[发明专利]超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置和方法

说明书

本发明公开了一种超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置和方法，信号电路延迟时间的检测装置中包括微处理器、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；本发明通过皮秒级计时芯片分别依次计算一次超声回波信号、二次超声回波信号和三次超声回波信号从发射到接收的总共时间T1、T2和T3，通过T1、T2和T3计算出信号在电路中的延迟时间τ＝T1+T2‑T3。本发明三次的超声回波识别均采取波形对比、计数和限时三重甄别技术，排除杂波干扰确保回波准确，能够准确获取到超声波信号在电路中的延迟时间。

技术领域

本发明涉及一种超声波检测类仪器设备的相关技术，特别涉及一种超声波检测装置中信号电路延迟时间的检测装置和方法。

背景技术

超声波检测技术应用十分广泛，比如基于超声波的相对血容量检测、超声波牛奶浓度检测、超声波液体浓度检测、超声波流量计、超声波测厚等，基本原理都是利用超声波在被测物质中传播的速度特性来进行物质构成特征的检测，通常将超声波穿过被测物体，然后根据超声回波的时间信息得出被测物体的相关特征，这些测量最重要的参数就是超声波在被测物体中的传播时间，或称飞行时间。由于超声波的发射和接收都需要控制电路的参与，比如振荡信号产生电路、振荡信号驱动放大电路、回波接收放大电路、滤波电路、整形电路等等，信号经过这些电路都需要时间，称之为电路延迟时间，所以超声波检测装置所得到的传播时间其实是包含了该电路延迟时间的总时间。设所测总时间为T，真正超声波的传播时间为t，电路延迟时间为τ，有：

T＝t+τ

t＝T-τ

从上式可见，如果忽略时间τ那么计算结果就必然会带来误差，被测物体尺寸越小误差将越大。电路延迟时间τ通常有数十纳秒，特别是电路中含有电容性元件和电感性元件较多时电路延迟时间更长。例如基于超声波的相对血容量检测中，相对血容量检测中每百分之一的相对血容量变化对应的传播时间变化大约100nS，可见数十纳秒的电路延迟时间已经能够带来很大的误差了。

专利公开号为CN102697522A的发明专利中公开了一种在线相对血容量检测装置及其检测方法，其中在线相对血容量检测装置设置有处理器、计时器、超声波发射和接收电路、过零检测电路等，该装置通过测定超声波在血液中的传播时间计算出相对血容量，因此超声波在血液中的传播时间是该装置最重要的数据，总时间通常只有十几个微秒，而其变化只有百分之一或千分之一即纳秒量级，因此需要极高的测量精度。该专利中所测超声波传播总时间包含了信号在发射和接收电路中的延迟时间，该延迟时间通常有数十纳秒，对测量结果已产生相对大的误差。该专利中提出了对信号延迟时间的一种测量方法是采取改变动脉壶宽度来进行，该方法在实际操作难以完成，因为实际的血液管路是注塑成型尺寸固定的，不能改变，同时超声探头也被固定不可移动；如果在出厂前由制造商测量，那么实际的每台产品会有偏差，同一台产品使用后内部容性和感性元件参数变化，对应电路延迟时间随之改变，而该方法不能实时获取装置中信号的电路延迟时间。因此，需要一种可行的方法，能对装置中信号电路延迟时间进行实时精确的测量。

专利申请公开号为CN102520338A的发明专利申请中公开了一种电路延迟时间的测量方法，该测量方法需要额外的信号源才能完成，同时不包含超声波探头延迟的测量，因此不适合基于超声波的液体浓度检测类设备中信号电路延迟时间的获取。