一种提高超声波位移测量精度的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种提高超声波位移测量精度的检测方法，包括一套超声波位移测量机构和一套超声波波长校准机构以及基于相位差的位移测量算法；由超声波位移测量机构获取位移测量值，再通过超声波波长校准机构对超声波波长进行实时修正；由于位移测量值和波长修正值是通过测量超声波电信号之间的相位差实现的，因而提高相位检测精度对提高位移测量精度是至关重要的；为消除超声波电信号中的直流偏置对过零点相位检测的影响，在数据处理单元中的相位检测算法里，对相邻的超声波电信号采样值进行了差值计算，再对不同的相邻采样值的差值进行了比值计算，由此获取的相位检测值精度大幅提高；该项发明专利技术可应用于坐标测量机及大尺寸测量领域中。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括一套超声波位移测量机构和一套超声波波长校准机构以及基于相位差的位移测量算法；由超声波位移测量机构获取位移测量值，再通过超声波波长校准机构对超声波波长进行实时修正；由于位移测量值和波长修正值是通过测量超声波电信号之间的相位差实现的，因而提高相位检测精度对提高位移测量精度是至关重要的；为消除超声波电信号中的直流偏置对过零点相位检测的影响，在数据处理单元中的相位检测算法里，对相邻的超声波电信号采样值进行了差值计算，再对不同的相邻采样值的差值进行了比值计算，由此获取的相位检测值精度大幅提高；该项专利技术可应用于坐标测量机及大尺寸测量领域中。【专利说明】
本专利技术涉及空间坐标测量
，尤其涉及一种提高超声波位移测量精度的检 测方法。
技术介绍
坐标测量机及关键技术，是衡量一个国家科学技术发展水平以及衡量一个国家综 合实力的一项重要指标。坐标测量机的位移测量大多是通过光栅实现的，由于受到导轨直 线度的影响，位移测量存在着轴线方向上的测量误差，而且光栅位移测量系统安装和调试 非常复杂，对导轨的要求也非常苛刻。采用更加简单且对导轨直线度要求不高的位移测量 方式，是降低坐标测量机成本，拓宽坐标测量机的应用范围所需解决的问题。 目前，对如何提高超声波测距精度以及如何将超声波测距技术应用于大尺寸测量 的研究也越来越多。将超声波测距技术应用于坐标测量机上，既有超声波测距的本身特点 所具有的优势，如在一定的可视范围内，测距不受坐标测量机导轨直线度的影响，也有超声 波位移测量精度需要大幅提升的问题。 【专利
技术实现思路
】 本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种提高超声波位移测量精度的 检测方法。 本专利技术是通过以下技术方案实现的： -种提高超声波位移测量精度的检测方法，包括有超声波位移测量机构、超声波 波长校准机构以及基于相位差的位移测量方法；所述的超声波位移测量机构包括有固定平 台、移动平台、两个超声波发射传感器一、二和两个超声波接收传感器一、二，将所述的超声 波发射传感器一和超声波发射传感器二背靠背安装在移动平台上，将所述的超声波接收传 感器一、二安装在固定平台的两端，两只超声波发射传感器一、二和两只超声波接收传感器 一、二所在振动面的中心法线在一条直线上，通过检测两只超声波接收传感器一、二响应电 信号之间的相位差，实现对移动平台位移量的测量；所述的超声波波长校准机构包括有超 声波发射传感器三和超声波接收传感器三，将超声波发射传感器三和超声波接收传感器三 安装在固定平台的两端，超声波发射传感器三和超声波接收传感器三所在振动面的中心 法线在一条直线上，通过检测超声波发射传感器三的激励电信号与超声波接收传感器三的 响应电信号之间相位差的变动量，实现对超声波波长的校准，进而实现对移动平台位移测 量误差的实时修正；所述的基于相位差的位移测量方法包括有A/D转换器和数据处理单 元，首先通过A/D转换器对各个超声波电信号进行等间隔A/D采样，采样值通过数字运算方 式获取两路超声波信号相位差值，所述的数字运算方式是在数据处理单元中首先对相邻采 样值进行差值计算，用于消除超声波电信号采样值中的直流偏置对相位测量的影响，再对 两组不同相邻采样值的差值进行比值计算，求解出每一路的相位值，最后得到两路相位差 值，所述的位移测量值与相位差仅存在一个比例系数关系，通过测量相位差，得到所述的位 移测量值。 所述的基于相位差的位移测量方法包括以下步骤： (1)超声波接收传感器一处的超声波电信号为U，超声波发射传感器一、二、三处 的超声波电信号为X，超声波接收传感器三处的超声波电信号为y，超声波接收传感器二处 的超声波电信号为V，首先对四处超声波电信号u、v、x、y进行等间隔A/D采样，以获取相邻 时刻 =?「Δ?、--+2 = 1^+2厶1：、1:卜2 =?「2Δ1：的采样值UpiVpUH、 U? +9 Λ U1--QJ Vi、Vi+1、Vi-1、Vi+9、Vi-9 ? Xi、Xi+1、Xi-1、Xi+9、Xi-9 ? Yi Λ Yi+1 Λ Yi-1 Λ Yi+9 Λ Yi-9 : 【权利要求】1. ，其特征在于：包括有超声波位移测量机 构、超声波波长校准机构以及基于相位差的位移测量方法；所述的超声波位移测量机构包 括有固定平台、移动平台、两个超声波发射传感器一、二和两个超声波接收传感器一、二，将 所述的超声波发射传感器一和超声波发射传感器二背靠背安装在移动平台上，将所述的超 声波接收传感器一、二安装在固定平台的两端，两只超声波发射传感器一、二和两只超声波 接收传感器一、二所在振动面的中心法线在一条直线上，通过检测两只超声波接收传感器 一、二响应电信号之间的相位差，实现对移动平台位移量的测量；所述的超声波波长校准机 构包括有超声波发射传感器三和超声波接收传感器三，将超声波发射传感器三和超声波接 收传感器三安装在固定平台的两端，超声波发射传感器三和超声波接收传感器三所在振动 面的中心法线在一条直线上，通过检测超声波发射传感器三的激励电信号与超声波接收传 感器三的响应电信号之间相位差的变动量，实现对超声波波长的校准，进而实现对移动平 台位移测量误差的实时修正；所述的基于相位差的位移测量方法包括有A/D转换器和数据 处理单元，首先通过A/D转换器对各个超声波电信号进行等间隔A/D采样，采样值通过数字 运算方式获取两路超声波信号相位差值，所述的数字运算方式是在数据处理单元中首先对 相邻采样值进行差值计算，再对两组不同相邻采样值的差值进行比值计算，求解出每一路 的相位值，最后得到两路相位差值，所述的位移测量值与相位差仅存在一个比例系数关系， 通过测量相位差，得到所述的位移测量值。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于：所 述的基于相位差的位移测量方法包括以下步骤： (1)超声波接收传感器一处的超声波电信号为u，超声波发射传感器一、二、三处的超 声波电信号为X，超声波接收传感器三处的超声波电信号为y，超声波接收传感器二处的超 声波电信号为V，首先对四处超声波电信号u、v、x、y进行等间隔A/D采样，以获取相邻时刻 t"ti+1 =h+Δt、?η=Δt、ti+2 =t+2Δt、1:卜2 =t「2Δt的采样值U"ui+1、Uh、ui+2、 Ui-2，Vi、Vi+1、Vi-1、Vi+2、Vi-2，Xi、Xi+1、Xi-1、Xi+2、Xi-2，Yi、Yi+l、Yi-1、Yi+2、Yi-2 : Ui = A1Sin (ωtj+C1 (I) ui+1 = A1Sin (ω t±+ ω Δ t) +C1 (2) Ui-i= A1Sin (ω t「ω Δ t) +C1 (3) ui+2 = A1Sin (ω tj2 ω Δ t) +C1 (4) Ui-2 = A1Sin (ω t「2 ω Δ t) +C1 (5) Vj=AzSin (ωφ) ^Cz (6) ?\-^=/}:8?η(ω?+ωΑ?-^φ) +C2 (7) ν:-Azsτ η (ωt:-ωΑ ?^φ-)^(： (8) r:乂η (a;t.十2ωΑ t+p:) +6: (9) ν：^A2S? η(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高超声波位移测量精度的检测方法，其特征在于：包括有超声波位移测量机构、超声波波长校准机构以及基于相位差的位移测量方法；所述的超声波位移测量机构包括有固定平台、移动平台、两个超声波发射传感器一、二和两个超声波接收传感器一、二，将所述的超声波发射传感器一和超声波发射传感器二背靠背安装在移动平台上，将所述的超声波接收传感器一、二安装在固定平台的两端，两只超声波发射传感器一、二和两只超声波接收传感器一、二所在振动面的中心法线在一条直线上，通过检测两只超声波接收传感器一、二响应电信号之间的相位差，实现对移动平台位移量的测量；所述的超声波波长校准机构包括有超声波发射传感器三和超声波接收传感器三，将超声波发射传感器三和超声波接收传感器三安装在固定平台的两端，超声波发射传感器三和超声波接收传感器三所在振动面的中心法线在一条直线上，通过检测超声波发射传感器三的激励电信号与超声波接收传感器三的响应电信号之间相位差的变动量，实现对超声波波长的校准，进而实现对移动平台位移测量误差的实时修正；所述的基于相位差的位移测量方法包括有A/D转换器和数据处理单元，首先通过A/D转换器对各个超声波电信号进行等间隔A/D采样，采样值通过数字运算方式获取两路超声波信号相位差值，所述的数字运算方式是在数据处理单元中首先对相邻采样值进行差值计算，再对两组不同相邻采样值的差值进行比值计算，求解出每一路的相位值，最后得到两路相位差值，所述的位移测量值与相位差仅存在一个比例系数关系，通过测量相位差，得到所述的位移测量值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐从裕，刘治国，徐慧君，余晓芬，潘荣誉，耿霄霖，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34