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(cè)距、超聲波無(wú)損檢測(cè)和超聲波流量計(jì)等。超聲波信號(hào)從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鞯臅r(shí)間定義為飛行時(shí)間（TOP）。TOP包含很多信息，例如TOP反映了距離測(cè)量和超聲波流量計(jì)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(jì)應(yīng)用中的TOP測(cè)定方法通常可分為三類。
第一類包括閾值檢測(cè)方法。例如動(dòng)態(tài)閾值方法、雙閾值方法和可變比率閾值方法均被開(kāi)發(fā)用于確定TOP。這些閾值方法是最簡(jiǎn)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(cè)的方法是基于超聲信號(hào)上升沿的幅度特性。因此，它們的性能會(huì)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(cè)定?；镜南嚓P(guān)方法計(jì)算兩個(gè)接收信號(hào)之間的相關(guān)函數(shù)，然后產(chǎn)生一個(gè)最大峰值，其中時(shí)移映射到兩個(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差。后來(lái)，提出了更好的相關(guān)方法，例如基于調(diào)頻激勵(lì)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(gè)缺點(diǎn)是難以根據(jù)不同的應(yīng)用條件實(shí)時(shí)更新參考波，從而導(dǎo)致TOP出現(xiàn)偏差檢測(cè)。
第三類包括基于波形擬合的TOP估計(jì)方法。在這些方法中，首先選擇合理的超聲接收信號(hào)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停缓蟛捎糜行惴▽?duì)接收到的超聲信號(hào)進(jìn)行擬合以獲取TOP。這些方法不僅提供了很高的測(cè)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(jì)算，這需要高成本的數(shù)字信號(hào)處理，并降低了實(shí)時(shí)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(hào)起伏的簡(jiǎn)便易行的飛行時(shí)間確定方法。此方法包括兩部分，即尋找超聲信號(hào)開(kāi)始檢測(cè)（USO）的大致位置以及在多個(gè)獲得的時(shí)間值中確定TOP。在第一步中，將接收到的信號(hào)分為多個(gè)段，并且根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化頻率和能量的倍數(shù)將每個(gè)段識(shí)別為超聲信號(hào)或噪聲信號(hào)。通過(guò)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(shí)間值之間的關(guān)系，選擇固定的零交叉時(shí)間值作為TOP。由于在分類過(guò)程中僅使用每個(gè)段內(nèi)的信息，因此該方法對(duì)波形變化不敏感。
這項(xiàng)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(cè)到的TOP僅依賴于當(dāng)前測(cè)量中對(duì)超聲信號(hào)的分析，而不是依賴于先前方法的兩次連續(xù)測(cè)量中的信號(hào)，且性能將不受兩次測(cè)量之間波形相似度的限制，易于實(shí)現(xiàn)和適用于嵌入式系統(tǒng)等優(yōu)勢(shì)。
