专利名称：人体身高无接触测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种人体身高无接触测量装置及方法，具体地说，是超声波测量法及超声波人体身高测量装置。
已有的人体高度测量装置，都是采用机械接触的办法来实施对人体身高的测量。它们设有测量标杆和可上下移动的横杆。测量时，把横杆移动到受测者的头顶部位，根据横杆所处位置读出身高尺寸。如目前使用的HRY-2型健康游艺机和RTZ-120A型测量人体身高装置，都是采用接触方式进行度量。每次测量都要先把横杆返回所规定的最高位置，然后再下移到碰触受测者的头顶部位，给出身高长度读数。如HRY-2型健康游艺机将横杆的移动距离用光电转换方法，读出身高数据。显然，已有技术存在对疾病的接触传染，测量费时低效、造价较昂贵和有机械磨损等缺点。
本发明的目的是提供一种人体身高非接触式测量方法和非接触式测量装置。
本发明以超声波在均匀介质中传播速度为一常数和界面反射特性为依据，建立了人体身高的非接触测量方法和设计了超声波人体身高测量装置。为了叙述方便，先给出附图，再结合
本发明的技术解决方案和实施例。
图1和图2是本发明的工作原理示意图。其中，图1为测量空间无受测者时超声波信号的工作情况。图2为测量空间有受测者时超声波信号的工作情况。
图3是本发明的方框图。
图4是本发明的实施电路原理图。
图1和图2，测量空间的高度大于受试者的高度，实际使用时，它是一个标准高度。超声波发射头HN1和接收头HN2紧密地按装在测量空间的顶端，并处于同一个水平高度h0。令无受测者时的超声波信号的全程往返时间为τ0，有受测者时，超声波信号自其头顶部位反射回去，令此时的往返行程时间为τ1。显然，对应于受测者身高，超声波往返行程时间为τ＝τ0-τ1。众所周知，超声波在空气中传播速度为331米/秒，从而，可得人体身高h＝331米×τ/2。图3是实现人体身高无机械接触测量的装置方框结构示意图，包括主振单元1、发射单元2、接收单元3、距离-增益自动控制单元4、起始单稳态振荡器5、工作状态记忆单元6、基准单稳态振荡器7、高度比较器8、时钟脉冲发生器9、计数器10、寄存器11、译码器12、液晶驱动器13、液晶显示屏14和电源15。主振单元1提供测量周期信号，控制发射单元2的工作，并使起始单稳态振荡器5和基准单稳态振荡器7与发射单元2同步工作。发射单元2由它的发射头HN1从标准高度处向测量空间发送出超声波，其反射波由接收单元3接收。接收单元3中的接收头HN2与发射头HN1紧密联结，处于同一高度水平面。由于接收到的回波信号强度与距离有关，所以，设置距离-增益自动控制单元4，以自动控制接收单元3的增益，工作状态记忆单元6记忆每一次测量超声波往返行程时间，其起始状态由起始单稳态振荡器5控制，其终止状态由接收单元3的输出信号控制。基准单稳态振荡器7的输出方波宽度被校准与测量空间无受测者时超声波在标准高度h返往行程所需时间相一致。然后，再由高度比较器8比较基准单稳方波和工作状态记忆方波的宽度差异，得出与受测者身高相对应的超声波往返行程时间τ，控制时钟脉冲发生器9在τ时间内工作，对计数器10发送Cp脉冲。调节时钟脉冲发生器的频率，使每个Cp脉冲相对应于一个单位长度，例如，对应于一毫米长度。计数结果存放于寄存器11中，并由译码器12译码，再送到驱动器13去驱动液晶显示屏14工作，显示受测者的身高长度。
一般地，计数器10、寄存器11、译码器12、液晶驱动器13和液晶数字显示屏14一起构成显示部件。本发明的测量装置各单元的联结，根据图3可知主振单元1的输出分别与发射单元2、起始单稳态振荡器5和基准单稳态振荡器7的输入以电路相联结;工作状态记忆单元6的输入分别与接收单元3和起始单稳态竦雌 的输出以电路联结;距离增益自动控制单元4的输入和输出分别与起始单稳态振荡器5的输出和接收单元3的输入以电路联结;高度比较器8的输入和输出分别与基准单稳态振荡器7、工作状态记忆单元6的输出和时钟脉冲发生器9的输入以电路联结;脉冲发生器9的输出与计数器10的输入相联结。
本发明采用无接触测量人体身高，其优点是(1)避免了疾病的接触传染;(2)提高了测量效率，特别是在连续测量的场合，更显示出本发明在使用上操作简单、省时高效的特点;(3)无机械磨损，可靠性高，使用寿命长;(4)易于实施自动测量、显示和打印，成本低。
下面根据图4给出本发明的一个最佳实施例。通过对实施例的阐述，进一步提供本发明的技术细节。
图4中，主振单元1包括由集成电路IC1、IC2、电阻R1、R2和电容C1构成的振荡器，及由起输出隔离作用的集成电路IC3、IC4和IC5，IC1～IC5均为施密特触发器，其输出端1、2、3分别与发射单元2，起始单稳态振荡器5和基准单稳态振荡器7的输入端4、5和6相连结。发射单元2包括由施密特触发器IC6、与非门IC7～IC10电阻R3～R5电位器W1及电容C2、C3构成的门控振荡器、由晶体管BG1、BG2、电阻R6～R8、电容C4和脉冲变压器B构成的输出级以及发射头HN1为了获得最高的发射效率，调节电位器W1的阻值，使门控振荡器的频率与发射头HN1的固有频率谐振，并经脉冲变压器B升压后再驱动发射探头HN1。接收单元3包括接收探头HN2、发射波抑制电路、选频放大器和输出级。发射波抑制电路由电阻R9、R10、电容C6、二极管D1、D2组成，其作用是抑制负向的高压发射波。选频放大器由晶体管BG3、BG4、电阻R11～R14、灵敏度电位器W2、电容C7～C11和调谐器BL构成。放大输出级由晶体管BG5、BG6和电阻R15、R16、R18构成，并且其放大增益受距离-增益自动控制单元4控制。接收头HN2和发射头HN1均由电缆线与主机联结，并按装在测量空间的同一高度上。距离-增益自动控制单元4由二极管D3、电阻R23、R24和电容C19构成，其输入端12和输出端11分别与起始单稳态振荡器5的输出端13和接收单元3的输入端10相连结，每次测量时，电容C19被起始单稳态振荡器的输出正脉冲信号迅速充电，然后再经电阻R24向接收单元3中的输出级BG5的输入端缓慢放电，使BG5的增益随时间而变化，这样接收不同距离的反射波信号就有不同的增益。起始单稳态振荡器5由单稳态集成电路IC11和电阻R19、R20、电容C14、C15组成，与发射单元2同步工作。工作状态记忆单元6是一只由与非门IC13、IC14构成的R-S触发器，其输入端15和9分别与起始单稳态振荡器5的输出端14和接收单元3的输出端8相联结，其输出端16与高度比较8的输入端17联结。这样，输出端16的电平记忆着超声波信号的工作行程时间。基准单稳态振荡器7由单稳态集成电路IC12和电阻R17、R21、电位器W3、电容C16、C17构成。调节W3，使脉冲宽度与测量空间的标准高度相对应，其输出端18与高度比较器8的输入端19相联结。这样，由比较器8比较基准单稳方波与工作状态方波的宽度，它们的宽度差与人体身高相对应，比较器8的核心是一只异或门IC17，加上单刀三掷波段开关K1是为了实施“校正”、“工作”和“关断”三种功能，其输出端20与时钟脉冲发生器9的输入端21联结以控制时钟脉冲发生器9的工作时间与受测者身体高度相对应。时钟脉冲发生器9是一只由与非门IC15、IC16、电阻R25、R26、电位器W4和电容C20构成的门控振荡器，并由异或门IC18缓冲输出，调节W4，使每一个脉冲对应于一毫米长度，其输出端22与计数器10的输入端7相连结。本实施例中，计数器10、寄存器11、译码器12和液晶驱动器13由一只四合一集成电路IC21来完成、液晶数字显示屏14为四位数字显示，安坝谙涮迕姘迳稀５缭 5将电池稳压后向整机供电。本实施例中，集成电路IC1～IC6为一块六施密特触发器MC14584，IC7～IC10为一块二输入端4与非门电路MC14011、IC11～IC12为一块高精度双单稳态电路MC14538、IC13～IC16为一块4与非门电路MC14011、IC17～IC20为一块四异或门电路CD4030、IC21为一块ICM7224电路。发射头HN1和接收头HN2的固有频率为40KHz、电阻R1＝3MΩ、R2＝1MΩ、R3＝100KΩ、R4＝51KΩ、R5＝11KΩ、R6＝100KΩ、R7＝10KΩ、R8＝1KΩ、R9＝10KΩ、R10＝30KΩ、R11＝1MΩ、R12＝2MΩ、R13＝5.1KΩ、R14＝300Ω、R15＝200KΩ、R16＝15KΩ、R17＝100KΩ、R18＝10KΩ、R19＝100KΩ、R20＝330KΩ、R21＝51KΩ、R22＝1KΩ、R23＝3KΩ、R24＝43KΩ、R25＝20KΩ、R26＝1KΩ、R27＝R28＝100KΩ。电位器W1＝W4＝4.7KΩ、W2＝1KΩ、W3＝47KΩ。电容C1＝0.15μF、C2＝C3＝1000PF、C4＝100μF、C5＝220μF、C6＝C7＝C9＝2000PF、C8＝C10＝0.01μF、C11＝C13＝C18＝10μF、C12＝47μF、C15＝C20＝1000PF、C14＝C16＝330PF、C17＝0.1μF、C19＝0.047μF、C21＝C22＝200PF。变压器B的初、次级圈数比为1∶20。晶体管BG1、
BG3～BG7为3DG6、BG2为3DK9型管子、D1～D3为1N4148二极管，D4为2DW7C稳压二极管，D5为2mA恒流二极管。
权利要求
1.一种人体身高无接触测量装置，包括箱体、电源15、时钟脉冲发生器9和由计数器10、寄存器11、译码器12、液晶驱动器13、液晶数字显示屏14构成的显示部件，其特征在于还有主振单元1、超声波发射单元2、超声波接收单元3、距离一增益自动控制单元4、起始单稳态振荡器5、工作状态记忆单元6、基准单稳态振荡器7和高度比较器8。主振单元1的输出分别与发射单元2、起始单稳态振荡器5、基准单稳态振荡器7的输入以电路联结；工作状态记忆单元6的输入分别与接收单元3和起始单稳态振荡器5的输出以电路联结；距离-增益自动控制单元4的输入和输出分别与起始单稳态振荡器5的输出和接收单元3的输入以电路联结；高度比较器8的输入和输出分别与基准单稳态振荡器7、工作状态记忆单元6的输出和时钟脉冲发生器9的输入以电路联结；脉冲发生器9的输出与计数器10的输入相联结。
2.根据权利要求1所述测量装置，其特征在于主振单元1包括由施密特触发器IC1、IC2和电阻R1、R2、电容C1构成的振荡器和由施密特触发器IC3～IC5构成的输出级。
3.根据权利要求1所述测量装置，其特征在于发射单元2包括由与非门IC7～IC10、施密特触发器IC6、电阻R3～R5、电容C2、C3构成的门控振荡器、由晶体管BG1、BG2、电阻R6～R8、电容C4和变压器B构成的输出级和发射头HN1。
4.根据权利要求1所述测量装置，其特征在于接收单元3包括接收头HN2、发射波抑制电路、选频放大器和输出级发射波抑制电路由电阻R9、R10、电容C6，二极管D1、D2组成;选频放大器由晶体管BG3、BG4、电阻R11～R14、电黄鱓2、电容C7～C11和调谐器BL构成;输出级由晶体管BG5、BG6和电阻R15、R16、R18构成。
5.根据权利要求1所述测量装置，其特征在于距离-增益自动控制单元4由二极管D3、电阻R23、R24和电容C19组成。
6.根据权利要求1所述测量装置，其特征在于起始单稳态振荡器5由单稳态电路IC11和电阻R19、R20、电容C14、C15组成。
7.根据权利要求1所述测量装置，其特征在于工作状态记忆单元6是一只由与非门IC13、IC14构成的R-S触发器。
8.根据权利要求1所述测量装置，其特征在于基准单稳态振荡器7由单稳态电路IC12和电阻R17、R21、电位器W3、电容C16、C17构成。
9.根据权利要求1所述测量装置，其特征在于高度比较器8由异或门IC17和单刀三掷波段开关K1构成。
10.一种人体身高无接触测量方法，其特征是在测量空间的基准高度h0处发射超声波并接收其反射波。
全文摘要
一种人体身高无接触测量装置及方法是以超声波在空气中以331米/秒速度传播和具有界面反射特性为依据，测量装置包括主振单元、发射单元、接收单元、距离一增益自动控制单元、起始单稳态振荡器、工作状态记忆单元、基准单稳态振荡器、高度比较器、时钟脉冲发生器、计数器、寄存器、译码器、液晶驱动器、数字显示屏和电源等。本发明由于非机械接触测量身高，所以具有防止受测者的疾病接触传染和测量省时高效及没有机械磨损等优点。
文档编号G01B7/02GK1030134SQ8810550
公开日1989年1月4日 申请日期1988年4月12日 优先权日1988年4月12日
发明者沈天廉 申请人:上海超声波仪器厂