[發明專利]一種精密測量超聲波傳輸時間的方法及裝置

無效

• 申請號: 201010162394.2
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101813515A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 張興紅;王先全;陳錫侯;馮濟琴;楊繼森;萬文略;高忠華;劉小康
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01S7/52
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

1.一種精密測量超聲波傳輸時間的方法，用于超聲波兩個超聲波換能器之間傳 輸時間的精密測量，其特征在于：所述方法是將超聲波換能器A與超聲波換能器B間 隔一定距離相對設置，兩個換能器之間存在可以傳播超聲波的介質，采用中央處理單 元CPU控制現場可編程門陣列FPGA輸出正弦波驅動信號，讓信號依次通過D/A轉換 電路和功率放大電路輸入至所述超聲波換能器A，該超聲波換能器A將輸入信號轉換 成機械振動產生超聲波信號；

所述超聲波換能器B接收所述超聲波換能器A發出的超聲波信號，并輸出超聲波 回波信號，由濾波電路對超聲波換能器B發出的超聲波回波信號進行濾波，再由運算 放大電路進行放大后，由A/D轉換電路對回波信號進行采樣，采樣數據先存儲在構造 于FPGA內的存儲區內；

采樣完成后，中央處理單元CPU首先根據FPGA發射超聲波的數據確定超聲波 傳播時間起點所對應的時刻，然后從FPGA內讀取超聲波回波信號的A/D采樣數據， 通過細分插補算法精確計算出超聲波傳播時間終點所對應的時刻，進而精確確定超聲 波在兩個換能器A、B之間的傳輸時間；

所述聲波傳播時間起點所對應的時刻取FPGA發射超聲波信號最后那個波的過零 點對應的時刻；

計算傳播時間的終點的細分插補算法是：根據FPGA中存儲的超聲波回波的A/D 采樣信號，首先確定回波信號中峰值幅值最大的那個周期內的波形；然后確定過零點 前后兩個采樣點所對應的時刻；最后以過零點前后兩個采樣點為基準，用擬合的方法 對采樣點進行細分，確定回波信號過零點所對應的時刻，即超聲波傳播時間終點所對 應的時刻。

2.一種實現權利要求1所述方法的精密測量超聲波傳輸時間的裝置，所述裝置 包括超聲波換能器A、超聲波換能器B、功率放大電路、運算放大電路、濾波電路、 A/D轉換電路、D/A轉換電路、現場可編程門陣列FPGA和中央處理單元CPU，其特征 在于：

所述超聲波換能器A與超聲波換能器B間隔一定距離相對設置，兩個換能器之間 存在可以傳播超聲波的介質；

所述中央處理單元CPU連接現場可編程門陣列FPGA，控制現場可編程門陣列FPGA 輸出正弦波驅動信號，現場可編程門陣列FPGA的一路輸出連接D/A轉換電路，由D/A 轉換電路對所述正弦波驅動信號進行轉換，D/A轉換電路再連接功率放大電路，對信 號進行放大，功率放大電路與超聲波換能器A連接，將信號輸入至所述超聲波換能器 A，該超聲波換能器A將輸入信號轉換成機械振動產生超聲波信號；

所述超聲波換能器B接收所述超聲波換能器A發出的超聲波信號，把機械振動轉 換為電信號，輸出超聲波回波信號，并通過與其依次連接的運算放大電路、濾波電路 和A/D轉換電路，使所述超聲波回波信號依次經放大、濾波和A/D轉換后輸入至現場 可編程門陣列FPGA；

所述現場可編程門陣列FPGA同時采樣輸出的正弦波驅動信號和輸入的超聲波回 波信號，并將采樣數據存放在內存中；

所述中央處理單元CPU從現場可編程門陣列FPGA內存中讀取采樣數據，根據輸 出的正弦波驅動信號確定超聲波傳播時間起點所對應的時刻，根據輸入的超聲波回波 信號，采用通過細分插補算法精確計算出超聲波傳播時間終點所對應的時刻，進而精 確確定超聲波在兩個換能器A、B之間的傳輸時間；

所述聲波傳播時間起點所對應的時刻取FPGA發射超聲波信號最后那個波的過零 點對應的時刻；

所述計算傳播時間的終點的細分插補算法是：根據FPGA中存儲的超聲波回波的 A/D采樣信號，首先確定回波信號中峰值幅值最大的那個周期內的波形；然后確定過 零點前后兩個采樣點所對應的時刻；最后以過零點前后兩個采樣點為基準，用擬合的 方法對采樣點進行細分，確定回波信號過零點所對應的時刻，即超聲波傳播時間終點 所對應的時刻。