[发明专利]超声波传输时间无模糊测量方法

说明书

技术领域：

本发明涉及超声测量技术，特别涉及超声波传播时间的测量技术。

背景技术：

超声测量技术广泛用于医疗、测距、探伤、流量、气体浓度测定等等方面。超声测量的基本原理是通过超声波在介质中传播的不同的速度、不同介质交界面的反射等特性来完成特定的测量任务。这其中一个很重要的方面是对超声波在特定的介质中传播一定距离所用时间的测量。

现有技术中，对传输时间精确的测量包括多种测量方法，这里讨论对发送与接收信号的相位差测量来获得方法。设超声波传感器发送信号为：

a₀(t)＝Acos(2πf₀t+φ₀)＝Acos(θ_a0)                                     (1)

其中A是发送信号幅度，f₀是发送频率，相位θ_a0＝2πf₀t+φ₀

接收端收到的信号为：

b₀(t)＝Bcos[2πf₀(t+Δt)+φ₀]＝Bcos[2πf₀t+2πf₀Δt+φ₀]＝Bcos[θ_b0]   (2)

其中B是接收值号的幅度，相位θ_b0＝2πf₀t+2πf₀Δt+φ₀

利用相位差法，即

Δt=θb0-θa02πf0=2πf0Δt2πf0,---(3)]]>

上述方法在f₀Δt≤1时，或2πf₀Δt≤2π的情况下不存在任何问题，但是这里存在如下的情况，如在气体浓度测量中，超声波在不同浓度、温度等情况下的传输速度不同，约在250m/s~343m/s左右，若将超声波发送器与接收器距离设为S，则Δt=Sv,]]>其中v是超声波的速度，设S＝30cm，v＝300m/s，t＝1ms，若超声波的频率为f₀＝40khz，则2πf₀Δt＝2π*40，由于相位存在以2π为模的特性，这样我们能测得的相位为0或2π，利用式(3)并不能得到真实的传输时间Δt。

出现上述测量模糊的情况是由于相位θ_a0、θ_b0是0~2π取值，当然也可以-π~π，不失一般性这里取0~2π。因此当Δt较大即f₀Δt≥1时，或2πf₀Δt≥2π时，将出现对Δt估计的模糊，出现传输时间估计错误。

发明内容：