专利名称：基于调制域测量的超声波回波前沿检测方法
技术领域：
本发明涉及的是超声波测距技术领域。
背景技术：
随着自动测量和微机技术的发展，超声波测距作为一种现代化的测量手段以其不接触被测物体、可测范围广、不受光线和被测物体颜色的影响、易于控制等优点，已经在机器人避障和定位、车辆自动导航、液位测量、建筑测量等方面得到越来越广泛的应用。但是，由于目前国内的超声波测距专用集成电路的精度只能达到厘米数量级，仅能满足一般工业测量的要求，不能满足精度要求较高的测距场合，这大大限制了超声波在测距领域的应用。
超声波测距原理为超声波测距系统中包括超声波发射换能器和超声波接收换能器两部分组成，发射换能器将频率在超声波频段的电信号转换为同样频率的机械振动，接收换能器将超声波的机械振动转换为同频的电信号；在工程应用中，发射换能器也称作发射探头，接收换能器称为接收探头。电信号在发射换能器和接收换能器之间通过机械振动完成了信息传递，信息传递所经历的时间被称为信息渡越时间t，根据渡越时间和超声波在介质中传播速度c可以计算出超声波的传播距离L。计算公式如下L=t×c2]]>其中，t为信息渡越时间，c为超声波在介质中传播速度，L为超声波的传输距离。超声波测距原理图如图1所示。
由于超声波测距的关键点在于渡越时间测量的准确性，在超声波测距技术中，渡越时间的测量主要是通过对超声波回波前沿的检测实现的，也就是说，回波信号的前沿对应发射波中的具体相位确定影响了测距精度，因此，如何能够准确的检测出超声波回波的前沿成为提高超声波测距精度的关键。回波信号是一个和发射波同频的正弦信号，回波幅度比发射波的幅度小。如果采用幅度恒定的发射波，回波的每个周期几乎完全一样，没有一个物理量能够表征出回波前沿与发射波前沿的对应关系。目前，常用的回波前沿检测方法主要有两种，一种通过A/D采样、数字处理，然后小波分析等数学模型确定回波前沿，这种方法电路复杂，数据处理量大，不易于实现。另一种是通过提取回波幅度的包络，用双域值检测的方法计算回波前沿，由于，回波幅度是一个非常容易受到干扰的物理量，所以，这种方法也影响了测距的精度。因此，目前国内超声波测距技术存在着检测精度低、无法表征出回波前沿与发射波前沿的精确对应关系的问题发明内容本发明为了克服目前国内超声波测距技术存在的检测精度低、无法表征出回波前沿与发射波前沿的精确对应关系的问题，提高超声波测距的精度，进而提出了一种基于调制域测量的超声波回波前沿检测方法。
本发明的检测方法为一、控制器控制发射探头向被测物体发出频率为f0的正弦波，同时控制器通过接收探头开始检测是否接收到回波信号；二、当控制器通过接收探头检测到回波信号时，控制器产生一个瞬时频率切换信号，该信号控制发射探头使发射频率由f0切换到f1；同时控制器启动计数器，以一定的频率开始计数；三、控制器通过接收探头对回波信号的上升沿和下降沿分别进行检测；四、每当控制器检测到回波信号的上升沿或下降沿时，控制器将该时刻计数器的计数值写入存储器；五、控制器根据存储器所记录的计数值，依次计算出每组相邻上升沿之间的计数时钟宽度和相邻下降沿之间的计数时钟宽度，并将同周期内的相邻上升沿之间的计数时钟宽度和相邻下降沿之间的计数时钟宽度作为一对数据；六、控制器对每对时钟宽度依次进行比较，直到检测到频率发生瞬时切换的第一个周期，记录该时刻计数器的计数值M；七、控制器由M计算得到频率切换点从发射探头到接收探头的传播时间，即渡越时间，从而根据公式
L=t×c2]]>其中，t为信息渡越时间，c为超声波在介质中传播速度，L为超声波的传输距离，计算出超声波传播距离，即测量距离。
工作原理控制器控制发射探头发出频率为f0的正弦波，同时控制接收探头开始检测是否接收到回波信号；当接收探头检测到回波信号时，产生一个瞬时频率切换信号，该信号控制发射探头的发射频率由f0切换到f1，同时启动计数器，以300MHz的频率开始计数。
由于在实际情况下，接收探头所接收到的回波信号并不是瞬时完成频率的切换，而是以一定的变化率逐渐的达到稳定频率f1，因此，需要对回波信号的上升沿和下降沿分别进行检测，每当检测到回波信号的上升沿或下降沿时，就将该时刻计数器的计数值写入存储器。同时，根据所记录的计数值，依次计算出每组相邻上升沿之间的计数时钟宽度和相邻下降沿之间的计数时钟宽度，并将同周期内的相邻上升沿之间的计数时钟宽度和相邻下降沿之间的计数时钟宽度作为一对数据，控制器对每对时钟宽度依次进行比较，直到检测到频率发生瞬时切换的第一个周期，记录该时刻计数器的计数值M。由M可以计算得到频率切换点从发射探头到接收探头的传播时间，即渡越时间，从而根据公式L=t×c2]]>其中，t为信息渡越时间，c为超声波在介质中传播速度，L为超声波的传输距离，计算出超声波传播距离。
本发明能表征出回波前沿与发射波前沿的精确对应关系，提高超声波测距的精度。
图1是超声波测距原理图；图2是基于调制域测量的超声波回波前沿检测方法流程图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图2说明本实施方式。本实施方式检测方法为
一、控制器控制发射探头向被测物体发出频率为f0的正弦波，同时控制器通过接收探头开始检测是否接收到回波信号；二、当控制器通过接收探头检测到回波信号时，控制器产生一个瞬时频率切换信号，该信号控制发射探头使发射频率由f0切换到f1；同时控制器启动计数器，以一定的频率开始计数；三、控制器通过接收探头对回波信号的上升沿和下降沿分别进行检测；四、每当控制器检测到回波信号的上升沿或下降沿时，控制器将该时刻计数器的计数值写入存储器；五、控制器根据存储器所记录的计数值，依次计算出每组相邻上升沿之间的计数时钟宽度和相邻下降沿之间的计数时钟宽度，并将同周期内的相邻上升沿之间的计数时钟宽度和相邻下降沿之间的计数时钟宽度作为一对数据；六、控制器对每对时钟宽度依次进行比较，直到检测到频率发生瞬时切换的第一个周期，记录该时刻计数器的计数值M；七、控制器由M计算得到频率切换点从发射探头到接收探头的传播时间，即渡越时间，从而根据公式L=t×c2]]>其中，t为信息渡越时间，c为超声波在介质中传播速度，L为超声波的传输距离，计算出超声波传播距离，即测量距离。
权利要求
1.基于调制域测量的超声波回波前沿检测方法；其特征在于检测方法为一、控制器控制发射探头向被测物体发出频率为f0的正弦波，同时控制器通过接收探头开始检测是否接收到回波信号；二、当控制器通过接收探头检测到回波信号时，控制器产生一个瞬时频率切换信号，该信号控制发射探头使发射频率由f0切换到f1；同时控制器启动计数器，以一定的频率开始计数；三、控制器通过接收探头对回波信号的上升沿和下降沿分别进行检测；四、每当控制器检测到回波信号的上升沿或下降沿时，控制器将该时刻计数器的计数值写入存储器；五、控制器根据存储器所记录的计数值，依次计算出每组相邻上升沿之间的计数时钟宽度和相邻下降沿之间的计数时钟宽度，并将同周期内的相邻上升沿之间的计数时钟宽度和相邻下降沿之间的计数时钟宽度作为一对数据；六、控制器对每对时钟宽度依次进行比较，直到检测到频率发生瞬时切换的第一个周期，记录该时刻计数器的计数值M；七、控制器由M计算得到频率切换点从发射探头到接收探头的传播时间，即渡越时间，从而根据公式L=t×c2]]>其中，t为信息渡越时间，c为超声波在介质中传播速度，L为超声波的传输距离，计算出超声波传播距离，即测量距离。
全文摘要
基于调制域测量的超声波回波前沿检测方法，它涉及的是超声波测距的技术领域。它是为了克服目前国内超声波测距技术存在的检测精度低、无法表征出回波前沿与发射波前沿的精确对应关系的问题；本实施方式检测方法为发射探头向被测物体发出频率为f
文档编号G01S15/08GK101029932SQ20071007168
公开日2007年9月5日 申请日期2007年1月24日 优先权日2007年1月24日
发明者孟升卫, 尹洪涛, 黄灿杰, 乔家庆, 付平 申请人:哈尔滨工业大学