JP4783481B1 - 超音波測定方法および超音波測定装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図4
Description
ステップS1は、ステップAに対応する。第1の受波器13(1)、第2の受波器13(2)は、送波器12から送波され、物体2において反射した超音波をそれぞれ受信する。第1の受波器13(1)、第2の受波器13(2)は、受信した超音波を電気的な受信信号に変換する。第1の受信部17(1)、第2の受信部17(2)は、それぞれ受信信号を増幅し、A−D変換によりデジタル信号に変換する。第1の受信部17(1)によって得られた受信信号および、第2の受信部17(2)によって得られた受信信号のそれぞれが、以下の手順にしたがって処理される。A−D変換のサンプリング周波数は、送信時のキャリアの周波数の4倍以上であることが望ましく、また一般には送信時のキャリアの周波数の整数倍に設定される。
ステップS2は、ステップAに含まれる。演算部15によって制御された窓設定部18は、ステップS1でデジタルデータに変換された受信信号から、送信開始時刻T0より一定時間経過したT1およびT2までの(T2−T1)分の信号を切り出す。
ステップS3はステップBに対応する。ステップS3は直交検波部23により実行される。受信信号は直交検波部23において、送信時のキャリア周波数ω0に基づき、2つの互いに直交する直交信号であるI成分およびQ成分に分解される。ドプラシフトを受けた受信信号は式(1)のように表現される。
ステップS4はステップCに対応する。ステップS4はベクトル演算部26により実行される。ベクトル演算部26は、遅延部27、乗算器28および加算器29を含み、次式(5)で示されるベクトル演算を実行する。
ステップS5はステップDに対応する。ステップS3およびステップS4によってドプラシフトによる振幅変動が抑制されたので、次に逆拡散に用いる参照符号を考える。ステップS4におけるベクトル演算部26の処理により元のM系列は別の系列に変化する。このため、I’成分およびQ’成分を、送信に用いた符号とは異なる符号を用いて、キャリア周波数と同期した時間間隔に基づき逆拡散処理する。
ステップS6はステップEに対応する。ステップS5によって逆拡散された直交逆拡散信号を用いて、ドプラシフトの影響が除去された受信信号の振幅および位相信号が推定される。具体的には、図8の逆拡散部45の出力である直交逆拡散信号のI’’成分およびQ’’成分は、復調部52に入力される。復調部52は、振幅推定器50および位相推定器51を含み、図8に示される処理により、振幅および位相を推定する。具体的には、振幅推定器50は、I’’成分およびQ’’成分のそれぞれを二乗し、足し合わせた値の平方根を計算することにより、受信信号の振幅を求める。また、位相推定器51は、Q’’成分とI’’成分との比のアークタンジェントを計算することにより、受信信号の位相を求める。
ステップS7は、ステップFに対応する。ステップS6で推定された振幅および位相の推定値は、距離方位算出部22へ入力され、超音波の伝搬時間や方位が推定され、物体3の位置情報が計算される。
本実施形態の超音波測定装置2によって、ドプラシフトによる影響を除去する実験を行った、結果を以下に説明する。
2,101 超音波測定装置
3 物体
4,7 超音波伝搬経路
5 拡散符号
6 キャリア信号(送信信号)
8,12 送波器
9,13 受波器
14 送信部
15 演算部
17 受信部
18 窓設定部
19,24,28,48 乗算器
20 ドプラ除去部
21,81a,81b,81c,81d,81e 逆拡散部
22 距離方位算出部
23 直交検波部
25 ローパスフィルタ
26 ベクトル演算部
27,47 遅延部
29,49 加算器
30,60,70,80 受信波形
31 I成分の包絡線
32 Q成分の包絡線
33 I成分
34 Q成分
35 I’成分の包絡線
36 Q’成分の包絡線
37 I’成分
38 Q’成分
40 原M系列
41 1ビットシフトしたM系列
42 乗算後のM系列(復調用M系列)
45 相関器
46 復調用M系列
50 振幅推定器
51 位相推定器
52 復調部
61,62 逆拡散振幅波形
63,64,65 逆拡散振幅最大値
71,72,82a,82b,82c,82d,82e 逆拡散波形
91,93,96 サブキャリア
92,94,97 ドプラシフト補償用信号
95 周波数ずれ
103 相関器
104 ピーク検出器
105 パルス発生器
Claims (10)
- 所定のキャリア周波数を有し、前記キャリア周波数に同期した符号周期を持つ符号を用いて変調された、符号化スペクトラム拡散超音波信号を用いて、前記符号化スペクトラム拡散超音波信号の伝搬距離および伝搬方位のうち、少なくとも一方を計測する超音波測定方法であって、
前記符号化スペクトラム拡散超音波信号を少なくとも2個の受波器で受信し、少なくとも2つの受信信号を生成するステップAと、
前記少なくとも2つの受信信号を、前記キャリア周波数を用いてそれぞれ直交検波し、それぞれの受信信号のI成分およびQ成分を生成するステップBと、
前記それぞれの受信信号のI成分およびQ成分を、前記キャリア周波数の周期に同期した符号周期に基づき位相差分処理し、ドプラシフトによる位相変動が除去されたI’成分およびQ’成分を生成するステップCと、
前記それぞれの受信信号のI’成分およびQ’成分を、前記符号とは異なる符号を用いて、前記キャリア周波数と同期した時間間隔に基づき逆拡散処理して、逆拡散されたI’’成分およびQ’’成分を生成するステップDと、
前記それぞれの受信信号のI’’成分およびQ’’成分から前記それぞれの受信信号の振幅情報および位相情報を演算するステップEと、
前記それぞれの受信信号について計算された振幅情報および位相情報から、超音波の伝搬距離および伝搬方位のうちの少なくとも一方を算出するステップFと
を包含する超音波測定方法。 - 前記符号に、前記キャリア周波数の位相の0度および180度の状態を割り当てる請求項1記載の超音波測定方法。
- 前記符号はM系列の擬似拡散符号である請求項1から3のいずれかに記載の超音波測定方法。
- 前記ステップ(D)における前記符号とは異なる符号は、前記符号の位相を回転させたM系列の擬似拡散符号である請求項4に記載の超音波測定方法。
- 所定のキャリア周波数を有し、前記キャリア周波数に同期した符号周期を持つ符号を用いて変調された、符号化スペクトラム拡散超音波信号を用いて、前記符号化スペクトラム拡散超音波信号の伝搬距離および伝搬方位のうち、少なくとも一方を計測する超音波測定装置であって、
前記符号化スペクトラム拡散超音波信号を少なくとも2個の受波器で受信し、少なくとも2つの受信信号を生成する受信部と、
前記少なくとも2つの受信信号を、前記キャリア周波数を用いてそれぞれ直交検波し、それぞれの受信信号のI成分、およびQ成分を生成する直交検波部と、
前記それぞれの受信信号のI成分およびQ成分を、前記キャリア周波数の周期に同期した符号周期に基づき位相差分処理し、ドプラシフトによる位相変動が除去されたI’成分およびQ’成分を生成するベクトル演算部と、
前記それぞれの受信信号の前記I’成分およびQ’成分を、前記符号とは異なる符号を用い、前記キャリア周波数と同期した時間間隔に基づき逆拡散処理して、逆拡散されたI’’成分およびQ’’成分を生成する逆拡散部と、
前記それぞれの受信信号のI’’成分およびQ’’成分から前記それぞれの受信信号の振幅情報および位相情報を演算する復調部と、
前記それぞれの受信信号について計算された振幅および位相情報から、超音波の伝搬距離および伝搬方位のうちの少なくとも一方を算出する距離方位算出部と
を備える超音波測定装置。 - 前記符号に、前記キャリア周波数の位相の0度および180度の状態を割り当てる請求項6記載の超音波測定装置。
- 前記符号はM系列の擬似拡散符号である請求項6から8のいずれかに記載の超音波測定装置。
- 前記符号とは異なる符号は、前記符号の位相を回転させたM系列である請求項9に記載の超音波測定装置。
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