本发明专利技术涉及一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，属于超声波风速、流速测量技术领域。本发明专利技术采用峰值保持电路，实现对信号极大值或极小值在一段时间内的保持；采用过零比较器，能够精确地实现超声波信号时间检测；采用滞回比较器作为触发，实现对信号极值点和过零时刻的采样；再基于超声波信号数学模型，完成信号的复原。其步骤为：滞回比较器的触发信号触发一次AD采样，并将采样值存入数据缓存区，触发计时器将最近一次记录时刻数据存入数据缓存区，依据当前数据缓存区存储的数据以及超声波信号数学模型完成信号的复原。本发明专利技术能够不失真地完成极值点采样，同时降低了超声波风速、流速测量装置的整体设计成本及功耗。流速测量装置的整体设计成本及功耗。流速测量装置的整体设计成本及功耗。
【技术实现步骤摘要】
一种超声波信号的低速采样及信号复原方法
[0001]本专利技术属于超声波风速、流速测量
，涉及一种超声波信号的低速采样及信号复原方法。
技术介绍
[0002]基于超声波时差法能够实现风速风向、流速流量的测量，具有环境温度影响小，低下限、宽量程、精度高、线性度好、无压损等优点，目前逐渐成为气象、精准计量领域的主流技术。
[0003]超声波时差法需要对超声波顺逆流渡越时间进行计算，较为常用的算法有阈值法、可变阈值法、相关法、相位差法，这些方法都需要进行对超声波信号的采样。
[0004]根据香农定理，采样频率需要大于被采样信号频率的两倍，但为了更加真实完整地获取信号特征，超声波信号采样频率往往为本身频率的10倍以上，频率的提高会带来成本及功耗的增加，而且由于采样间隔的存在，也可能会造成超声波信号最为重要的特征点——极值点采样的失真。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，不失真地完成极值点采样，同时对采样的超声波信号进行复原。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，采用峰值保持电路，实现超声波信号极值在一段时间内的保持；采用过零比较器将超声波信号转换为方波信号，实现信号的时间检测；采用滞回比较器将超声波信号转换为方波信号，根据需求设定触发信号，实现对信号极值点和过零时刻的采样；
[0008]该方法包括以下步骤：
[0009]S1、峰值保持电路将超声波信号的极值保持在一定时间内；
[0010]S2、滞回比较器的触发信号触发一次AD采样，并将采样值存入数据缓存区，完成后产生一个复位信号，峰值保持电路复位，为下一次采集做准备；
[0011]S3、计时器检测过零比较器的下降沿，并记录下降沿发生时刻，滞回比较器的触发信号触发计时器将最近一次记录时刻数据存入数据缓存区；
[0012]S4、依据当前数据缓存区存储的数据以及超声波信号数学模型，通过插值算法完成对采集信号的复原。
[0013]进一步，该方法能够采用1倍超声波频率的采样频率进行低速采样，也能够采用2倍超声波频率的采样频率进行低速采样。
[0014]进一步，采用1倍超声波频率的采样频率进行低速采样时，信号的采样及复原步骤如下：
[0015]S11、峰值保持电路将超声波信号的极大值保持在一定时间内；
[0016]S21、滞回比较器的下降沿作为触发信号，触发一次AD采样，此时峰值保持电路处于极大值保持状态，采样值即为超声波信号前一波峰值V
Pi
，将采样值存入数据缓存区，完成后产生一个复位信号，峰值保持电路复位，为下一个波峰的采集做准备；
[0017]S31、计时器检测过零比较器的下降沿，并记录下降沿发生时刻T
Fi
，滞回比较器的触发信号触发计时器将最近一次记录时刻数据存入数据缓存区；
[0018]S41、依据当前数据缓存区存储的数据以及超声波信号数学模型，通过插值算法完成(T
F1
,T
Fn
)区域内的超声波信号复原；
[0019]超声波信号数学模型为：
[0020][0021]超声波信号数学模型包含两部分，A(t)为信号的幅值信息，为信号的相位信息。将A(t)及分别实施插值算法得到：
[0022][0023]其中，T
Fi
≤t＜T
F(i+1)
,i∈[1,n
‑
1]。
[0024]进一步，采用2倍超声波频率的采样频率进行低速采样时，信号的采样及复原步骤如下：
[0025]S12、峰值保持电路将超声波信号的极大值和极小值保持在一定时间内；
[0026]S22、滞回比较器的上升沿及下降沿都将触发一次AD采样，并将采样值的绝对值|V
Pi
|存入数据缓存区，完成后产生一个复位信号，峰值保持电路复位，为下一次采集做准备；
[0027]S32、计时器检测过零比较器的下降沿，并记录下降沿发生时刻T
i
，滞回比较器的上升沿及下降沿都会触发计时器将最近一次记录时刻数据存入数据缓存区；
[0028]S42、依据当前数据缓存区存储的数据以及超声波信号数学模型，通过插值算法完成(T1,T
n
)区域内的超声波信号复原；
[0029]信号复原：
[0030]正半周：
[0031]负半周：
[0032]其中T
i
≤t＜T
(i+1)
。
[0033]进一步，所述峰值保持电路包括极大值保持电路和极小值保持电路。
[0034]进一步，所述极大值保持电路包括运算放大器U1、U2，二极管D1、D2，电阻R1、R2，三极管Q1，以及电容C2；运算放大器U1的正向输入端与极大值保持电路的输入端连接，其输出端与二极管D1的负极以及二极管D2的正极连接，其反向输入端与二极管D1的正极连接，二极管D2的负极与三极管Q1集电极、电容C2的一端以及运算放大器U2的正向输入端连接，电容C2另一端接地，三极管Q1发射极接地，基极与电阻R2连接，运算放大器U2输出端与反向输
入端和极大值保持电路输出端连接，运算放大器U1、U2的反向输入端之间连接电阻R1。
[0035]进一步，所述极小值保持电路包括运算放大器U3、U4，二极管D3、D4，电阻R3、R4，三极管Q2，以及电容C1；运算放大器U3的正向输入端与极小值保持电路的输入端连接，其输出端与二极管D3的负极以及二极管D4的正极连接，其反向输入端与二极管D4的负极连接，二极管D3的正极与三极管Q2集电极、电容C1的一端以及运算放大器U4的正向输入端连接，电容C1另一端接地，三极管Q2发射极接地，基极与电阻R4连接，运算放大器U4输出端与反向输入端和极小值保持电路输出端连接，运算放大器U3、U4的反向输入端之间连接电阻R3。
[0036]本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用峰值保持电路，采用一倍或两倍超声波频率低速采样，基于一种超声波信号数学模型完成对超声波信号的复原，该方法不仅能够不失真地完成极值点采样，同时降低了超声波风速、流速测量装置的整体设计成本及功耗。
[0037]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0038]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0039]图1为低速采样技术原理；
[0040]图2为低速采样技术逻辑；
[0041]图3为超声波信号的采样及复原步骤；
[0042]图4为1倍超声波频本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：S1、采用峰值保持电路将超声波信号的极值保持在一定时间内；S2、采用滞回比较器将超声波信号转换为方波信号，根据需求设定触发信号，实现对信号极值点和过零时刻的采样，具体操作如下：滞回比较器的触发信号触发一次AD采样，并将采样值存入数据缓存区，完成后产生一个复位信号，峰值保持电路复位，为下一次采集做准备；S3、采用过零比较器将超声波信号转换为方波信号，实现信号的时间检测，具体操作如下：计时器检测过零比较器的下降沿，并记录下降沿发生时刻，滞回比较器的触发信号触发计时器将最近一次记录时刻数据存入数据缓存区；S4、依据当前数据缓存区存储的数据以及超声波信号数学模型，通过插值算法完成对采集信号的复原。2.根据权利要求1所述的一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，其特征在于：该方法采用1倍或2倍超声波频率的采样频率进行低速采样。3.根据权利要求2所述的一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，其特征在于：采用1倍超声波频率的采样频率进行低速采样时，信号的采样及复原步骤如下：S101、峰值保持电路将超声波信号的极大值保持在一定时间内；S102、滞回比较器的下降沿作为触发信号，触发一次AD采样，此时峰值保持电路处于极大值保持状态，采样值即为超声波信号前一波峰值V
Pi
，将采样值存入数据缓存区，完成后产生一个复位信号，峰值保持电路复位，为下一个波峰的采集做准备；S103、计时器检测过零比较器的下降沿，并记录下降沿发生时刻T
Fi
，滞回比较器的触发信号触发计时器将最近一次记录时刻数据存入数据缓存区；S104、依据当前数据缓存区存储的数据以及超声波信号数学模型，通过插值算法完成(T
F1
,T
Fn
)区域内的超声波信号复原；超声波信号数学模型为：超声波信号数学模型包含两部分，A(t)为信号的幅值信息，为信号的相位信息，将A(t)及分别实施插值算法得到：其中，T
Fi
≤t＜T
F(i+1)
,i∈[1,n
‑
1]。4.根据权利要求2所述的一种超声波信号的低速采样及信号复原方法，其特征在于：采用2倍超声波频率的采样频率进行低速采样时，信号的采样及复原步...
【专利技术属性】
技术研发人员：但强，马勤勇，蒋洪庆，柏思忠，周德胜，李涛，罗前刚，于庆，孙世岭，吴科，王祖迅，梁光清，黄橙，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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