CN111077231B - 发射参考鉴相的超声波检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及一种发射参考鉴相的超声波检测方法及设备。本申请实施例的发射参考鉴相的超声波检测方法包括：生成检测信号，检测信号包括第一检测波形和第二检测波形，第一检测波形与第二检测波形的信号频率相同相位不同；将检测信号输出至被测物；接收发射波的反射或透射信号获取待检测电信号；从待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段；对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后频谱变换，检测信号频谱，根据是否检测到中心频率为2F的频谱分量，判断第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号是否到达。本申请实施例的发射参考鉴相的超声波检测方法可以比较准确地开展检测、判定超声波的反射或透射信号的渡越时间。

Description

发射参考鉴相的超声波检测方法及设备

技术领域

本申请实施例涉及超声波检测技术领域，特别是涉及一种发射参考鉴相的超声波检测方法及设备。

背景技术

超声波检测技术广泛应用于：工业、生产制造、医疗卫生、水域勘探、军事、土木建筑、智慧交通、智慧城市、人工智能、物联网等领域，并发挥重要作用。超声波检测技术能够在无损的情况下，对被测物表面、内部结构、包含物或缺陷实施检测，对人体内部情况进行检查，对水域进行勘测，对钢轨损耗缺陷进行检测，对发射源与被测目标之间的距离进行测定，以及对物与物之间实行传感、定位。

现有超声波检测技术，通常基于“单波形”(脉冲、若干周期正弦波、频率随时间变化的正弦波等)或“调制序列”(AM、PM、ASK、FSK、PSK调制序列等)形式构建超声检测信号，通过检测超声检测信号的回波与本地参考信号的对比，实现对被测物的检测。由于超声波信号在传播过程中会受到距离、温度、噪声、干扰、多普勒频偏等因素影响，导致接收信号在波形形态及幅度等方面存在较大不可控失真及波动，与本地参考信号的相似度劣化，即便是采用复杂的信道估计手段，本地参考信号仍与接收信号存在明显不同，且本地参考信号不能及时响应信道的瞬时变化，因此对超声检测信号的回波检测精度较低，误差较大。

发明内容

本申请实施例提供了一种发射参考鉴相的超声波检测方法及设备，可以比较准确地开展检测，同时，比较准确地判断超声波的反射或透射信号是否到达。

第一方面，本申请实施例提供了一种发射参考鉴相的超声波检测方法，包括步骤：

生成检测信号，所述检测信号包括第一检测波形和第二检测波形，其中，所述第一检测波形为参考序列，第二检测波形为检测序列；所述第一检测波形和所述第二检测波形的频率F相同，持续时间同为T1，间隔时间为T2，所述第一检测波形的相位与所述第二检测波形的相位不同；

将所述检测信号进行电声转换后，形成发射波，并将所述发射波输出至被测物；

接收所述发射波的反射或透射信号，对所述反射或透射信号进行声电转换和A/D转换，获取待检测电信号；

从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，其中，每次提取的第一信号片段和第二信号片段为一组信号片段；所述第一信号片段与所述第二信号片段的持续时间同为T3；所述第一信号片段和第二信号片段的间隔时间为T4，且T1+T2＝T3+T4；提取完成后，以设定时间为步长平移并继续提取第一信号片段和第二信号片段，直至达到最大平移量；

对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后进行频谱变换，获得第一频谱信号；

检测第一频谱信号，根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

可选的，如果所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的相位差不等于N*180°+90°，其中，N为整数，则根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达，包括：

根据是否从第一频谱信号中检测到直流频谱分量以及中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

检测第一频谱信号，根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达，包括：

如果在第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，且当中心频率为2F的频谱分量波形的宽度达到最小值时，根据公式t＝τ/f+Δ计算所述待检测电信号中，第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号到达的渡越时间t，其中，f为AD采样频率、Δ为时间补偿值，τ为当前的平移量。

可选的，所述间隔提取装置为移位寄存器；

所述移位寄存器对所述待检测电信号进行移位寄存；

所述移位寄存器选取寄存地址为d～[(d+DT3)-1]、以及地址为[(d+DT3)+DT4]～{[(d+DT3)+DT4]+DT3-1}的两段信号进行提取，其中，d为第一位选取的寄存地址，DT3对应的时间长度为T3、DT4对应的时间长度为T4，被提取的两段信号分别为所述第一信号片段和所述第二信号片段；

提取完成后，所述移位寄存器进行移位寄存操作，每平移一个步进即再次对当前寄存地址中的信号进行提取，直至平移量达到上限。

可选的，从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，包括：

从所述待检测电信号的起始时刻起，通过第一时间窗口和第二时间窗口对所述待检测电信号进行提取，其中，所述第一时间窗口和所述第二时间窗口的时长为T3，所述第一时间窗口与所述第二时间窗口之间的间隔时间为T4，所述第一时间窗口提取的信号为第一信号片段，所述第二时间窗口提取的信号为第二信号片段；

提取完成后，以设定时间为步长平移所述第一时间窗口和所述第二时间窗口，并提取当前第一时间窗口和第二时间窗口中的信号，直至提取到所述待检测电信号的结束时刻。

第二方面，本申请实施例提供了一种发射参考鉴相的超声波检测设备，包括发射装置和接收装置：所述发射装置包括第一检测信号产生装置、第二检测信号产生装置、时序控制装置、D/A转换电路、超声波激发电路和第一换能器，所述接收装置包括第二换能器、超声波接收前端、A/D转换电路和控制器；

所述第一检测信号产生装置生成第一检测信号，所述时序控制装置控制所述第二检测信号产生装置在间隔时间T2后生成第二检测信号，所述D/A转换电路将所述第一检测信号和所述第二检测信号转换为包括第一检测波形和第二检测波形的检测信号后输出，其中，所述第一检测波形对应所述第一检测信号，所述第二检测波形对应所述第二检测信号，其中，所述第一检测波形为参考序列，第二检测波形为检测序列；所述第一检测波形和所述第二检测波形的频率F相同，持续时间同为T1，间隔时间为T2，所述第一检测波形的相位与所述第二检测波形的相位不同；

所述超声波激发电路将所述检测信号进行电声转换后，形成发射波，所述第一换能器将所述发射波输出至被测物；

所述第二换能器接收所述发射波的反射或透射信号，所述超声波接收前端和A/D转换电路对所述反射或透射信号进行声电转换和A/D转换，获取待检测电信号；

所述控制器从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，其中，每次提取的第一信号片段和第二信号片段为一组信号片段；所述第一信号片段与所述第二信号片段的持续时间同为T3；所述第一信号片段和第二信号片段的间隔时间为T4，且T1+T2＝T3+T4；提取完成后，所述控制器以设定时间为步长平移并继续提取第一信号片段和第二信号片段，直至达到最大平移量；

所述控制器对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后进行频谱变换，获得第一频谱信号；

所述控制器还检测第一频谱信号，根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

可选的，如果所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的相位差不等于N*180°+90°，其中，N为整数，则所述控制器根据是否从第一频谱信号中检测到直流频谱分量以及中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

可选的，所述控制器包括间隔提取装置、乘法器、频谱变换装置、频谱宽度检测装置和阈值判断输出装置；

所述间隔提取装置从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，其中，每次提取的第一信号片段和第二信号片段为一组信号片段；所述第一信号片段与所述第二信号片段的持续时间同为T3；所述第一信号片段和第二信号片段的间隔时间为T4，且T1+T2＝T3+T4；提取完成后，以设定时间为步长平移并继续提取第一信号片段和第二信号片段，直至达到最大平移量；

所述乘法器对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘，所述频谱变换装置对相乘后的第一信号片段和第二信号片段进行频谱变换，获得第一频谱信号；

所述频谱宽度检测装置检测所述第一频谱信号，如果所述频谱宽度检测装置在第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，且当中心频率为2F的频谱分量波形的宽度达到最小值时，所述阈值判断输出装置根据公式t＝τ/f+Δ计算所述待检测电信号中，第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号到达的渡越时间t，其中，f为AD采样频率、Δ为时间补偿值，τ为当前的平移量。

可选的，所述控制器从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，包括：

所述控制器从所述待检测电信号的起始时刻起，通过第一时间窗口和第二时间窗口对所述待检测电信号进行提取，其中，所述第一时间窗口和所述第二时间窗口的时长为T3，所述第一时间窗口与所述第二时间窗口之间的间隔时间为T4，所述第一时间窗口提取的信号为第一信号片段，所述第二时间窗口提取的信号为第二信号片段；

提取完成后，所述控制器以设定时间为步长平移所述第一时间窗口和所述第二时间窗口，并提取当前第一时间窗口和第二时间窗口中的信号，直至提取到所述待检测电信号的结束时刻。

可选的，所述控制器从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，包括：

所述控制器对所述待检测电信号进行移位寄存；

所述控制器选取寄存地址为d～[(d+DT3)-1]、以及地址为[(d+DT3)+DT4]～{[(d+DT3)+DT4]+DT3-1}的两段信号进行提取，其中，d为第一位选取的寄存地址，DT3对应的时间长度为T3、DT4对应的时间长度为T4，被提取的两段信号分别为所述第一信号片段和所述第二信号片段；

提取完成后，所述控制器进行移位寄存操作，每平移一个步进即再次对当前寄存地址中的信号进行提取，直至平移量达到上限。

在本申请实施例中，通过发射分别作为检测序列和参考序列的第一检测波形和第二检测波形信号至被测物，由于第一检测波形和第二检测波形转换为超声波信号后，经过相同的距离、温度、噪声、干扰、多普勒频偏等因素影响，其变化也趋于相同，因此，本申请实施例通过在回波中同时提取多组第一信号片段和第二信号片段，并对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后进行频谱变换，如果在频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，则表明该组信号片段中，第一信号片段和第二信号片段分别提取到第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号，能克服距离、温度、噪声、干扰、多普勒频偏等因素对超声波造成影响，从而更加准确地检测超声波信号的反射或透射信号是否到达。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图说明

图1为在一个示例性实施例中示出的本申请实施例发射参考鉴相的超声波检测方法流程图；

图2为在一个示例性实施例中示出的检测信号U和待检测电信号E的示意图；

图3为在一个示例性实施例中示出的从待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段的示意图；

图4为在一个示例性实施例中示出的检测信号U和待检测电信号E的示意图；

图5为在一个示例性实施例中示出第一信号片段和第二信号片段频谱变换的示意图；

图6为在一个示例性实施例中示出的提取第一信号片段和第二信号片段的流程图；

图7为在一个示例性实施例中示出的提取第一信号片段和第二信号片段的流程图；

图8为在一个示例性实施例中示出的本申请实施例发射参考鉴相的超声波检测设备结构示意图；

图9为在一个示例性实施例中示出的本申请实施例发射参考鉴相的超声波检测设备结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例方式作进一步地详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本申请提出一种发射参考鉴相的超声波检测方法，如图1所示，在一个示例性的实施例中，所述方法包括如下步骤：

步骤S101：生成检测信号，所述检测信号包括第一检测波形和第二检测波形；

其中，所述第一检测波形和所述第二检测波形的频率F相同，持续时间同为T1，间隔时间为T2，所述第一检测波形的相位为P1，所述第二检测波形的相位为P2，所述P1不等于所述P2。

如图2所示，图2为检测信号U的示意图，所述检测信号U中包括第一检测波形UT和第二检测波形UR，第一检测波形UT和第二检测波形UR的持续时间都为T1，两者之间的间隔时间为T2。在本实施例中，所述第一检测波形UT为检测序列，所述第二检测波形UR为参考序列，在其他例子中，也可以是所述第一检测波形UT为参考序列，所述第二检测波形UR为检测序列。

步骤S102：将所述检测信号进行电声转换后，形成发射波，并将所述发射波输出至被测物；

步骤S103：接收所述发射波的反射或透射信号，对所述反射或透射信号进行声电转换和A/D转换，获取待检测电信号；

本申请实施例的发射参考鉴相超声波检测方法可以适用于反射法和透射法，因此，所述反射或透射信号为被发射出的超声波调制信号遇到被测物时的反射信号或穿过被测物的透射信号。如图2所示，在接收到回波反射或透射信号后，对回波反射或透射信号进行声电转换和A/D转换得到待检测电信号E，其中，待检测电信号E中包含了第一检测波形UT的回波ET以及第二检测波形UR的回波ER，超声波信号在传播过程中会受到距离、温度、噪声、干扰、多普勒频偏等因素影响，导致接收回波信号存在较大不可控波动，但待检测电信号E中的回波ET、ER的信号相对频率差、相位差则基本不会变化。

步骤S104：从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段；

如图3所示，所述第一信号片段与所述第二信号片段的持续时间同为T3；所述第一信号片段和第二信号片段的间隔时间为T4，且T1+T2＝T3+T4；提取完成后，平移并继续提取第一信号片段和第二信号片段，直至提取到所述待检测电信号的最后一位基带码，其中，每次提取的第一信号片段和第二信号片段为一组信号片段。

在一个优选的例子中，T1≤T3，T2≥T4，则第一信号片段、第二信号片段的信号宽度大于或等于所述第一检测波形UT、第二检测波形UR的信号宽度，则在第一信号片段与第二信号片段的提取过程中，可以刚好分别同时提取到第一检测波形UT的回波ET以及第二检测波形UR的回波ER。

步骤S105：对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后进行频谱变换，获得第一频谱信号；

步骤S106：检测第一频谱信号，根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

在一个优选的例子中，检测第一频谱信号，根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达，包括：

如果在第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，且当中心频率为2F的频谱分量波形的宽度达到最小值时，根据公式t＝τ/f+Δ计算所述待检测电信号中，第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号到达的渡越时间t，其中，f为AD采样频率、Δ为时间补偿值，τ为当前的平移量。

在本申请实施例中，每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后所得到的信号EP可以用如下公式近似表示：

EP＝cos(2πft+p1)*cos(2πft+p2)＝0.5*[cos(2π*2ft+p1+p2)+cos(p1-p2)]

其中cos(2πft+p1)对应第一信号片段内相位为p1的参考回波信号，cos(2πft+p2)对应第二信号片段内相位为p2的检测回波信号，从公式中可以直观看出EP信号中包含有直流分量cos(p1-p2)与2倍频分量cos(2π*2ft+p1+p2)，所述直流分量即为包含0Hz频率的频谱分量(当P1与P2相位差N*180°+90°，其中，N为整数度时，此项值为0)，所述2倍频分量即为中心频率为2F的频谱分量。

从上述公式中可知，如果所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的相位不等于N*180°+90°，其中，N为整数，则每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后所得到的信号EP在检测到中心频率为2F的频谱分量时，还会检测到直流频谱分量，因此，在一个优选的例子中，如果所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的相位差不等于N*180°+90°，其中，N为整数，则根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达，包括：根据是否从第一频谱信号中检测到直流频谱分量以及中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

如图4所示，图4中上图为检测信号的示意图，包括频率等于F的第一检测波形和第二检测波形，第一检测波形的相位为p1，第二检测波形的相位为p2，且p1不等于p2。图4中下图为所述发射波的反射或透射信号的示意图，下图中接收到两组所述第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号。

如图5所示，图5为第一信号片段和第二信号片段频谱变换的示意图，在图5中，从左至右第一列为第一信号片段的波形图，第二列为第二信号片段的波形图，第三列为第一信号片段与第二信号片段相乘后的波形图，第四列为第一信号片段与第二信号片段相乘后进行频谱变换，获得的第一频谱信号的示意图。

在图5第1行的4个图中，此时第一信号片段提取到第二检测波形UT的反射或透射信号ET波形的一部分(例如1/2)，第二信号片段提取到第一检测波形UR的反射或透射信号ER波形的一部分(例如1/2)，此时第一频谱信号中开始检测到直流频谱分量以及中心频率为2F的频谱分量，即包含0Hz频率的频谱波形及以频率2F为中心的频谱波形。。

在图5第2行的4个图中，此时第一信号片段进一步提取到第二检测波形UT的反射或透射信号ET波形(例如2/3)，第二信号片段进一步提取到第一检测波形UR的反射或透射信号ER波形(例如2/3)，此时第一频谱信号中检测到的以频率2F为中心的频谱波形的宽度变窄。

在图5第3行的4个图中，此时第一信号片段进一步提取到第二检测波形UT的反射或透射信号ET波形的全部，第二信号片段进一步提取到第一检测波形UR的反射或透射信号ER波形的全部，此时第一频谱信号中检测到的以频率2F为中心的频谱波形的宽度达到最窄。

在图5第4行的4个图中，此时第一信号片段进一步提取到第二检测波形UT的反射或透射信号ET波形(例如2/3)，第二信号片段进一步提取到第一检测波形UR的反射或透射信号ER波形(例如2/3)，此时第一频谱信号中检测到的以频率2F为中心的频谱波形的宽度变宽。

在图5第5行的4个图中，此时第一信号片段进一步提取到第二检测波形UT的反射或透射信号ET波形(例如1/2)，第二信号片段进一步提取到第一检测波形UR的反射或透射信号ER波形(例如1/2)，此时第一频谱信号中检测到的以频率2F为中心的频谱波形的宽度继续变宽。

在一些例子中，为了提高抗噪声、抗干扰、抗失真等性能，在第一频谱信号中检测到以直流频谱波形及中心频率为2F的频谱波形时，可以通过判断两个波形的幅值是否超过一定的阈值，来确定两个频谱波形是否有效。两个频谱波形的宽度也可以是通过判断所述两个频谱波形中，幅值超过设定阈值的频谱的宽度。

在本申请实施例中，通过发射分别作为检测序列和参考序列的第一检测波形和第二检测波形信号至被测物，由于第一检测波形和第二检测波形转换为超声波信号后，经过相同的距离、温度、噪声、干扰、多普勒频偏等因素影响，其变化也趋于相同，因此，本申请实施例通过在回波中同时提取多组第一信号片段和第二信号片段，并对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后进行频谱变换，如果在频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，则表明该组信号片段中，第一信号片段和第二信号片段分别提取到第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号，能克服距离、温度、噪声、干扰、多普勒频偏等因素对超声波造成影响，从而更加准确地检测超声波信号的反射或透射信号是否到达。同时，通过判断第一频谱信号中检测到的以频率2F为中心的频谱波形的宽度达到最窄，从而可以精确的计算出反射或透射信号的到达时间。

如图6所示，在一个示例性的实施例中，从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，包括：

步骤S601：从所述待检测电信号的起始时刻起，通过第一时间窗口和第二时间窗口对所述待检测电信号进行提取，其中，所述第一时间窗口和所述第二时间窗口的时长为T3，所述第一时间窗口与所述第二时间窗口之间的间隔时间为T4，所述第一时间窗口提取的信号为第一信号片段，所述第二时间窗口提取的信号为第二信号片段；

步骤S602：提取完成后，以设定时间为步长平移所述第一时间窗口和所述第二时间窗口，并提取当前第一时间窗口和第二时间窗口中的信号，直至提取到所述待检测电信号的结束时刻。

如图7所示，在另一个示例性的实施例中，从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，包括：

步骤S701：对所述待检测电信号进行移位寄存；

步骤S702：选取寄存地址为d～[(d+DT3)-1]、以及地址为[(d+DT3)+DT4]～{[(d+DT3)+DT4]+DT3-1}的两段信号进行提取，其中，d为第一位选取的寄存地址，DT3对应的时间长度为T3、DT4对应的时间长度为T4，被提取的两段信号分别为所述第一信号片段和所述第二信号片段；在本申请实施例中，所述d可以是1，由于反射或透射信号中，不会立即接收到所述第一检测波形和所述第二检测波形的回波，因此，所述d也可以是设定的其他数值，即所选取的寄存地址第一位可以不是所接收到的反射或透射信号中的第一位基带码。

步骤S703：提取完成后，进行移位寄存操作，每平移一个步进即再次对当前寄存地址中的信号进行提取，直至平移量达到上限。

在本申请实施例中，上述设定阈值可以是固定值，或者是受外部控制的值。所述方法不局限于具体实现的通道数量，可以进行任意通道的应用，如构建多通道发射、多通道接收等阵列检测系统、相控阵超声波检测系统等等。所述方法可应用于各种检测方式，如反射法、穿透法、液浸法、衍射法、聚焦法、阵列检测法、相控阵检测法等各种方式的检测。

与前述发射参考鉴相的超声波检测方法相对应，本申请实施例还提供一种发射参考鉴相的超声波检测设备，在一个示例性的实施例中，如图8所示，所述发射参考鉴相的超声波检测设备包括发射装置100、接收装置200和收发同步控制装置300，所述发射装置100包括第一检测信号产生装置110、第二检测信号产生装置120、时序控制装置130、D/A转换电路140、超声波激发电路150和第一换能器160，所述接收装置200包括第二换能器210、超声波接收前端220、A/D转换电路230、存储器240、控制器250和移位控制电路260；

所述第一检测信号产生装置110生成第一检测信号，所述时序控制装置130控制所述第二检测信号产生装置120在间隔时间T2后生成第二检测信号，所述D/A转换电路140将所述第一检测信号和所述第二检测信号转换为包括第一检测波形和第二检测波形的检测信号后输出，其中，所述第一检测波形对应所述第一检测信号，所述第二检测波形对应所述第二检测信号，所述第一检测波形和所述第二检测波形的持续时间同为T1，所述第一检测波形的信号频率与所述第二检测波形的信号频率同为F，所述第一检测波形的相位为P1，所述第二检测波形的相位为P2，所述P1不等于所述P2。

所述超声波激发电路150将所述检测信号进行电声转换后，形成发射波，所述第一换能器160将所述发射波输出至被测物；

所述收发同步控制装置300控制所述第二换能器210在第一换能器160将所述发射波输出至被测物时，接收所述发射波的反射或透射信号，所述超声波接收前端220和A/D转换电路230对所述反射或透射信号进行声电转换和A/D转换，获取待检测电信号，并将所述待检测电信号存储至存储器240；

所述控制器250从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，其中，每次提取的第一信号片段和第二信号片段为一组信号片段；所述第一信号片段与所述第二信号片段的持续时间同为T3；所述第一信号片段和第二信号片段的间隔时间为T4，且T1+T2＝T3+T4；提取完成后，所述移位控制电路260控制所述控制器250以设定时间为步长平移并继续提取第一信号片段和第二信号片段，直至达到最大平移量；

所述控制器250对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后进行频谱变换，获得第一频谱信号；

所述控制器250还检测第一频谱信号中的信号频率，根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

在一个示例性的实施例中，如果所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的相位差不等于N*180°+90°(N为整数)，则所述控制器根据是否从第一频谱信号中检测到直流频谱分量以及中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

在一个示例性的实施例中，如图9所示，在一个示例性的实施例中，所述控制器250包括间隔提取装置2501、乘法器2502、频谱变换装置2503、频谱宽度检测装置2504和阈值判断输出装置2505；

所述间隔提取装置2501从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，其中，每次提取的第一信号片段和第二信号片段为一组信号片段；所述第一信号片段与所述第二信号片段的持续时间同为T3；所述第一信号片段和第二信号片段的间隔时间为T4，且T1+T2＝T3+T4；提取完成后，所述移位控制电路260控制所述间隔提取装置2501以设定时间为步长平移并继续提取第一信号片段和第二信号片段，直至达到最大平移量；

所述乘法器2502对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘，所述频谱变换装置2503对相乘后的第一信号片段和第二信号片段进行频谱变换，获得第一频谱信号；

所述频谱宽度检测装置2504检测所述第一频谱信号的频谱波形，如果所述频谱宽度检测装置在第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，且当中心频率为2F的频谱分量波形的宽度达到最小值时，所述阈值判断输出装置根据公式t＝τ/f+Δ计算所述待检测电信号中，第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号到达的渡越时间t，其中，f为AD采样频率、Δ为时间补偿值，τ为当前的平移量。

在一个示例性的实施例中，所述间隔提取装置2501可以是移位寄存器，所述移位寄存器对所述待检测电信号进行移位寄存；并选取寄存地址为d～[(d+DT3)-1]、以及地址为[(d+DT3)+DT4]～{[(d+DT3)+DT4]+DT3-1}的两段信号进行提取，其中，d为第一位选取的寄存地址，DT3对应的时间长度为T3、DT4对应的时间长度为T4，被提取的两段信号分别为所述第一信号片段和所述第二信号片段；

提取完成后，所述移位寄存器进行移位寄存操作，每平移一个步进即再次对当前寄存地址中的信号进行提取，直至平移量达到上限。

在一个示例性的实施例中，所述控制器从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，包括：

所述控制器从所述待检测电信号的起始时刻起，通过第一时间窗口和第二时间窗口对所述待检测电信号进行提取，其中，所述第一时间窗口和所述第二时间窗口的时长为T3，所述第一时间窗口与所述第二时间窗口之间的间隔时间为T4，所述第一时间窗口提取的信号为第一信号片段，所述第二时间窗口提取的信号为第二信号片段；

提取完成后，所述控制器以设定时间为步长平移所述第一时间窗口和所述第二时间窗口，并提取当前第一时间窗口和第二时间窗口中的信号，直至提取到所述待检测电信号的结束时刻。

在一个示例性的实施例中，所述T1≤T3，T2≥T4。

对于设备实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的组件可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。上述提供的电子设备可用于执行上述任意实施例提供的资源调用方法，具备相应的功能和有益效果。上述设备中各个组件的功能和作用的实现过程具体详见上述资源调用方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请实施例的其它实施方案。本申请实施例旨在涵盖本申请实施例的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请实施例的一般性原理并包括本申请实施例未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请实施例的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请实施例的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述实施例仅表达了本申请实施例的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请实施例构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请实施例的保护范围。

Claims (10)

1.一种发射参考鉴相的超声波检测方法，其特征在于，包括：

生成检测信号，所述检测信号包括第一检测波形和第二检测波形，其中，所述第一检测波形为参考序列，第二检测波形为检测序列；所述第一检测波形和所述第二检测波形的频率F相同，持续时间同为T1，间隔时间为T2，所述第一检测波形的相位与所述第二检测波形的相位不同；

将所述检测信号进行电声转换后，形成发射波，并将所述发射波输出至被测物；

接收所述发射波的反射或透射信号，对所述反射或透射信号进行声电转换和A/D转换，获取待检测电信号；

从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，其中，每次提取的第一信号片段和第二信号片段为一组信号片段；所述第一信号片段与所述第二信号片段的持续时间同为T3；所述第一信号片段和第二信号片段的间隔时间为T4，且T1+T2＝T3+T4；提取完成后，以设定时间为步长平移并继续提取第一信号片段和第二信号片段，直至达到最大平移量；

对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后进行频谱变换，获得第一频谱信号；

检测第一频谱信号，根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

2.根据权利要求1所述的发射参考鉴相的超声波检测方法，其特征在于，如果所述第一检测波形和所述第二检测波形之间的相位差不等于N*180°+90°，其中，N为整数，则根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达，或：

根据是否从第一频谱信号中检测到直流频谱分量以及中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

3.根据权利要求1所述的发射参考鉴相的超声波检测方法，其特征在于，检测第一频谱信号，根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达，包括：

如果在第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，且当中心频率为2F的频谱分量波形的宽度达到最小值时，根据公式t＝τ/f+Δ计算所述待检测电信号中，第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号到达的渡越时间t，其中，f为AD采样频率、Δ为时间补偿值，τ为当前的平移量。

4.根据权利要求1所述的发射参考鉴相的超声波检测方法，其特征在于，从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，包括：

从所述待检测电信号的起始时刻起，通过第一时间窗口和第二时间窗口对所述待检测电信号进行提取，其中，所述第一时间窗口和所述第二时间窗口的时长为T3，所述第一时间窗口与所述第二时间窗口之间的间隔时间为T4，所述第一时间窗口提取的信号为第一信号片段，所述第二时间窗口提取的信号为第二信号片段；

提取完成后，以设定时间为步长平移所述第一时间窗口和所述第二时间窗口，并提取当前第一时间窗口和第二时间窗口中的信号，直至提取到所述待检测电信号的结束时刻。

5.根据权利要求1所述的发射参考鉴相的超声波检测方法，其特征在于，从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，包括：

对所述待检测电信号进行移位寄存；

选取寄存地址为d～[(d+DT3)-1]、以及地址为[(d+DT3)+DT4]～{[(d+DT3)+DT4]+DT3-1}的两段信号进行提取，其中，d为第一位选取的寄存地址，DT3对应的时间长度为T3、DT4对应的时间长度为T4，被提取的两段信号分别为所述第一信号片段和所述第二信号片段；

提取完成后，进行移位寄存操作，每平移一个步进即再次对当前寄存地址中的信号进行提取，直至平移量达到上限。

6.一种发射参考鉴相的超声波检测设备，其特征在于：

包括发射装置和接收装置：所述发射装置包括第一检测信号产生装置、第二检测信号产生装置、时序控制装置、D/A转换电路、超声波激发电路和第一换能器，所述接收装置包括第二换能器、超声波接收前端、A/D转换电路和控制器；

所述第一检测信号产生装置生成第一检测信号，所述时序控制装置控制所述第二检测信号产生装置在间隔时间T2后生成第二检测信号，所述D/A转换电路将所述第一检测信号和所述第二检测信号转换为包括第一检测波形和第二检测波形的检测信号后输出，其中，所述第一检测波形对应所述第一检测信号，所述第二检测波形对应所述第二检测信号，其中，所述第一检测波形为参考序列，第二检测波形为检测序列；所述第一检测波形和所述第二检测波形的频率F相同，持续时间同为T1，间隔时间为T2，所述第一检测波形的相位与所述第二检测波形的相位不同；

所述超声波激发电路将所述检测信号进行电声转换后，形成发射波，所述第一换能器将所述发射波输出至被测物；

所述第二换能器接收所述发射波的反射或透射信号，所述超声波接收前端和A/D转换电路对所述反射或透射信号进行声电转换和A/D转换，获取待检测电信号；

所述控制器从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，其中，每次提取的第一信号片段和第二信号片段为一组信号片段；所述第一信号片段与所述第二信号片段的持续时间同为T3；所述第一信号片段和第二信号片段的间隔时间为T4，且T1+T2＝T3+T4；提取完成后，所述控制器以设定时间为步长平移并继续提取第一信号片段和第二信号片段，直至达到最大平移量；

所述控制器对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘后进行频谱变换，获得第一频谱信号；

所述控制器还检测第一频谱信号，根据是否从第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

7.根据权利要求6所述的发射参考鉴相的超声波检测设备，其特征在于：

如果所述第一检测信号和所述第二检测信号之间的相位差不等于N*180°+90°，其中，N为整数，则所述控制器根据是否从第一频谱信号中检测到直流频谱分量以及中心频率为2F的频谱分量，判断所述第一检测波形和所述第二检测波形的反射或透射信号是否到达。

8.根据权利要求6所述的发射参考鉴相的超声波检测设备，其特征在于：

所述控制器包括间隔提取装置、乘法器、频谱变换装置、频谱宽度检测装置和阈值判断输出装置；

所述间隔提取装置从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，其中，每次提取的第一信号片段和第二信号片段为一组信号片段；所述第一信号片段与所述第二信号片段的持续时间同为T3；所述第一信号片段和第二信号片段的间隔时间为T4，且T1+T2＝T3+T4；提取完成后，以设定时间为步长平移并继续提取第一信号片段和第二信号片段，直至达到最大平移量；

所述乘法器对每组信号片段中的第一信号片段和第二信号片段相乘，所述频谱变换装置对相乘后的第一信号片段和第二信号片段进行频谱变换，获得第一频谱信号；

所述频谱宽度检测装置检测所述第一频谱信号的频谱波形，如果所述频谱宽度检测装置在第一频谱信号中检测到中心频率为2F的频谱分量，且当中心频率为2F的频谱分量波形的宽度达到最小值时，所述阈值判断输出装置根据公式t＝τ/f+Δ计算所述待检测电信号中，第一检测波形和第二检测波形的反射或透射信号到达的渡越时间t，其中，f为AD采样频率、Δ为时间补偿值，τ为当前的平移量。

9.根据权利要求8所述的发射参考鉴相的超声波检测设备，其特征在于：所述间隔提取装置为移位寄存器；

所述移位寄存器对所述待检测电信号进行移位寄存；

所述移位寄存器选取寄存地址为d～[(d+DT3)-1]、以及地址为[(d+DT3)+DT4]～{[(d+DT3)+DT4]+DT3-1}的两段信号进行提取，其中，d为第一位选取的寄存地址，DT3对应的时间长度为T3、DT4对应的时间长度为T4，被提取的两段信号分别为所述第一信号片段和所述第二信号片段；

提取完成后，所述移位寄存器进行移位寄存操作，每平移一个步进即再次对当前寄存地址中的信号进行提取，直至平移量达到上限。

10.根据权利要求6所述的发射参考鉴相的超声波检测设备，其特征在于，所述控制器从所述待检测电信号中提取第一信号片段和第二信号片段，包括：

所述控制器从所述待检测电信号的起始时刻起，通过第一时间窗口和第二时间窗口对所述待检测电信号进行提取，其中，所述第一时间窗口和所述第二时间窗口的时长为T3，所述第一时间窗口与所述第二时间窗口之间的间隔时间为T4，所述第一时间窗口提取的信号为第一信号片段，所述第二时间窗口提取的信号为第二信号片段；

提取完成后，所述控制器以设定时间为步长平移所述第一时间窗口和所述第二时间窗口，并提取当前第一时间窗口和第二时间窗口中的信号，直至提取到所述待检测电信号的结束时刻。

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