专利名称：近区中的超声测距的制作方法
近区中的超声测距交叉参考相关申请
下面详尽描述已说明的实施例主题，以满足法定的要求。 但是，该描述本身不意味着限制本发明的范围。相反，发明人认为， 权利要求的主题，也可以用其他方式体现，这些方式包括与其他现有 或将来技术结合的、类似于本文献说明的不同的步骤或单元。此外， 虽然"步骤，，一词，在本文中可以用于表示包含已采用的方法的不同方 面，但除非或除了明确说明各个步骤的次序之外，该词不应解释为暗 指本文公开的各种步骤之间或其间任何特定的次序。
图1A是按照一个实施例、用于近区中超声测距的超声测 距装置方框图。超声测距装置100,当目标物(如桶内材料的上表面) 远离换能器时，可以根据由产生的超声信号与第一回波信号定义的第 一时间周期，计算离目标物的距离，而当目标接近测距装置100时， 可以根据由第一回波信号与第二回波信号(或由随后的回波信号组)定义的第二时间周期，计算离目标物的距离。
处理器110可以连接到振荡器115，振荡器115可以是任 何适合产生重复波形(即电信号)的电路或装置。处理器110可以是 任何合适的处理器，它包含可执行的指令，能使振荡器115产生电信 号，并根据超声信号和/或电信号之间的时间周期，计算测距装置IOO 和目标物之间的距离。例如，处理器110可以启动声脉冲电压(ping voltage),该声脉冲电压可以4吏振荡器115产生电信号。该电信号可 以有任何合适的振幅和/或频率。振荡器115产生的电信号，可以通过 输出放大器140放大。然后，输出放大器140的输出可以馈送到变压 器145的初级线圏侧，该变压器可以是任何合适的使输入电信号振幅
逐渐增加的变压器。在变压器145次级线圏侧逐渐增加的电信号，可 以加于电容器150及换能器135两者的两端，该换能器可以是用于从 电信号产生超声信号或反过来的任何合适的电路或装置。
图2A是振幅对时间的信号曲线的一个例子，表明产生的 超声信号和从位于超声测距装置IOO近区以外的目标物相应的反射回 波信号。如图2A中所示，产生的超声信号205可能从目标物反射， 产生一系列回波信号(如回波信号210、 215、 220、 225、 230、和235 )， 这些回波信号可能被测距装置100中的换能器135检测。产生的超声 信号205和回波信号210可以定义时间周期240，回波信号210和215 可以定义时间周期245，回波信号215和220可以定义时间周期250， 回波信号220和225可以定义时间周期255，回波信号225和230可 以定义时间周期260,和回波信号230和235可以定义时间周期265。 240到265的每一相应的时间周期，可以对应于超声信号传播到目标 物并从目标物返回所用的时间。超声信号可以按相同速度(如按声速) 沿每个方向传播。如图2A中所示，当目标物位于测距装置100近区 之外时，240到265的每一相应的时间周期可以相同。因此，处理器 110可以根据240到265的任一个时间周期，计算离目标物的距离。
图2B是振幅对时间的信号曲线的一个例子，表明产生的 超声信号和从位于测距装置100近区之内的目标物相应的反射回波信 号。与图2A类似，产生的超声信号205可能从目标物反射，产生一 系列回波信号(如回波信号210、 215、 220、 225、 230、和235)。 产生的超声信号205和回波信号210可以定义时间周期275，回波信 号210和215可以定义时间周期280，回波4言号215和220可以定义 时间周期285，回波信号220和225可以定义时间周期290，回波信 号225和230可以定义时间周期295，和回波信号230和235可以定 义时间周期297。如图2B中所示，回波信号210因为与换能器135 中作为减幅振荡效应结果产生的超声信号重叠，可能不能被检测。因 此，处理器110可能不能确定时间周期275，从而回波信号215可能 与第 一被检测回波信号对应。[0034如在图2B中所示，时间周期299可能对应于由产生的超 声信号205和回波信号215定义的时间周期。时间周期299可以等于 时间周期275与280之和。如在上面所指出，由相继超声信号(如， 时间周期275到297)定义的时间周期，可以基本上相等，因为超声 信号可以按相同速度传播到目标物和从目标物返回。这样，时间周期 299可以比275到297的时间周期约大两倍，从而不代表离目标物的 准确距离。结果是，并如上面所指出，处理器110可以把时间周期299 与280到297的时间周期中至少一个比较。如果时间周期299大于两 倍，处理器110可以根据280到297中任一个时间周期，计算离目标 物的距离。应当体会到，随着目标物更接近测距装置IOO移动，更多 的回波信号(如超声信号215、 220、 225等等)可能与产生的超声信 号205重叠。因此，由产生的超声信号205和第一个检测的回波信号 定义的时间周期，可能增加。[0035同样应当体会到，240到265和275到297的时间周期， 可以按与超声信号在测距装置100和目标物之间传播时间 一致的任何 方式确定。例如，如图2A中所示，240到265的时间周期，可以通
过测量每一相继超声信号前缘之间的时间确定。240到265的时间周 期，也可以通过测量每一相继超声信号最高振幅之间的时间确定。[0036图3A和3B是振幅对时间的信号曲线例子，表明产生的 超声信号振幅与测距装置100中换能器135的减幅振荡持续时间之间 的关系。在图3A中，振幅330的超声信号305,可以通过从可变电 源105a向变压器145初级线圏侧施加电源电压V，(图3A中没有画 出)，由换能器135产生。可以向变压器145施加电源电压V,持续 一个时间周期310。如图3A中所示，换能器135可以在时间周期315 中连续产生减幅振荡。时间周期310与315之和，可以对应于第一近 区。[00371图3B中，振幅335的超声信号305，可以通过从可变电 源105a向变压器145初级线圏侧施加电源电压V2 (图3B中没有画 出)，由换能器135产生。电源电压V2可以小于电源电压也可 以向变压器145持续施加一个时间周期310。如图3B中所示，换能 器135可以在时间周期320中连续产生减幅振荡。时间周期310与320 之和，可以对应于第二近区。如在图3A和3B中所示，振幅335可以 小于振幅330。此外，时间周期320可以小于时间周期315，据此缩 减第二近区相对于第一近区的大小。这样，测距装置100能够借助降 低产生的超声信号305的振幅或能量，检测更近的目标物。[0038图4是流程图，表明近区中超声测距方法的一个例子。 如图4中所示，在405，超声信号由超声测距装置IOO产生，并指向 目标物。在410，可以检测第一回波信号。在415,可以确定由产生 的超声信号和第一回波信号定义的第一时间周期。在420，可以确定 第一时间周期是否大于或等于第二预定时间周期，该第二预定时间周期可以代表某个阈值，在该阈值上可以认为目标物充分地处于测距装 置100的近区以外。如果第一时间周期大于或等于第二预定时间周期， 流程前进到425。在425，根据第一时间周期计算离目标物的距离。 如果第一时间周期小于第二预定时间周期，流程前进到430。[0039在430，超声测距装置100检测至少一个附加的回波信号。
在435，确定由任意两个相继的回波信号定义的第三时间周期。在440， 可以把第一时间周期与第三时间周期比较。在445，可以确定第一时 间周期是否基本上等于第三时间周期。如果第一时间周期基本上等于 第三时间周期，流程前进到450。在450,才艮据或者第一时间周期或 者第三时间周期，计算离目标物的距离。如果第一时间周期至少比第 三时间周期大两倍，流程前进到455。在455，根据笫三时间周期， 计算离目标物的距离。如上面所指出，应当体会到，第三时间周期， 可以由产生超声信号之后被检测的任何两个相继回波信号定义。[0040图5是流程图，表明近区中超声测距方法的另一个例子。 如图5中所示，在505,超声测距装置100产生超声信号。在510， 测距装置100可以等待回波信号一段预定的时间周期。在515，可以 确定是否检测到回波信号。如果没有回波信号被检测，流程前进到 520。在520，可以增加产生的超声信号的振幅。例如，如上面所指出， 产生的超声信号的振幅，可以凭借增加换能器135的输入电信号振幅 而增加。流程可以回到510，在510，测距装置100可以再次等待回 波信号一段预定的时间周期。如果检测到回波信号，流程前进到525。 在525，由产生的超声信号和该回波信号定义一个时间周期。在530， 根据该时间周期，计算离目标物的距离。[0041虽然已经结合本发明优选的实施例，说明各实施例，但 是应当指出，可以使用其他类似的实施例，或者可以对说明的实施例 进行修改和增加，以便在不违背其内容情形下，完成相同的功能。因 此，不应把公开的实施例限于任何单个的实施例，相反，应当按照附 于后的权利要求书的广度和范围来理解。
权利要求
1.一种用于确定离目标物距离的超声测距装置，包括换能器，用于产生超声信号及检测回波信号；和处理器，用于根据第一时间周期和第二时间周期计算离目标物的距离，该第一时间周期是当目标物位于近区之外时，由第一组超声信号定义，而该第二时间周期是当目标物位于该近区之内时，由第二组超声信号定义。
2. 按照权利要求l的超声测距装置，其中的第一组超声信号包 括产生的超声信号和第一回波信号，且其中的第二组超声信号包括第 一回波信号和第二回波信号。
3. 按照权利要求2的超声测距装置，其中的第一回波信号，被 换能器按在产生的超声信号之后的顺序检测，且其中的第二回波信 号，被换能器按在第一回波信号之后的顺序检测。
4. 按照权利要求l的超声测距装置，其中的第一组超声信号包 括产生的超声信号和第一回波信号，且其中的第二组超声信号包括第 二回波信号和第三回波信号。
5. 按照权利要求4的超声测距装置，其中的第一回波信号，被 换能器按在产生的超声信号之后的顺序检测，且其中的第二回波信号 和第三回波信号，分别被换能器按在第 一 回波信号之后的顺序检测。
6. 按照权利要求1的超声测距装置，其中当第一时间周期基本 上等于第二时间周期时，目标物位于该近区之外。
7. 按照权利要求6的超声测距装置，其中的处理器通过把第一 时间周期或第二时间周期的一半乘以近似的声速，计算离目标物的距 离。
8. 按照权利要求l的超声测距装置，其中当第一时间周期至少 比第二时间周期大两倍时，目标物位于该近区之内。
9. 按照权利要求8的超声测距装置，其中的处理器通过把第二 时间周期的一半乘以近似的声速，计算离目标物的距离。
10. 按照权利要求l的超声测距装置，其中的处理器调整产生的超声信号的振幅，直到第一组超声信号在换能器上被检测为止。
11. 按照权利要求10的超声测距装置，还包括用于调整产生的超声信号的振幅的可变电源，其中的处理器通过调整可变电源的输出 电压，调整产生的超声信号的振幅。
12. 按照权利要求11的超声测距装置，其中该处理器递增地增 加可变电源在第一输出电压和第二输出电压之间的输出电压某一预 定量。
13. —种用于确定离目标物距离的超声测距装置，包括 换能器，用于产生超声信号和检测回波信号；和处理器，用于调整产生的超声信号的振幅，直到第一回波信号在 换能器上被检测为止，其中该处理器根据产生的超声信号和第一回波 信号之间的时间周期，计算离目标物的距离。
14. 按照权利要求13的超声测距装置，还包括可变电源，用于 调整产生的超声信号的振幅，其中该处理器通过调整可变电源的输出 电压，调整产生的超声信号的振幅。
15. —种用超声测距装置确定离目标物距离的方法，包括 产生超声信号；检测第一回波信号；确定由产生的超声信号和第一回波信号定义的第一时间周期；把第一时间周期与第二预定时间周期比较；和如果第一时间周期小于第二预定时间周期，则至少检测 一个附加的回波信号；确定由相继回波信号定义的第三时间周期； 把第一时间周期与第三时间周期比较；和 使用基于比较结果的时间周期，计算离目标物的距离。
16. 按照权利要求15的方法，其中当第一时间周期至少等于第 二预定时间周期时，根据该第一时间周期计算离目标物的距离。
17. 按照权利要求15的方法，其中当第一时间周期与第三时间 周期基本上相等时，根据该第一时间周期或第三时间周期，计算离目 才示物的多巨离。
18.按照权利要求15的方法，其中当第一时间周期至少比第三 时间周期大两倍时，根据该第三时间周期，计算离目标物的距离。
全文摘要
一种用于在近区内超声测距的超声测距装置(100)。该装置可以包括用于产生超声信号并用于检测回波信号的换能器(135)。该装置还可以包括根据第一时间周期和第二时间周期，计算离目标物的距离的处理器，该第一时间周期是当目标物位于该近区之外时，由第一组超声信号定义，而该第二时间周期是当目标物位于该近区之内时，由第二组超声信号定义。该处理器也可以调整产生的超声信号的振幅，直到第一回波信号在换能器上被检测为止。
文档编号G01S15/00GK101163985SQ200680013836
公开日2008年4月16日 申请日期2006年3月16日 优先权日2005年3月16日
发明者凯文·G·哈弗, 朱尔斯·卓塞弗·迪里恩佐 申请人:阿米特克公司