一种超声波检测装置中超声波回波处理装置及方法

摘要

本发明公开了一种超声波检测装置中超声波回波处理装置及方法，包括微处理器、皮秒级计时芯片、波形整形电路、控制门电路、滤波放大电路、过零检测电路、与门电路、第一计数器、第二计数器和第三计数器；皮秒级计时芯片提供发射脉冲信号，在发射脉冲信号至超声波发射探头时启动计时，与门电路对超声波回波信号与原始发射信号进行吻合比对，在完全吻合的情况下，第二计数器输出有效信号至皮秒级计时芯片，使其停止计时，获取到计时结果，微处理器根据计时结果计算出超声波在被测物体中传播时间。本发明在获取到准确的超声回波信息的基础上计算得到超声波回波信息在被测物体中的传播时间，保证了基于超声波回波信息的物质特征检测的检测精度。

权利要求

1.一种超声波检测装置中超声波回波处理装置，其特征在于，包括微处理器、皮秒级计时芯片、波形整形电路、控制门电路、滤波放大电路、过零检测电路、与门电路、第一计数器、第二计数器和第三计数器；

所述皮秒级计时芯片的数据IO端口连接微处理器，通过数据IO端口接收微处理发送的控制指令以及发送计时结果至微处理器；所述皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接微处理器，微处理器通过启动计时信号输入端发送启动计时信号至皮秒级计时芯片，启动皮秒级计时芯片开始计时；所述皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端连接波形整形电路的输入端，波形整形电路的输出端分别连接第一计数器的输入端和第三计数器的输入端，通过第一计数器和第三计数器分别对波形整形电路输出的脉冲信号进行计数；

所述控制门电路输入端分别连接皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端、第一计数器的输出端以及微处理器与皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接的一端；所述控制门电路的输出端通过驱动放大电路连接超声波发射探头；所述控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器的计数未达到第一计数限值时，将皮秒级计时芯片输出的脉冲信号传送至驱动放大电路，通过驱动放大电路后发送至超声波发射探头；

超声波接收探头通过滤波放大电路连接过零检测电路的输入端，过零检测电路的输出端和波形整形电路的输出端分别连接与门电路的两个输入端；

所述与门电路的输出端连接第二计数器的输入端，通过第二计数器为与门电路输出的脉冲信号进行计数；第三计数器的输出端连接第二计数器的计数控制端，通过第三计数器的输出信号控制第二计数器停止计数；

所述第二计数器中最低位状态输出端连接第三计数器的计数控制端，通过第二计数器启动第三计数器开始计数；

第二计数器的输出端连接皮秒级计时芯片的停止计时信号输入端，在第二计数器计数达到第二计数限值时，皮秒级计时芯片通过停止计时信号输入端接收到停止计时信号。

2.根据权利要求1所述的超声波检测装置中超声波回波处理装置，其特征在于，所述滤波放大电路的输出端通过幅度采集电路连接微处理器。

3.根据权利要求1所述的超声波检测装置中超声波回波处理装置，其特征在于，所述皮秒级计时芯片的型号为TDC-GP2。

4.根据权利要求1所述的超声波检测装置中超声波回波处理装置，其特征在于，所述微处理器为MSP430单片机。

5.一种基于权利要求1所述超声波检测装置中超声波回波处理装置实现的超声波检测装置中超声波回波处理方法，其特征在于，步骤如下：S1、微处理器发送启动计时信号至控制门电路和皮秒级计时芯片，皮秒级计时芯片接收到启动计时信号后开始计时；同时皮秒级计时芯片脉冲信号输出端发送的脉冲信号通过波形整形电路整形后分别发送至第一计数器、第三计数器和与门电路；

S2、第一计数器接收到波形整形电路发送的信号后开始计数，控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器计数未达到第一计数限值时，将皮秒级计时芯片发射的脉冲信号传送至驱动放大电路，通过驱动放大电路后发送至超声波发射探头，由超声波发射探头发射超声波信号；在第一计数器计数达到第一计数限值时，控制门电路停止将皮秒级计时芯片发送的脉冲信号传送至驱动放大电路，超声波发射探头停止发射超声波信号；

S3、超声波发射探头发射的超声信波号通过被测物体后，由超声波接收探头接收，超声波接收探头接收到超声波回波信号后发送至滤波放大电路，滤波放大电路进行滤波放大处理后发送至过零检测电路，过零检测电路进行过零检测后的信号发送至与门电路；

S4、与门电路两个输入端接收到过零检测电路和波形整形电路发送的信号后，对两个输入端输入的信号进行与运算，并将运算结果发送到第二计数器，由第二计数器对与门电路输出的信号进行计数；

S5、第二计数器开始计数后，启动第三计数器针对波形整形电路输出的信号进行计数，当第三计数器的计数达到第三计数限值时，控制第二计数器关闭，停止计数；当第二计数器在关闭前计数达到第二计数限值时，皮秒级计时芯片接收到来自于第二计数器发送停止计时信号，皮秒级计时芯片停止计时；

S6、皮秒级计时芯片根据开始计时至停止计时之间的时间间隔获取到计时结果，然后将计时结果发送至微处理器，微处理器根据计时结果计算出超声波信号在被测物中的传播时间。

6.根据权利要求5所述的超声波检测装置中超声波回波处理方法，其特征在于，第一计数器的第一计数限值、第二计数器的第二计数限值和第三计数器的第三计数限值相同。

7.根据权利要求5所述的超声波检测装置中超声波回波处理方法，其特征在于，第一计数器的第一计数限值比第二计数器的第二计数限值大1，比第三计数器的第三计数限值大

2。

8.根据权利要求5所述的超声波检测装置中超声波回波处理方法，其特征在于，所述微处理器根据计时结果计算出超声波信号在被测物中的传播时间T为：T＝Tc–n*Tt；

其中n为第二计数器的第二计数限值，Tc为皮秒级计时芯片获取到的计时结果，Tt为皮秒级计时芯片脉冲信号输出端输出的脉冲信号的周期。

9.根据权利要求5所述的超声波检测装置中超声波回波处理方法，其特征在于，所述步骤S6中，微处理器在一定时间A内未接收到来自于皮秒级计时芯片的计时结果时，控制皮秒级计时芯片复位重新发射脉冲信号，然后回到步骤S1；

若在一定时间B内，微处理器还是未接收到来自于皮秒级计时芯片的计时结果，则控制皮秒级计时芯片重新发射的脉冲信号为改变相位后的脉冲信号；其中B大于A。

10.根据权利要求5所述的超声波检测装置中超声波回波处理方法，其特征在于，所述超声波检测装置中超声波回波处理装置中的滤波放大电路的输出端通过幅度采集电路连接微处理器；滤波放大电路放大处理后的信号发送至幅度采集电路，幅度采集电路针对滤波放大电路放大处理后的信号进行幅度采集，并且将幅度采集得到的信号发送至微处理器，微处理器根据幅度采集电路发送的信号对被测物质的相关特性进行判别。

说明书

一种超声波检测装置中超声波回波处理装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及超声波检测类仪器设备的相关技术，特别涉及一种超声波检测装置中超声波回波处理装置及方法。

背景技术

[0002] 由于超声波在不同成分构成的物质中传播的速度存在差别，所以可以利用该特性进行物质构成特征的检测，通常将超声波穿过被测物体，然后根据超声回波的信息得出被测物体的相关特征，比如超声波浓度检测、超声波探伤、超声波测距等等。超声回波的信息最重要的就是时差，即超声波从发射开始到经过物体后经接收探头探测到第一个回波止所间隔的时间差。随着被测物体种类、大小等的不同，所用超声波的频率、超声回波的时差大小和精度要求等有很大区别，比如超声波浓度检测的时差通常只有10微妙的级别，而其时间精度需要到纳秒甚至皮秒的级别，否则测量结果的可信度不高。因此如何精确获取该时间差是此类应用的技术关键所在。例如，在基于超声波的相对血容量检测时，系统采用频率2～5MHz的超声波，被测血液容器宽度约2cm，回波时差约15μs，不同浓度的血液其对应的回波时差不同，血液透析患者在透析过程中随着超滤量的不断变化，血液浓度相应改变，根据超声回波的时差信息就可以评估其总体血容量的相对变化，由于透析前后血容量的相对变化只有10％-20％，对应的回波时差总体变化则只有1.5-3μs，为了显示出即时的微小改变，因此对超声回波时差的测量需要达到纳秒甚至皮秒的级别。

[0003] 超声回波测时精度的提高至少取决于两个基本方面，其一是测时方式的选用，其二是第一个超声回波波峰的获取。在测时方式上，传统的测时方法有循环N次测时法、锁相环测时法、单片机定时器直接测时法、脉冲计数法等，其测时精度最高只能达到100ns级别，不能满足基于超声波的相对血容量检测的要求。超声回波测时精度提高的第二个方面在于准确获取回波的第一个波峰，而准确获取回波的第一个波峰包括：既不要将干扰信号误当作第一个回波，也不要漏掉第一轮甚至第二轮回波；为了检测到回波，就需要首先对回波信号进行过零检测，通过过零比较器实现，但超声波在穿过被测物体时会发生反射或折射现象，低级别的干扰回波不可避免，因此过零检测也会将干扰信号同样当成超声回波，所以过零检测之后通常需要进行阈值判别，通过滞回比较器或其他阈值判别方法，滤除幅值过低的干扰回波；实际的超声回波由于需要起振的过程所以第一轮回波其幅度很小，很可能达不到固定设置的某个阈值，这样，阈值判别方法就常常会漏掉第一轮甚至第二轮回波，所测时差变长，声速变“慢”，例如采用2MHz的发射频率，每个回波的周期为0.5μs，那么漏掉第一轮甚至第二轮回波所对应的测量结果与总时差相当，等于无效。因此现有技术中所采用的过零检测以及阈值判别方法，还是有可能会使得测量结果出现极大偏差的情况。

[0004] 专利公开号为CN102697522A的发明专利中公开了一种在线相对血容量检测装置及其检测方法，其中在线相对血容量检测装置设置有处理器、计时器、超声波发射和接收电路、过零检测电路等，该装置是通过测定超声波在血液中的传播时间计算出相对血容量的，传播时间是该装置最重要的数据，通常只有十几个微秒，分辨率需达到10皮秒的级别，但是该发明专利检测方法中通过过零检测电路获得对计时器的停止计时信号，当超声回波中出现干扰信号时，过零检测输出的停止信号就出现偏差，而超声回波中出现干扰杂波是很常见的现象，因此检测结果可靠性明显不够。

发明内容

[0005] 本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、成本低的超声波检测装置中超声波回波处理装置，通过该超声回波处理装置在获取到准确的超声回波信息的基础上才计算得到超声波回波信息在被测物体中的传播时间，对于具有干扰杂波或漏掉第一超声回波波峰甚至第二超声回波波峰的超声波回波信号不予采用，因此能够获取到精确的超声波在被测物体中的传播时间，保证了基于超声波回波信息的物质特征检测的检测精度。

[0006] 本发明的第二目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于上述超声波回波处理装置实现的超声波检测装置中超声波回波处理方法。

[0007] 本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种超声波检测装置中超声波回波处理装置，包括微处理器、皮秒级计时芯片、波形整形电路、控制门电路、滤波放大电路、过零检测电路、与门电路、第一计数器、第二计数器和第三计数器；

[0008] 所述皮秒级计时芯片的数据IO端口连接微处理器，通过数据IO端口接收微处理发送的控制指令以及发送计时结果至微处理器；所述皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接微处理器，微处理器通过启动计时信号输入端发送启动计时信号至皮秒级计时芯片，启动皮秒级计时芯片开始计时；所述皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端连接波形整形电路的输入端，波形整形电路的输出端分别连接第一计数器的输入端和第三计数器的输入端，通过第一计数器和第三计数器分别对波形整形电路输出的脉冲信号进行计数；

[0009] 所述控制门电路输入端分别连接皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端、第一计数器的输出端以及微处理器与皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接的一端；所述控制门电路的输出端通过驱动放大电路连接超声波发射探头；所述控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器的计数未达到第一计数限值时，将皮秒级计时芯片输出的脉冲信号传送至驱动放大电路，通过驱动放大电路后发送至超声波发射探头；

[0010] 超声波接收探头通过滤波放大电路连接过零检测电路的输入端，过零检测电路的输出端和波形整形电路的输出端分别连接与门电路的两个输入端；

[0011] 所述与门电路的输出端连接第二计数器的输入端，通过第二计数器为与门电路输出的脉冲信号进行计数；第三计数器的输出端连接第二计数器的计数控制端，通过第三计数器的输出信号控制第二计数器停止计数；

[0012] 所述第二计数器中最低位状态输出端连接第三计数器的计数控制端，通过第二计数器启动第三计数器开始计数；

[0013] 第二计数器的输出端连接皮秒级计时芯片的停止计时信号输入端，在第二计数器计数达到第二计数限值时，皮秒级计时芯片通过停止计时信号输入端接收到停止计时信号。

[0014] 优选的，所述滤波放大电路的输出端通过幅度采集电路连接微处理器。

[0015] 优选的，所述皮秒级计时芯片的型号为TDC-GP2。

[0016] 优选的，所述微处理器为MSP430单片机。

[0017] 本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于上述超声波检测装置中超声波回波处理装置实现的超声波检测装置中超声波回波处理方法，步骤如下：

[0018] S1、微处理器发送启动计时信号至控制门电路和皮秒级计时芯片，皮秒级计时芯片接收到启动计时信号后开始计时；同时皮秒级计时芯片脉冲信号输出端发送的脉冲信号通过波形整形电路整形后分别发送至第一计数器、第三计数器和与门电路；

[0019] S2、第一计数器接收到波形整形电路发送的信号后开始计数，控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器计数未达到第一计数限值时，将皮秒级计时芯片发射的脉冲信号传送至驱动放大电路，通过驱动放大电路后发送至超声波发射探头，由超声波发射探头发射超声波信号；在第一计数器计数达到第一计数限值时，控制门电路停止将皮秒级计时芯片发送的脉冲信号传送至驱动放大电路，超声波发射探头停止发射超声波信号；

[0020] S3、超声波发射探头发射的超声信波号通过被测物体后，由超声波接收探头接收，超声波接收探头接收到超声波回波信号后发送至滤波放大电路，滤波放大电路进行滤波放大处理后发送至过零检测电路，过零检测电路进行过零检测后的信号发送至与门电路；

[0021] S4、与门电路两个输入端接收到过零检测电路和波形整形电路发送的信号后，对两个输入端输入的信号进行与运算，并将运算结果发送到第二计数器，由第二计数器对与门电路输出的信号进行计数；

[0022] S5、第二计数器开始计数后，启动第三计数器针对波形整形电路输出的信号进行计数，当第三计数器的计数达到第三计数限值时，控制第二计数器关闭，停止计数；当第二计数器在关闭前计数达到第二计数限值时，皮秒级计时芯片接收到来自于第二计数器发送停止计时信号，皮秒级计时芯片停止计时；

[0023] S6、皮秒级计时芯片根据开始计时至停止计时之间的时间间隔获取到计时结果，然后将计时结果发送至微处理器，微处理器根据计时结果计算出超声波信号在被测物中的传播时间。

[0024] 优选的，第一计数器的第一计数限值、第二计数器的第二计数限值和第三计数器的第三计数限值相同。

[0025] 优选的，第一计数器的第一计数限值比第二计数器的第二计数限值大1，比第三计数器的第三计数限值大2。

[0026] 优选的，所述微处理器根据计时结果计算出超声波信号在被测物中的传播时间T为：

[0027] T＝Tc–n*Tt；

[0028] 其中n为第二计数器的第二计数限值，Tc为皮秒级计时芯片获取到的计时结果，Tt为皮秒级计时芯片脉冲信号输出端输出的脉冲信号的周期。

[0029] 优选的，所述步骤S6中，微处理器在一定时间A内未接收到来自于皮秒级计时芯片的计时结果时，控制皮秒级计时芯片复位重新发射脉冲信号，然后回到步骤S1；

[0030] 若在一定时间B内，微处理器还是未接收到来自于皮秒级计时芯片的计时结果，则控制皮秒级计时芯片重新发射的脉冲信号为改变相位后的脉冲信号；其中B大于A。

[0031] 优选的，所述超声波检测装置中超声波回波处理装置中的滤波放大电路的输出端通过幅度采集电路连接微处理器；滤波放大电路放大处理后的信号发送至幅度采集电路，幅度采集电路针对滤波放大电路放大处理后的信号进行幅度采集，并且将幅度采集得到的信号发送至微处理器，微处理器根据幅度采集电路发送的信号对被测物质的相关特性进行判别。

[0032] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

[0033] (1)本发明超声波回波处理装置中包括微处理器、皮秒级计时芯片、波形整形电路、控制门电路、滤波放大电路、过零检测电路、与门电路、第一计数器、第二计数器和第三计数器。本发明中采用皮秒级计时芯片进行计时，根据该芯片的计时结果获取到超声波在被测物体中的传播时间，由于该芯片的计时精度可以达到皮秒级，因此大大提高了超声波在被测物体中传播时间的计算精度。另外本发明通过超声波接收探头获取到超声波回波信号后，通过与门电路对滤波放大和过零检测后的超声波回波信号与皮秒级计时芯片发射的经过整形的脉冲信号进行与运算，以实现两路信号的吻合比对，在两路信号全部吻合的情况下，才有第二计数器控制皮秒级计时芯片停止计时。如果超声波回波信号中夹杂有干扰波形，因其波宽或间隔不能吻合而被排除，如果漏掉一个或几个回波波峰，则第二计数器将在一轮测试规定时间内未计满时即被关闭而无效，因此，无论是在正常的回波基础上多出来干扰波形还是漏掉了正常的回波，皮秒级计时芯片都不能得到停止计时信号。可见，本发明超声波在被测物中的传播时间即皮秒级计时芯片从开始计时到接收到第一个回波的时间是在获取到准确有效的时差原始数据基础上计算得到了，对于出现干扰杂波或者漏掉第一个甚至是第二个超声回波波峰的超声波回波信号，将不予采用。由于本发明对干扰杂波采取波形比对、计数和时长限定三重甄别技术将干扰予以排除，而对于幅度较小的第一个超声回波不直接设置限值，因此通过本发明既不会将干扰当做第一个超声回波波峰，也不会漏掉第一个甚至是第二个超声回波波峰的情况，大大提高超声波回波信息获取的准确性，保证了基于超声波回波信息的物质特征检测的检测精度。有效克服了现有技术中采用过零检测和阈值判别方法将干扰杂波当作第一个超声回波，或漏掉第一个超声回波波峰甚至第二个超声回波波峰而导致传播时间检测不准确的技术问题。

[0034] (2)本发明超声波回波处理装置所采用的电路，只需要在现有超声波检测装置中增加几个小型的数字电路芯片即可，因此具有结构简单和成本低的优点。

[0035] (3)本发明中当超声波回波信号中出现干扰或漏掉一个或多个回波波峰时，由于超声波回波信号和皮秒级计时芯片发射的经过整形的脉冲信号不会完全吻合，第二计数器的计数将在未达到第二计数限值时即关闭，这种情况下皮秒级计时芯片将不能接收到来自于第二计数器发送停止计时信号。本发明中微处理器在一定时间内未接收到来自于皮秒级计时芯片的计时结果时，则控制皮秒级计时芯片复位重新发射脉冲信号，进行下一轮的检测，直到回波得到与发射脉冲完全吻合的超声波回波信号使得第二计数器计数能够达到第二计数限值为止，当微处理器未接收到来自于皮秒级计时芯片的计时结果的时间更久时，控制皮秒级计时芯片重新发射的脉冲信号为改变相位后的脉冲信号。因此本发明中皮秒级计时芯片获取到的计时结果都是在能够获取到准确有效的时差原始数据基础上得到，大大提高了超声波回波信息的物质特征检测的检测精度。

附图说明

[0036] 图1是本发明超声波检测装置中超声波回波处理装置的结构图。

具体实施方式

[0037] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0038] 实施例

[0039] 本实施例公开了一种超声波检测装置中超声波回波处理装置，如图1所示，包括微处理器、皮秒级计时芯片、波形整形电路、控制门电路、滤波放大电路、过零检测电路、与门电路、第一计数器、第二计数器和第三计数器。

[0040] 皮秒级计时芯片的数据IO端口连接微处理器，通过数据IO端口接收微处理发送的控制指令以及发送计时结果至微处理器；皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接微处理器，微处理器通过启动计时信号输入端发送启动计时信号至皮秒级计时芯片，启动皮秒级计时芯片开始计时。本实施例中皮秒级计时芯片为TDC-GP2芯片，微处理器为MSP430单片机。TDC-GP2芯片的SPI接口包括数据IO端口，通过SPI总线连接MSP430单片机的SPI接口。TDC-GP2芯片通过SPI接口的数据输入端口接收微处理发送的控制指令，其中控制指令包括初始化设置控制指令以及TDC-GP2芯片测量模式控制指令，本实施例中微处理器控制TDC-GP2芯片工作于测量模式二，可测范围为500ns-4ms。皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端即为START信号输入端，皮秒级计时芯片的停止计时信号输入端即为STOP信号输入端。

[0041] 皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端连接波形整形电路的输入端，波形整形电路的输出端分别连接第一计数器的输入端和第三计数器的输入端，通过第一计数器和第三计数器分别对波形整形电路输出的脉冲信号进行计数。

[0042] 控制门电路输入端分别连接皮秒级计时芯片的脉冲信号输出端、第一计数器的输出端以及微处理器与皮秒级计时芯片的启动计时信号输入端连接的一端；控制门电路的输出端通过驱动放大电路连接超声波发射探头；控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器的计数未达到第一计数限值时，将皮秒级计时芯片输出的脉冲信号传送至驱动放大电路，通过驱动放大电路后发送至超声波发射探头1。

[0043] 超声波接收探头2通过滤波放大电路连接过零检测电路的输入端，过零检测电路的输出端和波形整形电路的输出端分别连接与门电路的两个输入端；其中超声波发射探头1和超声波接收探头2分别设置于被测物体3的两侧。

[0044] 与门电路的输出端连接第二计数器的输入端，通过第二计数器为与门电路输出的脉冲信号进行计数；第三计数器的输出端连接第二计数器的计数控制端，通过第三计数器的输出信号控制第二计数器停止计数；在第三计数器计数达到第三计数限值时，输出有效信号至第二计数器的计数控制端，控制第二计数器停止计数。

[0045] 第二计数器中最低位状态输出端连接第三计数器的计数控制端，通过第二计数器启动第三计数器开始计数；当第二计数器计到一个数时，此时第二计数器最低位状态输出端输出有效信号，从而启动第三计数器开始计数，实现了通过第二计数器启动第三计数器的目的。

[0046] 第二计数器的输出端连接皮秒级计时芯片的停止计时信号输入端，在第二计数器计数达到第二计数限值时，皮秒级计时芯片通过停止计时信号输入端接收到停止计时信号。其中本实施例中第二计数器计数的第二计数限值依据与门电路接收的超声波回波信号与发射脉冲信号经过整形后的信号全部吻合情况下所获取到的计数值进行设置，保证了在与门电路接收的超声波回波信号与发射脉冲信号经过整形后的信号全部吻合情况下，第二计数器计数达到第二计数限值，从而输出有效信号至皮秒级计时芯片停止计时信号输入端。在与门电路接收的超声波回波信号与发射脉冲信号没有全部吻合的情况下，第二计数器的计数将达不到第二计数限值，此时第二计数器就不会输出有效信号至皮秒级计时芯片停止计时信号输入端，皮秒级计时芯片将接收不到停止计时信号。

[0047] 本实施例中皮秒级计时芯片根据从微处理器器接收到的启动计时信号以及从第二计数器的输出端接收到的停止计时信号获取到计时结果，并且将计时结果通过SPI接口中的数据输出端发送至微处理器。微处理器接收到计时结果后，根据计时结果计算出超声波信号在被测物体中的传播时间，通过超声波信号在被测物体中的传播时间获取到被测物的相关特性，比如被测物是血液时，可以根据超声波信号在血液中的传播时间获取到相对血容量。

[0048] 本实施例中第一计数器的第一计数限值、第二计数器的第二计数限值和第三计数器的第三计数限值相同。或者第一计数器的第一计数限值比第二计数器的第二计数限值大1，比第三计数器的第三计数限值大2。其中第一计数器的第一计数限值小于15，在本实施例中第一计数器的第一计数限值为5，第二计数器的第二计数限值为4，第三计数器的第三计数限值3。

[0049] 另外本实施例上述超声波回波处理装置中，滤波放大电路的输出端通过幅度采集电路连接微处理器，幅度采集电路针对滤波放大电路放大处理后的信号进行幅度采集，并且将幅度采集得到的信号发送至微处理器，微处理器根据幅度采集电路发送的信号对被测物质的相关特性进行判别。例如当被测物质是血液时，则微处理器根据幅度采集电路发送的信号判断血液中是否存在气泡，用作消除气泡影响等的处理。

[0050] 本实施例还公开了一种上述超声波检测装置中超声波回波处理装置实现的超声波检测装置中超声波回波处理方法，步骤如下：

[0051] S1、微处理器发送启动计时信号至控制门电路和皮秒级计时芯片，皮秒级计时芯片接收到启动计时信号后开始计时；同时皮秒级计时芯片脉冲信号输出端发送的脉冲信号通过波形整形电路整形后分别发送至第一计数器、第三计数器和与门电路。

[0052] S2、第一计数器接收到波形整形电路发送的信号后开始计数，控制门电路在接收到微处理器发送的启动计时信号且第一计数器计数未达到第一计数限值时，将皮秒级计时芯片发射的脉冲信号传送至驱动放大电路，通过驱动放大电路后发送至超声波发射探头，由超声波发射探头发射超声波信号；在第一计数器计数达到第一计数限值时，控制门电路停止将皮秒级计时芯片发射的脉冲信号传送至驱动放大电路，超声波发射探头停止发射超声波信号。

[0053] S3、超声波发射探头发射的超声信波号通过被测物体后，由超声波接收探头接收，超声波接收探头接收到超声波回波信号后发送至滤波放大电路，滤波放大电路进行滤波放大处理后发送至过零检测电路，过零检测电路进行过零检测后的信号发送至与门电路。

[0054] S4、与门电路两个输入端接收到过零检测电路和波形整形电路发送的信号后，对两个输入端输入的信号进行与运算，并将运算结果发送到第二计数器，由第二计数器对与门电路输出的信号进行计数；

[0055] S5、第二计数器开始计数后，启动第三计数器针对波形整形电路输出的信号进行计数，当第三计数器的计数达到第三计数限值时，则控制第二计数器关闭，停止计数；当第二计数器在关闭前的计数达到第二计数限值时，皮秒级计时芯片接收到来自于第二计数器发送停止计时信号，皮秒级计时芯片停止计时。

[0056] S6、皮秒级计时芯片根据开始计时至停止计时之间的时间间隔获取到计时结果，然后将计时结果发送至微处理器，微处理器根据计时结果计算出超声波信号在被测物中的传播时间。本步骤微处理器根据计时结果计算出超声波信号在被测物中的传播时间T为：

[0057] T＝Tc–n*Tt；

[0058] 其中n为第二计数器的第二计数限值，Tc为皮秒级计时芯片获取到的计时结果，Tt为皮秒级计时芯片脉冲信号输出端输出的脉冲信号的周期。其中超声波信号在被测物体中的传播时间T即为Tc扣除n个回波周期，也就是从启动计时信号发送到接收到超声波信号第一个回波的时间。

[0059] 其中上述步骤S5中，与门电路针对两个输入端接收到过零检测电路和波形整形电路发送的信号进行与运算，即对两路信号进行吻合比对，在两路信号全部吻合的情况下，第二计数器能够正常完成计数，即在关闭前能够计数达到第二计数限值，从而触发皮秒级计时芯片停止计时。

[0060] 本实施例中，若步骤S5中第二计数器的计数未达到第二计数限值时即停止计数时，则皮秒级计时芯片不能接收到来自于第二计数器发送停止计时信号，此时，步骤S6中微处理器在一定时间A内未接收到来自于皮秒级计时芯片的计时结果时，则控制皮秒级计时芯片复位重新发射脉冲信号；若在一定时间B内，微处理器还是未接收到来自于皮秒级计时芯片的计时结果，则说明多轮的检测均失败，此时控制皮秒级计时芯片重新发射的脉冲信号为改变相位后的脉冲信号。其中B大于A。其中A和B的值根据被测物体的超声波路径长度确定，假设测量该路径超声波传播时长理论预估值为t，则A可设定为t的3倍至5倍，B可设定为A的3倍至5倍。

[0061] 本实施例中的超声波回波处理方法还包括以下步骤：滤波放大电路放大处理后的信号发送至幅度采集电路，幅度采集电路针对滤波放大电路放大处理后的信号进行幅度采集，并且将幅度采集得到的信号发送至微处理器，微处理器根据幅度采集电路发送的信号对被测物质的相关特性进行判别。例如当被测物质是血液时，则微处理器根据幅度采集电路发送的信号判断血液中是否存在气泡，用作消除气泡影响等的处理。

[0062] 本实施例中，皮秒级计时芯片提供超声波发射探头发射所需要的脉冲信号，在接收到微处理器发送的启动计时信号后开始计时，并且由控制门电路根据启动计时信号以及第一计数器的计数结果控制皮秒级计时芯片发射的信号是否传送至超声波发射探头，由于开始时第一计数器的计数结果肯定未达到第一计数限值，因此皮秒级计时芯片在接收到启动计时信号开始计时的同时，输出的脉冲信号会通过门控制电路传送至超声波发射探头进行发射。在超声波接收探头接收到超声波回波信号后，依次进行滤波放大和过零检测后发送至与门电路，与门电路将接收到的超声波回波信号与皮秒级计时芯片发射的经过波形整形后的脉冲信号进行比对，若两路信号完全吻合，则第二计数器可以在未关闭前就计数达到第二计数限值，此时第二计数器输出有效信号至皮秒级计时芯片停止计时信号输入端，皮秒级计时芯片停止计时，并且计算出计时结果，然后传送给微处理器，微处理器根据皮秒级计时芯片的计时结果获取到超声波在被测物体中的传播时间，从而判别出被测物体的相关特性。本发明中采用皮秒级计时芯片进行计时，根据该芯片的计时结果获取到超声波在被测物体中的传播时间，由于该芯片的计时精度可以达到皮秒级，因此大大提高了超声波在被测物体中的传播时间计算精度。另外本发明通过超声波接收探头获取到超声波回波信号后，对滤波放大和过零检测后的超声波回波信号与皮秒级计时芯片发射的经过整形的脉冲信号即原始发射的脉冲信号进行比对，在两路信号全部吻合的情况下，才有第二计数器控制皮秒级计时芯片停止计时。如果超声波回波信号中夹杂有干扰波形，因其波宽或间隔不能吻合而被排除，如果漏掉一个或几个回波波峰，则第二计数器将在一轮测试规定时间内未计满被关闭而无效，因此，无论是在正常的回波基础上多出来干扰波形还是漏掉了正常的回波，皮秒级计时芯片都不能得到停止计时信号。可见，本实施例超声波在被测物中的传播时间即皮秒级计时芯片从开始计时到接收到第一个回波的时间是在获取到准确有效的时差原始数据基础上计算得到的，对于出现干扰杂波或者漏掉第一个甚至是第二个超声回波波峰的超声波回波信号，将不予采用。

[0063] 由于本实施例对干扰杂波采取波形比对、计数和时长限定三重甄别技术将干扰予以排除，而对于幅度较小的第一个超声回波不直接设置限值，因此通过本实施例方法既不会将干扰当做第一个超声回波波峰，也不会漏掉第一个甚至是第二个超声回波波峰的情况，大大提高超声波回波信息获取的准确性，保证了基于超声波回波信息的物质特征检测的检测精度。有效克服了现有技术中采用过零检测和阈值判别方法将干扰杂波当作第一个超声回波，或漏掉第一个超声回波波峰甚至第二个超声回波波峰而导致传播时间检测不准确的技术问题。

[0064] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。