本实用新型涉及一种超声测距仪。
背景技术：
超声测距仪或超声雷达在无人驾驶、工业控制等领域具有广泛的应用。在运动时障碍物检测方面超声波雷达阵列由于可行“接续检测”而起着关键的作业，但对于相对静止时的测距没有见到多传感器融合的实现方式。另外，多数对精度有一定要求的超声测距雷达都有附带温度测量模块并运用到测距计算，这就是所谓的温度补偿机制。
技术实现要素：
为了克服已有技术超声测距方式的依赖于温度补偿机制、运行可靠性较差、精度较低的不足,本实用新型提供了一种不依赖于温度补偿机制、运行可靠性较好、精度较高的三探头阵列超声测距仪。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种三探头阵列超声测距仪，包括三角基座，所述三角基座的每一个基座上设置超声探头，三个超声探头存在高度差，三个超声探头具有不同的发射超声频率，所述三个超声探头均与可控制单元连接，所述控制单元包括：用于监控三个超声探头同时发射并依次收到返回声波的监控模块，用于依照三个探头收发计时并根据最小二乘法计算距离的测距模块，所述监控模块与三个超声探头的启动受控端连接，所述三个超声探头的收发计时信号输出端与所述监控模块连接。
进一步，所述三角基座上具有不同高度的垫底衬高。通过不同的垫底衬高实现不同的高度差。
再进一步，所述三个超声探头的高度差，从低到高的两个高度差相等。
优选的，所述三角基座呈等边三角形。当然，也可以是其他三角形的方式。
更进一步，三个超声探头发射超声频率依次有倍程差异。
所述控制单元为工控板，所述工控板位于三角基座中央，所述工控板与电源模块连接。
所述工控板通过通信接口输出到远端的显示屏，所述显示屏位于三角底座反面。
三个超声探头的高度差为4cm，所述测距模块中，探头a距离目标物的间隔距离为s，超声声速为v确定三个探头a、b、c的收发时间为ta、tb、tc。
写成矩阵形式
利用最小二乘法得到
计算得到距离s。
本实用新型的有益效果主要表现在：本实用新型由三颗超声收发探头组成的阵列，它们不需要温度补偿模块，通过三颗探头的数据融合精确计算该阵列距离目标物的间隔，在应用中可以把该阵列看作一个单独的超声雷达，把它部署在多阵列的超声雷达阵列场合。该阵列装置本身可以实现精度高于附带温度补偿机制的距离测量，又不依赖于温度模块，使得系统设计简单，运用可靠，精度高。
附图说明
图1是三探头布局示意图。
图2是三探头在三角基座的高度差示意图。
图3是计算架构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1～图3，一种三探头阵列超声测距仪，包括三角基座，所述三角基座的每一个基座上设置超声探头，三个超声探头存在高度差，三个超声探头具有不同的发射超声频率，所述三个超声探头均与可控制单元连接，所述控制单元包括：用于监控三个超声探头同时发射并依次收到返回声波的监控模块，用于依照三个探头收发计时并根据最小二乘法计算距离的测距模块，所述监控模块与三个超声探头的启动受控端连接，所述三个超声生探头的收发计时信号输出端与所述监控模块连接。
进一步，所述三角基座上具有不同高度的垫底衬高。通过不同的垫底衬高实现不同的高度差。
再进一步，所述三个超声探头的高度差，从低到高的两个高度差相等。例如可以是4cm。
优选的，所述三角基座呈等边三角形。当然，也可以是其他三角形的方式。
更进一步，三个超声探头发射超声频率有倍程差异。
所述控制单元为工控板，所述工控板位于三角基座中央，所述工控板与电源模块连接。
所述工控板通过通信接口输出到远端的显示屏，所述显示屏位于三角底座反面。
三个超声探头的高度差为4cm，所述测距模块中，探头a距离目标物的间隔距离为s，超声声速为v确定三个探头a、b、c的收发时间为ta、tb、tc。
写成矩阵形式
利用最小二乘法得到
计算得到距离s。
本实施例中，如图1所示，三颗探头可以由不同高度的垫底衬高，使得高度差都是4厘米，三角座边长为20厘米到30厘米之间，具体根据探头口径长度设置。而探头口径又和各个探头的发射超声频率规格有关。a探头发射24k赫兹超声、b探头发射48k赫兹、c探头发射96k赫兹超声。根据超声近场距离n的数值计算公式：
可见为了保持三者的近场值不变，在a：b:c的频率f比值为1:2:4时，把a：b:c的口径d比值1:(1/1.414):(1/2)。
假设探头a距离目标物的间隔为s，超声声速为v，由于本方案不依赖于温度补偿机制，所以声速v是未知量。系统上电后，控制单元监控三颗探头同时进行发射，并依次收到返回声波。由于三颗探头发射声波频率有倍程差异，即便在运动时引入多普勒效应的情况下，根据返回波形的频率小幅偏移，能够判定a探头收回a探头发射的声波，b探头收回b发射的声波，c探头收回c发射的声波，并进行发收计时，确定时间为ta、tb、tc，根据最小二乘法计算距离s。
本实施例的工作过程为：
步骤1、控制单元启动各探头发射各自频率的超声；
步骤2、等到所有探头收到回波，并返回计时数值；
步骤3、使用以上介绍的最小二乘法计算距离s；
步骤4、回到步骤1。
其中步骤2，收到回波，进行频率判别，只有是当前探头发射的频率(容许一定程度的偏移)才可以认为是需要计时结束的回波。
本实施例的方案应用于阵列装置与测距物相对为静止状态。当阵列装置与测距物体之间有相对运动时，只要运动速度引起多普勒效应导致的频率偏移幅度在50％之内，仍旧适用。
1.一种三探头阵列超声测距仪，其特征在于，包括三角基座，所述三角基座的每一个基座上设置超声探头，三个超声探头存在高度差，三个超声探头具有不同的发射超声频率，所述三个超声探头均与可控制单元连接，所述控制单元包括：用于监控三个超声探头同时发射并依次收到返回声波的监控模块，用于依照三个探头收发计时并根据最小二乘法计算距离的测距模块，所述监控模块与三个超声探头的启动受控端连接，所述三个超声探头的收发计时信号输出端与所述监控模块连接。
2.如权利要求1所述的一种三探头阵列超声测距仪，其特征在于，所述三角基座上具有不同高度的垫底衬高。
3.如权利要求2所述的一种三探头阵列超声测距仪，其特征在于，所述三个超声探头的高度差，从低到高的两个高度差相等。
4.如权利要求1～3之一所述的一种三探头阵列超声测距仪，其特征在于，所述三角基座呈等边三角形。
5.如权利要求1～3之一所述的一种三探头阵列超声测距仪，其特征在于，三个超声探头发射超声频率依次有倍程差异。
6.如权利要求1～3之一所述的一种三探头阵列超声测距仪，其特征在于，所述控制单元为工控板，所述工控板位于三角基座中央，所述工控板与电源模块连接。
7.如权利要求6所述的一种三探头阵列超声测距仪，其特征在于，所述工控板通过通信接口输出到远端的显示屏，所述显示屏位于三角底座反面。
技术总结