专利名称：超声波二维定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超声波探头测量距离技术领域，更具体涉及一种超声波二维定位装置，使用这种装置其定位精度更高，可定位区域更大。
背景技术：
目前，公知的超声波二维定位装置是将超声波接收探头固定不动，将超声波发射探头安装在待定位的移动物体上，用单片机测量发射探头到接收探头之间超声波传播的时间，再利用公式计算超声波传播距离，根据所获得的两组发射/接收探头间的距离，确定待测物体与固定探头之间的相对二维位置关系。但是采用这种方法为了获得小于l毫米的测距精度，要求探头的发射频率较高，而超声波频率越高，在空气中的衰减越厉害，有效测量距离就越短，如果为了提高有效测量距离而降低发射频率，则会导致测量精度降低。
发明内容
为了克服现有的超声波二维定位方法中高定位精度与较长有效测量距离无法兼顾的矛盾，本实用新型的目的是在于提供了一种超声波二维定位装置，该装置能有效的定位，并且能够在具有高定位精度的同时提供较长测量距离和较大的定位区域。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是
采用一种超声波二维定位的装置，该装置包括可移动的超声波发射部分和固定的超声波接收部分。该装置它包括第一超声波接收探头、第一管状支撑梁、信号处理电路板安装盒上盖、信号处理电路、第一超声波发射探头，其特征在于
第一超声波接收探头通过第一超声波接收探头固定盖固定在第一超声波接收探头安装盒内，第一超声波接收探头安装盒通过第一管状支撑梁与信号处理电路板安装盒固定；
第二超声波接收探头通过第二超声波接收探头固定盖固定在第二超声波接收探头安装盒内，第二超声波接收探头安装盒通过第二管状支撑梁与信号处理电路板安装盒相固定；
信号处理电路板安装盒内底部固定有信号处理电路板，信号处理电路板安装盒上盖与信号处理电路板安装盒通过螺丝固定；
3超声波发射探头激励信号输入插座固定在超声波发射探头盒底座上；探头线分别与信号放大电路第一、第二超声波发射探头相连。
其特征在于所述的第一、第二超声波发射探头通过超声波发射探头盒上盖分别固定在超声波发射探头盒底座上；
超声波发射探头盒底座下部与一端带螺孔的固定框固定在一起， 一端带螺孔的固定框内有丝杠的滑块。
其特征在于所述的信号处理电路它由信号放大电路、采样电路、现场可编程门阵列、数字信号处理芯片组成，在信号处理电路板上的信号放大电路与第一、第二超声波接收探头和采样电路相连，采样电路与信号放大电路和现场可编程门阵列相连，现场可编程门阵列与采样电路和数字信号处理芯片相连，数字信号处理芯片与现场可编程门阵列相连。
其中可移动的超声波发射部分由能将待定位工件固定的夹持机构，安装在这个夹持机构上的第一、第二2个超声波发射探头，以及用于与超声波接收装置连接的探头线组成。夹持机构由一端带螺孔的固定框、丝杠和丝杠末端的滑块组成，转动丝就能带动丝杠末端的滑块将待固定的工件牢固的固定在固定框中。第一、第二超声波发射探头通过超声波发射探头盒上盖固定在超声波发射探头盒底座上，而探头盒底座与固定框之间通过螺丝固定。探头线一端的插头与探头盒底座上的插座连接，另一端的插头与超声波接收部分的插座连接，超声波接收部分发出的超声波探头激励信号就是通过这根探头线传输到超声波发射部分中的声波发射探头上，从而让超声波发射探头发射出超声波的。
而固定的超声波接收部分则由用于固定信号处理电路板的带上盖的中央盒体，固定在中央盒体内部的信号处理电路板，安装在中央盒体底部的用于固定的磁吸，从中央盒体左右两端伸出的第一、第二管状支撑梁，管状支撑梁末端的第一、第二超声波接收探头安装盒，以及安装在第一、第二超声波接收探头安装盒内的第一、第二超声波接收探头组成。固定信号处理电路板的中央盒体左右挖有圆孔，第一、第二管状支撑梁穿过中央盒体两边的圆孔通过螺丝固定在中央盒体上。用于安装第一、第二超声波接收探头的第一、第二超声波接收探头安装盒的一端也挖有圆孔，超声波接收探头安装盒通过该圆孔安装在管状支撑梁的另一端。第一、第二超声波接收探头安装盒还分别有一带孔上盖，用来保护超声波接收探头。第一、第二超声波接收探头通过管状支撑梁中的信号线与中央盒体中固定的信号处理电路板相连接，将接收到的超声波信号转换成电信号后传送到信号处理电路板由信号处理电路板进行处理。中央盒体右侧还有一超声波发射探头激励信号输出插座用于超声波激励信号的输出。
信号处理电路板上的现场可编程门阵列(FPGA)将探头接收到的经采样波形存储后传
4送给数字信号处理芯片(DSP)。 DSP会将最初的正常波形存储下来作为背景，记录此幅正常波形中的某一点刚好达到计数门限值时获得的计数器值T1。 DSP还会记录下此幅正常波形中触发计数门限后的第一个采样值低于128的波形位置X1。如果后续接收到的波形在之前背景下的计数器值为T2，触发x坐标后的第一个采样值低于128的波形位置为X2，则此幅波形所对应的发射探头到接收探头的计数器值为-
T = T2_ (X2-X1) +282而理论上对于X1与X2点的值的每点测量精度可以达到TPD = 1/ (1.5625xl06Hz)秒，其中1.5625xl()SHz为AD采样芯片的采样频率，同时也是计数器的计数频率，根据空气中声速V =340米/秒可以得到实际距离为
L = TPD x T x V
其理论测距精度可达1/ (1.5625xl06Hz)秒x 340米/秒=0.0002176米即0.2176毫米，这
一测距精度的实现与超声波频率无直接关系，故可以根据实际需定位区域的面积大小来灵活选择超声波工作频率。
信号处理电路板最后会将最终计算数据通过USB接口传送给上位机，如个人电脑(PC)等。
采用本实用新型中超声波二维定位装置的有益效果是，在获得较高的定位精度时，发射频率不需要很高，这样一来测量距离更长，有效的定位区域面积更大。
图1为 一种超声波二维定位装置的俯视结构图。图2为一种超声波二维定位装置的信号处理电路的电路结构图。图3为一种超声波二维定位装置用于计算的波形图。图4为一种超声波二维定位装置接收到的波形图。
图中，la-第一超声波接收探头固定盖，lb-第二超声波接收探头固定盖，2.a-第一超声波接收探头(UTROl)， 2b-第二.超声波接收探头(UTROl)， 3a-第一超声波接收探头安装盒，3b-第二超声波接收探头安装盒，4a-第一管状支撑梁，4b-第二管状支撑梁，5-信号处理电路板安装盒，6-超声波发射探头激励信号输出插座，7-信号处理电路板安装盒上盖，8-信号处理电路板(由19-信号放大电路(AD602)， 20-采样电路(AD9288)， 21-现场可编程门阵列(EP22C20F256)， 22-数字信号处理芯片(TMS320VC5416)组成)，9-探头线，10-超声波发射探头激励信号输入插座，11-超声波发射探头盒底座，12a-第一超声波发射探头(UTTOl)，12b-第二超声波发射探头(UTTOl)， 13-超声波发射探头盒上盖，14-一端带有丝杠的滑块，15-—端带螺孔的固定框，16-超声波接收探头接收后经采样的波形，17-计数门限值在图形中的对应位置，18-采样值为128的点在图形中的对应位置。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
在图1中，左端的第一超声波接收探头2a通过左边的第一超声波接收探头固定盖la固定在左边的第一超声波接收探头安装盒3a内，左边的第一超声波接收探头安装盒3a则通过左边的第一管状支撑梁4a与信号处理电路板安装盒5左端相固定，右端的第二超声波接收探头2b通过右边的第二超声波接收探头固定盖lb固定在右边的第二超声波接收探头安装盒3b内，右边的第二超声波接收探头安装盒3b则通过右边的第二管状支撑梁4a与信号处理电路板安装盒5右端相固定，信号处理电路板安装盒5内底部固定有信号处理电路板8，信号处理电路板安装盒上盖7与信号处理电路板安装盒5通过螺丝固定后可以保护内部的信号处理电路板8，由信号处理电路板8产生的超声波激励信号通过固定在信号处理电路板安装盒5右端的超声波发射探头激励信号输出插座6输出，经由探头线9输入到超声波发射探头激励信号输入插座10，超声波发射探头激励信号输入插座10固定在超声波发射探头盒底座11上，第一、第二超声波发射探头12a、 12b也通过超声波发射探头盒上盖13分别固定在超声波发射探头盒底座ll上，超声波发射探头盒底座11下部与一端带螺孔的固定框15固定在一起， 一端带螺孔的固定框15内部有一一端带有丝杠的滑块14，丝杠穿过螺孔，转动丝杠就能移动滑块固定工件。
在图2中，固定在信号处理电路板安装盒5右端的超声波发射探头激励信号输出插座6输出的超声波激励信号，通过探头线9输入到超声波发射探头激励信号输入插座10，后传至第一、第二超声波发射探头12a、 12b发射出生超声波；超声波两端的经第一、第二超声波接收探头2a、 2b接收后传送给信号处理电路板8;所述的信号处理电路8它由信号放大电路19、采样电路20、现场可编程门阵列21相、数字信号处理芯片2组成，探头线9分别与信号放大电路19、第一、第二超声波发射探头12a、 12b相连，在信号处理电路板8上的信号放大电路19与第一、第二超声波接收探头2a、 2b和采样电路20相连，第一、第二接收超声波接收探头2a、 2b的信号并将放大后的信号传给采样电路20;采样电路20与信号放大电路19和现场可编程门阵列21相连，接收信号放大电路19的放大信号并将采样数据上传给现场可编程门阵列21;现场可编程门阵列21与采样电路20和数字信号处理芯片22相连，存储采样电路20传来的采样数据并将计时器数据和位置数据传送给数字信号处理芯片22;数字信号处理芯片22与现场可编程门阵列21相连，接收现场可编程门阵列21传递来的数据进行分析和计算。处理电路板8上的将信号放大，与信号放大电路19相连的采样电路20对信号采样，采样后的波形由现场可编程门阵列21存储并传送至数字信号处理芯片22进行相关的调整和计算并得出最后结果。
在图3中，当第一、第二超声波接收探头2a、 2b接收后，当经采样的波形16的采样值的一个点刚好达到计数门限值在图形中的对应位置17时，信号处理电路板8将此时的计数器值T1及达到计数门限值在图形中的对应位置17后的采样值为128的点在图形中的对应位置18值X1均记录下来，并将获得此幅背景波形图时超声波二维定位装置的发射部分所处的位置认定为原点，此后的位置均是相对于此原点位置的相对位置。
在图4中，当第一、第二超声波接收探头2a、 2b接收后，当经采样的波形16的采样值的一个点刚好达到计数门限值在图形中的对应位置17时，信号处理电路板8将此时的计数器值T2及达到计数门限值在图形中的对应位置17后的采样值为128的点在图形中的对应位置18值X2均记录下来，根据公式-
T - T2 - (X2 - XI) + 282禾Q L = TPD x T x V就可计算出此时超声波二维定位装置的发射部分相对于原点的位置。
权利要求1、一种超声波二维定位装置，它包括第一超声波接收探头(2a)、第一管状支撑梁(4a)、信号处理电路板安装盒上盖(7)、信号处理电路(8)、第一超声波发射探头(12a)，其特征在于第一超声波接收探头(2a)通过第一超声波接收探头固定盖(1a)固定在第一超声波接收探头安装盒(3a)内，第一超声波接收探头安装盒(3a)通过第一管状支撑梁(4a)与信号处理电路板安装盒(5)固定；第二超声波接收探头(2b)通过第二超声波接收探头固定盖(1b)固定在第二超声波接收探头安装盒(3b)内，第二超声波接收探头安装盒(3b)通过第二管状支撑梁(4a)与信号处理电路板安装盒(5)相固定；信号处理电路板安装盒(5)内底部固定有信号处理电路板(8)，信号处理电路板安装盒上盖(7)与信号处理电路板安装盒(5)通过螺丝固定；超声波发射探头激励信号输入插座(10)固定在超声波发射探头盒底座(11)上；探头线(9)分别与信号放大电路(19)、第一、第二超声波发射探头(12a、12b)相连。
2、 根据权利要求1所述的一种超声波二维定位装置，其特征在于所述的第一、第二超 声波发射探头(12a、 12b)通过超声波发射探头盒上盖(13)分别固定在超声波发射探头盒 底座(11)上；超声波发射探头盒底座(11)下部与一端带螺孔的固定框(15)固定在一起， 一端带螺 孔的固定框(15)内有丝杠的滑块(14)。
3、根据权利要求l所述的一种超声波二维定位装置，其特征在于所述的信号处理电 路(8)它由信号放大电路(19)、采样电路(20)、现场可编程门阵列(21)、数字信号处理 芯片(20)组成，在信号处理电路板(8)上的信号放大电路(19)与第一、第二超声波接收 探头(2a、 2b)和采样电路(20)相连，采样电路(20)与信号放大电路(19)和现场可编 程门阵列(21)相连，现场可编程门阵列(21)与采样电路(20)和数字信号处理芯片(22) 相连，数字信号处理芯片(22)与现场可编程门阵列(21)相连。
专利摘要本实用新型公开了一种超声波二维定位装置，超声波接收探头通过超声波接收探头固定盖固定在超声波接收探头安装盒内，超声波接收探头安装盒通过管状支撑梁与信号处理电路板安装盒固定；超声波接收探头通过超声波接收探头固定盖固定在超声波接收探头安装盒内，超声波接收探头安装盒通过管状支撑梁与信号处理电路板安装盒相固定；信号处理电路板安装盒内底部固定有信号处理电路板，信号处理电路板安装盒上盖与信号处理电路板安装盒通过螺丝固定；超声波发射探头激励信号输入插座固定在超声波发射探头盒底座上，探头线分别与信号放大电路、超声波发射探头相连。该装置能有效的定位，并且能够在具有高定位精度的同时提供较长测量距离和较大的定位区域。
文档编号G01S5/18GK201408263SQ20092008413
公开日2010年2月17日 申请日期2009年3月13日 优先权日2009年3月13日
发明者桂琳琳, 王子成, 田永丰 申请人:武汉中科创新技术股份有限公司