一种超声波频率检测器制造技术

本实用新型专利技术公开一种超声波频率的检测器，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。本实用新型专利技术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。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超声波频率检测领域，尤其涉及一种超声波频率检测器。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述技术问题，本技术的目的在于提供一种超声波频率检测器，其具有检测速度快，检测精度高的特点。为达到上述目的，本技术是通过以下技术方案来实现的一种超声波频率检测器，所述检测器包括锁相环单元，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，与相位比较单元连接，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，与振荡单元连接，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，与相位检测单元连接，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。特别的，所述放大器的个数设置为两个。本技术的有益效果为，所述一种超声波频率检测器，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t匕，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。附图说明图I为本技术超声波频率检测器的结构示意图；图2为本技术应用于智能跟踪机器人的频率图。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。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。本技术的原理(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其中，Γ为超声波接收传感器收到的超声波的频率；f为超声波发射传感器发射的超声的频率为超声波接收传感器在介质中的速度，当接近超声波发射传感器时取正数，远离超声波发射传感器时取负数；11为超声波发射传感器在介质中的速度，当接近超声波接收传感器时取正数，远离超声波接收传感器取负数为介质中的声速。在实验中，取f取40KHz,即超声波发射传感器的中心频率,V取_2m/s,u取Om/s,即超声波发射传感器固定不动，V取介质为空气时的声速，即340m/s，即可算出f'的值/' = /χ| ^-t^| = 40xf^| = 39.76i {V-n J ^340J超声波频率的偏移值为0. 24KHz。(2)风速对检测超声波频率的影响。风会引起空气波动，空气波动会对超声波造成影响。由于超声波的频率很高，受空气波动干涉的影响可以忽略不计。(3)温、湿度对声速的影响，进而影响到超声波的频率。音速也即声速，即声音在介质中传播速度。声波可以在固体、液体及气体中传播，介质密度愈大，则音速愈快。在空气中，音速又会因为空气的湿度、温度及密度等因素的状·态不同而有不同数值。如摄氏零度时海平面音速约为331. 5m/s ;一万米高空的音速约为295m/s;另外，每升高I摄氏度，音速就增加0.607m/s。温度越高，音速越大。温度、湿度对声速的影响公式为Κ = 331.45χ/(1+ 1 )x(l+ V 273.15P其中，V为介质中的声速，T为摄氏温度，Pw为空气中水蒸气的分压强，Pw =水的饱和蒸汽压X相对湿度，P是大气压强。为了减少由于以上(I)、(2)、(3)等因素对检测超声波频频的影响，能够精确测量出超声波的频率，超声波频率检测器就显非常必要。请参照图I所示，图I为本技术超声波频率检测器的结构示意图；本实施例中超声波频率检测器，包括锁相环单元及处理单元，所述锁相环单元包括相位比较单元、振荡单元、相位检测单元及信号放大单元；所述相位比较单元为相位比较器I ;所述振荡单元为压控振荡器2 ;所述相位检测单元为正交相位检测器3 ;所述信号放大单元为锁相放大器；所述锁相放大器的个数设置为两个，分别为第一锁相放大器5和第二锁相放大器6 ;所述处理单元为单片机4。所述相位比较器I，与第一电容7连接,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压控振荡器2。相位比较器I用来鉴别输入超声波信号与输出的超声波信号之间的相位差，并输出电压信号，即误差电压。误差电压中的噪声和干扰成分被低通性质的第一锁相放大器5滤除，形成压控振荡器2的控制电压。所述第一电容7的一端连接相位比较器1，另一端为超声波的信号输入端17。所述压控振荡器2，与第一锁相放大器5连接，用于在控制电压的作用下，将输入的超声波信号转换为方波信号。压控振荡器2的一端连接第一锁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波频率检测器，其特征在于，所述检测器包括：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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卫健将，
申请(专利权)人：无锡鑫立奥机电有限公司，
类型：实用新型
国别省市：