[发明专利]基于多阈值比较的超声波信号过零点预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波信号过零点检测方法，特别是涉及一种基于多阈值比较的超声波信号过零点预测方法。

背景技术

在超声波信号检测技术中，阈值检测技术和过零检测技术是其中两大检测技术。所谓阈值检测(阈值比较)，是指用一个高出零电位许多的电压值作为比较器的触发信号，当信号的电压值高于此触发信号时，比较器输出置高，否则置低；所谓过零检测(过零比较)，是指用非常接近于零电位的电压值作为比较器的触发信号，当信号的电压值高于此触发信号时，比较器输出置高，否则置低。

阈值检测相对于过零检测而言，由于其对比较电压的要求不高，因此对比较器性能的要求也不高，成本较低。但由于超声波接收信号通常存在幅值波动和波型扭曲的现象，采用阈值检测容易产生较大的误差。而由于超声波在传播过程中频率保持不变的特性，使得其在固定的声程内，在相同环境的同一介质中其过零点始终不变，因此采用过零检测技术较阈值比较技术能获得更高的精度。

不过，过零比较技术也存在其固有的弊病——处理信噪比较低信号时精度较差。在固定的声程内，在相同环境的同一介质中，超声波信号的过零点始终不变的，但由于环境影响，超声波信号线上总会耦合上不规则的噪声干扰，使得直接测量信号的过零点总会受到噪音的干扰，降低测量精度。

为了解决过零检测信噪比低的问题，一般有两种方法：一种是利用多次测量求平均的方法，简单有效。但测量次数的增加将带来整机功耗的增大，随着对产品低功耗的要求越来越高，此方法已不适用于低功耗超声波产品之中，尤其是不适用于以电池为电源的超声波仪表之中；另一种方法是购买一片高性能的过零比较器和设计一套高性能的滤波电路。此方法已牺牲成本为代价，不适用于低成本的超声波民用产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多阈值比较的超声波信号过零点预测方法，意在用低成本有效解决超声波信号过零检测抗干扰能力差的问题。

为实现上述目的，本发明技术实施方案如下：

1、利用多阈值比较获取曲线拟合所需的样本点横纵坐标参数：

在原始超声波接收信号进入由多个电压比较器集成的多电压比较器之前，先进行电压偏置处理。通过采用加法电路把原始超声波接收信号的电压幅值抬高一个偏置电压，使其转变成电压幅值均高于零电位电压的电压偏置超声波接收信号。因此，多阈值比较所需的多个比较电压只需通过分压电阻以电阻分压方式即能产生。根据电压比较器的工作原理，电阻分压产生的比较电压V_i即为样本点的纵坐标值。当参考电压为V_ref，N个分压电阻进行电阻分压时，第i个电阻值为R_i的分压电阻处的比较电压V_i通过以下公式计算：

Vi=Ri+Ri+1+...+RnR1+R2+...+RnVref]]>

由于电压偏置超声波接收信号是一个时域信号，因此所述样本点的横坐标为一个时间参数t_i。通过把多电压比较器产生的触发脉冲信号分别引入具有引脚中断功能的单片机或者专用计时芯片的计时单元中，利用触发脉冲信号上升沿触发计时单元工作即能完成对样本点横坐标参数t_i的测量；

2、利用曲线拟合，计算出超声波接收信号的过零点：