超声波测距系统外文文献翻译

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外文文献及中文翻译

文献题目： ULTRASONIC RANGING SYSTEM 文献出处： United States Patent

译文题目：超声波测距系统

学生：

指导教师：

专业班级：自动化11-4

学号： 110601140416

电气信息工程学院

2014年5月1日

超声波测距系统

摘要

超声波测距系统，是指选择性地激励一个变压器，使之产生换能器驱动信号。超声换能器发射的超声波脉冲用于响应驱动信号然后接收到一个在超声波信号发出之后的回波信号。分路开关接在变压器的绕组上，当超声波信号的传输在允许的近距离范围内达到一个稳定的等级，分路开关选择性的闭合来阻止蜂鸣器报警。

第1章发明背景

像在宝丽来相机中应用的可用范围测试系统，它们都是准确而且可靠的，但都不适用于近距离测距，举个例子，2到3英寸的距离内就不适用，所以他们在9英寸甚至更远的距离测距是可靠的。

它们可以应用在很多的应用程序中，但不适用于可移动机器人领域内。机器人通常必须通过门口只有两三英寸的间隙，如果当可移动机器人被操作于避障模式下通过狭小空间，可能机器人的规避路径过于狭窄，此外,规避动作应该使偏指定的路径距离最小化。近距离测距不用于超声波系统的一个原因是，近距离输出脉冲输出太长以至于它重叠在回波脉冲上，即使输出脉冲缩短,输出脉冲仍然重叠回波脉冲，因为声音紧跟着输出脉冲。

备中产生的回波信号脉冲的范围为100毫伏，但设置传感器响应所必需的电路回声脉冲是大约150伏到300伏之间。因此即使是最小的声波也会盖过回声信号。事实上,dual-diode钳位电路用于将150伏降低到二极管的击穿电压，即0.7伏特。但是这700毫伏足以盖过100毫伏的回波信号。目前系统需要50毫秒将300伏特的峰值发射电压降到0.7伏特，且额外需要500到600毫秒的时间将它稳定在1毫伏范围。

第2章发明总结

本发明可以提供一种改进的超声波测距系统。

本发明也可以提供一个改进的多通道超声波测距系统。

本发明也可以提供一种装有改进的超声波测距系统的车辆移动机器人。

本发明也能使超声波测距的范围及其精准。

本发明也可以为超声波测距系统提供更短的脉冲输出。

本发明可以使超声波测距系统的铃声远低于回波信号的水平。

同时也可以使超声波测距系统所有铃声低于回波信号的速度变得非常快，并在回波信号出现之前完成这个操作。

这个发明可以通过选择性的分流传动变压器的绕组从而快速的抑制振铃换能器的驱动信号来实现真正的短距离测距系统，这些都明确后，窗口就会迅速的返回短程回波。

这个超声波测距系统包括一个变压器并且通过选择性的方法激励变压器产生一个换能器驱动信号。这是一个可以发射超声波脉冲响应的驱动信号，同时在收到回波脉冲中生成一个回波信号的超声波换能器。阻尼法包括连着并联开关的绕组变压器，并且这个方法可以选择性的关闭并联开关，同时快速的阻尼振铃后超声波脉冲的传输水平会大大低于回波信号允许的水平。主要的体现为并联开关连接低压绕组变压器并且换能器是耦合高压绕组的变压器，可能会有一种降低方式来降低高压绕组和回波信号的水平高度。

该系统还包括拥有能生成一系列回波信号的方法。这意味着生成的一系列信号的同时还需要整合回波信号的积分电路。当比较器提供一个复位信号时，这是积分电路输出达到预定的水平。并且一个控制电路所设定的驱动信号在复位时，比较器会输出当积分电路达到预定水平时提供的一系列的信号的设置时间和重置时间。超声波测距系统可能是一个频道多通道的系统，同时整个系统可能是一个车辆或者是一个移动机器人。输出的脉冲也可以是一个或者许多个脉冲。

第3章运用超声波测距的比较好的例子

其他对象、特点和优势会在下面的描述中还有图纸中得以体现，其中：

图一是一个机器人的侧轴投影，这个发明结合了超声波测距系统；

图二是图一的分层视图，其中机器人有部分元件删除；

图三是图一、图二中所示装置的电子模块框图；

图四A图一所示机器人的超声波、红外和微波传感器的概念图；

图四B是侧视图，图A是俯视图；

图五A图三所示超声波模块中的传感器控制模块和超声波传感器的原理框图；

图五B是控制超声波模块中的微处理器的软件的流程图

图六是一个的电子机器人底盘的俯视图，显示了图一图二的传感器控制模块、传感器、超声波模块和电源；

图七A是如图五图六所示的传感器控制模块的详细框图；

图七B是显示图七A各种信号关系的时序图；

图八是图七的更详细的变压器驱动原理图；

如图一所示，机器人10，这个发明包括头部12，基座14，它们可在三个轮子上移动，这三个轮子中只有16和18是可见的，轮子安装在三个可操作的座上，其中只有22和20是可见的，有24个超声换能器24像是宝丽来相机上安装的静电传感器，它们等距的围绕在基座14上，每两个夹角15度。在脖子26上有六个被动红外探测器28、30、32、34、36、38，其中只有28和30是可见的。这些探测器夹角都是60度，是等距的，可能是ARITECH的dr-321型号。紧上方是两个指挥带50、52，他们是用来给充电臂机器人电池充电的。机头部分12安装到底座14上在底座14中轴线上，可旋转。机头12上携带一个射频天线65，用于发送和接收通信信号的基本位置。机头部分12还包含一个红外传感器68，它被用在近红外区感应辐射，例如904纳米灯塔的LED灯62，其中一个或多个被安装在墙上用来保护机器人10还有协助机器人10定位和引导机器人10在该地区巡逻。超声换能器66类似于换能器24用于操纵换能器24避免超过范围68。同样也有一个被动红外传感器68和传感器28-38。微波传输和接收天线70和电视摄像机72在明显的入侵发生时也会启动，他们也包含在机头12内。

基座14主要包括可携带三个12V凝胶细胞电池82的底盘，这种电池只是其中的一种，在充满电的时候可以操控机器人12个小时或更长的时间。带有轮子16,18的卡车20,22，轮子分别从底盘悬挂80,同时安装上直角驱动器84，垂直驱动轴86和输入输出水平转动轴88。操作滑轮90，通过皮带94连接车轮16上垂直轴86的驱动轴96和与其对应的驱动轴98，由各自的驱动链轮100,102,104或者滑轮并且安装在底盘。机器人上装有一个带有电机110的编码器111用来监测机器人的速度。一个惰轮112给皮带106提供适当的张力。三个额外的轴，只显示其中的99，同心轴86,96,98。并且分别由第二组滑轮或者是链轮120,122,124驱动用传动皮带126驱动链轮驱动转相关电动机130安装在底盘80。惰轮131用于维护皮带126张力。编码器132与电机130提供输出指示性转向的位置。转向