KR20180135822A - 음파의 신호처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발신 진동자에서 발신된 음파신호를 수신하는 수신 진동자에서 출력되며, 제로레벨을 기준을 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상으로 진동하는 전기펄스패킷(electrical pulse packet)을 포함하는 수신신호를 기초로 상기 음파 신호의 수신시점을 결정하기 위한 음파의 신호처리방법에 있어서, 상기 음파의 신호처리방법은, 발신 진동자의 공진주파수 대역을 기준으로 선정되는 검출주파수대역을 설정하는 검출주파수대역 설정단계; 수신신호에 대하여 상기 검출 주파수 대역으로 밴드패스필터링을 수행하는 밴드패스필터링 단계; 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 어느 한 위상에 존재하는 검출레벨을 설정하는 검출레벨 설정단계; 밴드패스필터링된 수신신호가 정상신호인지를 결정하기 위해 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 검출레벨이 교차하는 횟수를 모니터링하되, 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 검출레벨이 교차하는 횟수는 상기 음파신호와 상기 검출레벨이 교차하는 횟수보다 2회 내지 4회 큰 경우를 정상신호로 판독하는 정상신호판독 단계; 및 정상신호로 판독된 수신신호를 모니터링하여 정상신호로 판독된 수신신호가 상기 검출레벨과 교차하는지를 판단하여 수신시점을 결정하는 수신시점 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파의 신호처리방법에 관한 것이다.

Description

음파의 신호처리방법{METHOD FOR TREATING SIGNAL OF SOUND WAVE}
본 발명은 음파의 신호처리방법에 관한 것으로서, 수신신호의 필터링하고 정상신호를 판독함으로써 보다 정확한 신호처리가 가능하도록 하는 것에 관한 것이다.
댐 사면의 수위를 측정하는 음파수위측정장치나 관내 유량을 측정하는 초음파유량계에서는 발신되는 음파의 수신시간을 이용하여 수위나 유량을 측정한다.
이때, 이용되는 음파는 발신 진동자에서 출력되는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 제로 레벨(zero level)을 기준으로 양(+)의 위상과 음(-)의 위상으로 진동하는 전기 펄스 패킷(electrical pulse signal packet)의 형태로 출력된다. 따라서, 수신 진동자에서도 동일한 형태의 신호가 출력된다.
음파의 수신시간을 이용하여 수위나 유량을 측정하는 경우 전기 펄스 패킷의 특정시점을 초음파의 수신시점으로 설정하여야 하는데, 어떠한 지점을 수신시점으로 설정할 것인지는 측정의 정확성과 직결되는 요소이다.
종래의 경우, 제로크로식(zero crossing)을 이용한 방식으로 초음파의 수신시점을 정하였다. 여기서 제로크로싱이란 제로레벨을 기준으로 하여 양(+)의 위상과 음(-)의 위상을 번갈아 가며 진동하는 펄스에 있어서, 펄스가 제로레벨(l0)과 교차되는 시점을 의미한다. 하지만, 도 1에서 살펴본 바와 같이 수신된 신호는 전기 펄스 패킷의 형태로 출력되므로 단일 신호는 복수개의 제로크로싱을 가지게 된다. 따라서 종래의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 검출레벨(l1)을 설정하고, 신호오 검출레벨(l1)이 교차한 직후 발생되는 제로크로싱 시점(Z)을 초음파의 수신시점으로 설정하였다. 하지만 음파가 매질을 진행하는 과정에 발생한 노이즈에 의해 초음파의 형태가 도 1의 점선과 같은 형태로 변형되면, 원하는 시점(B)보다 빠른 시점(A)에 신호와 검출레벨(l1)이 교차하여 제로크로싱 시점이 Z에서 Z'로 당겨지는 문제가 있었다.
이에 등록특허 제10-1020673호에서는 검출레벨(l1)과 위상을 달리하는 다른 검출레벨(l2)을 추가로 설정하는 방법을 통해 판별 수단을 증가시켜 신호의 수신시점의 정확성을 증가시키고자 하고 있다.
하지만 여전히 신호의 변동크기가 크거나, 잡음이 많은 경우에는 복수의 검출레벨 설정에도 불구하고 신호의 수신시점이 혼란되는 문제가 있다.
따라서 측정환경과 관계 없이 측정의 신뢰성을 유지 및 향상시킬 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
본 발명은 상술한 종래의 음파의 신호처리방법의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 음파 신호를 발신하는 발신진동자의 공진주파수 대역에 관한 정보를 이용함으로써 음파의 신호처리방법의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리 방법은 발신 진동자에서 발신된 음파 신호를 수신하는 수신 진동자에서 출력되며, 제로레벨을 기준을 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상으로 진동하는 전기펄스패킷(electrical pulse packet)을 포함하는 수신신호를 기초로 상기 음파 신호의 수신시점을 결정하기 위한 것이다. 이때, 상기 음파의 신호처리방법은, 발신 진동자의 공진주파수 대역을 기준으로 선정되는 검출주파수대역을 설정하는 검출주파수대역 설정단계; 수신신호에 대하여 상기 검출 주파수 대역으로 밴드패스필터링을 수행하는 밴드패스필터링 단계; 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 어느 한 위상에 존재하는 검출레벨을 설정하는 검출레벨 설정단계; 밴드패스필터링된 수신신호가 정상신호인지를 결정하기 위해 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 검출레벨이 교차하는 횟수를 모니터링하되, 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 검출레벨이 교차하는 횟수는 상기 음파신호와 상기 검출레벨이 교차하는 횟수보다 2회 내지 4회 큰 경우를 정상신호로 판독하는 정상신호판독 단계; 및 정상신호로 판독된 수신신호를 모니터링하여 정상신호로 판독된 수신신호가 상기 검출레벨과 교차하는지를 판단하여 수신시점을 결정하는 수신시점 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 있어서, 상기 검출레벨 설정단계는 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 어느 한 위상에 존재하는 제1검출레벨을 설정하고, 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 다른 한 위상에 존재하는 제2검출레벨을 설정하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 있어서, 상기 정상신호판독 단계는 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 제1 및 제2검출레벨이 교차하는 횟수를 모니터링하되, 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 제1 및 제2검출레벨이 교차하는 횟수는 상기 음파신호와 상기 제1및 제2검출레벨이 교차하는 횟수보다 2회 내지 8회 큰 경우를 정상신호로 판독하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 있어서, 상기 수신시점 결정단계는 정상신호로 판독된 수신신호와 상기 제1검출레벨이 교차하고, 정상신호로 판독된 수신신호와 상기 제2검출레벨이 교차한 이후 처음으로 제로크로싱이 발생되는 지점을 수신시점으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 있어서, 상기 밴드패스필터링 단계는 복수회 수행되되, 상기 검출주파수대역을 상기 발신 진동자의 공진주파수를 기준으로 점차 좁혀가며 수행되는 것을 특징으로 한다.
일 예에 있어서, 상기 밴드패스필터링 단계 이후, 상기 정상신호판독 단계를 수행기 전에 수행되며, 신호변조기를 이용하여 전기펄스패킷의 최대 신호를 음파 신호의 최대 신호의 95~100% 로 조절하는 신호변조 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
일 예에 있어서, 상기 밴드패스필터링 단계를 수행하기 전에 상기 발신 진동자와 상기 수신 진동자 사이의 거리 및 신호의 송수신 환경에 따라 달라지는 음파의 속도를 이용하여 도출되는 신호가 수신될 것으로 예상되는 측정수행시간범위를 설정하는 측정수행시간범위 설정단계를 더 포함하고, 상기 수신진동자는 상기 측정수행시간범위 내에 수신된 음파신호에 대한 수신신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법은 발신진동자의 공진주파수 대역에 관한 정보를 이용하여 필터링을 실시하고 정상신호인지 여부를 판독한 후에 정상신호에 대해서만 제로크로싱 기법을 이용하여 신호의 수신시점을 결정하기 ?문에, 노이즈 등에 의해 신호의 수신시점이 혼란되는 문제를 해결할 수 있다. 나아가 이 방법을 수위 측정이나 유속, 유랑 측정에 이용함으로써 측정 결과의 정확성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 음파의 형태를 나타내는 도면으로서, 제로크로싱 기법을 이용하여 초음파의 수신시점을 결정하는 것을 설명하는 것이다.
도 2은 발신진동자와 수신진동자를 포함하는 초음파 센서의 개략적 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법의 흐름도이다.
도 4는 발신진동자에서 음파신호를 발신한 후에 수신징동자에서 출력되는 수신신호를 측정한 것으로서, 원시자료에 해당하는 것이다.
도 5은 발신진동자에서 음파신호를 발신한 후에 수신진동자에서 출력되는 수신신호를 측정한 것으로서, 밴드패스필터링을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 발신진동자에서 음파신호를 발신한 후에 수신진동자에서 출력되는 수신신호를 측정한 것으로서, 밴드패스필터링과 신호변조을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 7 및 8은 본 발명의 일 예에 따른 음파의 신호처리방법을 이용하여 처리된 수신신호의 전기펄스패킷을 나타내는 도면으로서, 이를 이용하여 음파의 수신시점을 설정하는 것을 설명하기 위한 것이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
도 2은 발신진동자와 수신진동자를 포함하는 초음파 센서의 개략적 모식도이다.
도 2를 참조하면, 음파를 이용하여 유량을 측정하거나 수위를 측정하는 장치는 발신진동자(10)와 수신진동자(20)를 구비한다. 즉, 발신진동자(10)에서 음파신호를 발신하면, 수신진동자(20)에서 음파신호를 수신하여 수신신호를 출력한다. 이러한 장치들는 발신진동자(10)와 수신진동자(10) 사이의 음파의 진행거리와 음파의 속력, 그리고 음파의 진행시간에 관한 정보들을 이용하여 유량을 측정하거나 수위를 측정하게 된다. 정밀한 측정 결과를 얻기 위해서는 무엇보다 음파신호의 수신시점을 정확하게 결정할 필요가 있다. 이때, 음파신호의 수신시점은 수신진동자에서 음파신호 수신에 따라 출력되는 수신신호를 분석하여 결정하게 된다.
이상적인 형상의 전기펄스패킷이 수신된 경우에는 제로크로싱 기법으로 음파신호의 수신시점을 정확하게 결정할 수 있다. 하지만, 음파신호는 전파 과정에서 매질에 의해 발생하는 신호감쇄 외에도 노이즈로 인해 수신진동자에서 출력되는 수신신호의 전기펄스패킷의 형상이 변형된다. 즉, 제로크로스 기법의 특성 상 변형된 전기펄스패킷에 대해서는 제로크로싱 기법을 이용하더라도 수신시점을 정확하게 측정할 수 없다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법을 이용함으로써 제로크로싱 기법을 통해 음파의 수신시점을 보다 정확하게 결정할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법의 흐름도이다. 도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법(M100)은 검출주파수대역 설정단계(S10), 밴드패스필터링 단계(S20), 검출레벨 설정단계(S30), 정상신호 판독단계(S40) 및 수신시점 결정단계(S50)를 포함하여 수행된다.
검출주파수대역 설정단계(S10)에서는 발신진동자의 공진주파수 대역을 검출주파수대역으로 설정하게 된다. 이때, 발신진동자의 공진주파수 대역이란 발신진동자의 공진주파수(f0)를　기준으로　일정한　범위의　주파수를　의미한다．
음파의 신호처리와 같은 기술에서는 불필요한 신호처리의 단계를 줄이는 것이 장치의 작동시간 및 정밀도를 증가시키는 효과와 직결된다. 이론적으로 음파발신기에서 발신된 음파신호는 음파 경로를 진행하더라도 매질에 따른 신호 감쇄를 제외하면 주파수, 파형의 길이의 특성은 변화가 없다. 따라서, 발신진동자의 공진주파수 대역을 검출주파수 대역으로 설정함으로써 측정하고자 하는 음파 신호 외의 잡음을 효율적으로 제거할 수 있다.
예를　들어，　본　발명의　일　실시예에　따른　음파의　신호처리방법(M100)은　발신진동자의　공진주파수(f0)를　기준으로　±５％의　대역을　검출주파수　대역으로　설정할　수　있다．　또는　검출주파수　대역은　후술하는　밴드패스필터링　단계가　복수회　수행될　경우에는　공진주파수(f0)를　기준으로　±５％의　대역부터　점차　좁아지도록　설정될　수　있다．
다음으로　밴드패스필터링　단계(S20)가　수행된다．　밴드패스필터링　단계(S20)는　밴드패스필터를 이용하여 검출주파수대역　설정단계(S10)에서　설정된　검출주파수　대역에　대해　수행될　수　있으며, 음파신호　외의　노이즈를　제거한다.
도 4 및 도 5는 발신진동자에서 음파신호를 발신한 후에 수신징동자에서 출력되는 수신신호를 측정한 것으로서, 도 4는 원시자료에 해당하는 것이며, 도 5는 도 5는 밴드패스필터링을 수행한 결과를 나타낸 것이다
먼저 도 4를 살펴보면 원시자료의 수신신호는 전기펄스패킷이 노이즈로 인해 변형되어 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 원시자료의 수신신호에 대해 제로크로싱 기법을 적용한다고 하더라도 정확한 수신시점을 결정할 수 없다. 하지만, 도 5와 같이, 발신진동자의 공진주파수 대역을 이용하여 설정된 검출주파수대역에 대해 밴드패스필터링을 수행함으로써 노이즈로 인해 변형된 전기펄스패킷을 원형으로 보정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법(M100)의 밴드패스필터링을 수행하는 단계(S20)는 복수회 수행되되, 검출주파수대역을 발신진동자의 공진주파수(f0)를 기준으로 점차 좁혀가며 수행될 수 있다. 예를 들어, 처음으로 밴드패스필터링을 수행할 경우에는 공진주파수(f0)를　기준으로　±５％의　대역을　검출주파수 대역으로 설정하여 수행되고, 다시 밴드패스필터링을 수행할 경우에는 공진주파수(f0)를　기준으로　±3％의　대역을　검출주파수 대역으로 설정하여 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법(M100)은 밴드패스필터링을 수행하는 단계(S20)를 수행하기 전에 측정수행시간범위 설정단계(S15)를 더 실시할 수 있다.
측정수행시간범위 설정단계(S15)는 발신진동자와 수신진동자 사이의 음파의 전파거리와 송수신 환경에 따라 달라지는 음파의 속도를 이용하여 발신진동자에서 음파를 발신하여 수신진동자에 도달할 것으로 예상되는 시간 범위를 측정수행시간범위로 설정한다.
예를 들어, 측정수행시간범위는 (tmin) ~ (tmax)로 정해지거나, (tmin) ~ (tmax + mT)로 정해질 수 있다. 이때, tmin은 최소예상시간을, tmax는 최대예상시간을, mT는 수신신호의 주기의 개수와 주기의 곱을 의미한다.
이처럼 측정수행시간범위를 설정할 경우, 수신진동자는 측정수행시간범위 내에 수신된 음파신호에 대한 수신신호를 출력함으로써 측정수행시간범위 외에 발생한 노이즈를 배제할 수 있다.
즉, 밴드패스필터링을 수행하는 단계(S20) 전에 먼저 1차적으로 측정수행시간범위를 설정함으로 측정에 필요한 시간 외에 발생한 노이즈를 제거한 상태에서 밴드패스필터링을 수행하여 다시한번 노이즈를 제거한다.
또한, 측정수행시간범위는 측정 결과를 피드백(feedback)하여 점차 좁힐 수 있다.
밴드패스필터링을 수행하는 단계(S20)를 수행한 후에는 신호변조기를 이용하여 전기펄스패킷의 최대 신호를 음파 신호의 최대 신호의 95~100% 로 조절하는 신호변조 단계(S25)가 수행될 수 있다.
음파가 매질에서 전파하는 과정에서 음파의 세기가 감소되는데, 음파의 전달 환경에 따라 음파의 세기가 감소되는 정도가 달라진다. 도 5을 참조하면, 왕복반사한 음파신호에 대한 수신신호인 Rx2의 세기가 첫번째 수신신호인 Rx11의 세기보다 매우 낮은 것을 알 수 있다.
하지만 신호변조 단계(S25)를 수행함으로써 음파의 세기를 일정한 값이 되도록 할 수 있다. 도 6을 참조하면, 신호변조 단계(S25)를 수행함으로써 왕복반사한 음파신호에 대한 수신신호인 Rx2의 세기가 첫번째 수신신호인 Rx1의 세기와 비슷한 크기로 변조되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 후술하는 정상신호 판독단계(S40)과 모니터링 단계(S50)의 결과의 신뢰성을 보다 더 향상시킬 수 있다.
다음으로, 검출레벨 설정단계(S30)가 수행된다. 검출레벨 설정단계(S30)는 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 어느 한 위상에 존재하는 검출레벨을 설정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법(M100)은 설정된 검출레벨을 이용하여 정상신호인지 여부를 판단하거나 수신시점을 결정한다. 이때, 정상신호인지 여부를 판단하거나 수신시점을 결정하는데 이용되는 검출레벨은 동일하거나 각각 다른 검출레벨을 이용할 수 있다. 예를 들어, 도 7과 같이, 정상신호인지 여부를 판단하는데 이용되는 검출레벨(L1a)의 절대값이 수신시점을 결정하는데 이용돠는 검출레벨(L1b)의 절대값보다 작을 수 있다.
또는, 도 8과 같이, 검출레벨 설정단계(S30)는 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 어느 한 위상에 존재하는 제1검출레벨(L1)을 설정하고, 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 다른 한 위상에 존재하는 제2검출레벨(L-)을 설정하는 것도 가능하다. 제1 및 제2검출레벨(L1, L2)은 서로 다른 위상을 가지는 것으로, 전술한 정상신호인지 여부를 판단하거나 수신시점을 결정하는데 이용되는 검출레벨(L1a, L1b)이 서로 다른 것과 차이가 있다. 또한, 제1검출레벨(L1)의 절대값과 제2검출레벨(L2)의 절대값은 서로 다를 수 있다.
다음으로 정상신호 판독단계(S40)가 수행된다.
밴드패스필터링된 수신신호가 정상신호인지를 결정하기 위해 밴드패스필터링된 수신신호와 검출레벨이 교차하는 횟수를 모니터링한다.
일반적으로 수신신호의 특성상 발신진동자에서 송출한 음파신호에 비해 1~2주기가 더 많아진다. 즉, 수신신호가 정상신호인 경우에 발신진동자에서 송출한 음파신호에 비해 주기의 개수가 많아지는 것이다.
따라서 수신신호의 주기의 개수를 카운팅함으로써 수신된 신호가 정상신호인지 여부를 판독할 수 있다.
요약건대, 정상신호 판독단계(S40)는 밴드패스필터링된 수신신호가 정상신호인지를 결정하기 위해 밴드패스필터링된 수신신호와 검출레벨이 교차하는 횟수를 모니터링하되, 밴드패스필터링된 수신신호와 검출레벨이 교차하는 횟수는 음파신호와 검출레벨이 교차하는 횟수보다 2회 내지 4회 큰 경우를 정상신호로 판독하여 수행된다.
한편, 검출레벨 설정단계(S30)에서 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 어느 한 위상에 존재하는 제1검출레벨을 설정하고, 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 다른 한 위상에 존재하는 제2검출레벨을 설정한 경우에는, 제1 및 제2검출레벨이 교차하는 횟수를 모니터링하되, 정상신호판독 단계(S40)는 밴드패스필터링된 수신신호와 제1 및 제2검출레벨이 교차하는 횟수를 모니터링하되, 밴드패스필터링된 수신신호와 제1 및 제2검출레벨이 교차하는 횟수는 음파신호와 제1및 제2검출레벨이 교차하는 횟수보다 2회 내지 8회 큰 경우를 정상신호로 판독하여 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음파의 신호처리방법(M100)은 정상신호 판독단계(S40)를 수행하기 전에 수신신호의 전기펄스패킷의 형상을 보정하고, 이에 정상신호인지 여부를 판독함으로써 정상신호가 아닌 노이즈 등에 의해 수신시점이 결정되는 것을 방지할 수 있다.
이처럼 정상신호로 판독된 수신신호에 대해서 수신시점 결정단계(S50)가 수행된다. 한편, 수신신호가 정상신호가 아니라고 판독된 경우에는 밴드패스필터링 단계(S20)부터 다시 수행할 수 있다.
수신시점 결정단계(S50)는 정상신호로 판독된 수신신호를 모니터링하여 정상신호로 판독된 수신신호가 상기 검출레벨과 교차하는지를 판단하여 수신시점을 결정한다. 즉, 도 7과 같이, 정상신호로 판독된 수신신호와 검출레벨이 교차(C)한 이후 처음으로 제로크로싱이 발생되는 지점을 수신시점(X)으로 결정할 수 있다.
또는, 도 8과 같이, 검출레벨 설정단계(S30)에서 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 어느 한 위상에 존재하는 제1검출레벨을 설정하고, 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 다른 한 위상에 존재하는 제2검출레벨을 설정한 경우에는, 수신시점 결정단계(S50)는 정상신호로 판독된 수신신호와 제2검출레벨이 교차(C2)하고, 정상신호로 판독된 수신신호와 제1검출레벨이 교차(C1)한 이후 처음으로 제로크로싱이 발생되는 지점을 수신시점(X)으로 결정할 수 있다. 이처럼 제1 및 제2검출레벨을 이용하여 양의 위상과 음의 위상에서 교차가 발생하는 것을 확인함으로써 수신시점을 보다 더 정확하게 측정할 수 있다. 즉, 제1 및 제2검출레벨 모두와 수신신호가 교차하지 않는다면, 이를 비정상신호로 판단하여 밴드패스필터링 단계(S20)부터 다시 수행할 수 있다.
결론적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 음파신호처리방법(M100)을 이용함으로써 유속 및 유량 측정이나 수위 측정시에 측정의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 귄리범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (7)

  1. 발신 진동자에서 발신된 음파신호를 수신하는 수신 진동자에서 출력되며, 제로레벨을 기준을 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상으로 진동하는 전기펄스패킷(electrical pulse packet)을 포함하는 수신신호를 기초로 상기 음파 신호의 수신시점을 결정하기 위한 음파의 신호처리방법에 있어서,
    상기 음파의 신호처리방법은,
    발신 진동자의 공진주파수 대역을 기준으로 선정되는 검출주파수대역을 설정하는 검출주파수대역 설정단계;
    수신신호에 대하여 상기 검출주파수대역으로 밴드패스필터링을 수행하는 밴드패스필터링 단계;
    전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 어느 한 위상에 존재하는 검출레벨을 설정하는 검출레벨 설정단계;
    밴드패스필터링된 수신신호가 정상신호인지를 결정하기 위해 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 검출레벨이 교차하는 횟수를 모니터링하되, 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 검출레벨이 교차하는 횟수는 상기 음파신호와 상기 검출레벨이 교차하는 횟수보다 2회 내지 4회 큰 경우를 정상신호로 판독하는 정상신호판독 단계; 및
    정상신호로 판독된 수신신호를 모니터링하여 정상신호로 판독된 수신신호가 상기 검출레벨과 교차하는지를 판단하여 수신시점을 결정하는 수신시점 결정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파의 신호처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출레벨 설정단계는 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 어느 한 위상에 존재하는 제1검출레벨을 설정하고, 전기펄스패킷의 양(+)의 위상 및 음(-)의 위상 중 다른 한 위상에 존재하는 제2검출레벨을 설정하는 것을 특징으로 하는 음파의 신호처리방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정상신호판독 단계는 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 제1 및 제2검출레벨이 교차하는 횟수를 모니터링하되, 밴드패스필터링된 수신신호와 상기 제1 및 제2검출레벨이 교차하는 횟수는 상기 음파신호와 상기 제1및 제2검출레벨이 교차하는 횟수보다 2회 내지 8회 큰 경우를 정상신호로 판독하는 것을 특징으로 하는 음파의 신호처리방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 수신시점 결정단계는 정상신호로 판독된 수신신호와 상기 제1검출레벨이 교차하고, 정상신호로 판독된 수신신호와 상기 제2검출레벨이 교차한 이후 처음으로 제로크로싱이 발생되는 지점을 수신시점으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파의 신호처리방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밴드패스필터링 단계는 복수회 수행되되, 상기 검출주파수대역을 상기 발신 진동자의 공진주파수를 기준으로 점차 좁혀가며 수행되는 것을 특징으로 하는 음파의 신호처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 밴드패스필터링 단계 이후, 상기 정상신호판독 단계를 수행기 전에 수행되며, 신호변조기를 이용하여 전기펄스패킷의 최대 신호를 음파 신호의 최대 신호의 95~100% 로 조절하는 신호변조 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 음파의 신호처리방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밴드패스필터링 단계를 수행하기 전에 상기 발신 진동자와 상기 수신 진동자 사이의 거리 및 신호의 송수신 환경에 따라 달라지는 음파의 속도를 이용하여 도출되는 신호가 수신될 것으로 예상되는 측정수행시간범위를 설정하는 측정수행시간범위 설정단계를 더 포함하고,
    상기 수신 진동자는 상기 측정수행시간범위 내에 수신된 음파신호에 대한 수신신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 음파의 신호처리방법.
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