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1、(10)申请公布号 CN 103969655 A (43)申请公布日 2014.08.06 CN 103969655 A (21)申请号 201410218691.2 (22)申请日 2014.05.22 G01S 17/08(2006.01) (71)申请人 刘达 地址 200040 上海市静安区昌平路 556 弄 2 号 2502 室 申请人 唐克良 胡舟燕 (72)发明人 刘达 唐克良 胡舟燕 (74)专利代理机构 上海精晟知识产权代理有限 公司 31253 代理人 冯子玲 (54) 发明名称 基于电容放电电压时差精准测量距离装置及 方法 (57) 摘要 本发明提供一种基于电容放电电压时。
2、差精准 测量距离装置， 电容器 C 充电时， 电压测试电路获 得电容器 C 的初始电压 V1 ； 控制器控制发射器发 射红外光， 同时控制电容器 C 进行放电 ； 当接收器 接收到返回的红外光， 控制器控制电容器 C 停止 放电， 获得电容器C的关断电压V2 ； 计算器计算获 得距离。其优点在于利用电容在极短时间内放电 后的电压差来计算红外线传播时间， 从而实现计 算距离的精准测量， 应用于阅读、 观看屏幕或书籍 时， 人体与设备之间的距离精准测量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书。
3、1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103969655 A CN 103969655 A 1/1 页 2 1. 一种基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 其特征在于 ： 包括电容器 (C) 充放 电电路、 所述电容器 (C) 的电压测试电路、 发射器、 接收器、 控制器和计算器 ； 其中， 所述电容器 (C) 充电时， 所述电压测试电路获得所述电容器 (C) 的初始电压 (V1) ； 所述控制器控制所述发射器发射红外光， 同时控制所述电容器 (C) 进行放电 ； 当所述接收器接收到返回的红外光， 所述控制器控制所述电容器 (C) 停止放电， 获得 所述电容器 (C) 的关断。
4、电压 (V2) ； 所述计算器计算红外线飞行时间 T 公式如下 ： T *(V1-V2)*C*R 其中， 为电路补偿系数， R 为电容放电电阻 ； 所述计算器计算被测物体的距离公式如下 ： D 光速 *T/2。 2. 根据权利要求 1 所述的基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 其特征在于 ： 其中， 所述红外线波长为 700-2500 纳米。 3. 根据权利要求 1 所述的基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 其特征在于 ： 其中， 所述电路补偿系数 为 0-1。 4. 根据权利要求 3 所述的基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 其特征在于 ： 其中， 所述电路补偿系数 为 0.5。。
5、 5. 根据权利要求 1 所述的基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 其特征在于 ： 其中， 所述初始电压 (V1) 和所述关断电压 (V2) 范围为 0-300V。 6. 一种基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 其特征在于 ： 电容器 (C) 充电， 获得所述电容器 (C) 的初始电压 (V1) ； 控制器控制发射器发射红外光， 同时控制所述电容器 (C) 进行放电 ； 当接收器接收到返回的红外光， 所述控制器控制所述电容器 (C) 停止放电， 获得所述 电容器 (C) 的关断电压 (V2) ； 红外线飞行时间 T 计算公式如下 ： T *(V1-V2)*C*R 其中， 为电路补偿系。
6、数， R 为电容放电电阻 ； 被测物体的距离计算公式如下 ： D 光速 *T/2。 7. 根据权利要求 6 所述的基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 其特征在于 ： 其中， 所述红外线波长为 700-2500 纳米。 8. 根据权利要求 6 所述的基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 其特征在于 ： 其中， 所述电路补偿系数 为 0-1。 9. 根据权利要求 8 所述的基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 其特征在于 ： 其中， 所述电路补偿系数 为 0.5。 10. 根据权利要求 6 所述的基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 其特征在于 ： 其中， 所述初始电压 (V1)。
7、 和所述关断电压 (V2) 范围为 0-300V。 权 利 要 求 书 CN 103969655 A 2 1/3 页 3 基于电容放电电压时差精准测量距离装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种测量距离装置及方法， 特别涉及一种基于电容放电电压时差精准 测量距离装置及方法。 背景技术 0002 红外线反射时间测定精准距离的方法， 主要是通过红外线发射装置定向发射红外 线， 并通过计算红外线发射时间与红外线反射并接收到的时间差， 来将时间差值转换为距 离测量值。红外线测量距离的精度， 主要受到传播介质和反射介质两方面的影响。其中反 射介质引起的时间延迟， 会将测量距离的结果误差达到几米甚至。
8、几十米， 是影响距离测定 的主要因素。 目前红外线传播时间计算距离的方法大多数都用于长距离的测量环境因为只 有红外线返回的时间变长， 引起返回时间变化的因素作用会减少到忽略不计， 从而减少由 于反射介质导致时间误差的现象。而对于近距离， 尤其是小于 50CM 范围内的红外线测量环 境， 则没有办法进行精准测量。 0003 传统的热释电传感器测量距离装置及方法都是在被测物体表面不同颜色及反射 率时误差巨大， 可达 50的误差， 如测一个 50 厘米远的物体， 误差可能在 20-30 厘米。 0004 图 1 为热释电测量距离结果图。 0005 如图 1 所示， 不同物体反射表面对于热释电传感器测。
9、量结果的影响 ： 白色卡的测 试距离结果准确度可以达到 90， 而黑色卡仅能达到 5， 同样无法进行精确测量。 发明内容 0006 本发明的目的旨在提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离装置及方法， 以 克服上述现有技术的存在缺陷。 0007 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 包括电容器 C 充放电 电路、 电容器 C 的电压测试电路、 发射器、 接收器、 控制器和计算器 ； 其中， 电容器 C 充电时， 电压测试电路获得电容器 C 的初始电压 V1 ； 控制器控制发射器发射红外光， 同时控制电容 器 C 进行放电 ； 当接收器接收到返回的红外光， 控制器控制电容器 C 。
10、停止放电， 获得电容器 C 的关断电压 V2 ； 0008 计算器计算红外线飞行时间 T 公式如下 ： 0009 T *V1-V2*C*R 0010 其中， 为电路补偿系数， R 为电容放电电阻 ； 0011 计算器计算被测物体的距离公式如下 ： 0012 D 光速 *T/2。 0013 进一步， 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 还可以具有 这样的特征 ： 红外线波长为 700-2500 纳米。 0014 进一步， 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 还可以具有 这样的特征 ： 电路补偿系数 为 0-1。 说 明 书 CN 103969655 A 3 2。
11、/3 页 4 0015 进一步， 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 还可以具有 这样的特征 ： 电路补偿系数 为 0.5。 0016 进一步， 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离装置， 还可以具有 这样的特征 ： 初始电压 V1 和关断电压 V2 范围为 0-300V。 0017 另外， 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 电容器 C 充 电， 获得电容器 C 的初始电压 V1 ； 控制器控制发射器发射红外光， 同时控制电容器 C 进行放 电 ； 当接收器接收到返回的红外光， 控制器控制电容器 C 停止放电， 获得电容器 C 的关断电 压 V。
12、2 ； 0018 红外线飞行时间 T 计算公式如下 ： 0019 T *V1-V2*C*R 0020 其中， 为电路补偿系数， R 为电容放电电阻 ； 0021 被测物体的距离计算公式如下 ： 0022 D 光速 *T/2。 0023 进一步， 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 还可以具 有这样的特征 ： 红外线波长为 700-2500 纳米。 0024 进一步， 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 还可以具 有这样的特征 ： 电路补偿系数 为 0-1。 0025 进一步， 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 还可以具 有这样的特征。
13、 ： 电路补偿系数 为 0.5。 0026 进一步， 本发明提供一种基于电容放电电压时差精准测量距离的方法， 还可以具 有这样的特征 ： 初始电压 V1 和关断电压 V2 范围为 0-300V。 0027 发明的有益效果 0028 本发明提出了一种基于电容放电电压时差精准测量距离装置及方法与其他红外 线测距方法的本质区别是 ： 本方法是基于硬件参数返回的数据结果对短距离内光线返回时 间差进行计算测量(极短时间内， pico second)， 而其他红外线的测试方法都是基于光线的 折返时间进行测量(微秒和毫秒级别)。 因此本方法与其他红外线测距相比具有成本低廉， 数据精准和可靠的优点。 0029。
14、 本发明提出了一种基于电容放电电压时差精准测量距离装置及方法是利用电容 在极短时间内放电后的电压差来计算红外线传播时间， 从而实现计算距离的精准测量， 应 用于阅读、 观看屏幕或书籍时， 人体与设备之间的距离精准测量， 从根本上避免了传统红外 线测量方法中， 由于红外线在抵达测试人体时出现的漫反射现象以及测量体本身的吸收作 用如黑色， 棉布， 绒布等衣服材质导致的传播时间延长现象， 从而实现对测量距离的精准计 算。 附图说明 0030 图 1 为热释电测量距离结果图。 0031 图 2 为基于电容放电电压时差精准测量距离装置的示意图。 0032 图 3 为距离误差测试试验结果图。 说 明 书 。
15、CN 103969655 A 4 3/3 页 5 具体实施方式 0033 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。 0034 图 2 为基于电容放电电压时差精准测量距离装置的示意图。 0035 如图2所示， 基于电容放电电压时差精准测量距离装置包括电容器C充放电电路、 电压测试电路图中未画出、 IR 发射器、 IR 接收器、 控制器和计算器图中未画出。 0036 电容充放电电路包括 ： 串联的电容器 C、 电容放电电阻 R、 第一开关 K1 和第二开关 K2。 0037 电压测试电路用于电容器 C 两端的电压值。电容器 C 充电时， 电压测试电路获得 电容器 C 的初始电压 V1。 0。
16、038 IR 发射器放射波长为 700-2500 纳米的红外光。IR 接收器接收被测物反射回来的 红外光。 0039 控制器控制第一开关 K1 和第二开关 K2 的通断， 同时控制 IR 发射器发射以及获取 IR 接收器接收到红外线的信号。控制器控制发射器发射红外光， 同时控制电容器 C 进行放 电。当接收器接收到返回的红外光， 控制器控制电容器 C 停止放电， 电压测试电路获得电容 器 C 的关断电压 V2。 0040 计算器计算红外线飞行时间 T 的公式如下 ： 0041 T *V1-V2*C*R 0042 其中， 为电路补偿系数， 范围为 0-1， 作为优选可以选择 0.5。 0043 。
17、R 为电容放电电阻。 0044 初始电压 V1 和关断电压 V2 范围为 0-300V， 可以选择 100V、 150V 和 200V。 0045 计算器计算被测物体的距离公式如下 ： 0046 D 光速 *T/2。 0047 基于电容放电电压时差精准测量距离的方法如下 ： 0048 初始状态 ： 第一开关 K1 断开、 第二开关 K2 闭合， 此时电容器 C 处于充电状态。电 压测试电路获取电容器 C 的充电电压 V1。 0049 第一步 ： 控制器控制 IR 发生器发出红外光， 同时控制器控制第一开关 K1 闭合。电 容器 C 从电压 V1 开始放电。 0050 第二步 ： 当发射的红外线。
18、到达被测物后， 反射回来， 被 IR 接收器接收到时， 控制器 控制第二开关断开。电容器 C 停止放电， 此时电压测试电路获取电容器 C 的关断电压 V2。 0051 第三步 ： 计算器根据公式进行计算获得红外线飞行时间 T。然后， 计算器再根据公 式计算追踪获得被测物体的距离。 0052 本实施例中的第一开关 K1 和第二开关 K2 的通断顺序可以对换， 即初始状态下第 一开关 K1 闭合、 第二开关 K2 断开。放电状态下第二开关 K2 闭合， 停止放电时断开第一开 关 K1。当然也可以只设置一个开关实现电容器冲放电的转换。 0053 图 3 为距离误差测试试验结果图。 0054 如图3所示， 本发明提供的基于电容放电电压时差精准测量距离装置在1-50cm的 测量区间内， 传感器返回距离计算得出的数值误差不超过 3mm， 实现对测量距离的精准度。 对于视力监测行为， 避免了测量误差导致视力监测不良的情况发生， 提高视力监视的准确 率。 说 明 书 CN 103969655 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103969655 A 6 2/2 页 7 图 3 说 明 书 附 图 CN 103969655 A 7 。