一种超声波传播时间的测量方法

技术领域

本发明涉及超声波传播技术领域，具体为一种超声波传播时间的测量方法。

背景技术

超声波传播时间的测量，广泛的应用于各个领域。通过传播时间的测量，可以用于测距，测量氧气浓度等领域。但是，目前所有的计算超声波传播时间的技术，对时间的计算都不够准确，原因就是目前的方法无法准确的定位到接收信号的传感器接收信号的时刻。

例如：使用计算机控制A超声波传感器发送一个正弦波，B超声波传感器接收正弦波。通过计算B超声波传感器接收的时刻，减去A超声波传感器发送的时刻，就可以准侧的测量信号从A超声波传感器发送到B超声波传感器需要的时间。由于A传感器发送的正弦波是传感器在外界控制下慢慢起振，所以，B传感器接收到的信号，也是由小变大的。这就导致一个很麻烦的问题：如何计算B传感器接收到信号的时刻。目前市场上存在大量的计算B传感器起始时刻的计算法方法。例如最大值方法，是找出接收信号中的最大值，以最大值对应的时间作为接收信号的时间差。显然这个最大值方法，可能导致的错误会偏移一个信号周期，也就是1/40K＝250us(超声波雷达的共振频率通常是40KHz)。根据超声波的传播速度340米/秒，这个250us的时间误差，导致最大值算法基本上无效。再例如，相关算法。相关算法的本质，还是利用信号的相关性，找出相关性最好的时刻，这就是信号传播的时间差。显然，相关性算法一样存在可能偏差一个信号周期的问题，也就是可能导致计算的时间差可能存在250us的时间误差。这些方法都无法准确定位到B传感器接收到信号的时刻。

本发明的目的，就是为了确定B传感器准确定位接收时刻，减少时间误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准确定位传感器接收时刻的超声波传播时间的测量方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案。

一种超声波传播时间的测量方法，具体为以下步骤：

步骤1、使用计算机控制A超声波传感器发送一个正弦波，B超声波传感器接收正弦波；先采集一段B超声波传感器接收到的模拟信号，经过ADC(模拟数字转换器)采样，得到一组数字信号为模板t(x)，0

步骤2、再接收到一段未知信号f(x)，使用模板t(x)对未知信号f(x)进行滑动、并进行相关运算；相关的计算公式即：h(x)＝sum(f(x)*t(x))，随着t(x)沿着x轴移动，将计算出若干的点即为模板t(x)与f(x)的相关运算的结果h(x)；使用相关运算对信号进行平滑处理，使信号的对称性更加稳定；

步骤3、对步骤2模板t(x)与f(x)的相关运算结果h(x)找出最大值，和最大值对应的索引；

例如，最大值是654932，该最大值的索引是2045。不过，对于有些情况，相关结果的最大值，也可能偏差一个信号周期，也就是250us。所以，我们采取下面的步骤4)进行校正。

步骤4、根据信号的对称性，找出h(x)上最佳对称性的点，对称性最好的峰值点、就是接收信号的起始时刻。

由于步骤3找出最大值和最大值的索引可能存在一个信号周期的偏差。然而，上述相关结果有一个明显的特点：那就是信号的轴对称性很好。所以，我们根据信号的对称性，找出最佳的对称性。使用信号的对称性，对最大值进行纠正，将起始时刻定位得更加准确。使用对称性的原因，是因为信号本身就具有很好的对称性。

步骤4中找出信号的最佳对称性的方法，具体步骤如下：

S1、在步骤3找到的最大值的左右各找出3个峰值点，即形成共7个峰值点的数组，把这7个峰值点记作：L3,L2,L1,imax,R1,R2,R3；

S2、量化S1中所述的7个峰值点的对称性，确定对称性最好的信号峰值点。

S2中量化7个峰值点的对称性，具体计算如下：

计算最大值、左峰值点、右峰值点，其他峰值点的对称性；对称性，用峰值点左右峰值点的偏差来定义：

Var_L1＝abs(L2-imax)+abs(L3-R1)

Var_imax＝abs(L1-R1)+abs(L2-R2)

Var_R1＝abs(imax–R2)+abs(L1–R3)

Var_L1是L1峰值点的对称性的量化。

Var_imax是imax峰值点的对称性的量化。

Var_R1是R1峰值点的对称性的量化。

上述计算的3个对称性量化，Var_L1,Var_imax,Var_R1，找出其中最佳的对称点；该对称点对应的峰值点，即为对称性最好的峰值点就是B接收信号的起始时刻。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果。

本专利的有益效果是测量时间的精准性信号被相关运算之后，更加平滑、对称。使用对称性进行纠正之后，测量的时间更加精准。

现有技术使用最大值、相关等运算得到的B传感器接收信号的起始时刻可能导致250us的偏差。而本发明使用的方法，可以精准的定位到最佳对称点，这样就导致计算时间非常精准，没有偏差,所以是减少250us的偏差。

附图说明

图1为本发明的未知信号f(x)图；

图2为本发明的B传感器接收信号模板t(x)图；

图3为本发明的模板t(x)与f(x)的相关运算的结果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种超声波传播时间的测量方法，具体为以下步骤：

步骤1、使用计算机控制A超声波传感器发送一个正弦波，B超声波传感器接收正弦波；先采集一段B超声波传感器接收到的模拟信号，经过ADC(模拟数字转换器)采样，得到一组数字信号为模板t(x)，0

步骤2、再接收到一段未知信号f(x)，如图1，使用模板t(x)对未知信号f(x)进行滑动、并进行相关运算；相关的计算公式即：h(x)＝sum(f(x)*t(x))，随着t(x)沿着x轴移动，将计算出若干的点即为模板t(x)与f(x)的相关运算的结果h(x)，如图3所示；

步骤3、对步骤2模板t(x)与f(x)的相关运算结果h(x)找出最大值，和最大值对应的索引；

例如，最大值是654932，该最大值的索引是2045。不过，对于有些情况，相关结果的最大值，也可能偏差一个信号周期，也就是250us。所以，采取下面的步骤4进行校正。

步骤4、根据信号的对称性，找出h(x)上最佳对称性的点，对称性最好的峰值点、就是接收信号的起始时刻。

由于步骤3找出最大值和最大值的索引可能存在一个信号周期的偏差。然而，上述相关结果有一个明显的特点：那就是信号的轴对称性很好。所以，我们根据信号的对称性，找出最佳的对称性。使用信号的对称性，对最大值进行纠正，将起始时刻定位得更加准确。使用对称性的原因，是因为信号本身就具有很好的对称性。

步骤4中找出信号的最佳对称性的方法，具体步骤如下：

S1、在步骤3找到的最大值的左右各找出3个峰值点，即形成共7个峰值点的数组，把这7个峰值点记作：L3,L2,L1,imax,R1,R2,R3；

S2、量化S1中所述的7个峰值点的对称性，确定对称性最好的信号峰值点。

S2中量化7个峰值点的对称性，具体计算如下：

计算最大值、左峰值点、右峰值点，其他峰值点的对称性；对称性，用峰值点左右峰值点的偏差来定义：

Var_L1＝abs(L2-imax)+abs(L3-R1)

Var_imax＝abs(L1-R1)+abs(L2-R2)

Var_R1＝abs(imax–R2)+abs(L1–R3)

Var_L1是L1峰值点的对称性的量化。

Var_imax是imax峰值点的对称性的量化。

Var_R1是R1峰值点的对称性的量化。

上述计算的3个对称性量化，Var_L1,Var_imax,Var_R1，找出其中最佳的对称点；该对称点对应的峰值点，即为对称性最好的峰值点就是B接收信号的起始时刻。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。