專利名稱：基于調(diào)制域測量的超聲波回波前沿檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是超聲波測距技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著自動測量和微機技術(shù)的發(fā)展，超聲波測距作為一種現(xiàn)代化的測量手段以其不接觸被測物體、可測范圍廣、不受光線和被測物體顏色的影響、易于控制等優(yōu)點，已經(jīng)在機器人避障和定位、車輛自動導(dǎo)航、液位測量、建筑測量等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是，由于目前國內(nèi)的超聲波測距專用集成電路的精度只能達到厘米數(shù)量級，僅能滿足一般工業(yè)測量的要求，不能滿足精度要求較高的測距場合，這大大限制了超聲波在測距領(lǐng)域的應(yīng)用。
超聲波測距原理為超聲波測距系統(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轉(zhuǎn)換為同樣頻率的機械振動，接收換能器將超聲波的機械振動轉(zhuǎn)換為同頻的電信號；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。電信號在發(fā)射換能器和接收換能器之間通過機械振動完成了信息傳遞，信息傳遞所經(jīng)歷的時間被稱為信息渡越時間t，根據(jù)渡越時間和超聲波在介質(zhì)中傳播速度c可以計算出超聲波的傳播距離L。計算公式如下L=t×c2]]>其中，t為信息渡越時間，c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度，L為超聲波的傳輸距離。超聲波測距原理圖如圖1所示。
由于超聲波測距的關(guān)鍵點在于渡越時間測量的準確性，在超聲波測距技術(shù)中，渡越時間的測量主要是通過對超聲波回波前沿的檢測實現(xiàn)的，也就是說，回波信號的前沿對應(yīng)發(fā)射波中的具體相位確定影響了測距精度，因此，如何能夠準確的檢測出超聲波回波的前沿成為提高超聲波測距精度的關(guān)鍵。回波信號是一個和發(fā)射波同頻的正弦信號，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，回波的每個周期幾乎完全一樣，沒有一個物理量能夠表征出回波前沿與發(fā)射波前沿的對應(yīng)關(guān)系。目前，常用的回波前沿檢測方法主要有兩種，一種通過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，不易于實現(xiàn)。另一種是通過提取回波幅度的包絡(luò)，用雙域值檢測的方法計算回波前沿，由于，回波幅度是一個非常容易受到干擾的物理量，所以，這種方法也影響了測距的精度。因此，目前國內(nèi)超聲波測距技術(shù)存在著檢測精度低、無法表征出回波前沿與發(fā)射波前沿的精確對應(yīng)關(guān)系的問題發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了克服目前國內(nèi)超聲波測距技術(shù)存在的檢測精度低、無法表征出回波前沿與發(fā)射波前沿的精確對應(yīng)關(guān)系的問題，提高超聲波測距的精度，進而提出了一種基于調(diào)制域測量的超聲波回波前沿檢測方法。
本發(fā)明的檢測方法為一、控制器控制發(fā)射探頭向被測物體發(fā)出頻率為f0的正弦波，同時控制器通過接收探頭開始檢測是否接收到回波信號；二、當(dāng)控制器通過接收探頭檢測到回波信號時，控制器產(chǎn)生一個瞬時頻率切換信號，該信號控制發(fā)射探頭使發(fā)射頻率由f0切換到f1；同時控制器啟動計數(shù)器，以一定的頻率開始計數(shù)；三、控制器通過接收探頭對回波信號的上升沿和下降沿分別進行檢測；四、每當(dāng)控制器檢測到回波信號的上升沿或下降沿時，控制器將該時刻計數(shù)器的計數(shù)值寫入存儲器；五、控制器根據(jù)存儲器所記錄的計數(shù)值，依次計算出每組相鄰上升沿之間的計數(shù)時鐘寬度和相鄰下降沿之間的計數(shù)時鐘寬度，并將同周期內(nèi)的相鄰上升沿之間的計數(shù)時鐘寬度和相鄰下降沿之間的計數(shù)時鐘寬度作為一對數(shù)據(jù)；六、控制器對每對時鐘寬度依次進行比較，直到檢測到頻率發(fā)生瞬時切換的第一個周期，記錄該時刻計數(shù)器的計數(shù)值M；七、控制器由M計算得到頻率切換點從發(fā)射探頭到接收探頭的傳播時間，即渡越時間，從而根據(jù)公式
L=t×c2]]>其中，t為信息渡越時間，c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度，L為超聲波的傳輸距離，計算出超聲波傳播距離，即測量距離。
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，同時控制接收探頭開始檢測是否接收到回波信號；當(dāng)接收探頭檢測到回波信號時，產(chǎn)生一個瞬時頻率切換信號，該信號控制發(fā)射探頭的發(fā)射頻率由f0切換到f1，同時啟動計數(shù)器，以300MHz的頻率開始計數(shù)。
由于在實際情況下，接收探頭所接收到的回波信號并不是瞬時完成頻率的切換，而是以一定的變化率逐漸的達到穩(wěn)定頻率f1，因此，需要對回波信號的上升沿和下降沿分別進行檢測，每當(dāng)檢測到回波信號的上升沿或下降沿時，就將該時刻計數(shù)器的計數(shù)值寫入存儲器。同時，根據(jù)所記錄的計數(shù)值，依次計算出每組相鄰上升沿之間的計數(shù)時鐘寬度和相鄰下降沿之間的計數(shù)時鐘寬度，并將同周期內(nèi)的相鄰上升沿之間的計數(shù)時鐘寬度和相鄰下降沿之間的計數(shù)時鐘寬度作為一對數(shù)據(jù)，控制器對每對時鐘寬度依次進行比較，直到檢測到頻率發(fā)生瞬時切換的第一個周期，記錄該時刻計數(shù)器的計數(shù)值M。由M可以計算得到頻率切換點從發(fā)射探頭到接收探頭的傳播時間，即渡越時間，從而根據(jù)公式L=t×c2]]>其中，t為信息渡越時間，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)射波前沿的精確對應(yīng)關(guān)系，提高超聲波測距的精度。


圖1是超聲波測距原理圖；圖2是基于調(diào)制域測量的超聲波回波前沿檢測方法流程圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖2說明本實施方式。本實施方式檢測方法為
一、控制器控制發(fā)射探頭向被測物體發(fā)出頻率為f0的正弦波，同時控制器通過接收探頭開始檢測是否接收到回波信號；二、當(dāng)控制器通過接收探頭檢測到回波信號時，控制器產(chǎn)生一個瞬時頻率切換信號，該信號控制發(fā)射探頭使發(fā)射頻率由f0切換到f1；同時控制器啟動計數(shù)器，以一定的頻率開始計數(shù)；三、控制器通過接收探頭對回波信號的上升沿和下降沿分別進行檢測；四、每當(dāng)控制器檢測到回波信號的上升沿或下降沿時，控制器將該時刻計數(shù)器的計數(shù)值寫入存儲器；五、控制器根據(jù)存儲器所記錄的計數(shù)值，依次計算出每組相鄰上升沿之間的計數(shù)時鐘寬度和相鄰下降沿之間的計數(shù)時鐘寬度，并將同周期內(nèi)的相鄰上升沿之間的計數(shù)時鐘寬度和相鄰下降沿之間的計數(shù)時鐘寬度作為一對數(shù)據(jù)；六、控制器對每對時鐘寬度依次進行比較，直到檢測到頻率發(fā)生瞬時切換的第一個周期，記錄該時刻計數(shù)器的計數(shù)值M；七、控制器由M計算得到頻率切換點從發(fā)射探頭到接收探頭的傳播時間，即渡越時間，從而根據(jù)公式L=t×c2]]>其中，t為信息渡越時間，c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度，L為超聲波的傳輸距離，計算出超聲波傳播距離，即測量距離。
權(quán)利要求
1.基于調(diào)制域測量的超聲波回波前沿檢測方法；其特征在于檢測方法為一、控制器控制發(fā)射探頭向被測物體發(fā)出頻率為f0的正弦波，同時控制器通過接收探頭開始檢測是否接收到回波信號；二、當(dāng)控制器通過接收探頭檢測到回波信號時，控制器產(chǎn)生一個瞬時頻率切換信號，該信號控制發(fā)射探頭使發(fā)射頻率由f0切換到f1；同時控制器啟動計數(shù)器，以一定的頻率開始計數(shù)；三、控制器通過接收探頭對回波信號的上升沿和下降沿分別進行檢測；四、每當(dāng)控制器檢測到回波信號的上升沿或下降沿時，控制器將該時刻計數(shù)器的計數(shù)值寫入存儲器；五、控制器根據(jù)存儲器所記錄的計數(shù)值，依次計算出每組相鄰上升沿之間的計數(shù)時鐘寬度和相鄰下降沿之間的計數(shù)時鐘寬度，并將同周期內(nèi)的相鄰上升沿之間的計數(shù)時鐘寬度和相鄰下降沿之間的計數(shù)時鐘寬度作為一對數(shù)據(jù)；六、控制器對每對時鐘寬度依次進行比較，直到檢測到頻率發(fā)生瞬時切換的第一個周期，記錄該時刻計數(shù)器的計數(shù)值M；七、控制器由M計算得到頻率切換點從發(fā)射探頭到接收探頭的傳播時間，即渡越時間，從而根據(jù)公式L=t×c2]]>其中，t為信息渡越時間，c為超聲波在介質(zhì)中傳播速度，L為超聲波的傳輸距離，計算出超聲波傳播距離，即測量距離。
全文摘要
基于調(diào)制域測量的超聲波回波前沿檢測方法，它涉及的是超聲波測距的技術(shù)領(lǐng)域。它是為了克服目前國內(nèi)超聲波測距技術(shù)存在的檢測精度低、無法表征出回波前沿與發(fā)射波前沿的精確對應(yīng)關(guān)系的問題；本實施方式檢測方法為發(fā)射探頭向被測物體發(fā)出頻率為f
文檔編號G01S15/08GK101029932SQ20071007168
公開日2007年9月5日 申請日期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 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)