專利名稱:基于調(diào)制域測(cè)量的超聲波回波前沿檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及的是超聲波測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
隨著自動(dòng)測(cè)量和微機(jī)技術(shù)的發(fā)展,超聲波測(cè)距作為一種現(xiàn)代化的測(cè)量手段以其不接觸被測(cè)物體、可測(cè)范圍廣、不受光線和被測(cè)物體顏色的影響、易于控制等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)在機(jī)器人避障和定位、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、液位測(cè)量、建筑測(cè)量等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是,由于目前國(guó)內(nèi)的超聲波測(cè)距專用集成電路的精度只能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí),僅能滿足一般工業(yè)測(cè)量的要求,不能滿足精度要求較高的測(cè)距場(chǎng)合,這大大限制了超聲波在測(cè)距領(lǐng)域的應(yīng)用。
超聲波測(cè)距原理為超聲波測(cè)距系統(tǒng)中包括超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器兩部分組成,發(fā)射換能器將頻率在超聲波頻段的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為同樣頻率的機(jī)械振動(dòng),接收換能器將超聲波的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為同頻的電信號(hào);在工程應(yīng)用中,發(fā)射換能器也稱作發(fā)射探頭,接收換能器稱為接收探頭。電信號(hào)在發(fā)射換能器和接收換能器之間通過(guò)機(jī)械振動(dòng)完成了信息傳遞,信息傳遞所經(jīng)歷的時(shí)間被稱為信息渡越時(shí)間t,根據(jù)渡越時(shí)間和超聲波在介質(zhì)中傳播速度c可以計(jì)算出超聲波的傳播距離L。計(jì)算公式如下L=t×c2]]>其中,t為信息渡越時(shí)間,c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度,L為超聲波的傳輸距離。超聲波測(cè)距原理圖如圖1所示。
由于超聲波測(cè)距的關(guān)鍵點(diǎn)在于渡越時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性,在超聲波測(cè)距技術(shù)中,渡越時(shí)間的測(cè)量主要是通過(guò)對(duì)超聲波回波前沿的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的,也就是說(shuō),回波信號(hào)的前沿對(duì)應(yīng)發(fā)射波中的具體相位確定影響了測(cè)距精度,因此,如何能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出超聲波回波的前沿成為提高超聲波測(cè)距精度的關(guān)鍵。回波信號(hào)是一個(gè)和發(fā)射波同頻的正弦信號(hào),回波幅度比發(fā)射波的幅度小。如果采用幅度恒定的發(fā)射波,回波的每個(gè)周期幾乎完全一樣,沒(méi)有一個(gè)物理量能夠表征出回波前沿與發(fā)射波前沿的對(duì)應(yīng)關(guān)系。目前,常用的回波前沿檢測(cè)方法主要有兩種,一種通過(guò)A/D采樣、數(shù)字處理,然后小波分析等數(shù)學(xué)模型確定回波前沿,這種方法電路復(fù)雜,數(shù)據(jù)處理量大,不易于實(shí)現(xiàn)。另一種是通過(guò)提取回波幅度的包絡(luò),用雙域值檢測(cè)的方法計(jì)算回波前沿,由于,回波幅度是一個(gè)非常容易受到干擾的物理量,所以,這種方法也影響了測(cè)距的精度。因此,目前國(guó)內(nèi)超聲波測(cè)距技術(shù)存在著檢測(cè)精度低、無(wú)法表征出回波前沿與發(fā)射波前沿的精確對(duì)應(yīng)關(guān)系的問(wèn)題發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了克服目前國(guó)內(nèi)超聲波測(cè)距技術(shù)存在的檢測(cè)精度低、無(wú)法表征出回波前沿與發(fā)射波前沿的精確對(duì)應(yīng)關(guān)系的問(wèn)題,提高超聲波測(cè)距的精度,進(jìn)而提出了一種基于調(diào)制域測(cè)量的超聲波回波前沿檢測(cè)方法。
本發(fā)明的檢測(cè)方法為一、控制器控制發(fā)射探頭向被測(cè)物體發(fā)出頻率為f0的正弦波,同時(shí)控制器通過(guò)接收探頭開始檢測(cè)是否接收到回波信號(hào);二、當(dāng)控制器通過(guò)接收探頭檢測(cè)到回波信號(hào)時(shí),控制器產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)頻率切換信號(hào),該信號(hào)控制發(fā)射探頭使發(fā)射頻率由f0切換到f1;同時(shí)控制器啟動(dòng)計(jì)數(shù)器,以一定的頻率開始計(jì)數(shù);三、控制器通過(guò)接收探頭對(duì)回波信號(hào)的上升沿和下降沿分別進(jìn)行檢測(cè);四、每當(dāng)控制器檢測(cè)到回波信號(hào)的上升沿或下降沿時(shí),控制器將該時(shí)刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值寫入存儲(chǔ)器;五、控制器根據(jù)存儲(chǔ)器所記錄的計(jì)數(shù)值,依次計(jì)算出每組相鄰上升沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度和相鄰下降沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度,并將同周期內(nèi)的相鄰上升沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度和相鄰下降沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度作為一對(duì)數(shù)據(jù);六、控制器對(duì)每對(duì)時(shí)鐘寬度依次進(jìn)行比較,直到檢測(cè)到頻率發(fā)生瞬時(shí)切換的第一個(gè)周期,記錄該時(shí)刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值M;七、控制器由M計(jì)算得到頻率切換點(diǎn)從發(fā)射探頭到接收探頭的傳播時(shí)間,即渡越時(shí)間,從而根據(jù)公式
L=t×c2]]>其中,t為信息渡越時(shí)間,c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度,L為超聲波的傳輸距離,計(jì)算出超聲波傳播距離,即測(cè)量距離。
工作原理控制器控制發(fā)射探頭發(fā)出頻率為f0的正弦波,同時(shí)控制接收探頭開始檢測(cè)是否接收到回波信號(hào);當(dāng)接收探頭檢測(cè)到回波信號(hào)時(shí),產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)頻率切換信號(hào),該信號(hào)控制發(fā)射探頭的發(fā)射頻率由f0切換到f1,同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器,以300MHz的頻率開始計(jì)數(shù)。
由于在實(shí)際情況下,接收探頭所接收到的回波信號(hào)并不是瞬時(shí)完成頻率的切換,而是以一定的變化率逐漸的達(dá)到穩(wěn)定頻率f1,因此,需要對(duì)回波信號(hào)的上升沿和下降沿分別進(jìn)行檢測(cè),每當(dāng)檢測(cè)到回波信號(hào)的上升沿或下降沿時(shí),就將該時(shí)刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值寫入存儲(chǔ)器。同時(shí),根據(jù)所記錄的計(jì)數(shù)值,依次計(jì)算出每組相鄰上升沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度和相鄰下降沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度,并將同周期內(nèi)的相鄰上升沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度和相鄰下降沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度作為一對(duì)數(shù)據(jù),控制器對(duì)每對(duì)時(shí)鐘寬度依次進(jìn)行比較,直到檢測(cè)到頻率發(fā)生瞬時(shí)切換的第一個(gè)周期,記錄該時(shí)刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值M。由M可以計(jì)算得到頻率切換點(diǎn)從發(fā)射探頭到接收探頭的傳播時(shí)間,即渡越時(shí)間,從而根據(jù)公式L=t×c2]]>其中,t為信息渡越時(shí)間,c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度,L為超聲波的傳輸距離,計(jì)算出超聲波傳播距離。
本發(fā)明能表征出回波前沿與發(fā)射波前沿的精確對(duì)應(yīng)關(guān)系,提高超聲波測(cè)距的精度。
圖1是超聲波測(cè)距原理圖;圖2是基于調(diào)制域測(cè)量的超聲波回波前沿檢測(cè)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式檢測(cè)方法為
一、控制器控制發(fā)射探頭向被測(cè)物體發(fā)出頻率為f0的正弦波,同時(shí)控制器通過(guò)接收探頭開始檢測(cè)是否接收到回波信號(hào);二、當(dāng)控制器通過(guò)接收探頭檢測(cè)到回波信號(hào)時(shí),控制器產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)頻率切換信號(hào),該信號(hào)控制發(fā)射探頭使發(fā)射頻率由f0切換到f1;同時(shí)控制器啟動(dòng)計(jì)數(shù)器,以一定的頻率開始計(jì)數(shù);三、控制器通過(guò)接收探頭對(duì)回波信號(hào)的上升沿和下降沿分別進(jìn)行檢測(cè);四、每當(dāng)控制器檢測(cè)到回波信號(hào)的上升沿或下降沿時(shí),控制器將該時(shí)刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值寫入存儲(chǔ)器;五、控制器根據(jù)存儲(chǔ)器所記錄的計(jì)數(shù)值,依次計(jì)算出每組相鄰上升沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度和相鄰下降沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度,并將同周期內(nèi)的相鄰上升沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度和相鄰下降沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度作為一對(duì)數(shù)據(jù);六、控制器對(duì)每對(duì)時(shí)鐘寬度依次進(jìn)行比較,直到檢測(cè)到頻率發(fā)生瞬時(shí)切換的第一個(gè)周期,記錄該時(shí)刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值M;七、控制器由M計(jì)算得到頻率切換點(diǎn)從發(fā)射探頭到接收探頭的傳播時(shí)間,即渡越時(shí)間,從而根據(jù)公式L=t×c2]]>其中,t為信息渡越時(shí)間,c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度,L為超聲波的傳輸距離,計(jì)算出超聲波傳播距離,即測(cè)量距離。
權(quán)利要求
1.基于調(diào)制域測(cè)量的超聲波回波前沿檢測(cè)方法;其特征在于檢測(cè)方法為一、控制器控制發(fā)射探頭向被測(cè)物體發(fā)出頻率為f0的正弦波,同時(shí)控制器通過(guò)接收探頭開始檢測(cè)是否接收到回波信號(hào);二、當(dāng)控制器通過(guò)接收探頭檢測(cè)到回波信號(hào)時(shí),控制器產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)頻率切換信號(hào),該信號(hào)控制發(fā)射探頭使發(fā)射頻率由f0切換到f1;同時(shí)控制器啟動(dòng)計(jì)數(shù)器,以一定的頻率開始計(jì)數(shù);三、控制器通過(guò)接收探頭對(duì)回波信號(hào)的上升沿和下降沿分別進(jìn)行檢測(cè);四、每當(dāng)控制器檢測(cè)到回波信號(hào)的上升沿或下降沿時(shí),控制器將該時(shí)刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值寫入存儲(chǔ)器;五、控制器根據(jù)存儲(chǔ)器所記錄的計(jì)數(shù)值,依次計(jì)算出每組相鄰上升沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度和相鄰下降沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度,并將同周期內(nèi)的相鄰上升沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度和相鄰下降沿之間的計(jì)數(shù)時(shí)鐘寬度作為一對(duì)數(shù)據(jù);六、控制器對(duì)每對(duì)時(shí)鐘寬度依次進(jìn)行比較,直到檢測(cè)到頻率發(fā)生瞬時(shí)切換的第一個(gè)周期,記錄該時(shí)刻計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值M;七、控制器由M計(jì)算得到頻率切換點(diǎn)從發(fā)射探頭到接收探頭的傳播時(shí)間,即渡越時(shí)間,從而根據(jù)公式L=t×c2]]>其中,t為信息渡越時(shí)間,c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度,L為超聲波的傳輸距離,計(jì)算出超聲波傳播距離,即測(cè)量距離。
全文摘要
基于調(diào)制域測(cè)量的超聲波回波前沿檢測(cè)方法,它涉及的是超聲波測(cè)距的技術(shù)領(lǐng)域。它是為了克服目前國(guó)內(nèi)超聲波測(cè)距技術(shù)存在的檢測(cè)精度低、無(wú)法表征出回波前沿與發(fā)射波前沿的精確對(duì)應(yīng)關(guān)系的問(wèn)題;本實(shí)施方式檢測(cè)方法為發(fā)射探頭向被測(cè)物體發(fā)出頻率為f
文檔編號(hào)G01S15/08GK101029932SQ20071007168
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者孟升衛(wèi), 尹洪濤, 黃燦杰, 喬家慶, 付平 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)