一种精密测量超声波传输时间的方法及装置

摘要

本发明涉及一种用于精密测量超声波传输时间的方法及装置，采用A、B两个超声波换能器、硬件电路和软件细分算法。硬件电路主要包括超声波换能器驱动电路、超声波回波信号滤波电路、放大电路和信号处理电路。信号处理电路有模数转换器、FPGA和CPU。CPU控制FPGA启动超声波换能器驱动电路驱动换能器A发出超声波信号，滤波电路对超声波换能器B接收到的超声波回波信号进行滤波，再放大后，A/D对回波信号进行采样，采样数据先存储在构造于FPGA内的存储区内，采样完成后CPU从FPGA内读取采样数据，采用软件细分算法精确计算出超声波在两个换能器A、B之间的传输时间。本发明由于采用了基于FPGA的硬件电路和特殊的软件细分算法，可以实现纳秒级精度的超声波传输时间的测量，并保证很好的实时性。

主权项

一种精密测量超声波传输时间的方法，用于超声波两个超声波换能器之间传输时间的精密测量，其特征在于：所述方法是将超声波换能器A与超声波换能器B间隔一定距离相对设置，两个换能器之间存在可以传播超声波的介质，采用中央处理单元CPU控制现场可编程门阵列FPGA输出正弦波驱动信号，让信号依次通过D/A转换电路和功率放大电路输入至所述超声波换能器A，该超声波换能器A将输入信号转换成机械振动产生超声波信号；所述超声波换能器B接收所述超声波换能器A发出的超声波信号，并输出超声波回波信号，由滤波电路对超声波换能器B发出的超声波回波信号进行滤波，再由运算放大电路进行放大后，由A/D转换电路对回波信号进行采样，采样数据先存储在构造于FPGA内的存储区内；采样完成后，中央处理单元CPU首先根据FPGA发射超声波的数据确定超声波传播时间起点所对应的时刻，然后从FPGA内读取超声波回波信号的A/D采样数据，通过细分插补算法精确计算出超声波传播时间终点所对应的时刻，进而精确确定超声波在两个换能器A、B之间的传输时间；所述声波传播时间起点所对应的时刻取FPGA发射超声波信号最后那个波的过零点对应的时刻；计算传播时间的终点的细分插补算法是：根据FPGA中存储的超声波回波的A/D采样信号，首先确定回波信号中峰值幅值最大的那个周期内的波形；然后确定过零点前后两个采样点所对应的时刻；最后以过零点前后两个采样点为基准，用拟合的方法对采样点进行细分，确定回波信号过零点所对应的时刻，即超声波传播时间终点所对应的时刻。