[发明专利]基于数字解调的超声波飞行时间测量方法

权利要求书

1.一种基于数字解调的超声波飞行时间测量方法，包括超声波飞行时间测量装置，所述超声波飞行时间测量装置包括处理器、驱动放大电路、超声波换能器、高压偏置电路、回波放大电路、AD采集电路和反射面，其中处理器输出端分别经驱动放大电路和高压偏置电路与超声波换能器相连，触发超声波换能器产生发射波至反射面，所述回波放大电路用于接收经反射面反射回来的回波，其经AD采集器与处理器相连，将回波经AD采样后发送给处理器；其特征在于：包括以下步骤：

(1)处理器触发超声波换能器发出超声波信号，该超声波信号经反射面反射回的回波信号特征为：仅经过一个起振周期即达到回波信号幅度最大周期；

(2)回波放大电路接收到回波信号并将其放大，根据回波的波形设放大后的回波信号幅度函数模型为：

y(t)＝A(k)sin(ωt+θ)

其中y(t)为回波信号函数，k＝0，1，2…，k为振动周期数，A(k)为回波信号幅度，ω为超声波角频率，θ为超声回波相位；

(3)AD采集电路以采样率f_S对回波信号进行数据采集，得到离散超声回波信号y(n)＝A(k)sin(2πnf_c/f_s+θ)，其中f_c为超声波信号频率，n＝0，1，2，…N-1，N为一个回波信号周期的采样点数；

(4)超声波飞行时间测量装置完成一次超声波发射与回波接收采集后，处理器对采集的离散数据进行查询，找到最大幅度的超声回波y_m(n)所在周期数N_com，并结合下式计算粗时间T_r

(5)以y_m(n)为基准，计算其同频零相位单位参考信号和同频正交单位参考信号并存储，所述同频零相位单位参考信号与y_m(n)频率相同、相位差为0°，幅度值为1；所述同频正交单位参考信号与y_m(n)频率相同、相位差为90°，幅度值为1；

(6)y_m(n)与同频零相位单位参考信号相乘、累加得到同相分量R，y_m(n)与同频正交单位参考信号相乘、累加得到正交分量I，并根据以下公式计算得到精细时间t_a；

幅度

相位

(7)根据下式结合精细时间和粗时间得到准确地超声波飞行时间t_TOF

t_TOF＝T_r-t_a。

2.根据权利要求1所述的基于数字解调的超声波飞行时间测量方法，其特征在于：步骤(1)具体为：

处理器打开高压偏置电路产生直流偏置高压对超声波换能器充电，处理器产生一个脉宽与超声波换能器谐振频率互为倒数的电脉冲经过驱动放大电路放大后驱动超声波换能器，使其产生超声波信号，该超声波信号经反射面反射回的回波信号特征为：仅经过一个起振周期即达到回波信号幅度最大周期。

3.根据权利要求1所述的基于数字解调的超声波飞行时间测量方法，其特征在于：步骤(4)具体为：

找到回波最大幅度所在周期y_m(n)＝A_msin(2πnf_c/f_s+θ)，n＝0,1,2,…N-1,将该周期过零点前后两个相邻采样点y_m(n₁)与y_m(n₂)作线性拟合估算出过零点处的时间为t_com，通过N_com＝t_com·f_c+1，其中N_com为整数，即可得到超声回波最大幅度所在周期数，由于最大幅度周期信号的前沿只有一个起振周期，因此为粗时间。