全向超声信号接收组件、全向超声测距系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及超声波测距技术领域，特别是涉及一种全向超声信号接收组件、全向超声测距系统及方法。该全向超声信号接收组件通过径向超声信号接收机构和轴向超声信号接收机构全方位的同步接收测量基准点发出的超声波信号，以保证超声波信号接收效率高、准确性强、接收覆盖面广；该系统包括：信号发射模块、同步信号接收模块、如上所述的全向超声信号接收组件、信号放大模块、信号滤波模块、阈值比较模块和距离解算模块；该全向超声测距方法，包括：发射步骤、接收步骤和测量步骤，该系统和方法利用全向超声信号接收组件提高超声波信号接收效率和接收覆盖面，并通过距离解算模块解算追踪物体相对于基准点的距离，以快速获取直达波的准确距离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声波测距
，特别是涉及一种全向超声信号接收组件、全向超声测距系统及方法。
技术介绍
在人们的生产与生活中很多地方都会涉及到对距离的测量，而且测量的方式和手段也多种多样。从最传统的使用各种尺子进行测距，到目前的激光测距、超声测距以及远距离的雷达测距，这些测量方法都有着自己的优缺点。传统的测距方式价格低廉、使用方便，激光测距和超声测距则更加的方便快捷，而雷达测距则测量的距离更远，但由于其成本高昂因此多用于军事领域。对于超声波测距，目前市面上的装置多采用收发同置式，即超声发射装置和接收装置位于一起，通过检测被测目标反射的超声波获得其相对于测量装置的距离。这种测量方式对被测物的材料有一定的要求，且由于超声的反射对超声的能量衰减导致测量距离较短。也有一些装置采用收发异置式，即设置测距基准点，并由位于基准点的超声发射装置发射超声波，并由位于被测物上的超声接收装置接收超声波，通过计算从超声波发出到被收到的时间来获得被测点相对于基准点的距离。这种测量方式精度较高，测量距离较远，可用于室内机器人定位和虚拟现实交互等领域。但由于超声波的指向性较强，若被测物处于运动状态，则很难保证超声波接收装置总能够收到基准点发出的超声波。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种测量准确、高效的全向超声测距方法及系统。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供的一种全向超声信号接收组件，包括：轴向超声信号接收机构，用于接收来自该全向超声信号接收组件至少一端的超声信号、并转换为电信号；径向超声信号接收机构，至少一端与所述轴向超声信号接收机构连接，用于接收来自该全向超声信号接收组件侧面的超声信号、并转换为电信号。进一步的，还包括底座，所述底座用于固定径向超声信号接收机构。进一步的，所述轴向超声信号接收机构包括压电片和卡接口，所述卡接口设置于压电片的下表面，所述径向超声信号接收机构包括首尾弯折对接而成的压电薄膜，径向超声信号接收机构的一端固定于所述底座上，另一端通过所述卡接口与压电片连接。进一步的，所述压电片的材质为压电陶瓷。本专利技术还提供了一种全向超声测距系统，包括：信号发射模块，用于周期性地发射超声波信号和同步信号；同步信号接收模块，用于接收所述信号发射模块发出的同步信号；如上所述的全向超声信号接收组件，用于接收所述信号发射模块发出的超声波信号，并将接收到的超声波信号转换为电信号；信号放大模块，用于接收来自全向超声信号接收组件的电信号，对所述电信号进行放大；信号滤波模块，用于对所述信号放大模块送出的信号进行滤波；阈值比较模块，用于对电信号与指定的阈值进行比较，输出高低电平信号送入距离解算模块；所述距离解算模块，用于完成距离解算。进一步的，还包括加速度传感器，用于动态地改变所述阈值比较模块的参考值。本专利技术还提供了一种全向超声测距方法，包括：发射步骤、接收步骤、加工步骤和测量步骤，其中，所述发射步骤包括：利用信号发射模块周期性地发射超声波信号和同步信号；所述接收步骤包括：利用全向超声信号接收组件和同步信号接收模块分别接收所述超声波信号和所述同步信号，并将接收到的所述超声波信号转换为电信号；所述加工步骤包括：利用信号放大模块、信号滤波模块和阈值比较模块对接收步骤获取的所述电信号分别进行放大、滤波处理和阈值比较，并输出高低电平信号；所述测量步骤包括：利用距离解算模块接收所述高低电平信号并解算出所述超声波信号到达所述接受步骤的直达距离。进一步的，所述接收步骤接收到的所述超声波信号包括径向超声波信号和轴向超声波信号。进一步的，所述测量步骤的解算过程为：获取所述接收步骤接收到的所述同步信号的时间t1；获取所述接收步骤接收到的所述径向超声波信号的时间tr11、tr12...tr1m；获取所述接收步骤接收到的所述轴向超声波信号的tr21、tr22...tr2n；通过寻优算法获取所述径向超声波信号与所述同步信号、所述轴向超声波信号与所述同步信号之间最短时间差t2：t2＝φ(tr11,tr12,···,tr1m,tr21,tr22,···,tr2n)＝min(tr11,tr12,···,tr1m,tr21,tr22,···,tr2n)获取接收到的所述超声波信号的最短距离l＝(t2-t1)*c。本专利技术还提供了一种全向超声测距方法，包括：发射步骤、接收步骤和测量步骤，其中，所述发射步骤包括：利用信号发射模块周期性地发射超声波信号和同步信号；所述接收步骤包括：利用全向超声信号接收组件和同步信号接收模块分别接收所述超声波信号和所述同步信号，并将接收到的所述超声波信号转换为电信号；所述加工步骤包括：利用信号放大模块、信号滤波模块和阈值比较模块对接收步骤获取的所述电信号分别进行放大、滤波处理和阈值比较，并输出高低电平信号；所述测量步骤包括：利用距离解算模块接收所述高低电平信号并解算出所述超声波信号到达所述接受步骤的直达距离。进一步的，所述接收步骤接收到的所述超声波信号包括径向超声波信号和轴向超声波信号。进一步的，所述测量步骤的解算过程为：获取所述接收步骤接收到的所述同步信号的时间t1；获取与上一周期得到的所述超声波信号最接近的时刻作为t2；获取接收到的所述超声波信号的最短距离l＝(t2-t1)*c。(三)有益效果本专利技术提供的一种全向超声测距方法及系统，其具有以下优点：本专利技术的全向超声信号接收组件通过径向超声信号接收机构和轴向超声信号接收机构全方位的同步接收测量基准点发出的超声波信号，以保证超声波信号接收效率高、准确性强、接收覆盖面广。本专利技术的全向超声测距系统及方法利用上述的全向超声信号接收组件有效提高超声波信号接收效率和信号接收覆盖面，并通过距离解算模块解算追踪物体相对于基准点的距离，因此可以快速的获取直达波的准确距离。附图说明图1为本专利技术实施例一所述的全向超声信号接收组件的结构示意图；图2为本专利技术实施例二所述的系统框架图。其中：1、底座；2、轴向超声信号接收机构；3、径向超声信号接收机构。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例一如图1所示，本实施例一提供了一种全向超声信号接收组件，包括轴向超声信号接收机构2和径向超声信号接收机构3，其中，轴向超声信号接收机构2用于接收来自该全向超声信号接收组件至少一端的超声信号、并转换为电信号，其中来自该全向超声信号接收组件至少一端的超声信号视为轴向超声信号；径向超声信号接收机构3的至少一端与轴向超声信号接收机构2连接，用于接收来自该全向超声信号接收组件侧面的超声信号、并转换为电信号，其中来自该全向超声信号接收组件侧面的超声信号视为径向超声信号；通过径向超声信号接收机构3和轴向超声信号接收机构2全方位立体化的同步接收测量基准点发出的超声波信号，并分别将其转化为对应的电信号，以保证超声波信号接收效率高、准确性强、接收覆盖面广。为了便于固定和放置该全向超声信号接收组件，优选该全向超声信号接收组件还包括底座1，底座1上优选设有用于固定径向超声信号接收机构的安装口，为了便于固定和连接系统各个模块，优选将其他用于信号处理的模块设置在底座1内。优选的，以轴向超声信号接收机构2和径向超声信号接收机构3作为轴向超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全向超声信号接收组件，其特征在于，包括：轴向超声信号接收机构，用于接收来自该全向超声信号接收组件至少一端的超声信号、并转换为电信号；径向超声信号接收机构，至少一端与所述轴向超声信号接收机构连接，用于接收来自该全向超声信号接收组件侧面的超声信号、并转换为电信号。

【技术特征摘要】
1.一种全向超声信号接收组件，其特征在于，包括：轴向超声信号接收机构，用于接收来自该全向超声信号接收组件至少一端的超声信号、并转换为电信号；径向超声信号接收机构，至少一端与所述轴向超声信号接收机构连接，用于接收来自该全向超声信号接收组件侧面的超声信号、并转换为电信号。2.如权利要求1所述的全向超声信号接收组件，其特征在于，还包括底座，所述底座用于固定径向超声信号接收机构。3.如权利要求2所述的全向超声信号接收组件，其特征在于，所述轴向超声信号接收机构包括压电片和卡接口，所述卡接口设置于压电片的下表面，所述径向超声信号接收机构包括首尾弯折对接而成的压电薄膜，径向超声信号接收机构的一端固定于所述底座上，另一端通过所述卡接口与压电片连接。4.如权利要求3所述的全向超声信号接收组件，其特征在于，所述压电片的压电材料材质为压电陶瓷。5.一种全向超声测距系统，其特征在于，包括：信号发射模块，用于周期性地发射超声波信号和同步信号；同步信号接收模块，用于接收所述信号发射模块发出的同步信号；如权利要求1-4任一项所述的全向超声信号接收组件，用于接收所述信号发射模块发出的超声波信号，并将接收到的超声波信号转换为电信号；信号放大模块，用于对所述电信号进行放大；信号滤波模块，用于对所述信号放大模块送出的信号进行滤波；阈值比较模块，用于对电信号与指定的阈值进行比较，输出高低电平信号送入距离解算模块；所述距离解算模块，用于完成距离解算。6.如权利要求5所述的全向超声测距系统，其特征在于，还包括加速度传感器，用于动态地改变所述阈值比较模块的参考值。7.一种全向超声测距方法，其特征在于，包括：发射步骤、接收步骤、加工步骤和测量步骤，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳宁，张道宁，
申请(专利权)人：北京凌宇智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11