超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置和方法与流程

文档序号:11101287阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置,其中超声波检测装置中包括斜向安装于被测物体两侧的超声波第一探头和超声波第二探头;其特征在于,信号电路延迟时间的检测装置包括微处理器、皮秒级计时芯片、波形整形电路、控制门电路、滤波放大电路、过零检测电路、与门电路、第一计数器、第二计数器、第三计数器、第一连接转换开关和第二连接转换开关;

所述第一连接转换开关包括第一触点、第二触点和第三触点,所述第一连接转换开关的控制端连接微处理器,通过微处理器控制第一触点、第二触点和第三触点中其中两个触点连接;所述第二连接转换开关包括第四触点、第五触点和第六触点,所述第二连接转换开关的控制端连接微处理器,通过微处理器控制第四触点、第五触点和第六触点中其中两个触点连接;第一连接转换开关的第三触点和第二连接转换开关的第六触点连接;

所述皮秒级计时芯片的数据IO端口连接微处理器,通过数据IO端口接收微处理发送的控制指令以及发送计时结果至微处理器;所述皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接微处理器,微处理器通过启动计时信号输入端发送启动计时信号至皮秒级计时芯片,启动皮秒级计时芯片开始计时;所述皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端连接波形整形电路的输入端,波形整形电路的输出端分别连接第一计数器的输入端和第三计数器的输入端,通过第一计数器和第三计数器分别对波形整形电路输出的脉冲信号进行计数;

所述控制门电路输入端分别连接皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端、第一计数器的输出端以及微处理器与皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接的一端;所述控制门电路的输出端通过驱动放大电路连接第一连接转换开关的第一触点,所述第一连接转换开关的第二触点连接超声波第一探头;所述控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器的计数未达到第一计数限值时,将皮秒级计时芯片输出的脉冲信号传送至驱动放大电路;

超声波第二探头连接第二连接转换开关的第五触点,第二连接转换开关的第四触点连接滤波放大电路的输入端,滤波放大电路的输出端连接过零检测电路的输入端,过零检测电路的输出端和波形整形电路的输出端分别连接与门电路的两个输入端;

所述与门电路的输出端连接第二计数器的输入端,通过第二计数器为与门电路输出的脉冲信号进行计数;第三计数器的输出端连接第二计数器的计数控制端,通过第三计数器的输出信号控制第二计数器停止计数;

所述第二计数器中最低位状态输出端连接第三计数器的计数控制端,通过第二计数器启动第三计数器开始计数;

第二计数器的输出端连接皮秒级计时芯片的停止计时信号输入端,在第二计数器计数达到第二计数限值时,皮秒级计时芯片通过停止计时信号输入端接收到停止计时信号。

2.根据权利要求1所述的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置,其特征在于,所述滤波放大电路的输出端通过幅度采集电路连接微处理器。

3.根据权利要求1所述的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置,其特征在于,所述皮秒级计时芯片的型号为TDC-GP2;所述微处理器为MSP430单片机。

4.一种基于权利要求1所述的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置实现的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测方法,其特征在于,步骤如下:

S1、微处理器发送启动计时信号至控制门电路和皮秒级计时芯片,皮秒级计时芯片接收到启动计时信号后开始计时;同时皮秒级计时芯片脉冲信号输出端发送的脉冲信号通过波形整形电路整形后分别发送至第一计数器、第三计数器和与门电路;同时微处理器控制第一连接转换开关的第一触点和第二触点连接,第一连接转换开关的第四触点和第五触点连接;

S2、第一计数器接收到波形整形电路发送的信号后开始计数,控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器计数未达到第一计数限值时,将皮秒级计时芯片发射的脉冲信号传送至驱动放大电路,通过驱动放大电路后发送至超声波第一探头,由超声波第一探头发射超声波信号;在第一计数器计数达到第一计数限值时,控制门电路停止将皮秒级计时芯片发送的脉冲信号传送至驱动放大电路,超声波第一探头停止发射超声波信号;

S3、超声波第一探头发射的超声信波号通过被测物体后到达超声波第二探头,此时一次超声回波信号由超声波第二探头接收后发送至滤波放大电路,滤波放大电路进行滤波放大处理后发送至过零检测电路,过零检测电路进行过零检测后的信号发送至与门电路;与门电路两个输入端接收到过零检测电路和波形整形电路发送的信号后,对两个输入端输入的信号进行与运算,并将运算结果发送到第二计数器,由第二计数器对与门电路输出的信号进行计数;第二计数器开始计数后,启动第三计数器针对波形整形电路输出的信号进行计数,当第三计数器的计数达到第三计数限值时,控制第二计数器关闭,停止计数;当第二计数器在关闭前计数达到第二计数限值时,皮秒级计时芯片接收到来自于第二计数器发送的第一停止计时信号,皮秒级计时芯片根据开始计时信号至第一停止计时信号计算出第一计时结果T1,然后将第一计时结果T1发送至微处理器;

S4、在第二计数器发送第一停止计时信号至皮秒级计时芯片后,第二计数器和第三计数器清零,等待超声波第二探头反射后产生的二次超声回波信号的到来;同时微处理器控制第一连接转换开关的第二触点和第三触点连接,第二连接转换开关的第四触点和第六触点连接;在二次超声回波信号由超声波第一探头接收后,发送至滤波放大电路,滤波放大电路进行滤波放大处理后发送至过零检测电路,过零检测电路进行过零检测后的信号发送至与门电路;与门电路两个输入端接收到过零检测电路和波形整形电路发送的信号后,对两个输入端输入的信号进行与运算,并将运算结果发送到第二计数器,由第二计数器对与门电路输出的信号进行计数;第二计数器开始计数后,启动第三计数器针对波形整形电路输出的信号进行计数,当第三计数器的计数达到第三计数限值时,控制第二计数器关闭,停止计数;当第二计数器在关闭前计数达到第二计数限值时,皮秒级计时芯片接收到来自于第二计数器发送的第二停止计时信号,皮秒级计时芯片根据开始计时信号至第二停止计时信号计算出第二计时结果T2,然后将第二计时结果T2发送至微处理器;

S5、在第二计数器发送第二停止计时信号至皮秒级计时芯片后,第二计数器和第三计数器清零,等待依次经超声波第二探头和超声波第一探头反射后产生的三次超声回波的到来;同时微处理器控制第二连接转换开关的第五触点和第四触点连接;在三次超声回波信号被超声波第二探头接收后,发送至滤波放大电路,滤波放大电路进行滤波放大处理后发送至过零检测电路,过零检测电路进行过零检测后的信号发送至与门电路;与门电路两个输入端接收到过零检测电路和波形整形电路发送的信号后,对两个输入端输入的信号进行与运算,并将运算结果发送到第二计数器,由第二计数器对与门电路输出的信号进行计数;第二计数器开始计数后,启动第三计数器针对波形整形电路输出的信号进行计数,当第三计数器的计数达到第三计数限值时,控制第二计数器关闭,停止计数;当第二计数器在关闭前计数达到第二计数限值时,皮秒级计时芯片接收到来自于第二计数器发送的第三停止计时信号,皮秒级计时芯片根据开始计时信号至第三停止计时信号计算出第三计时结果T3,然后将第三计时结果T3发送至微处理器;

S6、微处理器根据第一计时结果T1、第二计时结果T2和第三计时结果T3计算出信号在电路中的延迟时间τ:

τ=T1+T2-T3。

5.根据权利要求4所述的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测方法,其特征在于,第一计数器的第一计数限值、第二计数器的第二计数限值、第三计数器的第三计数限值相同。

6.一种超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置,其中超声波检测装置中包括垂直安装于被测物体两侧的超声波发射探头和超声波接收探头;其特征在于,信号电路延迟时间的检测装置包括微处理器、皮秒级计时芯片、波形整形电路、控制门电路、滤波放大电路、过零检测电路、与门电路、第一计数器、第二计数器和第三计数器;

所述皮秒级计时芯片的数据IO端口连接微处理器,通过数据IO端口接收微处理发送的控制指令以及发送计时结果至微处理器;所述皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接微处理器,微处理器通过启动计时信号输入端发送启动计时信号至皮秒级计时芯片,启动皮秒级计时芯片开始计时;所述皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端连接波形整形电路的输入端,波形整形电路的输出端分别连接第一计数器的输入端和第三计数器的输入端,通过第一计数器和第三计数器分别对波形整形电路输出的脉冲信号进行计数;

所述控制门电路输入端分别连接皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端、第一计数器的输出端以及微处理器与皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接的一端;所述控制门电路的输出端通过驱动放大电路连接超声波发射探头;所述控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器的计数未达到第一计数限值时,将皮秒级计时芯片输出的脉冲信号传送至驱动放大电路,通过驱动放大电路后发送至超声波发射探头;

超声波接收探头通过滤波放大电路连接过零检测电路的输入端,过零检测电路的输出端和波形整形电路的输出端分别连接与门电路的两个输入端;

所述与门电路的输出端连接第二计数器的输入端,通过第二计数器为与门电路输出的脉冲信号进行计数;第三计数器的输出端连接第二计数器的计数控制端,通过第三计数器的输出信号控制第二计数器停止计数;

所述第二计数器中最低位状态输出端连接第三计数器的计数控制端,通过第二计数器启动第三计数器开始计数;

第二计数器的输出端连接皮秒级计时芯片的停止计时信号输入端,在第二计数器计数达到第二计数限值时,皮秒级计时芯片通过停止计时信号输入端接收到停止计时信号。

7.根据权利要求6所述的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置,其特征在于,所述滤波放大电路的输出端通过幅度采集电路连接微处理器。

8.根据权利要求6所述的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置,其特征在于,所述皮秒级计时芯片的型号为TDC-GP2;所述微处理器为MSP430单片机。

9.一种基于权利要求6所述的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置实现的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测方法,其特征在于,步骤如下:

S1、微处理器发送启动计时信号至控制门电路和皮秒级计时芯片,皮秒级计时芯片接收到启动计时信号后开始计时;同时皮秒级计时芯片脉冲信号输出端发送的脉冲信号通过波形整形电路整形后分别发送至第一计数器、第三计数器和与门电路;

S2、第一计数器接收到波形整形电路发送的信号后开始计数,控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器计数未达到第一计数限值时,将皮秒级计时芯片发射的脉冲信号传送至驱动放大电路,通过驱动放大电路后发送至超声波发射探头,由超声波发射探头发射超声波信号;在第一计数器计数达到第一计数限值时,控制门电路停止将皮秒级计时芯片发送的脉冲信号传送至驱动放大电路,超声波发射探头停止发射超声波信号;

S3、超声波发射探头发射的超声信波号通过被测物体后到达超声波接收探头,此时一次超声回波信号由超声波接收探头接收后发送至滤波放大电路,滤波放大电路进行滤波放大处理后发送至过零检测电路,过零检测电路进行过零检测后的信号发送至与门电路;与门电路两个输入端接收到过零检测电路和波形整形电路发送的信号后,对两个输入端输入的信号进行与运算,并将运算结果发送到第二计数器,由第二计数器对与门电路输出的信号进行计数;第二计数器开始计数后,启动第三计数器针对波形整形电路输出的信号进行计数,当第三计数器的计数达到第三计数限值时,控制第二计数器关闭,停止计数;当第二计数器在关闭前计数达到第二计数限值时,皮秒级计时芯片接收到来自于第二计数器发送的第一停止计时信号,皮秒级计时芯片根据开始计时信号至第一停止计时信号计算出第一计时结果X1,然后将第一计时结果X1发送至微处理器;

S4、在第二计数器发送第二停止计时信号至皮秒级计时芯片后,第二计数器和第三计数器清零,等待依次经超声波接收探头和超声波发射探头反射后产生的三次超声回波信号的到来;在三次超声回波信号被超声波接收探头接收后,发送至滤波放大电路,滤波放大电路进行滤波放大处理后发送至过零检测电路,过零检测电路进行过零检测后的信号发送至与门电路;与门电路两个输入端接收到过零检测电路和波形整形电路发送的信号后,对两个输入端输入的信号进行与运算,并将运算结果发送到第二计数器,由第二计数器对与门电路输出的信号进行计数;第二计数器开始计数后,启动第三计数器针对波形整形电路输出的信号进行计数,当第三计数器的计数达到第三计数限值时,控制第二计数器关闭,停止计数;当第二计数器在关闭前计数达到第二计数限值时,皮秒级计时芯片接收到来自于第二计数器发送的第二停止计时信号,皮秒级计时芯片根据开始计时信号至第二停止计时信号计算出第二计时结果X2,然后将第二计时结果X2发送至微处理器;

S5、微处理器根据第一计时结果X1、第二计时结果X2计算出信号在电路中的延迟时间τ:

τ=(3X1–X2)/2。

10.根据权利要求9所述的超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测方法,其特征在于,第一计数器的第一计数限值、第二计数器的第二计数限值、第三计数器的第三计数限值相同。

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