水下测距的超声波换能器、系统及其测距方法与流程

本申请涉及超声波水下测距的，尤其涉及一种水下测距的超声波换能器及其测距方法。

背景技术：

1、水下机器人是一种工作于水下的极限作业机器人。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。近年来，水下机器人检测已经逐渐在海上风电领域开始得到应用，由于海上风电目前处于近海，水深较浅，海底地形较复杂，人工障碍物多，水下机器人在工作时需要测距设备来检测海底礁石或者障碍物，防止机器人移动过程中发生碰撞损害。

2、目前安装在水下机器人上的测距装置探测角度较小，探测精度较低，当需要增大探测角度时，必须降低工作频率，当降低工作频率时尺寸也会随着增大，很难满足小型化的需求。

3、此外，目前安装在水下机器人上的测距探头结构复杂，安装难度高，且需要较高的防水要求。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种水下测距的超声波换能器，该超声波换能器测距的角度大，满足近距离以及远距离的探测，探测精度高，同时该超声波换能器的防水性能好，满足水底的防水要求。

2、本申请第一方面提供一种水下测距的超声波换能器，包括：壳体，所述壳体内设有内腔，所述内腔内设有电路板、多个换能片，所述电路板与所述换能片连接；所述换能片与所述内腔固定连接，多个所述换能片倾斜设置，倾斜的所述换能片之间形成夹角。

3、优选地，所述壳体上方设有上盖，所述上盖与所述壳体之间设有密封圈，通过自攻螺丝进行挤压密封。

4、进一步地，所述内腔底部设有多个安装槽，所述换能片分别设于所述安装槽内，所述安装槽的底面为倾斜面，使得所述换能片倾斜设置。

5、具体地，所述倾斜面向远离所述内腔中轴线的方向倾斜。

6、本申请第二方面提供一种水下测距的超声波换能器的系统，包括：电源模块、单片机、485模块、升压驱动模块、换能片、信号放大电路，所述电源模块连接所述单片机和所述升压驱动模块，并为所述单片机及所述升压驱动模块提供电源；所述单片机连接所述升压驱动模块，并发送控制信号给所述升压驱动模块；所述升压驱动模块连接所述换能片，所述升压驱动模块根据控制信号驱动所述换能片；所述换能片发送测量声波信号、接收被测物体发送的回波信号，所述换能片连接所述信号放大电路，所述信号放大电路将所述回波信号进行放大，所述单片机采集所述放大信号，所述单片机根据所述放大信号计算出所述水下测距的超声波换能器与所述被测物体之间的距离值；所述485模块为通讯单元，与所述单片机连接，所述单片机通过所述485模块接收外部命令，发送所述距离值。

7、进一步地，所述所述升压驱动模块将所述单片机的控制信号升压为高压驱动信号，所述高压驱动信号驱动所述换能片。

8、优选地，所述换能片与所述信号放大电路之间驱动隔离限制电路，将驱动电压与放大信号进行限幅隔离。

9、具体的，所述驱动隔离限制电路上设有两个并联的限压二极管，防止所述升压驱动模块的高电压信号击穿损坏所述信号放大电路。

10、本申请第三方面提供一种水下测距的超声波换能器的测距方法，包括：

11、s1，所述水下测距的超声波换能器上电，接通电源；

12、s2，单片机初始化；

13、s3，启动换能片，同时控制驱动频率对所述换能片进行驱动；

14、s4，定时器开启计时；

15、s5，换能片发送测量声波信号；

16、s6，换能片接收被测物体发送的回波信号；

17、s7，换能片将回波信号转换出电压值给到所述信号放大电路；

18、s8，所述信号放大电路对电压值进行放大处理，并将处理后的电压值发送给所述单片机；

19、s9，单片机采集放大后的所述电压值；

20、s10，定时器结束计时；

21、s11，单片机根据所述电压值以及计时的时间计算并转换出距离值；

22、s12，485模块下发命令获取距离值。

23、具体的，定时器停止计时，计算出测量声波在水下传播时间t，结合声波在水下传播的速度v，计算出水下测距的超声波换能器到被测物体之间的距离d，d＝vt。

24、本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：该水下测距的超声波换能器上设有多个换能片，所述换能片倾斜设置，增大该水下测距的超声波换能器的探测角度，使得该水下测距的超声波换能器满足近距离以及远距离的探测，探测精度高。该种水下测距的超声波换能器的系统，通过电路设计及各电路模块之间的配合在不降低工作频率及不大幅增大探头尺寸的情况下实现探测角度的增大。在超声波换能器的外壳与上盖间加密封圈，通过自攻螺丝来挤压密封，换能器的密封性优异，经过测试可达到ip68等级，可适应水下极端环境。

25、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种水下测距的超声波换能器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的水下测距的超声波换能器，其特征在于：所述壳体上方设有上盖，所述上盖与所述壳体之间设有密封圈，通过自攻螺丝进行挤压密封。

3.根据权利要求1所述的水下测距的超声波换能器，其特征在于：所述内腔底部设有多个安装槽，所述换能片分别设于所述安装槽内，所述安装槽的底面为倾斜面，使得所述换能片倾斜设置。

4.根据权利要求3所述的水下测距的超声波换能器，其特征在于：所述倾斜面向远离所述内腔中轴线的方向倾斜。

5.一种水下测距的超声波换能器的系统，使用权利要求1至4任意一项所述的水下测距的超声波换能器，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的水下测距的超声波换能器的系统，其特征在于：所述所述升压驱动模块将所述单片机的控制信号升压为高压驱动信号，所述高压驱动信号驱动所述换能片。

7.根据权利要求5所述的水下测距的超声波换能器的系统，其特征在于：所述换能片与所述信号放大电路之间驱动隔离限制电路，将驱动电压与放大信号进行限幅隔离。

8.根据权利要求7所述的水下测距的超声波换能器的系统，其特征在于：所述驱动隔离限制电路上设有两个并联的限压二极管，防止所述升压驱动模块的高电压信号击穿损坏所述信号放大电路。

9.一种水下测距的超声波换能器的测距方法，使用权利要求5至8任意一项所述的水下测距的超声波换能器的系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的水下测距的超声波换能器的测距方法，其特征在于：定时器停止计时，计算出测量声波在水下传播时间t，结合声波在水下传播的速度v，计算出水下测距的超声波换能器到被测物体之间的距离d，d＝vt。

技术总结本申请是关于一种水下测距的超声波换能器，包括：壳体，所述壳体内设有内腔，所述内腔内设有电路板、多个换能片，所述电路板与所述换能片连接；所述换能片与所述内腔固定连接，多个所述换能片倾斜设置，倾斜的所述换能片之间形成夹角。该水下测距的超声波换能器上设有多个换能片，所述换能片倾斜设置，增大该水下测距的超声波换能器的探测角度，使得该水下测距的超声波换能器满足近距离以及远距离的探测，探测精度高。该种水下测距的超声波换能器的系统，通过电路设计及各电路模块之间的配合在不降低工作频率及不大幅增大探头尺寸的情况下实现探测角度的增大。技术研发人员：郭伟奇,蓝秋明,覃东受保护的技术使用者：广东奥迪威传感科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11