基于一发多收的超声波精确测量垂直距离的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及应用技术领域，尤其涉及一种精确的超声波测量垂直距离的方法。
【背景技术】
[0002] 超声波测距时，超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时计数器 开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物面阻挡就立即反射，超声波接收器收到反 射回的超声波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的 时间t，就可以计算出发射点距障碍物面的距离s，即：s = 340t/2。
[0003] 由于大部分超声波发射器在发生超声波时都存在一定的角度，即一般超声波是以 一个扇形发出去的。超声波发射器在发生超声波时沿发射器中轴线的延长线（垂直于发射 器表面）方向上的超声射线能量最大，由此向外其他方向上的声波能量逐渐减弱，以传感 器中轴线的延长线为轴线，由此向外至能量强度减少一半（_3dB)处的角度被称为波束角。 由于超声波发射器发射超声波时存在这种特性，可能反射超声波的点并不是垂直方向上的 待测点，从而导致误测。本发明提出的这种测量垂直距离的方法可有效解决这种误测问题， 从而提1?测量精度。
【发明内容】
[0004] 本发明为克服上述的不足之处，目的在于提本发明提出了一种超声波精确测量垂 直距离的方法，该方法利用一个超声波发射器和四个超声波接收器，能够有效避免反射超 声波的点不是待测点的情况，提高了垂直距离的测量精度。
[0005] 本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种基于一发多收的超声波精确测量 垂直距离的装置，包括：超声波发射器1、超声波接收器2、超声波接收器3、超声波接收器4、 超声波接收器5 ;超声波发射器1放置在超声波接收器2与超声波接收器3、超声波接收器 4、超声波接收器5所构成平面的中心。
[0006] 所述的超声波接收器2、超声波接收器3、超声波接收器4、超声波接收器5呈两 两对应放置构成正方形，超声波发射器1位于四个超声波接收器所构成正方形的对角线交 点。
[0007] -种基于一发多收的超声波精确测量垂直距离的装置的方法，其特征在于：其步 骤如下：
[0008] (1)超声波发射器1发射超声波后，超声波接收器2、超声波接收器3、超声波接收 器4、超声波接收器5接收到超声波信号；
[0009] (2)判断本次测量是否为有效，如果有效，则执行步骤（3)，否则执行步骤（1);
[0010] (3)通过勾股定理计算得到待测距离。
[0011] 所述的判断测量是否有效的方法为判断四个超声波接收器接收到的反射波测得 的距离是否相等，若距离相等则测量结果有效，否则该测量结果为无效。
[0012] 本发明的有益效果在于：（1)运用方便，所需成本较低；（2)有效解决了反射超声 波的点不是垂直方向上的待测点的问题，提高测量精度。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的装置放置示意图；
[0014] 图2是本发明的无效测量运用图；
[0015] 图3是本发明的有效测量运用图；
[0016] 图4是本发明运用于实际测量示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于 此：
[0018] 实施例：一个超声波发射器和四个超声波接收器的放置位置关系如图1所示，图 中1为超声波发射器，2, 3, 4, 5分别为超声波接收器，且2、3的中轴线与1的中轴线a重合， 4、5的中轴线与1的中轴线b重合，2, 3, 4, 5到1的距离相等（设该距离为L)。。
[0019] 利用该方法的测距原理为：1发射超声波后，若反射超声波的点与1不在一条垂直 线上，则2, 3, 4, 5根据接收到的反射波测得的距离不相等，说明此时该反射点不是待测点， 本次测量将被视为无效；反之，若反射超声波的点与1在一条垂直线上，则2, 3, 4, 5根据接 收到的反射波测得的距离相等，说明此时该反射点为待测点，本次测量有效。
[0020] 如图2所示，若实际需要测量1到垂直线上点A的距离，但1发射的超声波却被点 B反射，此时2、3、4、5根据接收的反射波测得的距离①+②、①+③、①+④、①+⑤中至少 有两个值是不相等的，说明B点不是待测试点，从而该次测量结果将被视为无效。
[0021] 如图3所示，若1发射的超声波被待测点A反射，此时2、3、4、5根据接收的反射波 测得的距离①+②、①+③、①+④、①+⑤相等（设该值为S)，本次测量有效，此时根据勾 股定理可计算出待测距离
[0022] 本发明应用在测人体身高方面的具体方法为：人体站在由本发明实现的超声波 测距仪器旁，用纸板、手或者其他超声波阻挡物水平置于与头顶齐高的平面A处，且保证阻 挡物包含测距仪器中轴线与平面A的交点a，其示意图如图4中所示。由此测得与四个超声 波接收器的距离都相等的交点a到测距仪器的垂直距离即为人体的身高，其他点均由于与 四个接收器的距离不相等予以排除，最后就可计算得出人体真实的身高。
[0023] 以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所 作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种基于一发多收的超声波精确测量垂直距离的装置，其特征在于包括：超声波发 射器1、超声波接收器2、超声波接收器3、超声波接收器4、超声波接收器5 ;超声波发射器1 放置在超声波接收器2与超声波接收器3、超声波接收器4、超声波接收器5所构成平面的 中心。2. 根据权利要求1所述的一种基于一发多收的超声波精确测量垂直距离的装置，其 特征在于：所述的超声波接收器2、超声波接收器3、超声波接收器4、超声波接收器5呈两 两对应放置构成正方形，超声波发射器1位于四个超声波接收器所构成正方形的对角线交 点。3. -种应用于如权利要求1所述的一种基于一发多收的超声波精确测量垂直距离的 装置的方法，其特征在于：其步骤如下： (1) 超声波发射器1发射超声波后，超声波接收器2、超声波接收器3、超声波接收器4、 超声波接收器5接收到超声波信号； (2) 判断本次测量是否为有效，如果有效，则执行步骤（3)，否则执行步骤⑴； (3) 通过勾股定理计算得到待测距离。4. 根据权利要求3所述的一种基于一发多收的超声波精确测量垂直距离的装置的方 法，其特征在于：所述的判断测量是否有效的方法为判断四个超声波接收器接收到的反射 波测得的距离是否相等，若距离相等则测量结果有效，否则该测量结果为无效。
【专利摘要】本发明提出了一种超声波精确测量垂直距离的方法，包括：一个超声波发射器和四个超声波接收器；四个超声波接收器呈两两对应放置构成正方形，超声波发射器位于四个超声波接收器所构成正方形的对角线交点。该方法利用四个超声波接收器接收超声波发射器发射的超声波，观察四个超声波接收器接收到的反射波测得的距离是否相等来判定测量是否有效，最后运用勾股定理得出待测距离。该方法运用简单，成本较低，有效避免了反射超声波的点不是待测点的情况，提高了垂直距离的测量精度。
【IPC分类】G01S15/08
【公开号】CN105319549
【申请号】CN201410340275
【发明人】霍俊, 金晓东, 倪建丽, 李锐, 郭毅, 郭克君, 彭梅
【申请人】南京纳联信息科技有限公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月16日