本发明涉及测距，尤其涉及一种用于两种介质的超声波测距装置、系统及方法。
背景技术：
1、当超声波传输介质的特性(例如密度、声速)存在巨大差异时，超声波换能器能够辐射出的功率，以及回波信号的强度就会存在很大的差别，这就决定了超声波换能器通常只能针对特定介质设计和使用，即：空气中专用的超声波测距换能器只能用于空气中的测距，不能用于水下测距，反之亦然。因此针对某种特定介质类型的超声波换能器，难以同时满足两种介质下的测距需求，例如空气和水下的测距需求。此外，由于超声波在空气和水中的传播速度分别为340m/s和1500m/s左右，传播速度差异如此之大，也增加了超声波发射及回拨检测系统设计的难度。
2、现有的超声波测距通常是针对同一种介质场景下的应用，大多数情况都是在空气中运用，少量是在水下或其它液体中的应用。在有些场景下，例如灌注桩成孔检测场合，在一次检测过程中需要依次完成空气和水下的测距。为了解决在空气和水下两种环境条件下的测距问题，一般有双探头、复合探头两种形式。双探头方案是选用两种分别适用于空气和水下检测环境的超声波换能器，并分别设计两个探头，水下探头在空气环境中检测时不使用，用于空气环境中检测的探头不下水。双探头测距中，需要为两个探头分别配置拖曳系统，而且要精准确定水面的位置才能实现，同时会导致测距系统结构过于复杂、成本很高，难以工程化实施。
3、复合探头方案仍然是要分别选用空气和水下检测环境的两种换能器，与双探头方案的区别，是对用于空气中检测的换能器进行防水改造后，与用于水下检测的换能器在结构上组合为一个可以下水的探头整体，从而简化拖曳系统的结构。要实现这个方案，就需要对适用于空气介质的换能器进行改造，使其具备ip68防护等级并能承受足够的水压，但改造后的换能器很有可能无法满足空气中的检测要求。因此，这个方案不仅在探头的复杂性方面没有改善，而且在可行性方面还存在较大问题。
4、专利文本cn209689617 u公开了一种双探头水深测量装置，包括壳体、激光测距传感器、超声波测距模块、stm32开发板和陀螺仪；所述stm32开发板和陀螺仪均固定设置在所述壳体内部，所述激光测距传感器和超声波测距模块分别设置在壳体上，所述激光测距传感器的激光发射方向和超声波测距模块的超声波发射方向平行且非同轴；所述激光测距传感器、超声波测距模块和陀螺仪分别与stm32开发板电连接。该方案通过设置激光和超声波两个探头实现水深检测，然而该方案也存在系统结构复杂、成本高的问题。
技术实现思路
1、本发明提供了一种用于两种介质的超声波测距装置、系统及方法，适用于两种介质进行超声波测距并能够降低系统结构复杂度，从而降低生产成本。
2、一种用于两种介质的超声波测距装置，包括微处理器、功率放大单元、回波调理单元以及超声波换能器；
3、所述微处理器用于根据接收的测距请求生成预设频率的方波脉冲信号并发送至所述功率放大单元，所述功率放大单元对所述方波脉冲信号进行处理和功率放大，生成驱动信号，所述超声波换能器根据所述驱动信号向第一介质或者第二介质发射超声波信号；
4、所述超声波换能器接收经第一介质返回的回波并生成第一回波信号，或者经第二介质返回的回波生成第二回波信号，将所述第一回波信号或者第二回波信号发送至所述回波调理单元，所述回波调理单元对所述第一回波信号或者第二回波信号进行处理，生成第一模拟信号或者第二模拟信号并发送至所述微处理器，所述微处理器根据所述第一模拟信号或者第二模拟信号进行距离计算；
5、其中，所述超声波换能器与第一介质和第二介质中密度较大的一者适配。
6、进一步地，所述装置还包括电源模块，所述电源模块与所述微处理器、功率放大单元以及回波调理单元连接。
7、进一步地，所述第一介质的密度小于所述第二介质的密度；
8、所述回波调理单元包括第一回波调理单元和第二回波调理单元，当所述第一回波调理单元和第二回波调理单元接收到所述第一回波信号时，所述第二回波调理单元截止，所述第一回波调理单元对所述第一回波信号进行处理生成所述第一模拟信号；当所述第一回波调理单元和第二回波调理单元接收到所述第二回波信号时，所述第一回波调理单元饱和输出，所述第二回波调理单元对所述第二模拟信号进行处理生成所述第二模拟信号。
9、进一步地，所述第一回波调理单元包括依次连接的前级放大模块、带通滤波模块、第一检波模块、后级放大模块以及第一低通滤波模块；所述前级放大模块用于对所述第一回波信号进行前级放大，并将前级放大之后的第一回波信号发送至所述带通滤波模块，所述带通滤波模块对经前级放大之后的第一回波信号进行背景噪声滤除，所述第一检波模块用于对所述带通滤波模块输出的第一回波信号进行单极性转换并发送至所述后级放大模块，所述后级放大模块对接收到的单极性转换后的第一回波信号进行再次放大处理并发送至所述第一低通滤波模块，所述第一低通滤波模块用于对接收到的经再次放大处理后的第一回波信号进行滤波处理，生成所述第一模拟信号。
10、进一步地，所述第二回波调理单元包括第二检波模块、比例放大模块以及第二低通滤波模块，所述第二检波模块对所述第二回波信号进行单极性转换，所述比例放大模块对单极性转换后的第二回波信号进行放大处理，所述第二低通滤波模块对放大处理后的第二回波信号进行滤波处理，生成所述第二模拟信号。
11、进一步地，所述功率放大单元包括驱动模块和升压模块，所述驱动模块对所述方波脉冲信号进行放大处理，所述升压模块用于对经放大处理后的方波脉冲信号进行升压，生成所述驱动信号。
12、进一步地，所述超声波换能器包括发射器和接收器，所述发射器根据所述驱动信号向第一介质或者第二介质发射超声波信号；所述接收器接收经第一介质返回的第一回波信号或者经第二介质返回的第二回波信号并发送至所述回波调理单元；
13、所述发射器和接收器为一体设计或者分体设计。
14、一种用于两种介质的超声波测距系统，包括超声波探头本体和至少一组上述的超声波测距装置，至少一组所述超声波测距装置分布设置于所述超声波探头本体上。
15、一种采用上述装置的用于两种介质的超声波测距方法，包括：
16、微处理器根据接收的测距请求生成预设频率的方波脉冲信号并发送至所述功率放大单元；
17、所述功率放大单元对所述方波脉冲信号进行处理和功率放大，生成驱动信号，所述超声波换能器根据所述驱动信号向第一介质或者第二介质发射超声波信号；
18、所述超声波换能器接收经第一介质返回的回波并生成第一回波信号，或者经第二介质返回的回波生成第二回波信号，将所述第一回波信号或者第二回波信号发送至所述回波调理单元；
19、所述回波调理单元对所述第一回波信号或者第二回波信号进行处理，生成第一模拟信号或者第二模拟信号并发送至所述微处理器，所述微处理器根据所述第一模拟信号或者第二模拟信号进行距离计算；
20、其中，所述超声波换能器与第一介质和第二介质中密度较大的一者适配。
21、进一步地，所述第一介质的密度小于所述第二介质的密度；所述回波调理单元包括第一回波调理单元和第二回波调理单元；
22、所述回波调理单元对所述第一回波信号或者第二回波信号进行处理，生成第一模拟信号或者第二模拟信号，包括：
23、当所述第一回波调理单元和第二回波调理单元接收到所述第一回波信号时，所述第二回波调理单元截止，所述第一回波调理单元对所述第一回波信号进行处理生成所述第一模拟信号；
24、当所述第一回波调理单元和第二回波调理单元接收到所述第二回波信号时，所述第一回波调理单元饱和输出，所述第二回波调理单元对所述第二模拟信号进行处理生成所述第二模拟信号。
25、本发明提供的用于两种介质的超声波测距装置、系统及方法，至少包括如下有益效果：
26、(1)采用适配于相对较大密度介质的超声波换能器，通过不同的回波处理，只需一种超声波换能器就能够实现两种介质中测距的应用需求，从而简化装置的结构，进而降低生产成本；
27、(2)通过第一回波信号调理电路以及第二回波信号调理电路实现对于不同介质返回的回波的信号放大处理，一方面只需一种超声波换能器就能够实现两种介质中测距的应用需求，另一方面，当第一回波调理单元和第二回波调理单元接收到第一介质返回第一回波信号时，第二回波调理单元截止，当第一回波调理单元和第二回波调理单元接收到第二介质返回的第二回波信号时，第一回波调理单元饱和输出，实现不同介质下回波信号处理的自适应。
1.一种用于两种介质的超声波测距装置，其特征在于，包括微处理器、功率放大单元、回波调理单元以及超声波换能器；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括电源模块，所述电源模块与所述微处理器、功率放大单元以及回波调理单元连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一介质的密度小于所述第二介质的密度；
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一回波调理单元包括依次连接的前级放大模块、带通滤波模块、第一检波模块、后级放大模块以及第一低通滤波模块；所述前级放大模块用于对所述第一回波信号进行前级放大，并将前级放大之后的第一回波信号发送至所述带通滤波模块，所述带通滤波模块对经前级放大之后的第一回波信号进行背景噪声滤除，所述第一检波模块用于对所述带通滤波模块输出的第一回波信号进行单极性转换并发送至所述后级放大模块，所述后级放大模块对接收到的单极性转换后的第一回波信号进行再次放大处理并发送至所述第一低通滤波模块，所述第一低通滤波模块用于对接收到的经再次放大处理后的第一回波信号进行滤波处理，生成所述第一模拟信号。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述第二回波调理单元包括第二检波模块、比例放大模块以及第二低通滤波模块，所述第二检波模块对所述第二回波信号进行单极性转换，所述比例放大模块对单极性转换后的第二回波信号进行放大处理，所述第二低通滤波模块对放大处理后的第二回波信号进行滤波处理，生成所述第二模拟信号。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率放大单元包括驱动模块和升压模块，所述驱动模块对所述方波脉冲信号进行放大处理，所述升压模块用于对经放大处理后的方波脉冲信号进行升压，生成所述驱动信号。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声波换能器包括发射器和接收器，所述发射器根据所述驱动信号向第一介质或者第二介质发射超声波信号；所述接收器接收经第一介质返回的第一回波信号或者经第二介质返回的第二回波信号并发送至所述回波调理单元；
8.一种用于两种介质的超声波测距系统，其特征在于，包括超声波探头本体和至少一组如权利要求1-7任一所述的超声波测距装置，至少一组所述超声波测距装置分布设置于所述超声波探头本体上。
9.一种采用如权利要求1-7任一所述装置的用于两种介质的超声波测距方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一介质的密度小于所述第二介质的密度；所述回波调理单元包括第一回波调理单元和第二回波调理单元；
