一种无盲区超声波测距探头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无盲区超声波测距探头，该探头包括处于同一平面上的超声波发射器T、第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2，第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2与超声波发射器T距离相同且处于超声波发射器T的同一侧；第二超声波接收器R2由一个侧面开槽的容器覆盖，可以隔离回波，该容器开槽的方向正对着超声波发射器T。第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2能同时等幅地受到超声波发射器T串扰直通波的影响。采用反相叠加方法消除串扰直通波的影响，实现无盲区超声波测距，结构简单，易于实现，效果好。

Ultrasonic ranging probe without dead zone

The utility model discloses a non blind ultrasonic probe, the probe includes in the same plane of the ultrasonic transmitter T, the first and the second ultrasonic ultrasonic receiver R1 receiver R2, the first ultrasonic receiver R1 and second R2 ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver T and the same distance in the same side of the ultrasonic transmitter T second ultrasonic receiver; R2 is covered by a side slotted container, the container can be isolated echo, slotted direction opposite the ultrasonic transmitter T. First, the ultrasonic receiver R1 and the second ultrasonic receiver R2 can simultaneously be affected by the crosstalk of the ultrasonic transmitter T in equal amplitude. The method of inverting superposition is adopted to eliminate the influence of crosstalk through wave, and the ultrasonic ranging without blind spot is realized. The structure is simple and easy to implement, and the effect is good.

【技术实现步骤摘要】
一种无盲区超声波测距探头
本技术属于超声波测距领域，尤其涉及一种无盲区超声波测距探头。
技术介绍
超声波遵循一般机械波在弹性介质中的传播规律，其特点是沿直线传播，具有良好的成束性，方向性好，在介质的分界面处会发生反射和折射现象，在进入介质后其振动幅度会因介质吸收而发生衰减。超声波的频率可以非常高，达到兆赫级。超声波在同一介质中的传播速度基本恒定，因此利用测量超声波在该介质中经过一段距离所用的时间，可以实现非接触式测距。为了提高测距的精确度，必须精确测量超声波在介质中传播时所经过的时间(即踱越时间)。在反射式超声波测距方案中，超声波发射器和超声波接收器是放置在一起的，当超声波发射器工作时，机械振动会通过电路板最先传到接收器，通过空气传播的超声波也会到达接收器，这些波称为串扰直通波(也称泄漏波)，当激励超声波发射器的电信号停止后，由于机械惯性的因素，超声波发射器振子依然会振动数个周期。在此期间，超声波接收器一直受到串扰直通波的影响，无法正确分辨超声波回波信号，只有串扰直通波的影响消失后，超声波接收器才能正确分辨超声波回波信号；串扰直通波影响的时间就是超声波测距的盲区，通常以这段时间超声波在介质中传播的距离来表示，现有的收发一体超声波换能器约有30cm的测距盲区。降低测距盲区的的方法主要有两种。一是从换能器的结构入手，通过适当的结构设计，在考虑提高换能器灵敏度的同时，采取恰当措施抑制余振和附频振动，从而使换能器具有较高的灵敏度且有较小的发射波拖尾，但这种方法也同样面临着提高灵敏度和减小发射波拖尾的矛盾，作用有限。另一种方法是从信号放大电路入手，采用时变增益放大器，即根据回波信号的幅度随传播时间按指数规律衰减的特点，将接收放大器设计成增益随时间按指数规律增加的时变增益放大器，在一定范围内，使远近不同的回波信号都能均衡地放大到适当的幅度，避免了发射波拖尾信号的过放大，因此，在一定程度上减小了测量盲区。然而，分析可知，这种方法是靠控制增益来达到抑制测量盲区的。影响盲区大小的发射波拖尾信号能被抑制的前提条件是回波信号幅度必须大于相应位置拖尾信号的幅度，所能获得的盲区的最小极限是回波信号的幅度与相应位置发射拖尾信号幅度相等时对应的测量距离，显然实际盲区比这还要大。要想进一步减小测量盲区，时变增益抑制的方法已无能为力。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于反相叠加原理的无盲区超声波测距探头。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种无盲区超声波测距探头，该探头包括处于同一平面上的超声波发射器T、第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2，第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2与超声波发射器T距离相同且处于超声波发射器T的同一侧；第二超声波接收器R2由一个侧面开槽的容器覆盖，可以隔离回波，该容器开槽的方向正对着超声波发射器T。进一步地，该探头还包括首级放大器、次级放大器、末级放大器、整流电路、滤波电路、电压比较器、控制器和功率驱动电路；所述第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2接收的信号分别经过首级放大器放大后，共同输入次级放大器，次级放大器的输出信号依次经末级放大器、整流电路、滤波电路后，输入到电压比较器，电压比较器的输出连接控制器；功率驱动电路一端连接超声波发射器T，另一端连接控制器；所述首级放大器采用反相放大器，所述次级放大器采用增益可控的减法器，所述末级放大器采用谐振选频放大器。本技术的有益效果是：本技术提供的一种无盲区超声波测距探头，采用处于同一平面上的超声波发射器T、第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2，第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2与超声波发射器T距离相同且处于超声波发射器T的同一侧，能同时等幅地受到超声波发射器T串扰直通波的影响，对于超声回波信号而言，由于R2被一个侧面开槽的容器所覆盖，因此接收不到回波信号，而R1却可以无阻碍地接收回波信号。因此只要将R1、R2输出的电信号进行反相叠加就可以完全消除串扰直通波的影响，而对于回波信号而言，由于R2接收不到回波，反相叠加的结果就是只输出R1接收到的电信号，串扰直通波的影响被消除。因此，本专利技术探头可完全消除串扰直通波的影响，实现无盲区超声波测距，结构简单，易于实现，效果好。附图说明图1中(a)是超声波发射器T和超声波接收器R1、R2的结构布局图，(b)是R2由一个侧面开槽的容器覆盖的结构示意图；图2是通过本技术探头实现超声波测距的系统结构图；图3是各功能模块输出的波形图；图4是本技术无盲区超声波测距探头的电路原理图；图中，首级放大器1、次级放大器2、末级放大器3、整流电路4、滤波电路5、电压比较器6、控制器7、功率驱动电路8、障碍物9。具体实施方式下面根据附图详细描述本技术，本技术的目的和效果将变得更加明显。本技术提供的一种基于反相叠加原理的无盲区超声波测距探头，该探头包括一个超声波发射器T和两个超声波接收器R1、R2，两个超声波接收器R1、R2与超声波发射器T距离相同且处于超声波发射器的同一侧，超声波发射器T和超声波接收器R1、R2处于同一平面上，如图1中(a)所示；第二超声波接收器R2与第一超声波接收器R1的不同之处在于，R2由一个侧面开槽的容器覆盖，该容器开槽的方向正对着超声波发射器T，如图1中(b)所示。对于图1中(b)所示的结构布局，超声波接收器R1、R2，能同时等幅地受到超声波发射器T串扰直通波的影响，但对于超声回波信号而言，由于R2被一个侧面开槽的容器所覆盖，因此接收不到回波信号，而R1却可以无阻碍地接收回波信号。因此只要将R1、R2输出的电信号进行反相叠加就可以完全消除串扰直通波的影响，而对于回波信号而言，由于R2接收不到回波，反相叠加的结果就是只输出R1接收到的电信号，串扰直通波的影响被消除。图2描述了基于上述探头实现超声波测距的系统结构图，包括超声波发射器T，第一超声波接收器R1，第二超声波接收器R2，用于驱动超声波发射器T的功率驱动电路8，用于放大超声波接收器信号的首级放大器1，次级放大器2，末级放大器3，整流电路4，滤波电路5，电压比较器6，控制器7。控制器7输出超声波载波信号，其频率与超声波发射器T的工作频率相对应，通常为40kHz，此信号经功率驱动电路8放大后接到超声波发射器T，由于超声波发射器T是机械振子，其振动幅度呈指数规律从0增加至稳幅，发射的超声波的声压幅度也呈指数规律增加，如图3(a)所示。当控制器7停止输出超声波载波信号时，由于机械惯性的缘故，发射探头的振动幅度呈指数规律衰减至0，超声波的声压幅度也呈指数规律衰减至0，如图3(a)所示。当超声波发射器T开始振动时，除了向空间发射超声波，其机械振动还会沿着固体壳体表面呈扇形传播，由于超声波接收器R1、R2与超声波发射器T的距离相等且在同一传播扇形面上，因此会同时等幅地感受到这种振动，由于在固体壳体中传播的速度快于在空气中传播的速度，超声波接收器R1、R2会先收到固体壳体传播的振动，而后收到空气传播的振动，最终R1、R2输出的是两种同频波的叠加波形，如图3(b)、3(c)所示。当空气中传播的超声波遇到障碍物时会产生反射，由于R2被一个侧面开槽的容器所覆盖，因此R2接收不到回波，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无盲区超声波测距探头，其特征在于，该探头包括处于同一平面上的超声波发射器T、第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2，第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2与超声波发射器T距离相同且处于超声波发射器T的同一侧；第二超声波接收器R2由一个侧面开槽的容器覆盖，该容器开槽的方向正对着超声波发射器T。

【技术特征摘要】
1.一种无盲区超声波测距探头，其特征在于，该探头包括处于同一平面上的超声波发射器T、第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2，第一超声波接收器R1和第二超声波接收器R2与超声波发射器T距离相同且处于超声波发射器T的同一侧；第二超声波接收器R2由一个侧面开槽的容器覆盖，该容器开槽的方向正对着超声波发射器T。2.根据权利要求1所述的一种无盲区超声波测距探头，其特征在于，还包括首级放大器、次级放大器、末级放大器、整...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃勇，卢旭鹏，朱金刚，
申请(专利权)人：杭州立方控股股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33