超聲波憑借其良好的定向性、較強(qiáng)的穿透性和抗腐蝕能力，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，例如超聲波測距、超聲波無損檢測和超聲波流量計等。超聲波信號從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鞯臅r間定義為飛行時間（TOP）。TOP包含很多信息，例如TOP反映了距離測量和超聲波流量計中的距離和流量信息等等。因此，準(zhǔn)確確定超聲TOP是超聲應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。據(jù)我們所知，超聲波流量計應(yīng)用中的TOP測定方法通常可分為三類。
第一類包括閾值檢測方法。例如動態(tài)閾值方法、雙閾值方法和可變比率閾值方法均被開發(fā)用于確定TOP。這些閾值方法是最簡單的方法。但是，它們?nèi)菀资艿皆肼暤母蓴_。此外，這些用于TOP檢測的方法是基于超聲信號上升沿的幅度特性。因此，它們的性能會受到波形變化的影響。
第二類包含各種相關(guān)方法。這些方法首先應(yīng)用于雷達(dá)領(lǐng)域，然后在1981年引入TOP測定。基本的相關(guān)方法計算兩個接收信號之間的相關(guān)函數(shù)，然后產(chǎn)生一個最大峰值，其中時移映射到兩個信號之間的時間差。后來，提出了更好的相關(guān)方法，例如基于調(diào)頻激勵的互相關(guān)、相位相關(guān)方法和正弦擬合技術(shù)的互相關(guān)等方法，將其應(yīng)用于TOP確定。與閾值方法相比，相關(guān)方法受噪聲的影響較小，但其準(zhǔn)確性仍然受到采樣率的限制。相關(guān)方法的另一個缺點是難以根據(jù)不同的應(yīng)用條件實時更新參考波，從而導(dǎo)致TOP出現(xiàn)偏差檢測。
第三類包括基于波形擬合的TOP估計方法。在這些方法中，首先選擇合理的超聲接收信號經(jīng)驗?zāi)Ｐ停缓蟛捎糜行惴▽邮盏降某曅盘栠M(jìn)行擬合以獲取TOP。這些方法不僅提供了很高的測量精度，而且還提供了強(qiáng)大的抗干擾能力。然而，他們需要大量的計算，這需要高成本的數(shù)字信號處理，并降低了實時性能。
因此，本文在前人的基礎(chǔ)上，提出了一種基于超聲波信號起伏的簡便易行的飛行時間確定方法。此方法包括兩部分，即尋找超聲信號開始檢測（USO）的大致位置以及在多個獲得的時間值中確定TOP。在第一步中，將接收到的信號分為多個段，并且根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化頻率和能量的倍數(shù)將每個段識別為超聲信號或噪聲信號。通過分析分類結(jié)果，可以確定USO的大致位置。在第二步中，可以根據(jù)USO與所獲得的零交叉時間值之間的關(guān)系，選擇固定的零交叉時間值作為TOP。由于在分類過程中僅使用每個段內(nèi)的信息，因此該方法對波形變化不敏感。
這項研究提出的新方法與以前建立的方法之間的不同之處在于，新提出的方法的檢測到的TOP僅依賴于當(dāng)前測量中對超聲信號的分析，而不是依賴于先前方法的兩次連續(xù)測量中的信號，且性能將不受兩次測量之間波形相似度的限制，易于實現(xiàn)和適用于嵌入式系統(tǒng)等優(yōu)勢。
