CN114235128A - 声速测量方法、电路、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声速测量方法、电路、装置及存储介质，该方法包括以下步骤：响应于测量指令，读取预设的配置模板文件；根据配置模板文件，对时钟模块进行配置，并得到配置结果，以完成配置；根据配置结果，实时更新时钟模块的时钟频率；当配置完成或时钟频率更新完成，则发送驱动信号给超声波收发模块，以使超声波收发模块工作，并记录超声波收发模块发送发射波的发送时刻，以及超声波收发模块接收反射波的接收时刻；根据发送时刻、接收时刻和预设的传播距离，计算得到声速值；根据预设的读取数量，读取连续的多个声速值，并根据多个声速值计算得到平均声速值。本发明公开的声速测量方法、电路、装置及存储介质，能够提高声速测量精度。

Description

声速测量方法、电路、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及声速测量技术领域，特别涉及一种声速测量方法、电路、装置及存储介质。

背景技术

目前，主要存在两种声速测量方法，一种是间接测量法，即通过测量水中温度、压力和盐度，再通过经验公式计算得出声速值，间接测量法的精度取决于各个参数的测量精度以及经验公式的准确度，验证起来相当复杂；另一种是直接测量法，其基本原理是通过测量声波在海水中固定距离内的传播时间来计算声速，在已定测量精度的前提下，超声换能器与反射板的距离越小，则对测量时间的精度的要求越高。传统的直接测量法是基于环鸣法进行测量的，即通过测量声波在固定距离内多次循环的时间，来提高声速测量精度，即通过反射回波信号去触发发射电路发射下一个脉冲，这样既加大的电路设计的复杂度，又因为多次循环时间长而降低了测量频率，导致在声速变化较快的场合难以准确地测量声速。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种声速测量方法，能够更准确地测量声速，并适应声速变化较快的场合。

本发明还提出一种包括上述声速测量方法的声速测量电路。

本发明还提出一种包括上述声速测量电路的声速测量装置。

本发明还提出一种包括上述声速测量方法的存储介质。

根据本发明第一方面实施例的声速测量方法，包括以下步骤：响应于测量指令，读取预设的配置模板文件；根据所述配置模板文件，对时钟模块进行配置，并得到配置结果，以完成配置；根据所述配置结果，实时更新所述时钟模块的时钟频率；当配置完成或所述时钟频率更新完成，则发送驱动信号给超声波收发模块，以使所述超声波收发模块工作，并记录所述超声波收发模块发送发射波的发送时刻，以及所述超声波收发模块接收反射波的接收时刻；根据所述发送时刻、所述接收时刻和预设的传播距离，计算得到声速值；根据预设的读取数量，读取连续的多个所述声速值，并根据多个所述声速值计算得到平均声速值。

根据本发明实施例的声速测量方法，至少具有如下有益效果：控制模块通过对时钟模块进行配置，使时钟模块的时钟频率实时更新，即，时钟模块的时钟频率处于动态变化的状态中；控制模块通过超声波收发模块在时钟频率更新后并在下一次时钟频率更新前记录发送时刻和接收时刻，从而计算得到每次时钟频率更新后的声速值，即，时钟频率每更新一次，控制模块通过超声波收发模块测量并计算得到一个声速值，从而在利用连续的多个声速值计算得到平均声速值时，均化时间误差，以提高测量精度，有利于更准确地测量声速，并且，由于测量精度较高，则传播距离可以较小，从而可以增加测量频率，有利于在声速变化较快的场合更准确地测量声速。

根据本发明的一些实施例，所述配置结果包括调制频率和变频幅度，所述根据所述配置模板文件，对时钟模块进行配置，并得到配置结果，以完成配置，包括以下步骤：根据所述配置模板文件，将所述时钟模块的所述时钟频率配置为第一频率；根据所述配置模板文件，配置所述调制频率为第二频率；根据所述配置模板文件和所述第一频率，配置所述时钟模块的调频范围；根据预设的计算公式、所述第一频率、所述第二频率和所述调频范围，计算得到所述时钟模块的所述变频幅度。

根据本发明的一些实施例，所述计算公式包括：

其中，A表示所述变频幅度，R表示所述调频范围的差值，f_MOD表示所述第二频率，

表示所述第一频率的倒数。

根据本发明的一些实施例，所述配置结果还包括根据所述调制频率计算得到的更新间隔，所述更新间隔大于所述接收时刻与所述发送时刻的差值。

根据本发明的一些实施例，还包括以下步骤：根据预设的读取数量，读取连续的多个所述声速值，并根据多个所述声速值计算得到平均声速值。

根据本发明的一些实施例，还包括以下任一步骤：在确定所述测量指令来源于外部输入的情况下，将所述声速值和所述平均声速值上传；在确定所述测量指令来源于内部输入的情况下，将所述声速值和所述平均声速值保存在存储模块中。

根据本发明第二方面实施例的声速测量电路，包括控制模块、时钟模块、超声波收发模块、存储模块和存储在所述存储模块上并在所述控制模块上运行的计算机程序，所述时钟模块、所述超声波收发模块和所述存储模块分别与所述控制模块连接，所述控制模块运行所述计算机程序时实现第一方面所述的声速测量方法

根据本发明实施例的声速测量电路，至少有如下有益效果：控制模块通过运行存储模块上的计算机程序，实现第一方面的声速测量方法，以通过时钟模块和超声波收发模块实现声速值的测量，有利于提高测量精度，从而有利于准确地测量声速，并且能够简化电路，使电路结构更简洁，有利于降低成本，并提高电路的可靠性。

根据本发明的一些实施例，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述控制模块连接。

根据本发明第三方面实施例的声速测量装置，包括第二方面所述的声速测量电路。

根据本发明实施例的声速测量装置，至少有如下有益效果：声速测量电路结构更简单，以便于声速测量装置缩小体积，节约成本；并且声速测量电路还能够更准确地测量声速，以提高声速测量装置的测量精度，从而提高可靠性。

根据本发明第四方面实施例的存储介质，所述存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行第一方面所述的声速测量方法。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的声速测量方法的流程图；

图2为图1所示的声速测量方法的具体流程图；

图3为图1所示的声速测量方法的补充步骤流程图；

图4为本发明实施例的声速测量电路的电路框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

第一方面

参照图1，一种声速测量方法，包括步骤S100、步骤S200、步骤S300、步骤S400、步骤S500和步骤S600。

步骤S100，响应于测量指令，读取预设的配置模板文件。

步骤S200，根据配置模板文件，对时钟模块进行配置，并得到配置结果，以完成配置。

步骤S300，根据配置结果，实时更新时钟模块的时钟频率。

步骤S400，当配置完成或时钟频率更新完成，则发送驱动信号给超声波收发模块，以使超声波收发模块工作，并记录超声波收发模块发送发射波的发送时刻，以及超声波收发模块接收反射波的接收时刻。

步骤S500，根据发送时刻、接收时刻和预设的传播距离，计算得到声速值。

步骤S600，根据预设的读取数量，读取连续的多个声速值，并根据多个声速值计算得到平均声速值。

具体地，控制模块通过对时钟模块进行配置，使时钟模块的时钟频率实时更新，即，时钟模块的时钟频率处于动态变化的状态中；控制模块通过超声波收发模块在时钟频率更新后并在下一次时钟频率更新前记录发送时刻和接收时刻，从而计算得到每次时钟频率更新后的声速值，即，时钟频率每更新一次，控制模块通过超声波收发模块测量并计算得到一个声速值，从而在利用连续的多个声速值计算得到平均声速值时，均化时间误差，以提高测量精度，有利于更准确地测量声速，并且，由于测量精度较高，则传播距离可以较小，从而可以增加测量频率，有利于在声速变化较快的场合更准确地测量声速。

需要说明的是，现有技术中通过测量声波在固定距离内多次循环的时间，来计算声速，而该方法通过多次测量声波在传播距离内单次循环的时间，来计算平均声速，并且由于时钟频率处于动态变化的状态，使得该方法能够均化时间误差，相对于现有技术中的环鸣法，提高了测量精度，并且能够更好的适应声速变化较快的场合。

参照图2，配置结果包括调制频率和变频幅度，步骤S200包括步骤S210、步骤S220、步骤S230和步骤S240。

步骤S210，根据配置模板文件，将时钟模块的时钟频率配置为第一频率；

步骤S220，根据配置模板文件，配置调制频率为第二频率；

步骤S230，根据配置模板文件和第一频率，配置时钟模块的调频范围；

步骤S240，根据预设的计算公式、第一频率、第二频率和调频范围，计算得到时钟模块的变频幅度。

具体地，时钟模块的时钟频率可以根据实际需求来配置，例如，将100MHz或120MHz等频率作为第一频率；调制频率即为更新时钟频率的频率，调制频率可以根据实际需求来配置，例如，将10KHz或20KHz等频率作为第二频率；此外，为了避免时钟频率影响电路中的器件的正常工作，调频范围需要根据实际需求来设置，例如，当调制深度为2％，第一频率为100MHz，则调频范围是98MHz至102MHz，或者，当调制深度为1％，第一频率为100MHz，则调频范围是99MHz至101MHz。

变频幅度是指时钟频率的每次更新的变化幅度。此外，计算公式包括

其中，A表示变频幅度，R表示调频范围的差值，f_MOD表示第二频率，

表示第一频率的倒数。例如，当第一频率为100MHz，第二频率为10KHz，调频范围为99MHz至101MHz，则调频范围的差值为2MHz，从而计算得到变频幅度为0.8KHz，即，每次更新时钟频率，使时钟频率在原有数值上增加或减少0.8KHz。

需要说明的是，调频范围的差值是指调频范围的两个端点的差值，例如，当调频范围是98MHz至102MHz，则102MHz与98MHz的差值是4MHz，则该4MHz即为调频范围的差值。

以第一频率为100MHz、第二频率为10KHz、调频范围取98MHz至102MHz为例，则计算得到变频幅度为1.6KHz，那么，时钟频率每0.1ms更新一次，每次更新增加或减少1.6KHz，例如，当时钟频率被多次更新后，增加至102MHz，则时钟频率再次被更新时，减少1.6KHz，并且在之后的更新中，时钟频率持续减小，直至减小至98MHz，即，时钟频率在增加至102MHz后，则开始减小，并在减小至98MHz后，开始增大，以此往复。此外，在时钟频率持续增大的过程中，当时钟频率未达到102MHz，但时钟频率增加1.6Khz会大于102MHz时，则使时钟频率持续减小，反之，在时钟频率持续减小的过程中，当时钟频率未达到98MHz，但时钟频率减小1.6KHz会小于98MHz时，则使时钟频率持续增大。

另外，配置结果还包括根据调制频率计算得到的更新间隔，更新间隔大于接收时刻与发送时刻的差值。例如，在一些实施例中，当第二频率为10KHz，则更新间隔是0.1ms，而接收时刻与发送时刻的差值均小于0.1ms，则每次测量声速值需要花费0.1ms，若预设的读取次数取值为200次，则测量得到一个平均声速值需要20ms，则声速测量的频率为50Hz。

参照图3，声速测量方法还包括步骤S700和步骤S800。

步骤S700，在确定测量指令来源于外部输入的情况下，将声速值和平均声速值上传。

步骤S800，在确定测量指令来源于内部输入的情况下，将声速值和平均声速值保存在存储模块中。

具体地，控制模块计算得到的声速值和平均声速值需要保存，当测量指令来源于外部输入，则控制模块此时与外部设备通讯连接，从而控制模块将声速值与平均声速值上传，以便于外部设备获取声速值和平均声速值，实现数据采集并由外部设备存储；当测量指令来源于内部输入，即，控制模块自主测量声速，则控制模块此时与外部设备断开连接，从而控制模块将声速值与平均声速值保存在存储模块中，以便于在需要使用这些数据时，外部设备可以从存储模块中读取得到，有利于数据采集。

第二方面

参照图4，一种声速测量电路，包括控制模块、时钟模块、超声波收发模块、存储模块和存储在存储模块上并在控制模块上运行的计算机程序，时钟模块、超声波收发模块和存储模块分别与控制模块连接，控制模块运行计算机程序时实现第一方面的声速测量方法。

其中，控制模块通过运行存储模块上的计算机程序，实现第一方面的声速测量方法，以通过时钟模块和超声波收发模块实现声速值的测量，有利于提高测量精度，从而有利于准确地测量声速，并且能够简化电路，使电路结构更简洁，有利于降低成本，并提高电路的可靠性。

参照图4，声速测量电路还包括通讯模块，通讯模块与控制模块连接。其中，通过通讯模块，便于控制模块与外部设备进行数据传输，以便于上传声速值和平均声速值。

第三方面

一种声速测量装置，包括第二方面的声速测量电路。其中，声速测量电路结构更简单，以便于声速测量装置缩小体积，节约成本；并且声速测量电路还能够更准确地测量声速，以提高声速测量装置的测量精度，从而提高可靠性。

第四方面

一种存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行第一方面的声速测量方法。

应当认识到，本发明实施例中的方法步骤可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种声速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

响应于测量指令，读取预设的配置模板文件；

根据所述配置模板文件，对时钟模块进行配置，并得到配置结果，以完成配置；

根据所述配置结果，实时更新所述时钟模块的时钟频率；

当配置完成或所述时钟频率更新完成，则发送驱动信号给超声波收发模块，以使所述超声波收发模块工作，并记录所述超声波收发模块发送发射波的发送时刻，以及所述超声波收发模块接收反射波的接收时刻；

根据所述发送时刻、所述接收时刻和预设的传播距离，计算得到声速值；

根据预设的读取数量，读取连续的多个所述声速值，并根据多个所述声速值计算得到平均声速值。

2.根据权利要求1所述的声速测量方法，其特征在于，所述配置结果包括调制频率和变频幅度，所述根据所述配置模板文件，对时钟模块进行配置，并得到配置结果，以完成配置，包括以下步骤：

根据所述配置模板文件，将所述时钟模块的所述时钟频率配置为第一频率；

根据所述配置模板文件，配置所述调制频率为第二频率；

根据所述配置模板文件和所述第一频率，配置所述时钟模块的调频范围；

根据预设的计算公式、所述第一频率、所述第二频率和所述调频范围，计算得到所述时钟模块的所述变频幅度。

3.根据权利要求2所述的声速测量方法，其特征在于，所述计算公式包括：

其中，A表示所述变频幅度，R表示所述调频范围的差值，f_MOD表示所述第二频率，

表示所述第一频率的倒数。

4.根据权利要求2所述的声速测量方法，其特征在于，所述配置结果还包括根据所述调制频率计算得到的更新间隔，所述更新间隔大于所述接收时刻与所述发送时刻的差值。

5.根据权利要求1至4任一项所述的声速测量方法，其特征在于，还包括以下任一步骤：

在确定所述测量指令来源于外部输入的情况下，将所述声速值和所述平均声速值上传；

在确定所述测量指令来源于内部输入的情况下，将所述声速值和所述平均声速值保存在存储模块中。

6.一种声速测量电路，其特征在于，包括控制模块、时钟模块、超声波收发模块、存储模块和存储在所述存储模块上并在所述控制模块上运行的计算机程序，所述时钟模块、所述超声波收发模块和所述存储模块分别与所述控制模块连接，所述控制模块运行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任一项所述的声速测量方法。

7.根据权利要求6所述的声速测量电路，其特征在于，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述控制模块连接。

8.一种声速测量装置，其特征在于，包括如权利要求6或7所述的声速测量电路。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至5中任一项所述的声速测量方法。

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