一种超声波测距装置
阅读说明：本技术 一种超声波测距装置 (Ultrasonic ranging device ) 是由 慕元鑫 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及测距技术领域,尤其涉及一种超声波测距装置,其包括升降架、第一支撑板、第一转动球、转盘、第二转动球和电源；升降架顶部设置盒体；第一支撑板设置在盒体底部,第一支撑板上设置有球形槽,第一转动球转动设置在球形槽内,第一转动球上设置支撑杆；转盘设置在支撑杆端部,转盘上设置有激光发生器和安装板,安装板上设置超声波收发器；第二转动球转动设置在转盘上,第二转动球上设置多级相互套接的筒体,直径最小的一组筒体端部设置温度传感器；电源设置在盒体内,盒体内设置有控制系统。本发明中,通过精准调节超声波收发器位置和增设温度修正,大大提高了距离测量的精度。(The invention relates to the technical field of distance measurement, in particular to an ultrasonic distance measurement device which comprises a lifting frame, a first supporting plate, a first rotating ball, a rotating disc, a second rotating ball and a power supply, wherein the lifting frame is arranged on the upper portion of the lifting frame; the top of the lifting frame is provided with a box body; the first supporting plate is arranged at the bottom of the box body, a spherical groove is formed in the first supporting plate, the first rotating ball is rotatably arranged in the spherical groove, and a supporting rod is arranged on the first rotating ball; the turntable is arranged at the end part of the support rod, the laser generator and the mounting plate are arranged on the turntable, and the ultrasonic transceiver is arranged on the mounting plate; the second rotating ball is rotatably arranged on the turntable, a plurality of stages of mutually sleeved cylinders are arranged on the second rotating ball, and the end parts of one group of cylinders with the smallest diameter are provided with temperature sensors; the power supply is arranged in the box body, and a control system is arranged in the box body. According to the invention, the precision of distance measurement is greatly improved by accurately adjusting the position of the ultrasonic transceiver and additionally arranging temperature correction.)
技术领域
本发明涉及测距技术领域，尤其涉及一种超声波测距装置。
背景技术
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现，超声波测距一般范围在5米以内。超声是一种机械振动模式，通常以纵波的方式在介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，因此如果需要通过超声波测量距离，就需要保证超声波发出方向与被测物体正对，否则容易导致测量偏差，现有的超声波测距装置仅仅依靠操作者目视来进行角度调节，测量精度难以保证，且现在超声波测距装置距离计算时超声波按照常温下的速度进行计算，实际上不同的温度对超声波传递速度有一定影响，如果不消除温度带来的误差，会进一步降低测量精度，不符合高精度测距要求。
中国实用新型专利公告号为CN213338031U提出的一种便携式土木工程用超声波测距装置，装置本体内部的超声波装置、定位装置和望远镜能够首先对测距位置进行对准，但激光发射器和超声波发生器发射方向平行，如果为较大的物体，测量精度能够保证，但如果是很小的物体，必然会使超声波与物体之间无法形成直线关系，造成测量距离值比实际距离值要大，在高精度场合显然是不许与的。
发明内容
本发明目的是针对背景技术中存在的超声波测距装置因超声波与物体之间不能形成直线关系导致精度降低以及未消除温度带来的影响的问题，提出一种超声波测距装置。
一方面，本发明提出了一种超声波测距装置，包括升降架、第一支撑板、第一转动球、转盘、第二转动球、电源和电源接口；
升降架底部设置多组支撑腿，升降架顶部设置盒体，盒体顶部和一侧开口；第一支撑板设置在盒体底部内侧，第一支撑板上设置有球形槽，球形槽在第一支撑板朝向以及背向转盘的端面上均形成开口，第一转动球配合转动设置在球形槽内，盒体内设置有限制第一转动球转动的第一限位组件，第一转动球上设置支撑杆；转盘竖直且转动设置在支撑杆端部，转盘背向第一支撑板的端面上设置有激光发生器和安装板，安装板上设置超声波收发器，激光发生器和超声波收发器位于转盘的直径两端，支撑杆上设置有限制转盘转动的第二限位组件；第二转动球转动设置在转盘上，第二转动球上设置多级相互套接的筒体，多组筒体远离第二转动球的一端设置有密封限位装置，密封限位装置用来密封两组相邻的筒体之间的间隙同时限制内部的一组筒体不能从外部的筒体内滑出，直径最小的一组筒体远离第二转动球的一端设置温度传感器，转盘上设置伸缩调节组件，伸缩调节组件用来使多组筒体伸长或收缩，转盘上设置有用来调节筒体角度的水平调节组件；电源设置在盒体内，电源接口设置在盒体上，电源接口与电源电性连接，盒体内设置有控制系统。
优选的，第一限位组件包括电动伸缩杆和夹块；电动伸缩杆水平设置在盒体内壁上；夹块设置在电动伸缩杆的端部，夹块朝向第一转动球的端面为球形面，球形面与第一转动球外周面贴合。
优选的，第二限位组件包括第二支撑板、限位杆和弹簧；第二支撑板设置在支撑杆上，第二支撑板与转盘平行，第二支撑板上设置有供限位杆穿过的通孔；转盘朝向第二支撑板的端面上设置两组盲孔，两组盲孔位于转盘直径两端；限位杆一端设置限位板，限位杆另一端穿过通孔并配合插入盲孔内；弹簧套在限位杆上，弹簧一端与限位板连接，弹簧另一端与第二支撑板连接，弹簧处于拉伸状态。
优选的，伸缩调节组件包括拉绳、动力装置、绕线轮、第一充气装置和第一通气软管；第一充气装置设置在转盘上，第一充气装置通过第一通气软管内最外侧的筒体内腔连通；动力装置设置在转盘背向筒体的端面上，绕线轮设置在动力装置的转动轴上；拉绳一端绕在绕线轮上，拉绳另一端穿过转盘和第二转动球伸入多组筒体内并与温度传感器连接。
优选的，水平调节组件包括第二充气装置、气囊、底挡板、限位环、侧挡板和顶挡板；顶挡板水平设置在转盘上，顶挡板位于第二转动球上方；侧挡板设置相互平行的两组，侧挡板竖直设置，侧挡板位于顶挡板下方；底挡板转动设置在转盘上，底挡板水平设置，底挡板位于两组侧挡板之间；第二充气装置设置在侧挡板上，第二充气装置通过第二通气软管与气囊连通，气囊设置在转盘上，气囊位于底挡板下方并与底挡板底部挤压接触；限位环设置在最外侧筒体上，限位环外周壁与底挡板、顶挡板以及两组侧挡板均接触，限位环设置多组。
优选的，安装板长度大于侧挡板和顶挡板的长度。
优选的，转盘外周壁上设置多组凸起拨块，多组凸起拨块以转盘轴线为中心沿圆周均匀分布。
另一方面，本发明提出一种上述超声波测距装置的超声波测距方法，包括以下步骤：S1、张开多组支撑腿，将升降架放置在需要位置处，打开激光发生器发出激光；S2、调节升降架高度和调节第一转动球角度，使激光正对被测物体，然后通过电动伸缩杆推动夹块压紧在第一转动球上对第一转动球进行固定，关闭激光发生器；S3、将限位杆从盲孔内拔出，转动转盘一百八十度，使超声波收发器转动至原激光发生器位置处，再将限位杆插入另一组盲孔内；S4、第二充气装置充气使气囊膨胀带动底挡板向上翻转，底挡板向上推动筒体使其处于水平状态，第一充气装置向筒体内充气，多组筒体依次伸出带动温度传感器移动，温度传感器每隔一个设定时间A就采集一次温度数据，并发送至控制系统，控制系统得出温度平均值，并对超声波传播速度进行校正；S5、温度数据采集完毕后，第一充气装置抽出筒体内空气，第二充气装置抽出气囊内空气，同时动力装置带动绕线轮转动，通过绕线轮带动拉绳将多组筒体收回；S6、超声波收发器发出超声波并接收反射回来的超声波，经放大电路处理后得出传播时间，再根据校正后的超声波传播速度得出测量距离。
与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：张开多组支撑腿，将升降架放置在需要位置处，打开激光发生器发出激光，调节升降架高度和调节第一转动球角度，使激光正对被测物体，然后通过第一限位组件对第一转动球进行固定，关闭激光发生器，转动转盘一百八十度，使超声波收发器转动至原激光发生器位置处，再通过第二限位组件对转盘进行固定，水平调节组件使筒体处于水平状态，伸缩调节组件使多组筒体伸出，温度传感器采集多组温度数据并传递至控制系统，温度数据采集完毕后，伸缩调节组件使多组筒体依次收回，水平调节组件使筒体处于竖直状态减小占用空间，超声波收发器发出超声波并接收反射回来的超声波，经放大电路处理后得出传播时间，再根据校正后的超声波传播速度得出测量距离。综上，通过精准调节超声波收发器位置，使其完全正对被测物体，提高了距离测量的精度，且增设温度修正，保证超声波的计算值符合实际温度中的传播速度值，避免了不同温度造成超声波传播速度不一致导致的计算结果出现的偏差，进一步提高了超声波测距的精度。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图；
图2为图1的主视剖视图；
图3为图1的俯视图；
图4为图2的A处放大示意图；
图5为超声波测距方法的流程图。
附图标记：1、升降架；2、支撑腿；3、盒体；4、第一支撑板；5、第一转动球；6、支撑杆；7、转盘；8、安装板；9、超声波收发器；10、激光发生器；11、凸起拨块；12、第二转动球；13、筒体；14、密封限位装置；15、温度传感器；16、拉绳；17、动力装置；18、绕线轮；19、第一充气装置；20、第一通气软管；21、第二充气装置；22、气囊；23、底挡板；24、限位环；25、侧挡板；26、顶挡板；27、电动伸缩杆；28、夹块；29、电源；30、电源接口；31、第二支撑板；32、限位杆；33、限位板；34、弹簧。
具体实施方式
实施例一
如图1-4所示，本发明提出的一种超声波测距装置，包括升降架1、第一支撑板4、第一转动球5、转盘7、第二转动球12、电源29和电源接口30；
升降架1底部设置多组支撑腿2，升降架1顶部设置盒体3，盒体3顶部和一侧开口；第一支撑板4设置在盒体3底部内侧，第一支撑板4上设置有球形槽，球形槽在第一支撑板4朝向以及背向转盘7的端面上均形成开口，第一转动球5配合转动设置在球形槽内，盒体3内设置有限制第一转动球5转动的第一限位组件，第一转动球5上设置支撑杆6；转盘7竖直且转动设置在支撑杆6端部，转盘7背向第一支撑板4的端面上设置有激光发生器10和安装板8，安装板8上设置超声波收发器9，激光发生器10和超声波收发器9位于转盘7的直径两端，支撑杆6上设置有限制转盘7转动的第二限位组件；第二转动球12转动设置在转盘7上，第二转动球12上设置多级相互套接的筒体13，多组筒体13远离第二转动球12的一端设置有密封限位装置14，密封限位装置14用来密封两组相邻的筒体13之间的间隙同时限制内部的一组筒体13不能从外部的筒体13内滑出，直径最小的一组筒体13远离第二转动球12的一端设置温度传感器15，转盘7上设置伸缩调节组件，伸缩调节组件用来使多组筒体13伸长或收缩，转盘7上设置有用来调节筒体13角度的水平调节组件；电源29设置在盒体3内，电源接口30设置在盒体3上，电源接口30与电源29电性连接，盒体3内设置有控制系统，控制系统与第一限位组件、伸缩调节组件、水平调节组件以及超声波收发器9均控制连接，控制系统与温度传感器15电性连接，控制系统内设置超声波传播速度校正模块，超声波传播速度校正模块用来接收温度传感器15检测的温度并得出平均值，并将平均温度值输入至超声波传播速度公式内，得出符合当前环境的超声波传播速度，控制系统内设置计时模块。
本实施例的工作过程：张开多组支撑腿2，将升降架1放置在需要位置处，打开激光发生器10发出激光，调节升降架1高度和调节第一转动球5角度，使激光正对被测物体，然后通过第一限位组件对第一转动球5进行固定，关闭激光发生器10，转动转盘7一百八十度，使超声波收发器9转动至原激光发生器10位置处，再通过第二限位组件对转盘7进行固定，水平调节组件使筒体13处于水平状态，伸缩调节组件使多组筒体13伸出，温度传感器15采集多组温度数据并传递至控制系统，温度数据采集完毕后，伸缩调节组件使多组筒体13依次收回，水平调节组件使筒体13处于竖直状态减小占用空间，超声波收发器9发出超声波并接收反射回来的超声波，经放大电路处理后得出传播时间，再根据校正后的超声波传播速度得出测量距离。本实施例中，通过精准调节超声波收发器9位置，使其完全正对被测物体，提高了距离测量的精度，且增设温度修正，保证超声波的计算值符合实际温度中的传播速度值，避免了不同温度造成超声波传播速度不一致导致的计算结果出现的偏差，进一步提高了超声波测距的精度。
所述转盘7外周壁上设置多组凸起拨块11，多组凸起拨块11以转盘7轴线为中心沿圆周均匀分布，便于转动转盘7。
实施例二
本发明提出的一种超声波测距装置，相较于实施例一，第一限位组件包括电动伸缩杆27和夹块28；电动伸缩杆27水平设置在盒体3内壁上；夹块28设置在电动伸缩杆27的端部，夹块28朝向第一转动球5的端面为球形面，球形面与第一转动球5外周面贴合。
本实施例中，通过电动伸缩杆27的伸缩带动夹块28移动，当夹块28抵压在第一转动球5上时，第一转动球5就被固定无法继续转动，从而对转盘7进行固定，当夹块28脱离第一转动球5时，第一转动球5可以自由移动，便于调节激光发生器10角度。
实施例三
本发明提出的一种超声波测距装置，相较于实施例一，第二限位组件包括第二支撑板31、限位杆32和弹簧34；第二支撑板31设置在支撑杆6上，第二支撑板31与转盘7平行，第二支撑板31上设置有供限位杆32穿过的通孔；转盘7朝向第二支撑板31的端面上设置两组盲孔，两组盲孔位于转盘7直径两端；限位杆32一端设置限位板33，限位杆32另一端穿过通孔并配合插入盲孔内；弹簧34套在限位杆32上，弹簧34一端与限位板33连接，弹簧34另一端与第二支撑板31连接，弹簧34处于拉伸状态。
本实施例中，将限位杆32从盲孔内拉出后即可对转盘7进行转动，将限位杆32插入盲孔内即可固定转盘7，操作简单方便。
实施例四
本发明提出的一种超声波测距装置，相较于实施例一，伸缩调节组件包括拉绳16、动力装置17、绕线轮18、第一充气装置19和第一通气软管20；第一充气装置19设置在转盘7上，第一充气装置19通过第一通气软管20内最外侧的筒体13内腔连通；动力装置17设置在转盘7背向筒体13的端面上，绕线轮18设置在动力装置17的转动轴上；拉绳16一端绕在绕线轮18上，拉绳16另一端穿过转盘7和第二转动球12伸入多组筒体13内并与温度传感器15连接。
本实施例中，第一充气装置19向筒体13内充气，多组筒体13依次伸出即可带动温度传感器15向前移动。
实施例五
本发明提出的一种超声波测距装置，相较于实施例一，水平调节组件包括第二充气装置21、气囊22、底挡板23、限位环24、侧挡板25和顶挡板26；顶挡板26水平设置在转盘7上，顶挡板26位于第二转动球12上方；侧挡板25设置相互平行的两组，侧挡板25竖直设置，侧挡板25位于顶挡板26下方；底挡板23转动设置在转盘7上，底挡板23水平设置，底挡板23位于两组侧挡板25之间；第二充气装置21设置在侧挡板25上，第二充气装置21通过第二通气软管与气囊22连通，气囊22设置在转盘7上，气囊22位于底挡板23下方并与底挡板23底部挤压接触；限位环24设置在最外侧筒体13上，限位环24外周壁与底挡板23、顶挡板26以及两组侧挡板25均接触，限位环24设置多组。
本实施例中，第二充气装置21充气使气囊22膨胀带动底挡板23向上翻转，底挡板23向上推动筒体13使其处于水平状态，限位环24外周壁与底挡板23、顶挡板26以及两组侧挡板25均接触后即可进行固定。
所述安装板8长度大于侧挡板25和顶挡板26的长度，防止侧挡板25对超声波的传播造成影响。
实施例六
如图5所示，本发明提出的一种超声波测距装置，相较于实施例一至实施例五任一所述，还包括超声波测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、张开多组支撑腿2，将升降架1放置在需要位置处，打开激光发生器10发出激光；
S2、调节升降架1高度和调节第一转动球5角度，使激光正对被测物体，然后通过电动伸缩杆27推动夹块28压紧在第一转动球5上对第一转动球5进行固定，关闭激光发生器10；
S3、将限位杆32从盲孔内拔出，转动转盘7一百八十度，使超声波收发器9转动至原激光发生器10位置处，再将限位杆32插入另一组盲孔内；
S4、第二充气装置21充气使气囊22膨胀带动底挡板23向上翻转，底挡板23向上推动筒体13使其处于水平状态，第一充气装置19向筒体13内充气，多组筒体13依次伸出带动温度传感器15移动，温度传感器15每隔一个设定时间A就采集一次温度数据，并发送至控制系统，控制系统得出温度平均值，并对超声波传播速度进行校正；
S5、温度数据采集完毕后，第一充气装置19抽出筒体13内空气，第二充气装置21抽出气囊22内空气，同时动力装置17带动绕线轮18转动，通过绕线轮18带动拉绳16将多组筒体13收回；
S6、超声波收发器9发出超声波并接收反射回来的超声波，经放大电路处理后得出传播时间，再根据校正后的超声波传播速度得出测量距离。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下还可以作出各种变化。
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