[发明专利]一种高分辨超声波频率源信号处理装置及方法

权利要求书

1.一种高分辨超声波频率源信号处理装置，其特征在于：包括如下模块：

参数接收模块用于将比较电平输出到给整形模块，将频率控制字K初值、相位差比较门限参数输出到频率控制字K自动调节模块；

参考时钟模块用于接收外部晶振的时钟脉冲，并作为计数/转换模块的参考时钟；

频率控制字K自动调节模块用于根据均值滤波模块输出的平滑后的相位差，对当前频率控制字K进行增大或减小的调节，并将调节后的频率控制字K输入到DDS模块；

DDS模块用于根据频率控制字K，利用查找表的方式，生成正弦波；

整形模块用于将正弦波与比较电平进行电平比较并产生数字方波，正弦波高于比较电平时输出高电平，正弦波低于比较电平时输出低电平；

带通滤波器模块用于接收换能器电压和电流的逻辑电平方波进行滤波，还原成电压和电流正弦波；

零电平比较器用于将电压和电流正弦波变换成占空比50%的标准数字方波；

异或运算模块对电压和电流的标准数字方波进行异或逻辑运算，得到异或后的方波，并记录每个方波对应的电压和电流相位超前或滞后关系；

计数/转换模块用于以异或后的方波为计数使能信号，在一个振荡周期内利用高频的参考时钟对每个方波进行计数，得到每个方波计数值；

均值滤波模块用于利用滑窗求均值的方法对连续多个振荡周期内测量得到的方波计数值进行平均，得到平滑后的相位差，并输出到频率控制字K自动调节模块。

2.根据权利要求1所述的一种高分辨超声波频率源信号处理装置，其特征在于：所述频率控制字K调节步骤如下：

当相位差大于预先设定的相位差比较门限时，且当U相位超前I相位时，对频率控制字K的值减1；当U相位滞后I相位时，对频率控制字K的值加1；

当相位差不大于预先设定的相位差比较门限时，则不改变当前频率控制字K的值。

3.根据权利要求1所述的一种高分辨超声波频率源信号处理装置，其特征在于：所述带通滤波器模块采用以换能器振荡频率为中心频率的窄带滤波器。

4.根据权利要求1所述的一种高分辨超声波频率源信号处理装置，其特征在于：异或逻辑运算及电压和电流相位超前或滞后关系获取步骤如下：

将电压或电流的标准数字方波的一个周期作为一个振荡周期，如果电压和电流之间存在相位差，异或逻辑运算后在一个振荡周期得到两个等脉宽的方波，每个方波的脉冲宽度即代表电压和电流相位差的大小；当电压和电流相位完全一致，即相位差为零时，异或运算后在一个振荡周期得到全为0的低电平；

当每个方波在上升沿时，若电压标准数字方波为高电平且电流标准数字方波为低电平，则记录U相位超前I相位；

反之，若电流标准数字方波为高电平且电压标准数字方波为低电平，则记录U相位滞后I相位。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高分辨超声波频率源信号处理装置，其特征在于：所述参数接收模块、频率控制字K自动调节模块、DDS模块、整形模块、带通滤波器模块、零电平比较模块、异或运算模块、计数/转换模块、均值滤波模块、参考时钟模块均通过FPGA实现。