超聲波憑借其良好的定向性,、較強(qiáng)的穿透性和抗腐蝕能力,,已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,例如超聲波測距,、超聲波無損檢測和超聲波流量計(jì)等,。超聲波信號從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鞯臅r(shí)間定義為飛行時(shí)間(TOP)。TOP包含很多信息,,例如TOP反映了距離測量和超聲波流量計(jì)中的距離和流量信息等等,。因此,,準(zhǔn)確確定超聲TOP是超聲應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。據(jù)我們所知,,超聲波流量計(jì)應(yīng)用中的TOP測定方法通??煞譃槿悺?
第一類包括閾值檢測方法,。例如動(dòng)態(tài)閾值方法,、雙閾值方法和可變比率閾值方法均被開發(fā)用于確定TOP。這些閾值方法是最簡單的方法,。但是,,它們?nèi)菀资艿皆肼暤母蓴_。此外,,這些用于TOP檢測的方法是基于超聲信號上升沿的幅度特性,。因此,它們的性能會(huì)受到波形變化的影響,。
第二類包含各種相關(guān)方法,。這些方法首先應(yīng)用于雷達(dá)領(lǐng)域,然后在1981年引入TOP測定,?;镜南嚓P(guān)方法計(jì)算兩個(gè)接收信號之間的相關(guān)函數(shù),然后產(chǎn)生一個(gè)最大峰值,,其中時(shí)移映射到兩個(gè)信號之間的時(shí)間差,。后來,提出了更好的相關(guān)方法,,例如基于調(diào)頻激勵(lì)的互相關(guān),、相位相關(guān)方法和正弦擬合技術(shù)的互相關(guān)等方法,將其應(yīng)用于TOP確定,。與閾值方法相比,,相關(guān)方法受噪聲的影響較小,但其準(zhǔn)確性仍然受到采樣率的限制,。相關(guān)方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是難以根據(jù)不同的應(yīng)用條件實(shí)時(shí)更新參考波,,從而導(dǎo)致TOP出現(xiàn)偏差檢測。
第三類包括基于波形擬合的TOP估計(jì)方法,。在這些方法中,,首先選擇合理的超聲接收信號經(jīng)驗(yàn)?zāi)P停缓蟛捎糜行惴▽邮盏降某曅盘栠M(jìn)行擬合以獲取TOP,。這些方法不僅提供了很高的測量精度,而且還提供了強(qiáng)大的抗干擾能力,。然而,,他們需要大量的計(jì)算,,這需要高成本的數(shù)字信號處理,并降低了實(shí)時(shí)性能,。
因此,,本文在前人的基礎(chǔ)上,提出了一種基于超聲波信號起伏的簡便易行的飛行時(shí)間確定方法,。此方法包括兩部分,,即尋找超聲信號開始檢測(USO)的大致位置以及在多個(gè)獲得的時(shí)間值中確定TOP。在第一步中,,將接收到的信號分為多個(gè)段,,并且根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化頻率和能量的倍數(shù)將每個(gè)段識別為超聲信號或噪聲信號。通過分析分類結(jié)果,,可以確定USO的大致位置,。在第二步中,可以根據(jù)USO與所獲得的零交叉時(shí)間值之間的關(guān)系,,選擇固定的零交叉時(shí)間值作為TOP,。由于在分類過程中僅使用每個(gè)段內(nèi)的信息,因此該方法對波形變化不敏感,。
這項(xiàng)研究提出的新方法與以前建立的方法之間的不同之處在于,,新提出的方法的檢測到的TOP僅依賴于當(dāng)前測量中對超聲信號的分析,而不是依賴于先前方法的兩次連續(xù)測量中的信號,,且性能將不受兩次測量之間波形相似度的限制,,易于實(shí)現(xiàn)和適用于嵌入式系統(tǒng)等優(yōu)勢。