專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超聲波到達(dá)精確時(shí)刻檢測(cè)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波到達(dá)精確時(shí)刻檢測(cè)的方法及裝置，具體涉及一種基于超聲波的測(cè)距、跟蹤定位、流量檢測(cè)等需要檢測(cè)超聲波到達(dá)時(shí)刻的方法及裝置。
背景技術(shù)：
在基于超聲波技術(shù)的距離、流量、定位、液位、溫度等參數(shù)測(cè)量中，通常需要精確的測(cè)量超聲波在介質(zhì)中的傳輸時(shí)間，從而直接或通過(guò)工程換算實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的測(cè)量。傳輸時(shí)間是發(fā)射器發(fā)射的超聲波信號(hào)到達(dá)接收器的傳播時(shí)間，超聲波發(fā)射時(shí)刻可通過(guò)內(nèi)部同步信號(hào)、紅外信號(hào)或射頻信號(hào)產(chǎn)生。傳統(tǒng)的固定閾值比較法的包括單閾值法和雙閾值法，固定閾值的基本思想是設(shè)置固定的門(mén)限電平(閾值)，當(dāng)接收到的超聲波信號(hào)超過(guò)該門(mén)限電平，則認(rèn)為超聲波到達(dá)，可見(jiàn)，閾值比較法是基于超聲波幅度檢測(cè)的方法，要保證其檢測(cè)精度，需要保證接收的超聲信號(hào)幅度基本不變。而實(shí)際應(yīng)用中，受傳輸介質(zhì)的密度、溫度、流動(dòng)等因素的影響，對(duì)超聲波信號(hào)的衰減較大，其幅度變化較大，即使采用自動(dòng)增益調(diào)整電路，也很難實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)，因此基于固定閾值的檢測(cè)方法精度較低?；谙嚓P(guān)函數(shù)、小波變換以及雙指數(shù)等渡越時(shí)間(T0F :time of flight)估計(jì)算法,計(jì)算量大,且要求較高的采樣率和實(shí)時(shí)處理能力，且精度難以保證。在實(shí)際工程應(yīng)用中，影響超聲波接收信號(hào)的幅度因素較多，造成超聲信號(hào)的幅度變化較大，研究一種與接收信號(hào)幅度變化無(wú)關(guān)的超聲波到達(dá)時(shí)刻檢測(cè)方法及裝置具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明利用數(shù)字處理技術(shù)，基于超聲波接收信號(hào)波形特征，在超聲波數(shù)據(jù)中找到超聲波波形的穩(wěn)定特征點(diǎn)，動(dòng)態(tài)地確定超聲波到達(dá)判斷門(mén)限電平，利用直線(xiàn)擬合方法精確計(jì)算超聲波到達(dá)時(shí)刻，為測(cè)距、目標(biāo)跟蹤定位、流量檢測(cè)等聞精度超聲波檢測(cè)提供一種計(jì)算量低、精度高的檢測(cè)方法。本發(fā)明的目的是提供一種高精度的超聲波到達(dá)時(shí)刻檢測(cè)方法及裝置，在基于超聲波測(cè)距、跟蹤定位、流量測(cè)量、液位測(cè)量等工程應(yīng)用中提高超聲波到達(dá)時(shí)刻的檢測(cè)精度。本發(fā)明采用紅外信號(hào)作為同步信號(hào)，接收與處理裝置收到紅外信號(hào)后，由接收與處理裝置的處理器控制A/D轉(zhuǎn)換器連續(xù)采集數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并進(jìn)行超聲波信號(hào)到達(dá)時(shí)刻的計(jì)算。本發(fā)明提供一種超聲波到達(dá)精確時(shí)刻檢測(cè)的裝置，包括(I)超聲紅外發(fā)射裝置包括超聲驅(qū)動(dòng)裝置、超聲發(fā)射傳感器、紅外驅(qū)動(dòng)裝置、紅外發(fā)射管、第一微處理器(MCU)以及電源。紅外和超聲發(fā)射均采用脈沖驅(qū)動(dòng)，紅外脈沖采用窄脈沖，脈沖寬度范圍為5 10 μ S，采用三極管電流驅(qū)動(dòng)。超聲驅(qū)動(dòng)裝置采用脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)，超聲脈沖寬度為超聲信號(hào)周期的一半，超聲、發(fā)射傳感器為電容型傳感器，與變壓器次級(jí)構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，要求變壓器次級(jí)的電感與超聲傳感器的電容滿(mǎn)足諧振條件。第一微處理器主要產(chǎn)生紅外脈沖信號(hào)、超聲脈沖信號(hào)和定時(shí)信號(hào)，采用低引腳、低性能單片機(jī)，如PIC12F508、PIC12F629等8引腳單片機(jī)。紅外與超聲波同時(shí)發(fā)射信號(hào)，由于紅外以光速傳播，傳播時(shí)間可以忽略，因此用紅外信號(hào)作為接收同步信號(hào)，接收到紅外信號(hào)后開(kāi)始采集超聲信號(hào)。電源采用單節(jié)AA電池，用升壓電路產(chǎn)生5V直流電源給其他裝置供電。(2)接收與處理裝置包括超聲接收與放大、紅外接收與放大、A/D轉(zhuǎn)換器、電源、第二微處理器以及存儲(chǔ)器。超聲接收與放大包括超聲接收傳感器、超聲放大裝置、超聲增益控制裝置。超聲接收傳感器的中心頻率為40KHz，超聲放大裝置采用單電源低噪聲運(yùn)算放大器。超聲增益控制裝置根據(jù)接收到的超聲信號(hào)幅值，產(chǎn)生控制信號(hào)控制超聲放大裝置的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲信號(hào)的增益的自動(dòng)控制，防止因超聲信號(hào)過(guò)大或過(guò)小影響超聲波到達(dá)時(shí)刻的檢測(cè)精度。紅外接收與放大包括紅外接收管、紅外放大裝置、紅外增益控制裝置。第二微處理器通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)紅外采樣，通過(guò)判斷紅外脈沖接收數(shù)據(jù)的中心位置，確定紅外的到達(dá)時(shí)刻，將該到達(dá)時(shí)刻作為超聲信號(hào)采集的同步信號(hào)。紅外放大裝置采用單電源低噪聲運(yùn)算放大器。紅外增益控制裝置根據(jù)接收到的紅外信號(hào)幅值，產(chǎn)生控制信號(hào)控制紅外放大裝置的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外信號(hào)的增益的自動(dòng)控制，防止因紅外信號(hào)過(guò)大或過(guò)小影響系統(tǒng)的檢測(cè)精度。A/D轉(zhuǎn)換器采用兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器或者一個(gè)雙通道A/D轉(zhuǎn)換器，最高采樣頻率達(dá)到IMSPS，單電源供電。第二微處理器采用DSP、ARM、FPGA或高性能單片機(jī)，指令執(zhí)行速度超過(guò)10MIPS。電源裝置可采用電池供電或220V交流供電，需要產(chǎn)生5V供電及微處理器所需的電源電壓，如3. 3V，1.8V等。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)采集的紅外和超聲信號(hào)，容量根據(jù)發(fā)射裝置和接收與處理裝置的距離和設(shè)定的采樣率確定。本發(fā)明提供一種超聲波到達(dá)精確時(shí)刻檢測(cè)的方法，包括(I)第二微處理器(DSP、ARM、FPGA或高性能單片機(jī))收到紅外信號(hào)后，控制A/D轉(zhuǎn)換器連續(xù)采集超聲波信號(hào)，得到所需的超聲波數(shù)據(jù)，將所述超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)，存儲(chǔ)空間為Buf ；(2)連續(xù)采集超聲波數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)之后，在整個(gè)存儲(chǔ)空間Buf內(nèi)按從前向后的順序搜索，找到每個(gè)超聲波周期的峰值點(diǎn)，設(shè)定存儲(chǔ)空間Bhigh，將每個(gè)峰值點(diǎn)的數(shù)值和該數(shù)值在存儲(chǔ)空間的地址存儲(chǔ)在存儲(chǔ)空間Bhigh中；
(3)在Bhigh內(nèi)按從前向后的順序搜索超聲波信號(hào)的最大值點(diǎn)，其數(shù)值記為Vmax，地址記為
Vmaxad (4)在Bhigh內(nèi)按從前向后的順序搜索，判斷最大值點(diǎn)之前有幾個(gè)超聲波信號(hào)峰值點(diǎn)，峰值點(diǎn)數(shù)記為Nh，其中Nh含最大值點(diǎn)，Nh表示峰值點(diǎn)數(shù)；
(5)設(shè)置門(mén)限電平值Vth = Vmax/Nh，在存儲(chǔ)空間Buf內(nèi)搜索第一個(gè)大于Vth的峰值點(diǎn)，記為；(6)在存儲(chǔ)空間Buf內(nèi)，自V·向后搜索得到第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)前后兩個(gè)采樣點(diǎn)，分別用PpP2表示，保存兩個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)值和存儲(chǔ)地址，分別記為VpV2和ADpAD2, AD2 = AD1+!,用時(shí)間表示為=P1 (t1； V1)，P2 (的，V2)，其中，&表示P1點(diǎn)到達(dá)時(shí)刻，Ts表示采樣周期，h =AD1 · Ts，V1 彡 0，V2 < O 或 V1 > 0，V2 < O ;(7)定義通SP1, P2兩點(diǎn)的直線(xiàn)與時(shí)間軸的交點(diǎn)為超聲波到達(dá)時(shí)刻，記為，利用P1, P2兩點(diǎn)的采樣值和存儲(chǔ)地址，采用直線(xiàn)擬合方法可得7； ~ V1-V1其中表示超聲波到達(dá)時(shí)刻，將& = AD1 · Ts帶入上式得L = (AD1 H- φ^-) ■ Ts = (AD1 +■ T通過(guò)步驟(I) (7)，僅通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)空間的搜索及簡(jiǎn)單的計(jì)算，便可檢測(cè)到超聲波到達(dá)時(shí)刻tcom。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于超聲波到達(dá)判決門(mén)限電平為相對(duì)值，與超聲信號(hào)最大值的成正比，避免使用固定門(mén)限電平受信號(hào)幅度的影響。本發(fā)明提出的方法僅通過(guò)簡(jiǎn)單搜索和數(shù)學(xué)運(yùn)算，在6倍信號(hào)采樣率條件下，檢測(cè)誤差低于100納秒(ns)，為測(cè)距、目標(biāo)跟蹤定位、流量檢測(cè)等高精度超聲波檢測(cè)提供一種計(jì)算量低、高精度的檢測(cè)方法。


圖IA為超聲紅外發(fā)射裝置示意IB為接收與處理裝置示意2A為6個(gè)周期達(dá)到最大值的超聲波波形圖2B為5個(gè)周期達(dá)到最大值的超聲波波形圖3A為6個(gè)周期達(dá)到最大值的超聲波到達(dá)精確時(shí)刻檢測(cè)方法描述波形3B為5個(gè)周期達(dá)到最大值的超聲波到達(dá)精確時(shí)刻檢測(cè)方法描述波形4為到達(dá)時(shí)刻計(jì)算示意5為誤差分析波形6為誤差變化曲線(xiàn)
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種超聲波到達(dá)精確時(shí)刻檢測(cè)的方法，其主要步驟包括(I)微處理器(單片機(jī)、DSP、ARM)控制A/D轉(zhuǎn)換器連續(xù)采集所需的超聲波數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)；(2)在整個(gè)超聲信號(hào)存儲(chǔ)空間搜索，找到每個(gè)超聲波周期的峰值點(diǎn)，開(kāi)辟存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)每個(gè)峰值點(diǎn)的數(shù)值和其在存儲(chǔ)空間的地址；(3)在步驟(2)中峰值點(diǎn)的存儲(chǔ)空間內(nèi)搜索得到超聲波信號(hào)的最大值點(diǎn)；(4)在步驟⑵中峰值點(diǎn)的存儲(chǔ)空間內(nèi)搜索，確定到達(dá)最大值點(diǎn)前峰值點(diǎn)個(gè)數(shù)(含、最大值點(diǎn))；(5)根據(jù)最大值的幅度和到達(dá)最大值前的峰值點(diǎn)個(gè)數(shù)，確定門(mén)限電平值，在步驟
(I)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)空間內(nèi)搜索第一個(gè)大于門(mén)限電平的存儲(chǔ)位置；(6)自第一個(gè)大于門(mén)限電平的存儲(chǔ)位置向后搜索，確定第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)前后兩個(gè)超聲數(shù)據(jù)；(7)根據(jù)步驟(6)得到的兩個(gè)超聲數(shù)據(jù)的數(shù)值和存儲(chǔ)地址，利用直線(xiàn)擬合方法，便可精確計(jì)算出超聲波到達(dá)時(shí)刻。結(jié)合附圖I 6描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。 (I)超聲波數(shù)據(jù)采集并存儲(chǔ)超聲波數(shù)據(jù)通過(guò)采集系統(tǒng)采集并存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以微處理器MCU(單片機(jī)、DSP、ARM、FPGA等)為核心，原理框圖如圖I所示，圖IA為發(fā)射裝置示意圖，圖IB為接收與采集裝置示意圖。圖IA中，紅外與超聲同時(shí)發(fā)射信號(hào)，由于紅外信號(hào)以光速傳播，傳播時(shí)間可以忽略，因此，系統(tǒng)中用紅外信號(hào)作為接收同步信號(hào)，接收到紅外信號(hào)后開(kāi)始采集超聲信號(hào)。圖IB中A/D轉(zhuǎn)換器為4通道IObit并行A/D轉(zhuǎn)換器，單路最高采樣率為4MSPS (mi 11 ionsamples per second),信號(hào)輸入電壓范圍為0 5V。A/D轉(zhuǎn)換器配置為雙通道模式,分別處理超聲和紅外信號(hào)。紅外和超聲發(fā)射均采用脈沖驅(qū)動(dòng)，紅外脈沖采用窄脈沖，脈沖寬度范圍為5 10 μ S，驅(qū)動(dòng)裝置采用三極管電流驅(qū)動(dòng)，采集電路通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)紅外采樣，接收與采集裝置中的第二微處理器MCU通過(guò)判斷紅外脈沖接收數(shù)據(jù)的中心位置，確定紅外的到達(dá)時(shí)刻，將該時(shí)刻作為超聲信號(hào)計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)。超聲發(fā)射裝置采用脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)，超聲脈沖寬度為超聲信號(hào)周期的一半。在進(jìn)行多次測(cè)量時(shí)，接收與采集裝置中的第二微處理器MCU通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器獲得超聲信號(hào)的幅度，后續(xù)測(cè)量時(shí)，根據(jù)幅度對(duì)超聲電路的增益進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，避免接收到的信號(hào)出現(xiàn)飽和失真或信號(hào)太小(信噪比低)。圖I所示的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，發(fā)射裝置同時(shí)發(fā)射超聲和紅外信號(hào)，超聲波信號(hào)頻率為40ΚΗζ，接收器接收到的紅外信號(hào)為單脈沖信號(hào)，接收到超聲波信號(hào)的典型波形如圖2Α、圖2Β所示。在超聲接收傳感器靈敏度確定的前提下，接收到的波形因發(fā)射信號(hào)的入射角度不同，受激振動(dòng)到達(dá)最大峰值的時(shí)間不同，圖2給出兩種典型的超聲波信號(hào)，圖2Α為6個(gè)周期達(dá)到最大峰值的超聲波形圖，峰峰值約為2. 7V，圖2Β為5個(gè)周期達(dá)到最大峰值的超聲波形圖，峰峰值約為1.6V。由于接收到的超聲波信號(hào)的幅度及波形特征受超聲波傳播距離、溫度、濕度以及接收角度影響較大。傳統(tǒng)的單閾值和雙閾值比較法判斷超聲波到達(dá)時(shí)刻僅依據(jù)信號(hào)幅度進(jìn)行判斷，設(shè)置固定的電平，當(dāng)接收到的信號(hào)超過(guò)該電平時(shí)，則認(rèn)為超聲波到達(dá)，信號(hào)幅度不同，其到達(dá)時(shí)刻也不同。顯然，信號(hào)幅度直接決定了超聲波到達(dá)時(shí)刻的檢測(cè)精度，而實(shí)際應(yīng)用中，很難保證超聲波信號(hào)的幅度保持不變，如圖2中的超聲信號(hào)波形，因此，采用固定門(mén)限電平的單閾值和雙閾值比較法無(wú)法實(shí)現(xiàn)超聲波到達(dá)時(shí)刻的高精度檢測(cè)。設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器的采樣周期為T(mén)s，采樣頻率為fs，超聲波信號(hào)頻f。= 40KHz。接收與采集裝置中的第二微處理器MCU收到紅外同步信號(hào)后，連續(xù)采集并存儲(chǔ)超聲信號(hào)，存儲(chǔ)空間為Buf。在整個(gè)超聲信號(hào)存儲(chǔ)空間按順序搜索，找到每個(gè)超聲波周期的峰值點(diǎn)，在圖3中用“□”表示，并設(shè)定存儲(chǔ)空間Bhigh存儲(chǔ)每個(gè)峰值點(diǎn)的數(shù)值和其在存儲(chǔ)空間的地址。
在Bhigh內(nèi)按順序搜索，找到超聲波信號(hào)的最大值點(diǎn)，記為Vmax,其地址記為Vmaxad,如圖3所示。在Bhigh內(nèi)按順序搜索，判斷到達(dá)超聲波信號(hào)最大值點(diǎn)之前有幾個(gè)峰值點(diǎn)，峰值點(diǎn)數(shù)記為Nh，其中峰值點(diǎn)數(shù)Nh包含 最大值點(diǎn)。對(duì)圖2A中超聲信號(hào)波形按上述步驟進(jìn)行處理 ，Nh = 6。對(duì)圖2B中超聲信號(hào)波形按上述步驟進(jìn)行處理，Nh = 5ο超聲波到達(dá)判斷門(mén)限電平的確定采用固定比例的門(mén)限電平會(huì)出現(xiàn)超過(guò)一個(gè)超聲波周期甚至更大的誤差，如圖2中兩個(gè)典型超聲波形，若采用相對(duì)各自信號(hào)最大幅度相同的比例，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)周期的誤差。因此，確定動(dòng)態(tài)閾值的比例是問(wèn)題的關(guān)鍵。在圖2中，每個(gè)超聲波周期的峰值點(diǎn)用“ □”表示，圖中表示每個(gè)周期峰值點(diǎn)相對(duì)前一周期的變化值(相當(dāng)于速度變化)。由于第一個(gè)周期超聲信號(hào)幅度較小，且變化較小，特征不明顯。第二個(gè)周期超聲信號(hào)特征明顯，本實(shí)施例通過(guò)檢測(cè)第二個(gè)周期的超聲信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波到達(dá)時(shí)刻的檢測(cè)。圖2Α中變化最大的峰值為第4個(gè)周期的峰值，變化最小的峰值點(diǎn)為第I個(gè)周期的峰值和最大峰值處，圖2Α中的波形到達(dá)最大峰值處需要經(jīng)過(guò)6個(gè)周期，可以推算出第I個(gè)峰值小于最大峰值的1/6，而第2個(gè)周期峰值大于最大峰值的1/6，因此，設(shè)置最大峰值的1/6作為超聲波到達(dá)時(shí)刻的門(mén)限電平。圖2Β中超聲信號(hào)波形變化最大的峰值為第3個(gè)周期的峰值，變化最小的峰值點(diǎn)為第I個(gè)周期的峰值和最大峰值處，2Β中超聲信號(hào)波形到達(dá)最大峰值處需要經(jīng)過(guò)5個(gè)周期，可以推算出第I個(gè)峰值小于最大峰值的1/5，而第2個(gè)周期峰值大于最大峰值的1/5，因此，設(shè)置最大峰值的1/5作為超聲波到達(dá)時(shí)刻的門(mén)限電平。一般規(guī)則為若超聲波振動(dòng)到最大峰值的需要Nh個(gè)周期(含最大值周期)，最大峰值為Vmax,則設(shè)置門(mén)限電平值Vth = Vmax/Nh。在圖2A中Nh = 6，貝丨J門(mén)限電平Vth = Vmax/6。 在圖2B中Nh = 5，貝丨J門(mén)限電平Vth = Vmax/5。定義第2個(gè)超聲波周期后的第I個(gè)過(guò)零點(diǎn)作為超聲波到達(dá)時(shí)刻，利用過(guò)零點(diǎn)前后的兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)，通過(guò)以下方法計(jì)算到達(dá)時(shí)刻。(6)在Buf存儲(chǔ)空間內(nèi)，自V。》向后搜索得到第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)前后兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)，用Pp P2表示，保存兩個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)值和存儲(chǔ)地址，分別記為Vp V2和ADp AD2，其中AD2 =AD1+!。用時(shí)間表示 P1 U1J1) ,P2U1+!^ V2)，其中 = AD1 -TsjV1 > OjV2 < 0，如圖 4 所示，圖4中Ptl為實(shí)際信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)。(7)定義通過(guò)P1, P2兩點(diǎn)的直線(xiàn)與時(shí)間軸的交點(diǎn)為超聲波到達(dá)時(shí)刻，記為t·。利用P1, P2兩點(diǎn)的采樣值和存儲(chǔ)地址，通過(guò)以下方法計(jì)算到達(dá)時(shí)刻。
權(quán)利要求
1.一種超聲波到達(dá)精確時(shí)刻檢測(cè)的方法，其特征在于，包括 (1)微處理器控制A/D轉(zhuǎn)換器連續(xù)采集超聲波數(shù)據(jù)，設(shè)定超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，將所述超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在所述超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間中； (2)在整個(gè)超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間按順序搜索，找到每個(gè)超聲波周期的峰值點(diǎn)，設(shè)定峰值點(diǎn)存儲(chǔ)空間，所述峰值點(diǎn)存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)每個(gè)峰值點(diǎn)的數(shù)值和其在存儲(chǔ)空間的地址； (3)在步驟(2)中峰值點(diǎn)存儲(chǔ)空間內(nèi)搜索，得到超聲波信號(hào)的最大值點(diǎn)； (4)在步驟(2)中峰值點(diǎn)存儲(chǔ)空間內(nèi)搜索，確定到達(dá)最大值點(diǎn)前峰值點(diǎn)的個(gè)數(shù)； (5)根據(jù)所述最大值點(diǎn)的幅度和所述到達(dá)最大值點(diǎn)前峰值點(diǎn)的個(gè)數(shù)，確定門(mén)限電平值，在所述超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間內(nèi)搜索第一個(gè)大于所述門(mén)限電平值的超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置； (6)自所述第一個(gè)大于所述門(mén)限電平值的超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置按順序向后搜索，得到第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，以及最臨近所述第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)的前后兩個(gè)超聲波數(shù)據(jù)； (7)將得到的所述兩個(gè)超聲波數(shù)據(jù)的數(shù)值和存儲(chǔ)地址用直線(xiàn)擬合方法計(jì)算得到超聲波到達(dá)時(shí)刻。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于采用動(dòng)態(tài)門(mén)限電平判斷超聲波到達(dá)時(shí)刻。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于根據(jù)到達(dá)所述超聲波信號(hào)的最大值點(diǎn)的超聲波周期的個(gè)數(shù)動(dòng)態(tài)地確定超聲波到達(dá)判斷門(mén)限電平。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于計(jì)算得到的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)與實(shí)際過(guò)零點(diǎn)之間的誤差A(yù)為
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述超聲波信號(hào)頻率大于20KHz。
6.一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于，包括 發(fā)射裝置和接收與處理裝置； 所述發(fā)射裝置包括第一微處理器、超聲驅(qū)動(dòng)裝置、超聲發(fā)射傳感器、紅外驅(qū)動(dòng)裝置和紅外發(fā)射管； 所述接收與處理裝置包括第二微處理器、超聲A/D轉(zhuǎn)換器、紅外A/D轉(zhuǎn)換器、超聲增益控制裝置、紅外增益控制裝置、超聲放大裝置、紅外放大裝置、超聲接收傳感器、紅外接收管和存儲(chǔ)器； 所述第二微處理器控制超聲A/D轉(zhuǎn)換器連續(xù)采集超聲波數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)器中設(shè)定超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，將所述超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間中；第二微處理器在整個(gè)超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間搜索，找到每個(gè)超聲波周期的峰值點(diǎn)，設(shè)定峰值點(diǎn)存儲(chǔ)空間，所述峰值點(diǎn)存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)每個(gè)峰值點(diǎn)的數(shù)值和其在存儲(chǔ)空間的地址；第二微處理器在峰值點(diǎn)存儲(chǔ)空間內(nèi)搜索，得到超聲波信號(hào)的最大值點(diǎn)和確定到達(dá)最大值點(diǎn)前峰值點(diǎn)的個(gè)數(shù)；根據(jù)所述最大值點(diǎn)的幅度和所述到達(dá)最大值點(diǎn)前峰值點(diǎn)的個(gè)數(shù)，確定門(mén)限電平值，在所述超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間內(nèi)搜索第一個(gè)大于所述門(mén)限電平值的超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置；自所述第一個(gè)大于所述門(mén)限電平值的超聲波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置按順序向后搜索，得到第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，以及最臨近所述第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)的前后兩個(gè)超聲波數(shù)據(jù)；將得到的所述兩個(gè)超聲波數(shù)據(jù)的數(shù)值和存儲(chǔ)地址用直線(xiàn)擬合方法計(jì)算得到超聲波到達(dá)精確時(shí)刻。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于采用動(dòng)態(tài)門(mén)限電平判斷超聲波到達(dá)時(shí)刻。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)到達(dá)所述超聲波信號(hào)的最大值點(diǎn)的超聲波周期的個(gè)數(shù)動(dòng)態(tài)地確定超聲波到達(dá)判斷門(mén)限電平。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于計(jì)算得到的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)與實(shí)際過(guò)零點(diǎn)之間的誤差A(yù)為 Asm(x.)-7rfT -X. A--!-—-， cos(x, + ^r,)-Sin(^rs) 其中，X1為過(guò)零點(diǎn)Ptl之前的第一個(gè)采樣點(diǎn)P1點(diǎn)位移，X2為過(guò)零點(diǎn)Ptl之后的第一個(gè)采樣點(diǎn)P2點(diǎn)位移，X為P1和P2點(diǎn)連線(xiàn)與時(shí)間軸交點(diǎn)的位移，fc為超聲波信號(hào)頻率，Ts為采樣周期。
10.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述超聲波信號(hào)頻率大于20KHZ。
全文摘要
一種超聲波到達(dá)精確時(shí)刻檢測(cè)的方法及裝置，適用于測(cè)距、目標(biāo)跟蹤定位、流量檢測(cè)等高精度超聲波檢測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域。該方法基于數(shù)字處理技術(shù)，利用A/D轉(zhuǎn)換器采集的超聲波數(shù)據(jù)，根據(jù)超聲波波形特征，動(dòng)態(tài)的確定超聲波信號(hào)到達(dá)的判決門(mén)限電平，利用直線(xiàn)擬合方法，精確計(jì)算出超聲波到達(dá)時(shí)刻。通過(guò)簡(jiǎn)單搜索和數(shù)學(xué)運(yùn)算，在較低采樣率條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)納秒級(jí)精度的檢測(cè)，為測(cè)距、目標(biāo)跟蹤定位、流量檢測(cè)等高精度超聲波檢測(cè)提供一種計(jì)算量低、精度高的檢測(cè)方法。
文檔編號(hào)G01H11/06GK102636252SQ20121010171
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者孫曉穎, 宋舒婷, 林琳, 溫泉, 燕學(xué)智, 王波, 胡封曄, 陳建, 魏小麗 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)