KR100442640B1 - Ultrasonic received signal detector by using the difference of peak values - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송신부에서 초음파 신호를 송신하고, 돌아오는 초음파 신호를 검출하는 초음파 수신신호 검출기에 있어서, 수신부에서의 초음파 도달시간을 좀 더 정확하게 측정할 수 있는 초음파 수신신호 검출기를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention provides an ultrasonic receiving signal detector that transmits an ultrasonic signal from a transmitter and detects a returning ultrasonic signal. have.
본 발명에 따르면, 송신부에서 초음파를 송신한 후에 수신부에 수신된 초음파 신호를 기준이 되는 직류전압원(2)과 비교하는 비교기(3)를 포함하여 초음파 신호의 수신시간을 측정하는 초음파 수신신호 검출기에 있어서, 수신된 초음파 신호를 입력받아 일정 개수만큼의 초음파 신호의 첨두값을 검출하는 첨두값 검출기(6)와, 상기 비교기(3)의 출력단(4)을 통해 출력된 펄스신호의 폭과 상기 첨두값 검출기(6)로부터 출력된 초음파 신호의 첨두값과 비교하여 펄스신호의 폭으로부터 잡음신호와 초음파 신호를 구분하는 메인 신호처리부(5)를 포함하는 초음파 수신신호 검출기가 제공된다.According to the present invention, the ultrasonic receiving signal detector for measuring the reception time of the ultrasonic signal, including a comparator (3) for comparing the ultrasonic signal received by the receiver to the DC voltage source 2 as a reference after transmitting the ultrasonic wave from the transmitter The peak value detector 6 receives the received ultrasonic signal and detects the peak value of the ultrasonic signal by a predetermined number, and the width and the peak width of the pulse signal output through the output terminal 4 of the comparator 3. There is provided an ultrasonic receiving signal detector comprising a main signal processing section 5 for distinguishing a noise signal from an ultrasonic signal from a width of a pulse signal in comparison with the peak value of the ultrasonic signal output from the value detector 6.
Description
본 발명은 수신된 초음파의 도달시간을 측정하는 초음파 수신신호 검출기에 관한 것이며, 특히, 수신된 초음파 신호와 잡음신호를 구분하여 초음파의 도달시간을 정확하게 측정할 수 있는 초음파 수신신호 검출기에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic receiving signal detector for measuring the arrival time of a received ultrasonic wave, and more particularly, to an ultrasonic receiving signal detector capable of accurately measuring the arrival time of ultrasonic waves by distinguishing a received ultrasonic signal from a noise signal.
도 1은 종래 기술에 따른 초음파 수신신호 검출부를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 초음파 수신신호 검출부에서 정상상태일 때의 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고, 도 3은 도 1에 도시된 초음파 수신신호 검출부에서 신호세기가 감쇄하였을 때에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic diagram illustrating an ultrasonic reception signal detection unit according to the prior art, FIG. 2 is a graph illustrating a signal of a detection unit when the ultrasonic reception signal detection unit shown in FIG. 1 is in a normal state, and FIG. 3 is shown in FIG. It is a graph showing the signal of the detector when the signal strength is attenuated by the ultrasonic reception signal detector.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 초음파 수신신호 검출부는 수신된 초음파 신호를 비교기(3)의 입력단(1)으로 입력시키고, 입력된 신호를 비교기(3)의 고정된 직류전압원(2)과 비교해서 비교기(3)의 출력신호(4)를 후단의 메인 신호처리부(5)에서 수신하여 수신된 시간을 계산하도록 제작되었다.As shown in FIG. 1, the conventional ultrasonic signal receiving unit detects the received ultrasonic signal into the input terminal 1 of the comparator 3, and inputs the input signal into a fixed DC voltage source 2 of the comparator 3. In comparison, the output signal 4 of the comparator 3 is received by the main signal processing section 5 at the rear end and calculated to calculate the received time.
이때 수신된 초음파신호(8)의 감도가 좋아서 수신 신호의 세기가 클 경우에는 외부에서 유입되는 잡음신호(7)의 세기도 증가하게 된다. 이 경우 잡음의 유입에 의한 영향을 제거하기 위해서 비교기(3)의 문턱치 전압(9)을 결정하는 직류전압원(2)의 크기도 잡음신호의 크기보다는 크게 설정된다. 정상상태의 신호조건일 때 비교기(3)의 출력단(4)에서 얻어진 신호(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 구형파 출력이 얻어진다. 따라서 이 경우에는 초음파 신호를 송신한 시점부터 비교기(3)의 출력단(4)에서 얻어진 신호(10)의 구형파 시작점까지의 시간 Trecv를 측정하면 초음파 신호의 도달시간을 정상적으로 측정 가능하다.At this time, when the sensitivity of the received ultrasonic signal 8 is good and the intensity of the received signal is large, the intensity of the noise signal 7 introduced from the outside also increases. In this case, the size of the DC voltage source 2 that determines the threshold voltage 9 of the comparator 3 is also set larger than that of the noise signal in order to eliminate the influence of noise. The signal 10 obtained at the output stage 4 of the comparator 3 when the signal condition is steady is obtained, as shown in FIG. Therefore, in this case, if the time T recv from the time when the ultrasonic signal is transmitted to the square wave start point of the signal 10 obtained at the output terminal 4 of the comparator 3 is measured, the arrival time of the ultrasonic signal can be measured normally.
그러나, 초음파가 진행하는 동안 신호감쇄가 발생하여 수신된 초음파 신호(8)의 세기가 약한 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 수신된 초음파 신호(8)의 일부가 비교기(3)의 문턱치 전압(9) 아래로 떨어지는 경우가 발생하게 된다. 보통은 수신된 초음파 신호(8)의 첫번째 신호파형의 크기가 제일 작기 때문에 이 신호가 문턱치 전압(9) 아래로 떨어지는 경우가 대부분이며, 이 경우 비교기(3)의 출력단(4)에서 얻어진 신호(10)에서는 첫번째 신호에 대한 구형파 출력이 사라지게 된다. 따라서, 이 경우에는 초음파 신호를 송신한 시점부터 비교기(3) 출력단(4)에서 얻어진 신호(10)의 구형파 시작점까지의 시간 Trecv를 측정하면 초음파 신호의 실제 도달시간보다 더 큰 값이 측정되기 때문에 정확한 시간을 측정할 수 없는 문제가 발생한다.However, when the signal attenuation occurs while the ultrasound is in progress and the intensity of the received ultrasound signal 8 is weak, as shown in FIG. 3, a part of the received ultrasound signal 8 is a threshold voltage of the comparator 3. (9) Falling down occurs. Usually, since the first signal waveform of the received ultrasonic signal 8 is the smallest, this signal often falls below the threshold voltage 9. In this case, the signal obtained from the output terminal 4 of the comparator 3 ( In 10), the square wave output for the first signal disappears. Therefore, in this case, if the time T recv from the time of transmitting the ultrasonic signal to the square wave start point of the signal 10 obtained at the output terminal 4 of the comparator 3 is measured, a value larger than the actual arrival time of the ultrasonic signal is measured. This causes a problem that cannot be measured accurately.
이런 경우를 피하기 위해서 비교기(3)의 문턱치 전압(9)을 아래로 낮추면, 반대로 잡음신호(7)에 의해서 비교기(3) 출력단에서는 실제 수신신호 파형 앞에서구형파 펄스신호가 1개 이상 더 발생하기 때문에, 구형파 시작점까지의 시간 Trecv를 측정하면 초음파 신호의 실제 도달시간보다 더 작은 값이 측정되기 때문에 이 경우에도 정확한 시간을 측정할 수 없는 문제가 발생한다.In order to avoid this case, if the threshold voltage 9 of the comparator 3 is lowered, on the contrary, the noise signal 7 causes one or more square wave pulse signals to be generated at the output of the comparator 3 before the actual received signal waveform. However, when the time T recv to the square wave start point is smaller than the actual arrival time of the ultrasonic signal, the accurate time cannot be measured even in this case.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 잡음신호와 함께 섞여서 수신된 초음파신호를 잡음신호와 초음파신호를 구분하여 초음파신호의 도달시간을 좀더 정확하게 알 수 있는 초음파 수신신호 검출기를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is provided to solve the problems of the prior art as described above, the ultrasonic signal received by mixing the ultrasonic signal received by mixing with the noise signal to distinguish the noise signal and the ultrasonic signal to more accurately determine the arrival time of the ultrasonic signal The purpose is to provide a detector.
도 1은 종래 기술에 따른 초음파 수신신호 검출부를 나타낸 개략도이고,1 is a schematic diagram showing an ultrasonic receiving signal detection unit according to the prior art,
도 2는 도 1에 도시된 초음파 수신신호 검출부에서 정상상태일 때의 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고,FIG. 2 is a graph illustrating a signal of a detector in a steady state in the ultrasonic reception signal detector illustrated in FIG. 1;
도 3은 도 1에 도시된 초음파 수신신호 검출부에서 신호세기가 감쇄하였을 때에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고,FIG. 3 is a graph illustrating signals of a detector when signal strength is attenuated by the ultrasonic signal detector illustrated in FIG. 1;
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 수신신호 검출부를 나타낸 개략도이고,4 is a schematic diagram showing an ultrasonic wave receiving signal detector according to an embodiment of the present invention;
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 검출부에서 정상상태 일 때에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고,FIG. 5 is a graph illustrating signals of a detector in a steady state in the detector of FIG. 4;
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 검출부에서 신호세기가 감쇄된 경우에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이며,FIG. 6 is a graph illustrating signals of a detector when signal strength is attenuated in the detector of FIG. 4.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 수신신호 검출과정을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a process of detecting an ultrasound received signal according to an embodiment of the present invention.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠
1 : 입력단 2 : 직류전압원1: Input terminal 2: DC voltage source
3 : 비교기 4 : 출력단3: comparator 4: output stage
5 : 메인 신호처리부 6 : 첨두값검출기5: main signal processor 6: peak value detector
7 : 잡음신호 8 : 수신된 초음파 신호7: Noise signal 8: Received ultrasonic signal
9 : 문턱치 전압 10 : 출력단에서 출력된 신호(펄스신호)9: Threshold voltage 10: Signal output from the output terminal (pulse signal)
11 : 첨두값 12 : 첨두값의 차11: peak value 12: difference between peak values
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 송신부에서 초음파를 송신한 후에 수신부에 수신된 초음파 신호를 기준이 되는 직류전압원과 비교하는 비교기를 포함하여 초음파 신호의 수신시간을 측정하는 초음파 수신신호 검출기에 있어서, 수신된 초음파 신호를 입력받아 일정 개수만큼의 초음파 신호의 첨두값을 검출하는 첨두값 검출기와, 상기 비교기의 출력단을 통해 출력된 펄스신호의 폭과 상기 첨두값 검출기로부터 출력된 초음파 신호의 첨두값과 비교하여 펄스신호의 폭으로부터 잡음신호와 초음파 신호를 구분하는 메인 신호처리부를 포함하는 초음파 수신신호 검출기가 제공된다.According to the present invention for achieving the object as described above, after receiving the ultrasonic wave from the transmitting unit, the ultrasonic receiving unit for measuring the reception time of the ultrasonic signal including a comparator for comparing the ultrasonic signal received by the receiving unit with a DC voltage source as a reference A signal detector, comprising: a peak value detector for receiving a received ultrasonic signal and detecting a peak value of a predetermined number of ultrasonic signals, a width of a pulse signal output through an output terminal of the comparator, and an ultrasonic wave output from the peak detector An ultrasonic reception signal detector including a main signal processor for distinguishing a noise signal from an ultrasonic signal from a width of a pulse signal in comparison with a peak value of a signal is provided.
아래에서, 본 발명에 따른 첨두값의 차를 이용한 초음파 수신신호 검출기의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the ultrasonic receiving signal detector using the difference of the peak value according to the present invention will be described in detail.
도면에서, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 수신신호 검출부를 나타낸 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 검출부에서 정상상태 일 때에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 검출부에서 신호세기가 감쇄된 경우에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 수신신호 검출과정을 나타낸 흐름도이다.4 is a schematic diagram illustrating an ultrasonic receiving signal detector according to an exemplary embodiment of the present invention, FIG. 5 is a graph illustrating a signal of a detector when the detector is in a steady state in FIG. 4, and FIG. 6. 4 is a graph illustrating a signal of the detector when the signal strength is attenuated in the detector of FIG. 4, and FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of detecting an ultrasound received signal according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 수신신호 첨두값 검출기(6)는 수신된 초음파 신호파형의 첨두값을 검출하고, 후단의 메인 신호처리부(5)에서는 검출된 신호파형 전. 후의 첨두값의 차를 계산하며, 동시에 비교기(3)를 통과한 출력신호 파형을 검색해서 실제로 초음파 수신신호의 시작부분을 찾음으로써 수신된 초음파 신호의 도달시간을 정확히 찾을 수 있는 기능을 가진다.As shown in Figs. 4 and 7, the received signal peak value detector 6 detects the peak value of the received ultrasonic signal waveform, and the main signal processor 5 at the rear stage detects the detected signal waveform. The difference between the peak values is calculated, and at the same time, the output signal waveform that has passed through the comparator 3 is searched to find the beginning of the ultrasonic wave reception signal, thereby accurately finding the arrival time of the received ultrasonic wave signal.
송신부를 통해서 전송되어온 초음파 신호는 수신부에서 수신되어 비교기(3)의 입력단(1)으로 입력된다. 비교기(3)로 입력된 신호는 비교의 기준이 되는 직류전압원(2)과 비교하여, 직류전압원(2)의 신호보다 크면 펄스신호가 출력되고, 직류전압원(2)의 신호 보다 작으면, 영 레벨의 신호가 출력된다. 비교기(3)의 출력단(4)을 통해서 출력된 펄스신호는 후단의 메인 신호처리부(5)로 입력된다. 이와 동시에 수신부를 통해서 수신되어진 초음파 신호는 첨두값 검출기(6)로 입력되어 공진하는 초음파 신호의 첨두값에 대한 정보를 검출하여 후단의 메인 신호처리부(5)로 전송시킨다.The ultrasonic signal transmitted through the transmitter is received by the receiver and input to the input terminal 1 of the comparator 3. When the signal input to the comparator 3 is larger than the signal of the DC voltage source 2 as compared with the DC voltage source 2 as a reference for comparison, a pulse signal is output, and if it is smaller than the signal of the DC voltage source 2, the signal is zero. The level signal is output. The pulse signal output through the output terminal 4 of the comparator 3 is input to the main signal processing section 5 of the rear stage. At the same time, the ultrasonic signal received through the receiver is input to the peak value detector 6 and detects information on the peak value of the resonant ultrasonic signal and transmits it to the main signal processor 5 at the next stage.
도 5에 도시된 바와 같이, 비교기(3)의 비교기준이 되는 문턱치 전압(9)은 수신된 신호의 최저 레벨 값보다 조금 높은 레벨로 설정한다. 즉, 수신신호가 감쇄되어 전체 신호의 레벨이 낮아졌을 경우에도 비교기(3)의 출력단(4)에서 신호를 놓치지 않고 각각의 신호파형에 대응하는 출력 펄스신호를 출력시키기 위해서 이다. 이 경우에 수신된 초음파 신호(8)에 잡음신호(7)가 섞여져 들어올 경우에, 잡음신호의 크기가 문턱치 전압(9)보다 높은 경우에는 비교기(3)의 출력단(4)에 잡음에 의한 출력 펄스신호(14)가 나타난다.As shown in Fig. 5, the threshold voltage 9, which is a comparison reference of the comparator 3, is set at a level slightly higher than the lowest level value of the received signal. That is, even when the received signal is attenuated and the level of the entire signal is lowered, the output terminal 4 of the comparator 3 outputs an output pulse signal corresponding to each signal waveform without missing a signal. In this case, when the noise signal 7 is mixed with the received ultrasonic signal 8, when the magnitude of the noise signal is higher than the threshold voltage 9, the output terminal 4 of the comparator 3 causes noise. The output pulse signal 14 is shown.
첨두값 검출기(6)에서는 수신된 초음파 신호(8)의 첨두값(11)들을 일정 개수만큼 검출하고, 메인 신호처리부(5)에서는 첨두값(11)을 검출한 시간정보도 함께 저장시킨다. 동시에 신호처리부(5)에서는 비교기(3)의 출력단(4)을 통해서 출력되는 신호(10)의 펄스 폭을 검사하여 펄스 폭이 일정 조건을 만족하는지를 검사한다. 보통 잡음신호(7)의 주파수는 초음파신호(8)의 주파수와 다르기 때문에 비교기(3)의 출력단(4)을 통해서 출력되는 신호(10)의 펄스 폭으로부터 잡음신호(7)와 초음파 신호의 구분이 가능하다.The peak value detector 6 detects the peak values 11 of the received ultrasonic signal 8 by a predetermined number, and the main signal processor 5 also stores time information on which the peak value 11 is detected. At the same time, the signal processing unit 5 checks the pulse width of the signal 10 output through the output terminal 4 of the comparator 3 to check whether the pulse width satisfies a predetermined condition. Since the frequency of the normal noise signal 7 is different from the frequency of the ultrasonic signal 8, the noise signal 7 is distinguished from the ultrasonic signal from the pulse width of the signal 10 output through the output terminal 4 of the comparator 3. This is possible.
초음파 신호의 도달시간을 검출하기 위해서는 수신된 초음파신호(8)의 첫번째 신호를 검출해서 이 신호가 도달하기까지의 시간을 측정하면 된다. 이를 위해서 본 발명에서 제안한 시스템은 첨두값 검출기(6)를 통해서 각 신호파형들의 첨두값(11)들을 검출하고, 후단의 메인 신호처리부(5)에서는 수신된 초음파 신호(8) 전, 후 파형의 첨두값(11)들의 차(12)를 계산하고, 이 값에 자기 자신의 첨두값을 더해서 최종적인 첨두값의 차(12)를 구한다. 이 때, 메인 신호처리부(5)에서는 구해진 첨두값의 차(12)가 최대인 지점을 찾고, 이 지점에서 비교기(3)를 통과한 출력된 신호(10) 파형의 폭을 검사하여 원하는 신호의 조건을 만족하면 이때의 신호가 수신된 초음파 신호(8)의 시작점이 된다. 첨두값의 차(12)가 최대인 신호가 펄스신호(10) 파형의 폭 조건을 만족하지 못하면 이 신호는 버리고 그 다음으로 첨두값의 차(12)가 최대인 신호를 검색하면 된다. 따라서, 비록 외부 잡음신호(7)에 의해서 첨두값의 차(12)가 최대가 되더라도 잡음에 의한 펄스신호(14)는 출력단에서 출력된 신호(10) 파형의 폭 조건을 만족하지 못하므로 제거될 수 있다.In order to detect the arrival time of the ultrasonic signal, the first signal of the received ultrasonic signal 8 may be detected and the time until the signal arrives. To this end, the system proposed by the present invention detects the peak values 11 of the respective signal waveforms through the peak value detector 6, and the main signal processing section 5 at the rear end of the waveform before and after the received ultrasonic signal 8 The difference 12 of the peak values 11 is calculated, and its own peak value is added to this value to find the final difference 12. At this time, the main signal processor 5 finds a point where the difference 12 of the peak value obtained is maximum, and at this point examines the width of the waveform of the output signal 10 passing through the comparator 3 to determine the desired signal. If the condition is satisfied, the signal at this time becomes the starting point of the received ultrasonic signal 8. If the signal with the largest difference 12 is not satisfied with the width condition of the waveform of the pulse signal 10, the signal is discarded, and then the signal with the largest difference 12 is searched. Therefore, even though the peak difference 12 is maximized by the external noise signal 7, the pulse signal 14 due to the noise does not satisfy the width condition of the waveform of the signal 10 output from the output stage. Can be.
초음파 신호가 전송되는 도중에 신호의 세기가 전체적으로 감쇄된 경우에도 도 6에 도시된 바와 같이 수신된 초음파 신호(8)의 상대적인 첨두값의 차(12)의 크기에는 변화가 없기 때문에, 본 발명에서 제안한 시스템을 이용한다면 수신신호 파형의 시작점을 쉽게 찾을 수 있다. 또한 메인 신호처리부(5)에서는 찾아진 시작점의 시간에 대해서 약간의 오차 보정만 실시한다면 좀 더 정확한 도달시간 Trecv를 검출 할 수 있다.Even when the intensity of the signal is totally attenuated during the transmission of the ultrasonic signal, as shown in FIG. 6, since there is no change in the magnitude of the difference 12 between the relative peak values of the received ultrasonic signal 8, The system makes it easy to find the starting point of the received waveform. In addition, the main signal processor 5 can detect a more accurate arrival time T recv if only a slight error correction is performed for the time of the found starting point.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 첨두값의 차를 이용한 초음파 수신신호 검출기는 잡음신호와 섞여서 수신된 초음파신호를 잡음신호와 초음파신호를 구분하는 첨두값검출기를 설치하여 보다 정확한 초음파 도달시간을 알 수 있게 하는 장점이 있다.As described in detail above, the ultrasonic reception signal detector using the difference of the peak value of the present invention is installed with a peak value detector for distinguishing the noise signal from the ultrasonic signal by mixing the received ultrasonic signal with the noise signal to know more accurate ultrasonic arrival time. There is an advantage to this.
이상에서 본 발명의 첨두값의 차를 이용한 초음파 수신신호 검출기에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.In the above description, the technical idea of the ultrasonic signal detector using the difference between peak values of the present invention has been described together with the accompanying drawings. However, the exemplary embodiments of the present invention are described by way of example and not limitation of the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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| Publication number | Publication date |
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| KR20020050868A (en) | 2002-06-28 |
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