CN211505346U - 发射参考调制序列的超声波检测设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及一种发射参考调制序列的超声波检测设备。本申请实施例的发射参考调制序列的超声波检测设备包括发射装置和接收装置：发射装置包括基带序列产生器、检测信号产生器、调制器和第一换能器，接收装置包括第二换能器、解调器和移位寄存器、第一缓存器、第二缓存器、比较器和计数器；检测信号产生器根据基带序列生成包括第一检测序列和第二检测序列的检测基带信号；移位寄存器对基带解调信号移位寄存，选取两段信号提取，比较器对提取的每两段信号逐位比较，计数器对每两段信号中相同位的基带码值相同或不同的数量进行计数。本申请实施例的发射参考调制序列的超声波检测设备可以比较准确地开展检测、判定超声波信号的回波渡越时间。

Description

发射参考调制序列的超声波检测设备

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调制序列的超声波检测设备。

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调制序列的超声波检测设备，可以比较准确地开展检测，同时，可以比较准确地判断超声波信号的回波是否到达。

本申请实施例提供了一种发射参考调制序列的超声波检测设备包括发射装置和接收装置：所述发射装置包括基带序列产生器、检测信号产生器、调制器和第一换能器，所述接收装置包括第二换能器、解调器和移位寄存器、第一缓存器、第二缓存器、比较器和计数器；

所述基带序列产生器生成一串基带序列，所述检测信号产生器根据该基带序列生成包括第一检测序列和第二检测序列的检测基带信号；其中，所述第一检测序列和第二检测序列的持续时间分别为T1，所述第一检测序列与所述第二检测序列的间隔时间为T2；所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码值相同的数量大于第一阈值，或所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码值不同的数量大于第一阈值；

所述调制器将所述检测基带信号调制为超声波频段的调制信号后，通过所述第一换能器输出至被测物；

所述第二换能器接收所述调制信号的反射或透射信号后，所述解调器对所述的反射或透射信号进行声电转换后解调，获取基带解调信号；

所述移位寄存器对所述基带解调信号进行移位寄存，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；提取完成后，所述移位寄存器进行平移步进为1的移位寄存操作，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；

所述比较器对提取的每两段信号进行逐位比较，所述计数器对每两段信号中相同位的基带码值相同或不同的数量进行计数。

可选的，还包括判决器和第一存储器；

所述判决器接收计数结果，并对计数结果进行判决，当所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码相同的数量大于第二阈值，且提取的所述两段信号中相同位的基带码值相同的数量高于第二阈值时，或者，当所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码不同的数量大于第二阈值，且提取的所述两段信号中相同位的基带码值不同的数量高于第二阈值时，所述判决器驱动所述移位寄存器将此时的平移量存储至第一存储器。

可选的，还包括计算器；所述计算器计算第一存储器中数值相邻的一对平移量的平均值。

可选的，还包括定时器；

所述检测信号产生器根据所述定时器的启动信号和该基带序列生成包括第一检测序列和第二检测序列的检测基带信号。

可选的，所述移位寄存器包括多个触发器，且所述多个触发器相互串联。

可选的，所述多个触发器中，对应于寄存地址为d～[(d+DT3)-1]的部分触发器的输出端与所述比较器的一端连接，对应于寄存地址为[(d+DT3)+DT4]～{[(d+DT3)+DT4]+DT3-1}的部分触发器的输出端与所述比较器的另一端连接。

可选的，所述T1≤T3，T2≥T4。

可选的，所述第一检测序列与所述第二检测序列中，每一位基带码值都相同；

或者，所述第一检测序列与所述第二检测序列中，每一位基带码值都不同。

在本申请实施例中，发射装置通过发射分别作为检测序列和参考序列的第一检测序列和第二检测序列信号至被测物，由于第一检测序列相同位的基带码值相同或不同的数量大于第一阈值，且第一检测序列和第二检测序列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，接收装置可以通过移位寄存器在反射或透射信号中同时提取多组指定时间长度和指定间隔的两段信号，并计算两段信号中相同位的基带码值相同或不同的数量，从而用户可以根据该数量的大小比较准确地判断超声波信号的回波是否到达。

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调制序列的超声波检测设备的结构示意图；

图2为在一个示例性实施例中示出的基带信号BU和调制信号U的示意图；

图3为在一个示例性实施例中示出的回波在反射或透射信号中E和基带解调信号BE的示意图；

图4为在一个示例性实施例中示出的本申请实施例发射参考调制序列的超声波检测设备的结构示意图。

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调制序列的超声波检测设备，如图1所示，所述发射参考调制序列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包括定时器110、基带序列产生器120、检测信号产生器130、调制器140、功率驱动器150和第一换能器160，所述接收装置200包括第二换能器210、接收前端220、解调器230、移位寄存器240、第一缓存器251、第二缓存器252、比较器260和计数器270。

所述基带序列产生器120生成一串基带序列，所述定时器110控制所述检测信号产生器130根据该基带序列生成包括第一检测序列和第二检测序列的检测基带信号；其中，所述第一检测序列和第二检测序列的持续时间分别为T1，所述第一检测序列与所述第二检测序列的间隔时间为T2；所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码值相同的数量N1大于第一阈值，或所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码值不同的数量N2大于第一阈值。

所述检测信号产生器130首先生成持续时间为T1的第一检测序列，随后定时器110启动，待定时器计时达到T2时，检测信号产生器130再产生持续时间为T1的第二检测序列。

如图2所示，图2为基带信号BU的示意图，所述基带信号BU中包括第一检测序列UT和第二检测序列UR，第一检测序列UT和第二检测序列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，所述第一检测序列UT为检测序列，所述第二检测序列UR为参考序列，在其他例子中，也可以是所述第一检测序列UT为参考序列，所述第二检测序列UR为检测序列。

在图2中，所述第一检测序列UT与所述第二检测序列UR可以基于基带序列BC以任意方式生成，所述第一检测序列UT和所述第二检测序列UR中，相同位的基带码值相同，在其他例子中，所述第一检测序列UT和所述第二检测序列UR也可以是相同位的基带码值不同，或者，相同位的基带码值相同的数量N1或不同的数量N2大于第一阈值。

所述调制器140将所述检测基带信号BU调制为超声波频段的调制信号U后，经所述功率驱动器150驱动放大后，通过所述第一换能器160输出至被测物。

如图2所示，对基带信号BU进行调制，得到满足超声波频段的调制信号U。将检测信号U经过电-声转换后，形成发射波，向被测物发射。所述对基带信号BU的调制，可以是任意形式的调制方式，如OOK、ASK、FSK、PSK等。为方便说明，本申请实施例采用OOK调制。

在所述发射装置100输出超声波信号时，所述收发同步装置300控制所述接收装置200开启超声波的接收及检测操作。在一些例子中，所述收发同步装置300可以是启动触发器。

所述第二换能器210接收所述调制信号U的反射或透射信号E，并通过接收前端220输出至所述解调器230，所述解调器230对所述在反射或透射信号中进行声电转换后解调，获取基带解调信号BE，并将所述基带解调信号BE输出至所述移位寄存器240。

如图3所示，图3为所述调制信号U的反射或透射信号E，在反射或透射信号E中，包括了所述第一检测序列UT和第二检测序列UR所对应的超声波的回波。

所述移位寄存器240对所述基带解调信号BE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；提取完成后，所述移位寄存器进行平移步进为1的移位寄存操作，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。

上述两段信号提取的方式为：移位寄存器240将寄存地址为1～[(d+DT3)-1]的一段信号写入第一缓存器251，同时，移位寄存器240将寄存地址为[(1+DT3)+DT4]～{[(1+DT3)+DT4]+DT3-1}的一段信号写入第二缓存器252，在每次平移后，所述移位寄存器240更新所述第一缓存器251和所述第二缓存器252中的信号。

所述比较器260对第一缓存器251和第二缓存器252中缓存的每两段信号进行逐位比较，并将比较结果输出给所述计数器270，所述比较结果可以是每两段信号中相同位的基带码值相同或不同的数量，所述计数器270对每两段信号中相同位的基带码值相同或不同的数量进行计数。

在一个优选的实施例中，所述T1＝T3，T2＝T4，则第一缓存器2501和第二缓存器252中所缓存的信号宽度与所述第一检测序列UT、第二检测序列UR相同，两者之间的间隔宽度也相同，则两段信号的提取过程中，可以刚好分别提取到第一检测序列UT的回波以及第二检测序列UR的回波。

在其他例子中，所述T3也可以是大于T1，或小于T1，只要满足T1+T2＝T3+T4便可根据第一信号片段和第二信号片段中，相同位基带码相同或不同的数量来判断是否提取到回波，并可以根据相同位基带码相同或不同的数量M的最大值来判断回波的准确到达时间，例如如果T3小于T1，则M连续达到最大值的第一个最大值点为该次回波到达的起点，如果T3大于T1，则M连续达到最大值的最后一个最大值点为该次回波到达的起点。

在本申请实施例中，发射装置通过发射分别作为检测序列和参考序列的第一检测序列和第二检测序列信号至被测物，由于第一检测序列相同位的基带码值相同或不同的数量大于第一阈值，且第一检测序列和第二检测序列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，接收装置可以通过移位寄存器在反射或透射信号中同时提取多组指定时间长度和指定间隔的两段信号，并计算两段信号中相同位的基带码值相同或不同的数量，从而用户可以根据该数量的大小比较准确地判断超声波信号的回波是否到达。

如图4所示，在一个示例性的实施例中，所述发射参考调制序列超声波检测设备的接收装置200还包括判决器280、第一存储器253和计算器290，所述判决器280接收所述计数器270的计数结果，并根据预先设定的第二阈值对计数结果进行判决，当所述第一检测序列UT和所述第二检测序列UR中相同位的基带码相同的数量大于第二阈值，且提取的所述两段信号中相同位的基带码值相同的数量高于第二阈值时，或者，当所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码不同的数量大于第二阈值，且提取的所述两段信号中相同位的基带码值不同的数量高于第二阈值时，所述判决器驱动所述移位寄存器将此时的平移量存储至第一存储器253。

所述计算器290计算出存储于第一存储器253中数值相邻的一对平移量的平均值。则用户可以根据该平均值乘以所述基带解调信号BE的时钟周期，获得回波到达的渡越时间。

用户可以根据下列公式计算出回波到达的渡越时间t，t＝La*TBE+Δ，其中，La为一对平移量的平均值，TBE为序列码元时钟周期，Δ为解调时序及检测固定偏移的补偿值。在本申请实施例中，回波可能会有多次到达，则每次计算出的时间为其中一次到达的时间。

在一个示例性的实施例中，所述移位寄存器240包括多个触发器，且所述多个触发器相互串联。

所述多个触发器中，对应于寄存地址为d～[(d+DT3)-1]的部分触发器的输出端与所述比较器260的一端连接，对应于寄存地址为[(d+DT3)+DT4]～{[(d+DT3)+DT4]+DT3-1}的部分触发器的输出端与所述比较器260的另一端连接。

在一个示例性的实施例中，所述接收装置还可以包括第二存储器，所述计算器290在计算出一对平移量的平均值后，还将该平均值存储于所述第二存储器。

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 (8)

1.一种发射参考调制序列超声波检测设备，其特征在于：

包括发射装置和接收装置：所述发射装置包括基带序列产生器、检测信号产生器、调制器和第一换能器，所述接收装置包括第二换能器、解调器和移位寄存器、第一缓存器、第二缓存器、比较器和计数器；

所述基带序列产生器生成一串基带序列，所述检测信号产生器根据该基带序列生成包括第一检测序列和第二检测序列的检测基带信号；其中，所述第一检测序列和第二检测序列的持续时间分别为T1，所述第一检测序列与所述第二检测序列的间隔时间为T2；所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码值相同的数量大于第一阈值，或所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码值不同的数量大于第一阈值；

所述调制器将所述检测基带信号调制为超声波频段的调制信号后，通过所述第一换能器输出至被测物；

所述第二换能器接收所述调制信号的反射或透射信号后，所述解调器对所述在反射或透射信号中进行声电转换后解调，获取基带解调信号；

所述移位寄存器对所述基带解调信号进行移位寄存，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；提取完成后，所述移位寄存器进行平移步进为1的移位寄存操作，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；

所述比较器对提取的每两段信号进行逐位比较，所述计数器对每两段信号中相同位的基带码值相同或不同的数量进行计数。

2.根据权利要求1所述的发射参考调制序列超声波检测设备，其特征在于：

还包括判决器和第一存储器；

所述判决器接收计数结果，并对计数结果进行判决，当所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码相同的数量大于第二阈值，且提取的所述两段信号中相同位的基带码值相同的数量高于第二阈值时，或者，当所述第一检测序列和所述第二检测序列中相同位的基带码不同的数量大于第二阈值，且提取的所述两段信号中相同位的基带码值不同的数量高于第二阈值时，所述判决器驱动所述移位寄存器将此时的平移量存储至第一存储器。

3.根据权利要求2所述的发射参考调制序列超声波检测设备，其特征在于：

还包括计算器；所述计算器计算第一存储器中数值相邻的一对平移量的平均值。

4.根据权利要求1所述的发射参考调制序列超声波检测设备，其特征在于：

还包括定时器；

所述检测信号产生器根据所述定时器的启动信号和该基带序列生成包括第一检测序列和第二检测序列的检测基带信号。

5.根据权利要求1所述的发射参考调制序列超声波检测设备，其特征在于：

所述移位寄存器包括多个触发器，且所述多个触发器相互串联。

6.根据权利要求5所述的发射参考调制序列超声波检测设备，其特征在于：

所述多个触发器中，对应于寄存地址为d～[(d+DT3)-1]的部分触发器的输出端与所述比较器的一端连接，对应于寄存地址为[(d+DT3)+DT4]～{[(d+DT3)+DT4]+DT3-1}的部分触发器的输出端与所述比较器的另一端连接。

7.根据权利要求1所述的发射参考调制序列超声波检测设备，其特征在于：

所述T1≤T3，T2≥T4。

8.根据权利要求1所述的发射参考调制序列超声波检测设备，其特征在于：

所述第一检测序列与所述第二检测序列中，每一位基带码值都相同；

或者，所述第一检测序列与所述第二检测序列中，每一位基带码值都不同。

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