[发明专利]线性变频信号的回波时间测量方法

说明书

本发明线性变频信号的回波时间测量方法，包括以下步骤：步骤1，超声波传感器发射周期先线性增加后线性减小的脉冲串，记录脉冲串的频率转折时刻t₀；步骤2，经过延时以消除超声波传感器的余振影响；步骤3，超声波传感器同时接收超声波回波信号，经过放大、滤波电路处理后得到有效回波信号；步骤4，将有效回波信号经过模拟电压比较器整形为数字回波脉冲序列，并传送给处理器，计算出各个回波脉冲的宽度；步骤5，找到回波脉冲的宽度变化转折点m，即为回波脉冲频率转折点，记录该点的时刻为t[m]；步骤6，计算回波时间t_echo，t_echo＝t[m]‑t₀。本发明解决了现有技术中存在的测量回波信号精度低、实时性差、计算量大的问题。

技术领域

本发明属于超声波测距技术领域，涉及一种线性变频信号的回波时间测量方法。

背景技术

超声波脉冲回波测距技术是目前广泛应用的非接触测距方法^[1]，目前在脉冲回波测距技术中有阀门法、互相关函数法、频域相位法和时域法^[2]、FSK(频移键控)等检测方法^[3]；由于超声波回波信号传输过程衰减严重，回波前沿难检测，阀门法精度无法保证^[2]，互相关函数法、频域相位法和时域方法需要对回波信号采样，需要高速的模数转换器和大量存储器，分析方法计算量大，实用性较低^[2]，FSK(频移键控)是检测超声波频率发生跳变的时刻来确定超声波在介质中的渡越时间的方法，由于超声波传感器在发射和接收过程需要较长的起振时间^[5]，而脉冲回波法发送脉冲个数有限，在较短时间内频率不能稳定，回波频率切换点不易找到。

[1]潘仲明简盈王跃科.基于两步相关法的大量程超声波测距技术[J].电子测量与仪表学报2006 20(5):73－76。

[2]程晓畅苏绍景王跃科潘仲明祝琴.超声回波信号调制及其包络相关时延估计算法[J].传感技术学报2006 19(6)2571-2577。

[3]孟升卫曹义尹洪涛.基于FSK的超声波测距技术研究[J].电子测量技术200932(5):150－156。

[4]徐斌.一种考虑起振延迟的低频超声波短距高精度测量校准方法[J].传感技术学报2013 26(5):666－669。

[5]章小兵宋爱国唐鸿儒.基于单接收头的超声波多目标测距[J].传感技术学报2007 20(5):1167-1170。

发明内容

本发明的目的是提供一种线性变频信号的回波时间测量方法，解决了现有技术中存在的测量回波信号精度低、实时性差、计算量大的问题。

本发明所采用的技术方案是，线性变频的回波时间测量方法，包括以下步骤：

步骤1，超声波传感器发射周期先线性增加后线性减小的脉冲串，记录发射脉冲串的频率转折时刻t₀；

步骤2，经过延时以消除超声波传感器的余振影响；

步骤3，超声波传感器在发射脉冲串的同时接收超声波回波信号，超声波回波信号经过放大、滤波电路处理后得到有效回波信号；

步骤4，将有效回波信号经过模拟电压比较器整形为数字回波脉冲序列，并传送给处理器，计算出各个回波脉冲的宽度；

步骤5，找到回波脉冲的宽度变化转折点m，即为回波脉冲频率转折点，记录该点的时刻为t[m]；

步骤6，计算回波时间t_echo，t_echo＝t[m]-t₀。

步骤1具体为：