比较波数的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述通过脉宽捕获方式对整形后的回波脉冲触发相位偏移量进行补偿包括:通过收/发一体式声波转换器将有效测量波的声波振动转换为电压信号,通过带通滤波器与放大器将所述电压信号变换为具有一定幅值的单一频率的正弦波,通过绝对值电路将交流信号处理为直流脉冲信号,并通过电压比较器将所述直流脉冲信号转变为边沿陡峭的矩形波信号;

通过微处理器测量所述边沿陡峭的矩形波信号的脉冲宽度,通过声波波长和测得的脉宽求解回波脉冲的触发相位,进行相位偏移补偿,所述边沿陡峭的矩形波信号的滞后时间为: 所述滞后时间对应的等效波数为: 其中,tw为边沿陡峭的矩形波信号的脉冲宽度,T为回波周期。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述通过所述第二测距端、和/或所述第一测距端中的回波调理电路对接收到的有效测量波进行回波调理之后,所述方法还包括:通过温度/湿度传感器获取当前环境的温度及相对湿度,并根据声速补偿公式对当前环境下的声速进行补偿;

所述当所述第二测距端接收到所述帧结束定界符及所述第一波数时,统计接收到的有效测量波的第二波数,并判断所述第一波数与所述第二波数是否相等,若相等,则根据记录的有效测量波的个数计算距离,若不等,则将当前测量结果确定为无效之后,所述方法还包括:利用所述第二测距端与所述第一测距端为对射配对关系,分别得到第一距离、第二距离,根据所述第一距离、所述第二距离、所述补偿声速、计算待测距离。

6.一种声波测距装置,其特征在于,包括:第一测距端、第二测距端,

所述第一测距端,用于发送经过编码的检测帧编码格式的声波,并启动对发送所述检测帧中有效测量波的计数,所述检测帧格式的声波按照发送顺序依次包括引导脉冲、帧起始定界符、有效测量波、帧结束定界符;

所述第二测距端,用于接收到所述引导脉冲后,所述第二测距端进入接收有效测量波状态,当检测到所述帧起始定界符时,启动接收有效测量波;

所述第二测距端,还用于当接收到第一个有效测量波时,向所述第一测距端发送电平握手信号,记录接收到的有效测量波的个数,对回波进行整形,并通过脉宽捕获方式对整形后的回波脉冲触发相位偏移量进行补偿;

所述第一测距端,还用于当所述第一测距端接收到所述电平握手信号时,向所述第二测距端发送所述检测帧对应的帧结束定界符,停止对所述有效测量波的计数,并通过通讯端口向所述第二测距端发送计数统计的有效测量波的第一波数;

所述第二测距端,还用于当接收到所述帧结束定界符及所述第一波数时,统计接收到的有效测量波的第二波数,并判断所述第一波数与所述第二波数是否相等,若相等,则根据记录的有效测量波的个数计算距离,若不等,则将当前测量结果确定为无效。

7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,

所述第一测距端,具体还用于当接收到所述电平握手信号时,若存在未发送完毕的有效测量波时,将所述有效测量波发送完毕的剩余波段确定为尾波,记录所述尾波补充发送时间,并向所述第二测距端发送帧结束定界符,停止对所述有效测量波的计数,并通过通讯端口向所述第二测距端发送有效测量波的第一波数及所述尾波补充时间;

所述第二测距端,具体还用于当接收到所述帧结束定界符、所述第一波数以及所述尾波补充时间时,统计接收的有效测量波的第二波数,若所述第一波数与所述第二波数相等,则根据有效波数公式计算出所述第二测距端与所述第一测距端之间的传播通道中实际填充的波数,并根据所述波数与波长关系计算距离,所述实际通道填充波数公式为:其中,所述tr为尾波补充时间,所述nm为一个检测帧中有效测量波的波数,T为回波周期。

8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述第二测距端与所述第一测距端为对射方式配对关系,其中,所述第一测距端、和/或所述第二测距端包括声波收/发单元、回波调理电路、微处理器;

通过所述声波收/发单元进行发送、和/或接收声波,通过所述回波调理电路对接收到的所有有效测量波进行回波调理,并且通过所述微处理器根据对射方式执行记录波数、相位偏移补偿以及比较波数的步骤。

9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述声波收/发单元为收/发一体式声波换能器,所述回波调理电路包括:带通滤波器、放大器、绝对值电路、电压比较器,所述收/发一体式声波转换器,用于将有效测量波的声波振动转换为电压信号;所述带通滤波器与所述放大器,用于将所述电压信号变换为具有一定幅值的单一频率的正弦波;

所述绝对值电路,用于将交流信号处理为直流脉冲信号;所述电压比较器,用于将所述直流脉冲信号转变为边沿陡峭的矩形波信号;

其中,通过微处理器测量所述边沿陡峭的矩形波信号的脉冲宽度,通过声波波长和测得的脉宽求解回波脉冲的触发相位,进行相位偏移补偿;所述边沿陡峭的矩形波信号的滞后时间为: 所述滞后时间对应的等效波数为: 其中,tw为边沿陡峭的矩形波信号的脉冲宽度,T为回波周期。

10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,所述装置还包括:温度/湿度传感器,所述温度/湿度传感器,用于获取当前环境的温度及相对湿度,并根据声速补偿公式对当前环境下的声速进行补偿;

所述微处理器,还用于利用所述第二测距端与所述第一测距端为对射配对关系,分别得到第一距离、第二距离,根据所述第一距离、所述第二距离、所述补偿声速、计算待测距离。