JP5490246B2 - 改善された超音波伝播時間差測定のための方法と装置 - Google Patents
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Description
この課題は請求項1に記載されている方法及び請求項9に記載されている伝播時間差測定装置によって解決される。
Δt=(φ1−φ2)/2π+round((t01−t02)−fempf−(φ1−φ2)/2π+x))
但し、
Δt=伝播時間差
φ1=第1の伝送方向における送信パルスと受信パルスとの間の精密な時間差
φ2=第1の伝送方向とは反対の伝送方向における送信パルスと受信パルスとの間の精密な時間差
t01=第1の伝送方向における送信パルスと受信パルスとの間の粗い時間差
t02=第1の伝送方向とは反対の伝送方向における送信パルスと受信パルスとの間の粗い時間差
fempf=受信パルスの搬送信号の周波数
(t01−t02)・fempf−(φ1−φ2)/2π+x)−round((t01−t02)・fempf−(φ1−φ2)/2π+x))
が時間的な中央において0又はほぼ0に留まるように選定される。ここでxは、丸めの独立変数に加算される被加数であり、丸めの被加数と丸められた独立変数の差が検出され、この差が時間にわたり平均化される(例えば、積分器を用いるか、又は、時間窓にわたる平均化によって行われる)。これによって、生じた偏差を増加した位相シフト(即ち、変換器によって惹起される位相ドリフト)によって検出することができる。(跳躍的な変化の形態の)丸めエラーを回避するために、xは緩慢に(例えばローパスフィルタによって)更新され、ドリフトが少なくとも部分的に補償される。
Claims (10)
- 伝播時間差を測定するための方法において、
任意の送信基準時点において送信超音波パルスを空間領域に送出するステップと、
前記送信超音波パルスに対応する受信超音波パルスを前記空間領域から受信するステップと、
伝播時間差を求めるステップとを有し、
前記伝播時間差を求めるステップは、
相互に反対の伝送方向でもって実施される、前記送出及び前記受信の少なくとも二つのステップについて、前記送信基準時点を前記受信超音波パルスのエンベロープと比較するステップの結果として粗い時間差を提供するステップと、
相互に反対の伝送方向でもって実施される、前記送出及び前記受信の少なくとも二つのステップについて、前記送信基準時点を前記受信超音波パルスの瞬時経過と比較するステップの結果として精密な時間差を提供するステップと、
複数の時間差の減算又は加算によって、反対の伝送方向について提供される複数の精密な時間差の結合体を、搬送周波数の周期長よりも短い周期長の一部である単一結合体として提供するステップと、
複数の精密な時間差の単一結合体を差し引いた複数の粗い時間差の差を、搬送周波数の周期持続時間の整数倍として提供することにより、反対の伝送方向について提供される複数の粗い時間差の結合体を単一結合体として提供するステップと、
反対の伝送方向の複数の粗い時間差の単一結合体と、反対の伝送方向の複数の精密な時間差の単一結合体とを結合し、結果として得られた和に対応する伝播時間差を提供するステップとを含むことを特徴とする、伝播時間差を測定するための方法。 - 前記粗い時間差の結合体を提供するステップは、第1の伝送方向における送信パルスと受信パルスとの間の精密な時間差であるφ 1 と、第1の伝送方向とは反対の伝送方向における送信パルスと受信パルスとの間の精密な時間差であるφ 2 との差(φ 1 −φ 2 )の形態で複数の粗い時間差を結合する項を提供するステップを含み、
前記精密な時間差の結合体を提供するステップは、第1の伝送方向における送信パルスと受信パルスとの間の粗い時間差であるt0 1 と、第1の伝送方向とは反対の伝送方向における送信パルスと受信パルスとの間の粗い時間差であるt0 2 との差(t0 1 −t0 2 )の形態で複数の精密な時間差を結合する項を提供するステップを含む、請求項1記載の方法。 - 前記伝播時間差を提供するステップは、前記精密な時間差の単一結合体として、複数の精密な時間差間の差を表す第1の項を提供するステップと、
前記粗い時間差の単一結合体として、複数の粗い時間差を差の形態で含んでいる独立変数が設けられる第2の項を提供するステップとを含んでおり、
前記第2の項の前記独立変数は更に補正被加数を含み、該補正被加数は、複数の精密な時間差間の差を含むか、又は、先行の丸めプロセスに応じて更新された丸め補正定数を含むか、又は、複数の精密な時間差の差分及び先行の丸めプロセスに応じて更新された丸め補正定数の両方を含み、
前記第2の項を提供するステップは、前記第1の項と前記独立変数とを結合し、該結合により得られた結合体を丸めるステップを含む、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記精密な時間差を提供するステップは、前記受信超音波パルスの瞬時振幅経過を検出するステップと、前記受信超音波パルスの瞬時振幅経過を前記送信超音波パルスの送信基準時点と比較し、前記経過の結果として前記精密な時間差を提供するステップとを含み、
前記比較のステップは、前記送信基準時点と関連付けられている、前記受信超音波パルスの前記瞬時振幅経過の特徴として受信超音波パルスの搬送信号の極大値、極小値又はゼロクロス並びに変曲点を検出するステップか、又は、0°より大きく180°より小さい値だけ相互にずらされているもしくは90°相互にずらされている二つの周期的な復調信号を用いて前記受信超音波パルスを変調するステップを含み、
前記精密な時間差を提供するステップは、変調された信号の比較から得られる位相値を前記送信基準時点を表す位相値と比較するステップを含む、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記送信超音波パルスの伝送を開始した後、又は、前記送信超音波パルスを形成するために変換器を励起した後の所定の最小期間付近に位置する受信超音波の時点について複数の精密な時間差及び複数の粗い時間差を求め、前記最小期間は少なくとも、伝送の音波伝播経路によって設定される最短伝送持続時間、及び/又は、送信もしくは受信もしくは送信及び受信のために使用される超音波変換器の振動開始時間及び/又は応答時間と同じ長さである、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記受信超音波パルスに対して受信基準時点を提供し、該受信基準時点に基づき前記粗い時間差を求め、前記受信基準時点は一つの時点又は該時点の外挿に対応し、更に、前記時点において前記エンベロープの勾配の値又はエンベロープ自体が、前記エンベロープの相対的な極大値、又は、前記エンベロープのゼロクロスを有している、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記相対的な極大値は前記エンベロープの最初の相対的な極大値であり、前記ゼロクロスは前記エンベロープの最初のゼロクロスである、請求項6に記載の方法。
- 前記精密な時間差を提供するステップは、同一の超音波パルスの種々の時間とみなされる複数の位相値を検出するステップと、該位相値を前記精密な時間差に対応する値に外挿するステップとを含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
- 伝播時間差測定装置において、
エンベロープ及び搬送周波数を含む送信超音波パルスを表す信号を送出する出力端(110)と、
受信超音波パルスを受信する入力端(120)と、
前記送信超音波パルスの送信時間基準と受信超音波パルスとを用いて伝播時間差を検出するよう構成されている時間検出装置(150)とを備えており、
前記時間検出装置は、
前記送信時間基準を前記受信超音波パルスのエンベロープと比較するよう構成されており、送信超音波パルスと受信超音波パルスとの間の粗い時間差を結果として提供する、粗雑比較器(160)と、
前記送信時間基準を前記受信超音波パルスの瞬時振幅と比較するよう構成されており、送信超音波パルスと受信超音波パルスとの間の精密な時間差を結果として提供する、精密比較器(170)とを有しており、
前記伝播時間差測定装置は、相互に反対の二つの伝送方向に前記送信超音波パルスを伝送し、前記粗い時間差及び前記精密な時間差をその都度検出するよう構成されており、
前記伝播時間差測定装置は更に単一結合装置を有しており、該単一結合装置は、前記粗雑比較器(160)及び前記精密比較器(170)と接続されており、該粗雑比較器(160)及び該精密比較器(170)によって提供される粗い時間差及び精密な時間差を受信し、該粗い時間差及び該精密な時間差を結合し、また、前記単一結合装置は、複数の時間差の減算又は加算によって、周期長よりも短い周期長の一部として、反対の伝送方向の複数の精密な時間差を単一結合体に結合し、且つ、複数の精密な時間差の単一結合体を差し引いた複数の粗い時間差の差を、搬送周波数の周期持続時間の整数倍として提供することにより反対の伝送方向の複数の粗い時間差を単一結合体に結合するよう構成されており、
前記伝播時間差測定装置は更に、前記単一結合装置と接続されている結合装置(180)を有しており、該結合装置(180)によって、前記反対の伝送方向の複数の粗い時間差の単一結合体と、前記反対の伝送方向の複数の精密な時間差の単一結合体とを受信及び結合し、前記結合装置(180)は更に、結果出力端と接続されており、該結果出力端には、結合された、前記反対の伝送方向の複数の粗い時間差の単一結合体と、前記反対の伝送方向の複数の精密な時間差の単一結合体との和に対応する伝播時間差を表す信号が供給される、
ことを特徴とする、伝播時間差測定装置。 - 前記単一結合装置は、反対の伝送方向の超音波の複数の粗い時間差及び複数の精密な時間差の差をその都度提供するよう構成されており、
前記結合装置(180)は、複数の精密な時間差の単一結合体に、前記単一結合装置と接続されている結合装置(180)の丸め装置の結果を加算し、且つ、複数の精密な時間差及び複数の粗い時間差の単一結合体を複数の単一結合体の差又は和として含んでいる項を丸めるように構成されている、請求項9に記載の伝播時間差測定装置。
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