[发明专利]一种超声波信号的低速采样及信号复原方法

说明书

本发明涉及一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，属于超声波风速、流速测量技术领域。本发明采用峰值保持电路，实现对信号极大值或极小值在一段时间内的保持；采用过零比较器，能够精确地实现超声波信号时间检测；采用滞回比较器作为触发，实现对信号极值点和过零时刻的采样；再基于超声波信号数学模型，完成信号的复原。其步骤为：滞回比较器的触发信号触发一次AD采样，并将采样值存入数据缓存区，触发计时器将最近一次记录时刻数据存入数据缓存区，依据当前数据缓存区存储的数据以及超声波信号数学模型完成信号的复原。本发明能够不失真地完成极值点采样，同时降低了超声波风速、流速测量装置的整体设计成本及功耗。

技术领域

本发明属于超声波风速、流速测量技术领域，涉及一种超声波信号的低速采样及信号复原方法。

背景技术

基于超声波时差法能够实现风速风向、流速流量的测量，具有环境温度影响小，低下限、宽量程、精度高、线性度好、无压损等优点，目前逐渐成为气象、精准计量领域的主流技术。

超声波时差法需要对超声波顺逆流渡越时间进行计算，较为常用的算法有阈值法、可变阈值法、相关法、相位差法，这些方法都需要进行对超声波信号的采样。

根据香农定理，采样频率需要大于被采样信号频率的两倍，但为了更加真实完整地获取信号特征，超声波信号采样频率往往为本身频率的10倍以上，频率的提高会带来成本及功耗的增加，而且由于采样间隔的存在，也可能会造成超声波信号最为重要的特征点——极值点采样的失真。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，不失真地完成极值点采样，同时对采样的超声波信号进行复原。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，采用峰值保持电路，实现超声波信号极值在一段时间内的保持；采用过零比较器将超声波信号转换为方波信号，实现信号的时间检测；采用滞回比较器将超声波信号转换为方波信号，根据需求设定触发信号，实现对信号极值点和过零时刻的采样；

该方法包括以下步骤：

S1、峰值保持电路将超声波信号的极值保持在一定时间内；

S2、滞回比较器的触发信号触发一次AD采样，并将采样值存入数据缓存区，完成后产生一个复位信号，峰值保持电路复位，为下一次采集做准备；

S3、计时器检测过零比较器的下降沿，并记录下降沿发生时刻，滞回比较器的触发信号触发计时器将最近一次记录时刻数据存入数据缓存区；

S4、依据当前数据缓存区存储的数据以及超声波信号数学模型，通过插值算法完成对采集信号的复原。

进一步，该方法能够采用1倍超声波频率的采样频率进行低速采样，也能够采用2倍超声波频率的采样频率进行低速采样。

进一步，采用1倍超声波频率的采样频率进行低速采样时，信号的采样及复原步骤如下：

S11、峰值保持电路将超声波信号的极大值保持在一定时间内；

S21、滞回比较器的下降沿作为触发信号，触发一次AD采样，此时峰值保持电路处于极大值保持状态，采样值即为超声波信号前一波峰值V_Pi，将采样值存入数据缓存区，完成后产生一个复位信号，峰值保持电路复位，为下一个波峰的采集做准备；

S31、计时器检测过零比较器的下降沿，并记录下降沿发生时刻T_Fi，滞回比较器的触发信号触发计时器将最近一次记录时刻数据存入数据缓存区；

S41、依据当前数据缓存区存储的数据以及超声波信号数学模型，通过插值算法完成(T_F1,T_Fn)区域内的超声波信号复原；