一種回波信號處理方法及電路與流程
2023-08-05 08:10:21 2
1.本發明屬於信號處理技術領域，具體涉及一種回波信號處理方法及電路。
背景技術：
2.超聲波流量計通過向管道內發射超聲波、然後根據超聲波的回波時間來計算管道內的流體流速。但在實際使用中，由於管道噪聲、電路噪聲等眾多原因，對回波的判斷會受到異常信號的幹擾，錯誤地判斷回波到來的時間，從而導致流量檢測不準。
3.因此需要方法檢測並排除異常信號，使流量計能夠準確接收正確的回波，從而提高計量精確度。
技術實現要素：
4.基於現有技術中存在的上述缺點和不足，本發明的目的之一是至少解決現有技術中存在的上述問題之一或多個，換言之，本發明的目的之一是提供滿足前述需求之一或多個的一種回波信號處理方法及電路。
5.為了達到上述發明目的，本發明採用以下技術方案：一種回波信號處理方法，設定回波信號的第一比較點、第二比較點和第三比較點，第一比較點、第二比較點和第三比較點的電位依次增高；設定第一時間窗口和第二時間窗口，第二時間窗口長於第一時間窗口；在接收到回波信號時，以如下方法進行回波信號的處理：當信號高於第一比較點時，在第一時間窗口和第二時間窗口內進行如下判斷：在第一時間窗口內判斷信號是否低於第二比較點，若是則滿足第一判定條件；在第一時間窗口內判斷信號是否低於第三比較點，若是則滿足第二判定條件；在第二時間窗口內判斷信號是否高於第三比較點，若是則滿足第三判定條件；若第一判定條件、第二判定條件、第三判定條件均滿足，則判定信號為正常回波。
6.作為優選方案，方法還包括：若第一判定條件和第二判定條件均不滿足，僅第三判定條件滿足，則判定信號為跳波；若第一判定條件和第三判定條件滿足，第一判定條件不滿足，則判定信號波形過大。
7.作為優選方案，方法還包括：設定回波信號的過零比較點，若判定信號為正常回波，信號觸發過零比較點後開始接受回波。
8.作為優選方案，方法還包括：設定回波信號的過零比較點和回波周期範圍，當信號高於第一比較點時，另外進行如下判斷：過零比較點相鄰兩次觸發的時間間隔為一個回波周期，判斷第n個回波周期是否
屬於回波周期範圍，若是則滿足第四判定條件；若第一判定條件、第二判定條件、第三判定條件、第四判定條件均滿足，則判定信號為正常回波。
9.作為優選方案，第一比較點的基準電壓為100mv，第二比較點的基準電壓為200mv，第三比較點的基準電壓為400mv。
10.作為優選方案，第一時間窗口為2.5us，第二時間窗口為8us。
11.另一方面，本發明還提供一種回波信號處理電路，電路包括：回波信號埠，回波信號埠以三路分別連接第一比較器、第二比較器和第三比較器的輸入端，第一比較器、第二比較器、第三比較器的基準電壓依次升高；第一比較器的輸出端以兩路分別連接第一脈衝觸發器和第二脈衝觸發器，第二脈衝觸發器的脈衝寬度大於第一脈衝觸發器；第一與門，第一與門的輸入端連接第一脈衝觸發器和第二比較器的輸出端；第二與門，第二與門的輸入端連接第一脈衝觸發器和第三比較器的輸出端；第三與門，第三與門的輸入端連接第二脈衝觸發器和第三比較器的輸出端；mcu，mcu的輸入端連接第一與門、第二與門、第三與門的輸出端。
12.作為優選方案，電路還包括：過零比較器，過零比較器的輸入端連接回波信號埠；第四與門，第四與門的輸入端連接過零比較器和第一比較器，第四與門的輸出端連接mcu。
13.作為優選方案，第一比較器的基準電壓為100mv，第二比較器的基準電壓為200mv，第三比較器的基準電壓為400mv。
14.作為優選方案，第一脈衝觸發器的脈衝寬度為2.5us，第二脈衝觸發器的脈衝寬度為8us。
15.本發明與現有技術相比，有益效果是：本發明的回波信號處理方法及電路，能夠有效排除異常信號，從而正確判斷回波信號，並應用排除了異常信號幹擾的回波信號得到更精確的流量測量等應用結果。
附圖說明
16.圖1是本發明實施例的信號時序圖；圖2是本發明實施例的回波處理電路的結構示意圖；圖3是本發明實施例的回波處理電路的電路圖。
具體實施方式
17.為了更清楚地說明本發明實施例，下面將對照附圖說明本發明的具體實施方式。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖，並獲得其他的實施方式。
18.實施例：本實施例提供一種回波信號處理方法，具體包括：預先設定回波信號的第一比較點、第二比較點和第三比較點，並且設定第一時間
窗口和第二時間窗口。其中，第一比較點、第二比較點、第三比較點的電位依次增高，且第二時間窗口長於第一時間窗口。
19.持續接收待判斷的信號，並持續判斷信號與第一比較點的大小關係。第一比較點用於過濾掉較小的信號噪聲，由於信號噪聲一般偏小，無法觸發第一比較點，因此可以防止持續性的信號噪聲誤觸發回波信號的接收。
20.當信號大於第一比較點時，該信號具有一定強度，存在是回波信號的可能，因此進行如下判斷：從信號大於第一比較點開始，在第一時間窗口內判斷信號的電壓是否始終低於第二比較點的基準電壓，若是則滿足第一判定條件。另外，在第一時間窗口內還判斷信號的電壓是否也始終低於第三比較點的基準電壓，若是則滿足第二判定條件。
21.從信號大於第一比較點開始，在第二時間窗口內判斷信號的電壓是否在任一時刻大於第三比較點的基準電壓，若是則滿足第三判定條件。
22.其中第一比較點、第二比較點和第三比較點的基準電壓經過挑選，第一比較點的基準電壓應小於常規情況下首波的峰值，第二比較點的基準電壓大於首波的峰值，而第三比較點的基準電壓較第二比較點的基準電壓更高。更具體的，三個比較點的基準電壓採用指數形式分布，例如第一比較點的基準電壓設置為100mv，第二比較點的基準電壓設置為200mv，第三比較點的基準電壓設置為400mv。
23.另外，第一時間窗口設置為一個首波的時間長度，第二時間窗口設置為從首波到第三波的時間長度左右。更具體的，將第一時間窗口設置為2.5us，將第二時間窗口設置為8us。
24.若第一判定條件或第二判定條件不滿足，也即在首波的時間窗口內信號大於常規情況下首波的峰值，故該信號不會是首波。因此當第一和第二判定條件均滿足時，說明信號不存在過大情況，有可能是首波。
25.由於回波電壓會隨波次逐漸增大，在第二時間窗口中進行第三判定條件的判斷，能夠確定該信號是否具有回波信號隨波次逐漸增大的特徵。當信號在第一時間窗口內小於第一比較點和第二比較點，但在大於首波時間長度的第二時間窗口中大於第三比較點，則說明信號的首波大小適中，且具有回波信號隨波次逐漸增大的特徵。
26.因此，在一個信號高於第一比較點，觸發判定，並且第一判定條件、第二判定條件、第三判定條件均滿足時，能夠判定該信號為正常的回波信號。
27.上述方法不僅能夠用於判斷正常的回波信號，還可以分辨異常回波和異常回波信號的類型。如果無論第一判定條件和第二判定條件如何，如果第三判定條件不滿足，說明信號沒有正常的波形振幅，判定為異常回波；如果第一判定條件和第二判定條件不滿足，且第三判定條件滿足，即信號在第一時間窗口內就大於第二比較點和第三比較點，並在第二時間窗口內大於了第三比較點，則說明信號在最初的時間中電壓就較高，而首波一般不會有該大小的電壓，判定為跳波。
28.如果第二判定條件和第三判定條件均滿足，僅第一判定條件不滿足，說明信號在第一時間窗口內大於第二比較點，而小於第三比較點，並在第二時間窗口中大於第三比較點，因此判定為波形過大。
29.進一步的，為了判斷回波信號的開始時間，本實施例的方法還包括設定回波信號
的過零比較點，若信號為正常回波信號，則在信號觸發過零比較點時開始接收回波，從而接收完整的波形。
30.另外，回波的周期一般處於一定範圍內，因此可以使用信號的周期輔助判斷是否是回波，進一步提高判斷準確度。因此，本實施例的方法還包括如下內容：設定回波信號的過零比較點，並設定一個預計的回波周期範圍，信號每相鄰兩次觸發過零比較點即為經過了一個回波周期。在信號高於第一比較點將檢測觸發後，檢測信號此時開始第n個回波周期的時長是否處於預計的回波周期範圍中，若是則滿足第四判定條件。
31.僅當第一至第四判定條件均滿足時，才判定該信號為正常的回波信號。
32.另一方面，本實施例還提供一種回波信號處理電路，能夠用於執行上述的方法，電路的結構示意圖如圖2所示，電路圖如圖3所示，包括模擬開關，模擬開關的輸出端為回波信號埠、第一比較器、第二比較器、第三比較器、第一脈衝觸發器、第二脈衝觸發器、第一與門、第二與門、第三與門和mcu。其中回波信號埠用於接收信號，埠輸出端分為三路，分別連接第一比較器、第二比較器和第三比較器的輸入端。第一比較器、第二比較器和第三比較器用於分別執行上述方法中信號與第一比較點、第二比較點、第三比較點基準電壓的比較，三個比較器的基準電壓分別對應設置為第一比較點、第二比較點、第三比較點的基準電壓。第一比較器的輸出端以兩路分別連接第一脈衝觸發器和第二脈衝觸發器，以脈衝觸發器的形式開啟上述方法中的第一時間窗口和第二時間窗口，第二脈衝觸發器的脈衝寬度大於第一脈衝觸發器，使第二時間窗口長於第一時間窗口。
33.三個與門用於將脈衝觸發器對於時間窗口的控制和比較器對電壓的比較結果相配合，從而執行上述方法中的第一至第三判定條件。其中第一與門的輸入端連接第一脈衝觸發器和第二比較器的輸出端，第二與門的輸入端連接第一脈衝觸發器和第三比較器的輸出端，第三與門的輸入端連接第二脈衝觸發器和第三比較器的輸出端。
34.還包括mcu，mcu的輸入端連接第一與門、第二與門、第三與門的輸出端，能夠接收三個與門的輸出並根據與門的輸出判斷當前信號是否為正常的回波信號。
35.進一步的，與上述方法相同，在該電路中，第一比較器的基準電壓為100mv，第二比較器的基準電壓為200mv，第三比較器的基準電壓為400mv。第一脈衝觸發器的脈衝寬度為2.5us，第二脈衝觸發器的脈衝寬度為8us。
36.上述電路的工作過程如下：模擬開關打開時，回波信號埠將信號持續發送至三個比較器，三個比較器持續將信號與各自的基準電壓比較。當信號大於第一基準電壓時，第一比較器將第一脈衝觸發器和第二脈衝觸發器觸發。
37.第一脈衝觸發器發出時長2.5us的脈衝信號，該脈衝信號分為兩路分別輸入第一與門和第二與門。
38.在第一與門中，2.5us的脈衝信號與第二比較器的比較結果輸出相與，使得在第一脈衝觸發器觸發的2.5us內，當第二比較器比較信號大於其基準電壓時，第一與門輸出高電位信號。
39.在第二與門中，2.5us的脈衝信號與第三比較器的比較結果輸出相與，使得在第一脈衝觸發器觸發的2.5us內，當第三比較器比較信號大於其基準電壓時，第二與門輸出高電
位信號。
40.而在第二與門中，8us的脈衝信號與第三比較器的比較結果輸出相與，使得在第二脈衝觸發器觸發的8us內，當第三比較器比較信號大於其基準電壓時，第三與門輸出高電位信號。
41.mcu檢測三個與門的輸出信號，當第一與門、第二與門輸出低點位信號，第三與門輸出高電位信號，即滿足上述方法中第一至第三判定條件時，判斷該信號為正常的回波信號。
42.進一步的，為了執行上述方法中根據過零比較判斷回波及接收回波的時間，電路中還包括過零比較器和第四與門，回波信號埠的輸出端連接過零比較器的輸入端，第一比較器的輸出端額外增加一路連接至第四與門的輸入端，同時過零比較器的輸出也連接至第四與門的輸入端，第四與門的輸出端連接至mcu。
43.應當說明的是，上述實施例僅是對本發明的優選實施例及原理進行了詳細說明，對本領域的普通技術人員而言，依據本發明提供的思想，在具體實施方式上會有改變之處，而這些改變也應視為本發明的保護範圍。