[实用新型]一种扩大超声信号和红外信号接收角度和距离的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及超声和红外测距或定位的装置，具体涉及在超声测距或定位装置上，改进超声信号接收的角度和距离的声学设计装置，以及通过使用红外透镜来扩大红外信号的接收角度和距离的装置。

背景技术

超声测距和定位装置已经取得了广泛的应用，比如用于机器人视觉中，特别是最近几年在电子白板系统(包括复印式电子白板和交互式电子白板)中的应用，如附图1所示。

一个超声测距或定位系统大概包括两部分：发射部分和接收部分。超声测距/定位有两种模式：

一种是收发一体的，如倒车雷达，是指超声发射部分和接收部分在一个设备上，如图2所示。当发射出的超声信号，碰到障碍物被反射回后，通过测量发射信号和接收到返回信号的往返时间差，从而确定障碍物到设备的距离。如果装置上有两个或两个以上的超声接收传感器，就能测得障碍物距离这两个超声传感器(transducer)的距离，根据这两个距离和两个传感器在装置上的固定距离，我们就能定位障碍物。

还有一种是收发分开的，如图3所示。通常发射端是超声信号源，发射超声和红外信号，信号在介质中传输一段距离L后，被超声红外接收器，并通过信号处理器进行计算信号传输的距离。如果装置上有两个或两个以上的超声接收传感器，就能测得超声信号源距离这两个超声传感器(transducer)的距离，根据这两个距离和两个传感器在装置上的固定距离，我们就能定位超声信号源。这种收发分开的超声红外定位器，除了超声信号，还必须要有红外信号才能测距和定位。

附图1示例了一个电子白板系统的基本组成：超声波和红外信号发射笔、两个超声波和红外信号接收器及其测距模块和电子白板软件所在的计算机。现有的超声波接收器或者红外接收器普遍存在超声感应定向性、抗干扰超声能力弱、超声/红外信号的接收范围狭小等问题。

超声接收传感器一般都不是全向的。如图4所示，将超声接收传感器的接收面对着超声波的传播方向，超声波传播方向和超声接收传感器的接收面之间的夹角越小，超声接收传感器对这个方向上的入射超声波的声电转换效率就越低(增益越低)，所产生的电信号就越小；超声波传播方向和超声接收传感器的接收面之间的夹角越大，特别是超声接收传感器对垂直于接收面的入射超声波的声电转换效率最高，产生的电信号就最大。

在收发分开的超声测距装置中，红外接收传感器一般也是有向的。如图5所示，红外接收传感器光电转化增益是红外线的入射方向的函数。大于一定的角度，比如60度，即使很强的入射光，也产生不出幅度明显的电信号。

对于一个实用的超声测距或定位系统，因为目标(障碍物/超声信号源)可能出现于超声和红外接收传感器的任何方向，所以有必要采用全向的超声接收传感器。对于收发分离的超声测距或定位系统，为配合全向的超声接收，红外接收的角度也需要扩大。

发明内容

本实用新型提出了一种超声收集器，通过它，传统的有向超声接收传感器(directionalultrasonic receiver)能变成一个全向的超声接收器，能接收到来自各个方向的超声信号；同时我们还设计一个干扰超声吸收装置/结构，这种结构能有效地阻挡来自干扰方向的超声信号进入超声接收传感器的接受范围；并且将这个干扰超声吸收装置/结构和上述全向的超声信号接收器结合在一起，从而避免该干扰方向的超声信号影响后续的信号处理，提高了全向的超声接收器接收信号的信噪比。此外，为配合超声信号接收范围的扩大，我们还提出了利用凸透镜来扩大红外接收传感器的红外接收角度。本实用新型具有如下几方面的特征：

第一方面，发明了一种全向超声信号接收器，其包括：有向的超声接收传感器(61)，超声波反射器(62)，干扰超声吸收结构；其中，超声接收传感器(61)的接收面平行于超声波的传播方向，接收面的下方具有一个具有凹光滑曲面或圆锥斜面的超声波反射器(62)，该超声波反射器(62)的反射面能将沿水平方向传播的超声波反射进超声接收传感器(61)的接收区内；干扰超声吸收结构具有至少一层硬质层结构来消除干扰超声波，层与层之间的间距根据实际设计需要来确定，并将这个干扰超声吸收结构和有向的超声接收传感器结合在一起，这种复合的结构能使全向超声信号接收器随意设定超声信号的接收范围和阻挡范围。