專利名稱：用于超聲飛行時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的處理算法和使用所述算法的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，具體地說(shuō)，其涉及用于超聲飛行時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的處理算法和使用這種算法的系統(tǒng)。
在兩維或三維數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中使用超聲飛行時(shí)間測(cè)量是公知的。這種系統(tǒng)使用一個(gè)發(fā)送器發(fā)送被設(shè)在多個(gè)位置的接收機(jī)接收的超聲脈沖。另一種方案使用具有一個(gè)接收機(jī)的多個(gè)發(fā)送機(jī)。在每種情況下，通過(guò)測(cè)量所述脈沖從發(fā)送機(jī)到接收機(jī)的飛行時(shí)間，便可以計(jì)算它們之間的距離。發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的同步可以通過(guò)硬布線連接或者通過(guò)無(wú)線電磁鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
接收的每個(gè)超聲脈沖的開始的識(shí)別是很重要的。一般用于產(chǎn)生脈沖的發(fā)送機(jī)元件的反應(yīng)特性和在傳輸期間信號(hào)的分散使脈沖在到達(dá)其最大幅值之前在若干周期內(nèi)上升。結(jié)果，被設(shè)置用于在背景噪聲中可靠地識(shí)別脈沖信號(hào)的門限值可以在不同的脈沖階段被觸發(fā)。根據(jù)發(fā)送機(jī)-接收機(jī)的距離和各種環(huán)境條件，在第一周期期間，有時(shí)在第二周期期間，有時(shí)在第三周期期間所述門限值有時(shí)可以被超過(guò)，這便導(dǎo)致相當(dāng)?shù)牟痪_(見(jiàn)圖1和圖2)。對(duì)于一般40kHz的操作頻率，并取聲音的速度為330m/s，每個(gè)周期大約相應(yīng)于8mm的距離。對(duì)于一般的應(yīng)用，例如用于寫操作的數(shù)字轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)之類，這個(gè)誤差范圍是不能接受的。
常規(guī)的超聲數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)在其硬件配置上也有一些不靈活。一般地說(shuō)，預(yù)定的接收機(jī)配置是按照每個(gè)給定的應(yīng)用生產(chǎn)的。此時(shí)電子元件被集中在一個(gè)控制盒中。這種安排在使系統(tǒng)適用于較大尺寸的應(yīng)用時(shí)具有很少或根本沒(méi)有靈活性。
因此，需要一種系統(tǒng)和方法，用于精確地跟蹤由發(fā)送機(jī)到接收機(jī)的壓力波的脈沖序列的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離的改變。此外，需要提供一種模塊接收機(jī)系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中可以增加接收機(jī)單元的數(shù)量，以便覆蓋任何所需的區(qū)域。
本發(fā)明是用于超聲飛行時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的一種算法，以及使用這種算法的系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的教導(dǎo)，提供一種用于跟蹤由壓力波振蕩的脈沖序列從發(fā)送機(jī)到接收機(jī)的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D的改變的方法，所述壓力波振蕩具有給定的波長(zhǎng)和波周期，所述方法包括(a)通過(guò)獲得從滿足給定的同步準(zhǔn)則的相繼的壓力波脈沖導(dǎo)出的至少兩個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量識(shí)別同步操作的狀態(tài)；(b)監(jiān)視相繼的飛行時(shí)間測(cè)量，以便識(shí)別和由許多以前的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算出的預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值相差至少半個(gè)波周期的漂移的飛行時(shí)間測(cè)量；(c)識(shí)別相應(yīng)于波周期的整數(shù)倍的漂移系數(shù)，必須利用所述漂移系數(shù)校正所述漂移的飛行時(shí)間測(cè)量，從而獲得落在和預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值相差半個(gè)波周期范圍內(nèi)的校正的飛行時(shí)間測(cè)量；以及(d)利用漂移系數(shù)和壓力波波長(zhǎng)的乘積校正由漂移的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，利用一種被配置用于識(shí)別在周期內(nèi)的預(yù)定點(diǎn)的技術(shù)進(jìn)行飛行時(shí)間測(cè)量，例如通過(guò)識(shí)別在信號(hào)超過(guò)給定的門限值之后接收的信號(hào)的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行飛行時(shí)間測(cè)量。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，漂移系數(shù)超過(guò)預(yù)定的最大值的漂移飛行時(shí)間測(cè)量被丟棄，所述最大值一般小于3。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，校正的飛行時(shí)間測(cè)量被用作下一次飛行時(shí)間測(cè)量的監(jiān)視步驟的前一次飛行時(shí)間測(cè)量。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，通過(guò)獲得由相繼的壓力波脈沖導(dǎo)出的至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量識(shí)別同步操作的狀態(tài)，對(duì)于所述至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量，相繼的飛行時(shí)間測(cè)量的改變小于半個(gè)波周期。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，通過(guò)獲得由相繼的壓力波脈沖導(dǎo)出的至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量識(shí)別同步操作的狀態(tài)，所述至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量基本上按線性改變。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，由至少兩個(gè)先前的飛行時(shí)間測(cè)量，通過(guò)幾何外推，最好通過(guò)適合先前的3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量的二次多項(xiàng)式的外推，計(jì)算預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，進(jìn)行至少一個(gè)補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)，響應(yīng)所述補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)選擇地進(jìn)行校正步驟。
補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)可以包括確定超過(guò)正負(fù)信號(hào)幅值門限的順序，或者可以包括(a)確定在超過(guò)信號(hào)幅值門限之后出現(xiàn)的至少一個(gè)峰值信號(hào)幅值；以及(b)計(jì)算所述峰值信號(hào)幅值是否和前一個(gè)脈沖的相應(yīng)的峰值信號(hào)幅值之差大于一個(gè)預(yù)定的比。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述發(fā)送機(jī)和繪畫工具相關(guān)，所述繪畫工具包括用于識(shí)別所述繪畫工具和表面之間的有效接觸的接觸開關(guān)，響應(yīng)所述有效接觸的識(shí)別開始發(fā)送脈沖序列，所述方法還包括在接觸開關(guān)停止指示有效接觸之后的一個(gè)給定的延遲時(shí)間內(nèi)，一般至少大約1/2秒，繼續(xù)發(fā)送脈沖序列，使得在間歇的接觸期間保持同步操作的狀態(tài)。
按照本發(fā)明的教導(dǎo)，提供一種用于處理定時(shí)信息和接收的相應(yīng)于由接收機(jī)接收的壓力波振蕩的脈沖序列的信號(hào)的系統(tǒng)，用于跟蹤由所述脈沖的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D的改變，所述壓力波振蕩具有給定的波長(zhǎng)和波周期，所述系統(tǒng)包括(a)信號(hào)處理器，用于處理接收的信號(hào)，從而導(dǎo)出每個(gè)脈沖的實(shí)際的到達(dá)時(shí)間；(b)和所述信號(hào)處理器相關(guān)的定時(shí)模塊，所述定時(shí)模塊被構(gòu)成用于由定時(shí)信息和實(shí)際到達(dá)時(shí)間導(dǎo)出每個(gè)脈沖的飛行時(shí)間；(c)和定時(shí)模塊相關(guān)的同步操作模塊，其被構(gòu)成用于分析飛行時(shí)間，從而識(shí)別當(dāng)至少兩個(gè)相繼脈沖波滿足預(yù)定的同步準(zhǔn)則時(shí)的同步操作的狀態(tài)；(d)和所述定時(shí)模塊相關(guān)的監(jiān)視模塊，其被構(gòu)成用于監(jiān)視相繼的飛行時(shí)間測(cè)量，以便識(shí)別漂移的飛行時(shí)間測(cè)量，所述漂移的飛行時(shí)間測(cè)量和由若干個(gè)先前的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值的差值至少是半個(gè)波周期；(e)和監(jiān)視模塊相關(guān)的漂移系數(shù)模塊，其被構(gòu)成用于識(shí)別相應(yīng)于波周期的整數(shù)倍的漂移系數(shù)，必須利用所述漂移系數(shù)校正所述漂移的飛行時(shí)間測(cè)量，以便獲得落在離開所述預(yù)測(cè)飛行時(shí)間值半個(gè)波周期之內(nèi)的校正的飛行時(shí)間測(cè)量；以及(f)和所述定時(shí)模塊相關(guān)的校正模塊，其被構(gòu)成用于利用漂移系數(shù)和壓力波波長(zhǎng)的乘積校正由漂移的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，預(yù)定的同步準(zhǔn)則包括，對(duì)于由第一、第二和第三相繼脈沖分別計(jì)算的第一、第二和第三飛行時(shí)間測(cè)量，第一和第二飛行時(shí)間測(cè)量之間的差以及第二和第三飛行時(shí)間測(cè)量之間的差都小于半個(gè)波周期，或者由相繼壓力波脈沖導(dǎo)出的至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量基本上線性地改變。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述信號(hào)處理器被構(gòu)成用于識(shí)別周期內(nèi)的預(yù)定的點(diǎn)作為實(shí)際的到達(dá)時(shí)間。這個(gè)點(diǎn)一般相應(yīng)于在信號(hào)超過(guò)給定的門限值之后接收的信號(hào)的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，所述信號(hào)處理器進(jìn)行至少一個(gè)補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)，所述校正模塊被構(gòu)成用于響應(yīng)補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)選擇地校正距離D。這個(gè)試驗(yàn)可以包括確定正負(fù)信號(hào)幅值門限被超過(guò)的順序，或者可以包括(a)確定在信號(hào)幅值門限被超過(guò)之后發(fā)生的至少一個(gè)峰值信號(hào)幅值；以及(b)計(jì)算所述峰值信號(hào)幅值是否和前一個(gè)脈沖的相應(yīng)的峰值信號(hào)幅值之差大于一個(gè)預(yù)定的比。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，監(jiān)視模塊由至少兩個(gè)先前的飛行時(shí)間測(cè)量通過(guò)幾何外推計(jì)算預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值，其中一般通過(guò)適合于先前的3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量的二次多項(xiàng)式的外推進(jìn)行所述計(jì)算。
按照本發(fā)明的教導(dǎo)還提供一種發(fā)送機(jī)裝置，用于數(shù)字化手持繪畫工具的筆畫，所述繪畫工具具有一個(gè)本體和筆尖，所述發(fā)送機(jī)裝置包括(a)具有孔的殼體，所述殼體被構(gòu)成用于接收繪畫工具的本體的部分，使其筆尖通過(guò)所述的孔延伸；(b)被如此使用的常閉開關(guān)，使得其借助于由施加于筆尖上的壓力引起的繪畫工具和殼體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而斷開；以及(c)用于使繪畫工具朝向使開關(guān)閉合的向前位置偏置。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，還提供一種副彈簧，其比主彈簧弱，用于沿著向后的方向作用在繪畫工具上，從而使得繪畫工具懸掛在所述殼體內(nèi)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，還提供沿著和主彈簧相關(guān)的用于對(duì)準(zhǔn)中心的元件，所述元件還用于提供一個(gè)鄰接表面，其構(gòu)型使得在殼體內(nèi)的中央對(duì)準(zhǔn)繪畫工具的后端。
按照本發(fā)明的教導(dǎo)還提供用于識(shí)別在至少兩維中的脈沖的壓力波信號(hào)的發(fā)送機(jī)的位置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)互連的模塊接收機(jī)單元，每個(gè)模塊接收機(jī)單元包括(a)壓力波接收機(jī)，其被配置用于把接收的壓力波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；(b)和所述壓力波接收機(jī)相關(guān)的信號(hào)處理器，其被配置用于處理電信號(hào)，從而產(chǎn)生表示收到脈沖的壓力波信號(hào)的脈沖的檢測(cè)輸出；(c)和所述信號(hào)處理器相關(guān)的定時(shí)模塊，其響應(yīng)所述檢測(cè)輸出和外部提供的同步輸入，測(cè)量脈沖的飛行時(shí)間；以及(d)和所述定時(shí)模塊相關(guān)的輸出模塊，其被配置用于輸出關(guān)于飛行時(shí)間的數(shù)據(jù)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)特征，多個(gè)互連的模塊接收機(jī)單元通過(guò)公共數(shù)據(jù)線被互連，模塊接收機(jī)單元的輸出模塊被配置用于提供級(jí)聯(lián)觸發(fā)功能，用于觸發(fā)由所有的模塊接收機(jī)單元沿著所述公共數(shù)據(jù)線按順序地進(jìn)行所述輸出數(shù)據(jù)的傳輸。
下面以舉例方式參照


本發(fā)明，其中圖1是在脈沖開始時(shí)超聲信號(hào)幅值隨時(shí)間變化的曲線，在脈沖的第二個(gè)周期期間超過(guò)一個(gè)門限；圖2是在脈沖開始時(shí)超聲信號(hào)幅值隨時(shí)間變化的曲線，在脈沖的第三個(gè)周期期間超過(guò)一個(gè)門限；圖3是對(duì)于相繼的脈沖得到的距離對(duì)時(shí)間的曲線，用于說(shuō)明按照本發(fā)明的算法的第一方面；圖4A和圖4B是在兩個(gè)脈沖的開始超聲信號(hào)幅值對(duì)時(shí)間的曲線，說(shuō)明按照本發(fā)明的正負(fù)門限技術(shù)的應(yīng)用；圖5A和圖5B是在另兩個(gè)脈沖的開始超聲信號(hào)幅值對(duì)時(shí)間的曲線，說(shuō)明使用峰值幅值檢測(cè)的圖4A、圖4B的技術(shù)的改進(jìn)；圖6是系統(tǒng)中的接收機(jī)模塊的方塊圖，其按照本發(fā)明的技術(shù)被構(gòu)成和操作，用于跟蹤由壓力波脈沖的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D的變化；圖7是包括若干個(gè)圖6的模塊的系統(tǒng)的方塊圖；以及圖8是發(fā)送機(jī)裝置的示意的截面圖，所述發(fā)送機(jī)按照本發(fā)明的教導(dǎo)被構(gòu)成和操作，用于對(duì)手持的繪畫工具的筆畫進(jìn)行數(shù)字化的系統(tǒng)。
本發(fā)明是一種用于超聲飛行時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的處理算法和相應(yīng)的系統(tǒng)。本發(fā)明還提供一種用于對(duì)電磁同步信號(hào)中的信息進(jìn)行編碼的技術(shù)。通過(guò)參照附圖和結(jié)合附圖進(jìn)行的說(shuō)明，可以更好地理解按照本發(fā)明的所述系統(tǒng)、算法和技術(shù)的原理和操作。
在說(shuō)明本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)之前，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，本發(fā)明可應(yīng)用于從發(fā)送機(jī)到接收機(jī)的距離可以通過(guò)壓力波脈沖的飛行時(shí)間測(cè)量的任何情況。在最低限度的情況下，這可能是一個(gè)發(fā)送機(jī)/接收機(jī)對(duì)。不過(guò)，一般地說(shuō)，這種系統(tǒng)使用至少兩個(gè)接收機(jī)，用于進(jìn)行二維測(cè)量，或者至少3個(gè)接收機(jī)，用于三維測(cè)量。此外，可以使用多個(gè)發(fā)送機(jī)和一個(gè)接收機(jī)。在任何情況下，本發(fā)明的技術(shù)主要涉及由一個(gè)接收機(jī)接收的來(lái)自一個(gè)發(fā)送機(jī)的信號(hào)的處理，其可以應(yīng)用于系統(tǒng)內(nèi)的任何發(fā)送機(jī)/接收機(jī)對(duì)。
現(xiàn)在參看附圖，圖1和圖2表示隨著幅值經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期的增加而開始的兩個(gè)超聲脈沖。如前所述，在幾個(gè)不同的脈沖幅值包絡(luò)級(jí)，可以超過(guò)一個(gè)恒定的幅值門限。在此處所示的例子中，在圖1的脈沖的第二個(gè)周期期間，所述門限被超過(guò)，而在圖2中，只有脈沖的第三周期才超過(guò)所述門限。在測(cè)量距離時(shí)，例如在所示頻率下的周期之間的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生明顯的間斷點(diǎn)或者“跳躍”。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于跟蹤由飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D的改變的方法，所述飛行時(shí)間測(cè)量是從發(fā)送機(jī)到接收機(jī)的壓力波振蕩的脈沖序列的飛行時(shí)間測(cè)量。一般地說(shuō)，所述方法包括通過(guò)獲得從滿足一些預(yù)定的同步準(zhǔn)則的相繼的壓力波脈沖導(dǎo)出的至少兩個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量識(shí)別同步操作的狀態(tài)。一組優(yōu)選的同步準(zhǔn)則是，從用于進(jìn)行飛行時(shí)間測(cè)量的相繼的壓力波脈沖導(dǎo)出的至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量的差別小于波的周期k的一半。因而，參見(jiàn)圖3，在t1取的第一飛行時(shí)間測(cè)量20用于限定圍繞測(cè)量值±k/2的范圍。然后，在t2取的下一個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量22和所述范圍比較。當(dāng)兩個(gè)相繼的測(cè)量都落在離開前一個(gè)讀數(shù)的這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)操作被定義為同步的。
附帶說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)注意，這些關(guān)于同步操作的準(zhǔn)則既不是絕對(duì)必須的，也不是唯一的。因而，例如，可能需要通過(guò)使其它準(zhǔn)則也能被定義為“同步操作”補(bǔ)充這些準(zhǔn)則。在一個(gè)例子中，D在3個(gè)相繼測(cè)量?jī)?nèi)的線性改變可被認(rèn)為是同步操作，即使D的改變可以超過(guò)測(cè)量之間的±k/2。
在進(jìn)入同步操作之后，監(jiān)視相繼的飛行時(shí)間測(cè)量，以便識(shí)別處于離開預(yù)定的飛行時(shí)間值k/2范圍之外的第一飛行時(shí)間測(cè)量，所述預(yù)定的飛行時(shí)間值是由許多以前的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算獲得的。在這種情況下，第一個(gè)所謂的“漂移的飛行時(shí)間測(cè)量”26發(fā)生在t4。預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值可以用若干個(gè)方法計(jì)算。最好是，所述計(jì)算基于由至少兩個(gè)先前的距離測(cè)量進(jìn)行的幾何外推。在一種特別有效的實(shí)施中，所述外基于和先前的3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量擬合的二解多項(xiàng)式。
所述的方法然后識(shí)別相應(yīng)于波周期k的整數(shù)倍的漂移系數(shù)，漂移的飛行時(shí)間測(cè)量必須利用所述系數(shù)進(jìn)行校正，以便獲得一個(gè)校正的落在距離前一個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量半個(gè)波周期內(nèi)的校正的飛行時(shí)間測(cè)量。在這種情況下，需要-1的漂移系數(shù)。然后，由漂移的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D利用漂移系數(shù)和壓力波波長(zhǎng)的乘積進(jìn)行校正，以便把漂移的飛行時(shí)間測(cè)量26變換為校正的測(cè)量28。一般作一個(gè)這樣的假設(shè)，即，下一次測(cè)量也應(yīng)當(dāng)用相同的漂移系數(shù)校正，直到遇到新的和預(yù)測(cè)的值失配的值。
顯然，在這種方法中的漂移系數(shù)應(yīng)當(dāng)限制于一些合理的值。更可能由于聲的干擾或者由于暫時(shí)的故障而不是由檢測(cè)周期的多次漂移而出現(xiàn)多個(gè)波長(zhǎng)的測(cè)量距離中突然的未預(yù)測(cè)到的改變。一般地說(shuō)，預(yù)料在檢測(cè)之間只有一個(gè)或者最多有兩個(gè)周期的改變。
應(yīng)當(dāng)注意，然后使用校正的值28預(yù)測(cè)下一個(gè)飛行時(shí)間值。初始計(jì)算假定漂移系數(shù)和前一次測(cè)量中使用的漂移系數(shù)相同。不過(guò)，如圖所示，如果使用相同的漂移系數(shù)計(jì)算的下一個(gè)自動(dòng)校正的測(cè)量32和預(yù)測(cè)值的偏差大于半個(gè)波長(zhǎng)，則使用相反的漂移系數(shù)重新對(duì)預(yù)測(cè)值30進(jìn)行測(cè)量。
在概念上，這種方法對(duì)由于檢測(cè)周期之間的轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致的不連續(xù)性問(wèn)題提供特別簡(jiǎn)單的解決辦法。假定脈沖之間的間隔足夠小，使得在脈沖之間移動(dòng)的距離總是小于k/2。超過(guò)k/2的跳躍則明顯地表示發(fā)生了在檢測(cè)周期之間的轉(zhuǎn)變。在原理上，引起每一步的在距離前一次測(cè)量的所需的范圍內(nèi)的這種跳躍的累加的校正應(yīng)當(dāng)提供所述問(wèn)題的完整的解決。實(shí)際上，某些情況例如發(fā)送機(jī)裝置的極度的加速可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的校正。最好提供各種改進(jìn)，以便處理這類有問(wèn)題的情況，現(xiàn)在就對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。
為了解決這類問(wèn)題的對(duì)本發(fā)明的改進(jìn)可以被細(xì)分為兩類。首先，采取對(duì)檢測(cè)處理進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和穩(wěn)定化的步驟，借以減少異常測(cè)量的比例。其次，作為另一種方法，或者作為最好在同時(shí)采用的一種方法，基于上述的主要算法的測(cè)量的“校正”可以根據(jù)被設(shè)計(jì)用于證實(shí)所述校正的至少一個(gè)補(bǔ)充漂移試驗(yàn)的性能進(jìn)行。
關(guān)于檢測(cè)處理的標(biāo)準(zhǔn)化和穩(wěn)定化，按照本發(fā)明的飛行時(shí)間測(cè)量最好通過(guò)一種被設(shè)計(jì)用于識(shí)別周期內(nèi)的一個(gè)預(yù)定點(diǎn)的技術(shù)進(jìn)行。這類技術(shù)中的一種最簡(jiǎn)單的技術(shù)是識(shí)別在信號(hào)超過(guò)給定的門限值之后接收的信號(hào)的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)。
關(guān)于補(bǔ)充漂移試驗(yàn)，具有許多可能的方法，每種方法都可以單獨(dú)使用或者和其它方法結(jié)合使用。
第一種補(bǔ)充漂移試驗(yàn)如圖4A和圖4B所示。圖4A表示在第一周期內(nèi)在點(diǎn)42就超過(guò)正門限40的信號(hào)，而圖4B表示在第二周期的點(diǎn)44超過(guò)正門限的信號(hào)。這兩種情況按照本發(fā)明最好通過(guò)增加一個(gè)相應(yīng)的負(fù)門限46并確定正負(fù)幅值門限被超過(guò)的順序來(lái)識(shí)別。因而，在圖4A中，正門限40在負(fù)門限46在點(diǎn)43被超過(guò)之前被超過(guò)。在另一方面，在圖4B中，負(fù)門限46第一次在點(diǎn)45被超過(guò)。這種順序的轉(zhuǎn)換可用于指示檢測(cè)周期中發(fā)生的改變。
在另一方面，圖5A和圖5B表示單獨(dú)使用這最后的方法并不總是足夠的。具體地說(shuō)，圖5A表示由在點(diǎn)50的正檢測(cè)跟隨著的在點(diǎn)48的負(fù)檢測(cè)。在另一方面，圖5B表示由在點(diǎn)54的負(fù)檢測(cè)跟隨著的在點(diǎn)53的正檢測(cè)。不過(guò)，在兩種情況下，信號(hào)都是在信號(hào)的第一周期期間被檢測(cè)到。
為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，作為另一種方法，或者作為圖4A和圖4B所示的基于順序的算法的另一種改進(jìn)，至少一個(gè)補(bǔ)充漂移試驗(yàn)最好包括確定至少一個(gè)在信號(hào)幅值門限被超過(guò)之后發(fā)生的峰值信號(hào)幅值，并比較這個(gè)峰值幅值和先前檢測(cè)的相應(yīng)的幅值。這樣，取圖5A和圖5B作為相繼脈沖的檢測(cè)，在檢測(cè)A1和A2之后分別測(cè)量的峰值信號(hào)幅值是相當(dāng)接近的。在另一方面，在圖4A和4B的相繼的脈沖中，第二峰值幅值A(chǔ)2遠(yuǎn)大于A1。因而，來(lái)自相繼檢測(cè)的峰值幅值測(cè)量之間的上述給定預(yù)定值的比可以作為在檢測(cè)周期中的變化的指示。正負(fù)門限超過(guò)數(shù)反向和在檢測(cè)之后峰值幅值的大的改變這一對(duì)準(zhǔn)則一起使用可以提供特別健壯的證實(shí)算法，用于可疑的檢測(cè)周期轉(zhuǎn)換。
現(xiàn)在參看圖6，應(yīng)當(dāng)理解，上述的算法可以用許多方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的系統(tǒng)一般由若干個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊可以用多種形式實(shí)現(xiàn)。其中包括軟件模塊，它們是能夠完成系統(tǒng)的功能的軟件程序，如下所述。這些軟件模塊應(yīng)當(dāng)以合適的程序語(yǔ)言編寫，例如C語(yǔ)言或C++，這些語(yǔ)言應(yīng)當(dāng)和運(yùn)行這些模塊的計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)兼容。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，這種編程語(yǔ)言的選擇是容易的。在下面，術(shù)語(yǔ)“計(jì)算機(jī)”包括但不限于具有操作系統(tǒng)例如DOS，WindowsTM，OS/2TM或Linux的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)；MackintoshTM計(jì)算機(jī)；具有JAVATM作為操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)；以及圖形工作站，例如Sun MictosystemsTM和Silicon GraphicsTM的計(jì)算機(jī)，或其它具有UNIX操作系統(tǒng)的一些版本例如AIX或SOLARISTM的計(jì)算機(jī)；或者具有其它已知的并可得到的操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)以及計(jì)算硬件和操作系統(tǒng)的其它的合適的組合。在下面，術(shù)語(yǔ)“WindowsTM”包括但不限于Windows95TM，Windows3.xTM，其中x是整數(shù)，例如“1”，WindowsNTTM，Windows98TM，WindowsCETM，和由微軟公司(Seattle，Washington，USA)新開發(fā)或升級(jí)的操作系統(tǒng)，以及微軟公司的任何其它的操作系統(tǒng)。
此外，所述模塊可以作為硬件被單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，或者作為硬件和軟件的組合被稱為“固件”來(lái)實(shí)現(xiàn)，其包括被燒在ROM(只讀存儲(chǔ)器)芯片上的軟件程序指令。許多這種模塊可以包括易失的和非易失的存儲(chǔ)器，或其它所需的任何種類的存儲(chǔ)器件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地進(jìn)行精確的實(shí)施。在任何情況下，此處的模塊按照功能而不是像物理上那樣嚴(yán)格的單獨(dú)的實(shí)體被描述。
在將要對(duì)照?qǐng)D6和圖7說(shuō)明的一個(gè)特別有利的實(shí)施例中，數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)使用多個(gè)模塊接收機(jī)單元100來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們可以被串聯(lián)連接在一起而具有所需的長(zhǎng)度，從而覆蓋一個(gè)給定的區(qū)域。一般地說(shuō)，至少使用兩個(gè)單元，最好至少使用4個(gè)單元。還發(fā)現(xiàn)使用偶數(shù)個(gè)單元是有利的，從而使每對(duì)單元被最佳地使用，此時(shí)具有重疊的“視野”，以便接收所述區(qū)域的每個(gè)子部分。
更具體地說(shuō)，在圖6所示的機(jī)構(gòu)中，接收機(jī)單元100被構(gòu)成用于跟蹤按照上述的本發(fā)明的技術(shù)由壓力波脈沖飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D的變化。因而，接收機(jī)單元100具有信號(hào)處理器102，用于處理來(lái)自超聲接收機(jī)103的信號(hào)，導(dǎo)出每個(gè)脈沖的實(shí)際到達(dá)時(shí)間，一般取在接收的信號(hào)超過(guò)給定的門限值之后的第一次過(guò)零點(diǎn)。然后定時(shí)模塊104由實(shí)際的到達(dá)時(shí)間導(dǎo)出和脈沖定時(shí)信息導(dǎo)出每個(gè)脈沖的飛行時(shí)間，最好由一般來(lái)自紅外接收機(jī)的定時(shí)輸入105導(dǎo)出。然后，飛行時(shí)間值利用同步操作模塊106、監(jiān)視模塊108、漂移系數(shù)模塊110和校正模塊112進(jìn)行處理，以便調(diào)整由于檢測(cè)周期的轉(zhuǎn)換而導(dǎo)致的跳躍。具體地說(shuō)，同步操作模塊106分析飛行時(shí)間，以便識(shí)別同步操作的狀態(tài)，監(jiān)視模塊108監(jiān)視相繼的飛行時(shí)間測(cè)量，以便識(shí)別漂移的飛行時(shí)間測(cè)量。然后漂移系數(shù)模塊110識(shí)別相應(yīng)于波周期的整數(shù)倍的漂移系數(shù)，漂移的飛行時(shí)間測(cè)量必須利用所述漂移系數(shù)進(jìn)行校正，以便獲得落在距離預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間測(cè)量半個(gè)波周期之內(nèi)的校正的飛行時(shí)間測(cè)量。一般地說(shuō)，漂移系數(shù)模塊110被構(gòu)成用于指定任何漂移系數(shù)超過(guò)2最好超過(guò)1的漂移的飛行時(shí)間測(cè)量作為錯(cuò)誤的測(cè)量。校正模塊相應(yīng)地校正由漂移的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D。然后把校正過(guò)所D值反饋到監(jiān)視模塊108，以便被用作前一次飛行時(shí)間測(cè)量，用于監(jiān)視下一次飛行時(shí)間測(cè)量。
關(guān)于上述的補(bǔ)充漂移試驗(yàn)，最好作為信號(hào)處理器102的一部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，或者附帶地，可以提供單獨(dú)的補(bǔ)充漂移試驗(yàn)?zāi)K114。
為了幫助實(shí)現(xiàn)上述的接收機(jī)單元100的模塊連接，最好由輸出模塊116提供和外部裝置例如計(jì)算機(jī)的外設(shè)的距離測(cè)量的通信。輸出模塊116最好具有輸入、輸出和復(fù)位觸發(fā)連接，用于控制選通要在公共數(shù)據(jù)線上連接的大量單元的傳輸序列，如下所述。輸出模塊116還提供數(shù)據(jù)輸出并選擇地提供數(shù)據(jù)輸入連接，這些可以利用所需的連接格式例如RS232接口實(shí)現(xiàn)。
圖7示意地表示有多少個(gè)接收機(jī)單元100通過(guò)公共數(shù)據(jù)線122和124被組合在系統(tǒng)中。每個(gè)單元的觸發(fā)輸出和下一個(gè)單元的觸發(fā)輸入相連，第一個(gè)單元(“通道1”)的觸發(fā)輸入和地連接。沿著IR同步線128被提供給每個(gè)單元100的IR信號(hào)定時(shí)模塊105的來(lái)自接收機(jī)126的輸出產(chǎn)生觸發(fā)復(fù)位。所述觸發(fā)復(fù)位對(duì)于啟動(dòng)所述單元等待下一個(gè)接收的壓力波脈沖和設(shè)置其觸發(fā)輸出為“高”是有效的。在接收壓力波信號(hào)和計(jì)算相應(yīng)的距離測(cè)量之后，每個(gè)接收機(jī)單元100被配置處于等待狀態(tài)，直到其觸發(fā)輸入為“低”(即地)，然后傳輸其距離測(cè)量數(shù)據(jù)。在傳輸之后其立即把其觸發(fā)輸出設(shè)置為低。結(jié)果，產(chǎn)生鏈響應(yīng)，其中每個(gè)信道傳輸其數(shù)據(jù)，并然后觸發(fā)下一個(gè)信道的傳輸。按照由觸發(fā)輸出和輸入的連接指示的傳輸順序，外部設(shè)備可以容易地識(shí)別哪些數(shù)據(jù)來(lái)自哪個(gè)接收機(jī)，因而總是從永久和地相連的信道開始。在數(shù)據(jù)傳輸中也可以包括附加的識(shí)別信息。
應(yīng)當(dāng)注意，所述的機(jī)構(gòu)提供了極大的機(jī)構(gòu)靈活性和簡(jiǎn)單性。因?yàn)槊總€(gè)接收機(jī)單元100只進(jìn)行其自身的相當(dāng)簡(jiǎn)單的信號(hào)處理和計(jì)算，所以單元的內(nèi)部機(jī)構(gòu)是簡(jiǎn)單的，并且能夠以低的成本來(lái)實(shí)施。因此，因?yàn)樗械慕邮諜C(jī)單元都相同，所有可以使生產(chǎn)成本降到最低。
所述系統(tǒng)的模塊性質(zhì)使得系統(tǒng)可以擴(kuò)展以便覆蓋大的區(qū)域，除去添加接收機(jī)單元之外不用進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改變。在外部設(shè)備執(zhí)行的三角測(cè)量算法中所需的相應(yīng)的改變是簡(jiǎn)單的。如果需要，外部設(shè)備也可以被編程，以便自動(dòng)地適應(yīng)現(xiàn)有的接收機(jī)單元的數(shù)量。
最后參看圖8，其中表示發(fā)送機(jī)裝置60的一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述發(fā)送機(jī)裝置60用于對(duì)手持繪畫工具62的筆畫進(jìn)行數(shù)字化的系統(tǒng)。發(fā)送機(jī)裝置60包括殼體64，其被構(gòu)成用于接收繪畫工具62的本體的至少一部分，繪畫工具的筆尖通過(guò)孔66伸出。發(fā)送機(jī)裝置60的一個(gè)特別的特征是，繪畫工具筆尖和表面的有效的接觸利用常閉開關(guān)68進(jìn)行識(shí)別。術(shù)語(yǔ)“常閉開關(guān)”用于指這樣一種開關(guān)結(jié)構(gòu)，其中由所述開關(guān)正常進(jìn)行的電路切斷檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，常閉開關(guān)68被這樣使用，使得所述開關(guān)被由施加于操作筆尖的壓力而引起的繪畫工具62和殼體64之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而斷開。主彈簧70用于使繪畫工具62向著使開關(guān)68閉合的前方位置偏置。
和常規(guī)的在預(yù)定距離的行程之后動(dòng)作的微動(dòng)開關(guān)相比，使用常閉開關(guān)通過(guò)檢測(cè)繪畫工具和殼體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的開始提供和表面接觸的立即檢測(cè)。
最好是，使用比主彈簧70弱的副彈簧72，沿向后的方向作用在繪畫工具62上，即趨向使筆尖縮回。彈簧70和72的反抗和對(duì)準(zhǔn)用于使繪畫工具正確地對(duì)準(zhǔn)，從而被懸掛在殼體64內(nèi)，并使得殼體能夠適應(yīng)具有一定長(zhǎng)度范圍的繪畫工具。與此同時(shí)，較強(qiáng)的主彈簧70確保當(dāng)對(duì)繪畫工具62的筆尖不施加接觸力時(shí)開關(guān)68返回其閉合狀態(tài)。
在此處所示的例子中，常閉開關(guān)68被用在殼體64的可拆下的蓋部分64a中。不過(guò)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，也可以使用其中開關(guān)68位于其它位置例如開孔66附近的其它結(jié)構(gòu)。
發(fā)送機(jī)裝置60的另一個(gè)優(yōu)選的特征是一般和主彈簧70相關(guān)的用于對(duì)準(zhǔn)中心的元件74，其提供一個(gè)鄰接的表面76，其形狀使得能夠?qū)?zhǔn)繪畫工具62的后端，使其位于殼體64的空心圓柱的中央。這確保繪畫工具在殼體64內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)，而其外部尺寸無(wú)關(guān)，并避免繪畫工具和殼體64的摩擦接觸，否則將干擾開關(guān)68的操作。最好是，鄰接表面76形成有錐形的凸起78，其在彈簧70和72的作用下，自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)大部分標(biāo)記繪畫工具的后端都具有的軸向槽的中心。
關(guān)于發(fā)送機(jī)裝置的電路，這一般是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，其只需要同步地發(fā)送壓力波脈沖和電磁發(fā)送機(jī)。選擇地，電磁信號(hào)可以傳輸附加信息，例如繪畫工具的顏色和一個(gè)或幾個(gè)開關(guān)的狀態(tài)。
發(fā)送機(jī)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)特定問(wèn)題和在短的筆畫期間要保持同步相關(guān)。為了避免不經(jīng)濟(jì)的連續(xù)的發(fā)送，繪畫工具例如畫筆和橡皮一般使用接觸開關(guān)識(shí)別繪畫工具和表面之間的有效接觸。當(dāng)形成有效接觸時(shí)，開始輸入超聲脈沖序列。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)本發(fā)明的功能需要建立“同步操作”，由短的接觸筆畫引起的超聲發(fā)送機(jī)的反復(fù)停止和啟動(dòng)將導(dǎo)致重復(fù)的失步。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，最好在接觸開關(guān)停止表示操作接觸之后一個(gè)給定的延遲時(shí)間期間，一般大約1/2秒，繼續(xù)發(fā)送脈沖序列。用這種方式，使得在間歇的接觸期間維持同步操作狀態(tài)。然后，接觸開關(guān)的狀態(tài)分別被傳送給基本單元，或者通過(guò)已經(jīng)存在的硬線連接，或者最好通過(guò)從發(fā)送機(jī)單元到相應(yīng)的電磁接收機(jī)的電磁鏈路。在后一種情況下，壓力波信號(hào)的發(fā)送和電磁信號(hào)的發(fā)送被持續(xù)一個(gè)延遲的時(shí)間。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，上面的說(shuō)明只作為例子，在本發(fā)明的范圍和構(gòu)思內(nèi)可以作出各種改變和改型。
權(quán)利要求
1.一種用于跟蹤由壓力波振蕩的脈沖序列從發(fā)送機(jī)到接收機(jī)的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D的改變的方法，所述壓力波振蕩具有給定的波長(zhǎng)和波周期，所述方法包括(a)通過(guò)獲得從滿足給定的同步準(zhǔn)則的相繼的壓力波脈沖導(dǎo)出的至少兩個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量識(shí)別同步操作的狀態(tài)；(b)監(jiān)視相繼的飛行時(shí)間測(cè)量，以便識(shí)別和由許多以前的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算出的預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值相差至少半個(gè)波周期的漂移的飛行時(shí)間測(cè)量；(c)識(shí)別相應(yīng)于波周期的整數(shù)倍的漂移系數(shù)，所述漂移的飛行時(shí)間測(cè)量必須利用所述漂移系數(shù)進(jìn)行校正，從而獲得落在和預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值相差半個(gè)波周期范圍內(nèi)的校正的飛行時(shí)間測(cè)量；以及(d)利用漂移系數(shù)和壓力波波長(zhǎng)的乘積校正由所述漂移的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中利用一種被配置用于識(shí)別在周期內(nèi)的預(yù)定點(diǎn)的技術(shù)進(jìn)行飛行時(shí)間測(cè)量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中通過(guò)識(shí)別在信號(hào)超過(guò)給定的門限值之后接收的信號(hào)的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行飛行時(shí)間測(cè)量。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括忽略其中漂移系數(shù)超過(guò)預(yù)定的最大值的漂移飛行時(shí)間測(cè)量。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述預(yù)定的最大值小于3。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述校正的飛行時(shí)間測(cè)量被用作下一次飛行時(shí)間測(cè)量的所述監(jiān)視步驟的前一次飛行時(shí)間測(cè)量。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)獲得由相繼的壓力波脈沖導(dǎo)出的至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量識(shí)別同步操作的狀態(tài)，對(duì)于所述至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量，相繼的飛行時(shí)間測(cè)量的改變小于半個(gè)波周期。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)獲得由相繼的壓力波脈沖導(dǎo)出的至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量識(shí)別同步操作的狀態(tài)，所述至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量基本上按線性改變。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中由至少兩個(gè)先前的飛行時(shí)間測(cè)量，通過(guò)幾何外推，計(jì)算所述預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)適合先前的3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量的二次多項(xiàng)式的外推計(jì)算所述預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括進(jìn)行至少一個(gè)補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)，所述校正步驟響應(yīng)所述補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)選擇地被進(jìn)行。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)包括確定超過(guò)正負(fù)信號(hào)幅值門限的順序。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述至少一個(gè)補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)包括(a)確定在超過(guò)信號(hào)幅值門限之后出現(xiàn)的至少一個(gè)峰值信號(hào)幅值；以及(b)計(jì)算所述峰值信號(hào)幅值是否和前一個(gè)脈沖的相應(yīng)的峰值信號(hào)幅值之差大于一個(gè)預(yù)定的比。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述發(fā)送機(jī)和繪畫工具相關(guān)，所述繪畫工具包括用于識(shí)別所述繪畫工具和表面之間的有效接觸的接觸開關(guān)，響應(yīng)所述有效接觸的識(shí)別開始發(fā)送脈沖序列，所述方法還包括在接觸開關(guān)停止指示有效接觸之后的一個(gè)給定的延遲時(shí)間內(nèi)，繼續(xù)發(fā)送脈沖序列，使得在間歇的接觸期間保持同步操作的狀態(tài)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述給定的延遲時(shí)間至少大約1/2秒，
16.一種用于處理定時(shí)信息和接收的相應(yīng)于由接收機(jī)接收的壓力波振蕩的脈沖序列的信號(hào)的系統(tǒng)，用于跟蹤由所述脈沖的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D的改變，所述壓力波振蕩具有給定的波長(zhǎng)和波周期，所述系統(tǒng)包括(a)信號(hào)處理器，用于處理接收的信號(hào)，從而導(dǎo)出每個(gè)脈沖的實(shí)際的到達(dá)時(shí)間；(b)和所述信號(hào)處理器相關(guān)的定時(shí)模塊，所述定時(shí)模塊被構(gòu)成用于由定時(shí)信息和實(shí)際到達(dá)時(shí)間導(dǎo)出每個(gè)脈沖的飛行時(shí)間；(c)和定時(shí)模塊相關(guān)的同步操作模塊，其被構(gòu)成用于分析飛行時(shí)間，從而識(shí)別當(dāng)至少兩個(gè)相繼脈沖波滿足預(yù)定的同步準(zhǔn)則時(shí)的同步操作的狀態(tài)；(d)和所述定時(shí)模塊相關(guān)的監(jiān)視模塊，其被構(gòu)成用于監(jiān)視相繼的飛行時(shí)間測(cè)量，以便識(shí)別漂移的飛行時(shí)間測(cè)量，所述漂移的飛行時(shí)間測(cè)量和由若干個(gè)先前的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值的差值至少是半個(gè)波周期；(e)和監(jiān)視模塊相關(guān)的漂移系數(shù)模塊，其被構(gòu)成用于識(shí)別相應(yīng)于波周期的整數(shù)倍的漂移系數(shù)，必須利用所述漂移系數(shù)校正所述漂移的飛行時(shí)間測(cè)量，以便獲得落在離開所述預(yù)測(cè)飛行時(shí)間值半個(gè)波周期之內(nèi)的校正的飛行時(shí)間測(cè)量；以及(f)和所述定時(shí)模塊相關(guān)的校正模塊，其被構(gòu)成用于利用漂移系數(shù)和壓力波波長(zhǎng)的乘積校正由漂移的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的同步準(zhǔn)則包括，對(duì)于由第一、第二和第三相繼脈沖分別計(jì)算的第一、第二和第三飛行時(shí)間測(cè)量，第一和第二飛行時(shí)間測(cè)量之間的差以及第二和第三飛行時(shí)間測(cè)量之間的差都小于半個(gè)波周期。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的同步準(zhǔn)則包括，由相繼壓力波脈沖導(dǎo)出的至少3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量基本上線性地改變。
19.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述信號(hào)處理器被構(gòu)成用于識(shí)別周期內(nèi)的預(yù)定的點(diǎn)作為所述實(shí)際的到達(dá)時(shí)間。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定點(diǎn)相應(yīng)于在信號(hào)超過(guò)給定的門限值之后接收的信號(hào)的第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)。
21.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述漂移系數(shù)模塊被構(gòu)成用于指定任何所述漂移系數(shù)超過(guò)預(yù)定的最大值的漂移的飛行時(shí)間測(cè)量為錯(cuò)誤的測(cè)量。
22.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的最大值小于3。
23.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述監(jiān)視模塊被構(gòu)成使用所述校正的飛行時(shí)間測(cè)量作為前一個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量，用于監(jiān)視下一個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量。
24.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述信號(hào)處理器被構(gòu)成用于進(jìn)行至少一個(gè)補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)，所述校正模塊被構(gòu)成用于響應(yīng)所述補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)選擇地校正距離D。
25.如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)包括確定正負(fù)信號(hào)幅值門限被超過(guò)的順序。
26.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)補(bǔ)充的漂移試驗(yàn)包括(a)確定在信號(hào)幅值門限被超過(guò)之后發(fā)生的至少一個(gè)峰值信號(hào)幅值；以及(b)計(jì)算所述峰值信號(hào)幅值是否和前一個(gè)脈沖的相應(yīng)的峰值信號(hào)幅值之差大于一個(gè)預(yù)定的比。
27.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述監(jiān)視模塊由至少兩個(gè)先前的飛行時(shí)間測(cè)量通過(guò)幾何外推計(jì)算所述預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值。
28.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述監(jiān)視模塊通過(guò)適合于先前的3個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量的二次多項(xiàng)式的外推計(jì)算所述預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值。
29.一種用于識(shí)別在至少兩維中的脈沖的壓力波信號(hào)的發(fā)送機(jī)的位置的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括多個(gè)互連的模塊接收機(jī)單元，每個(gè)所述的接收機(jī)單元包括(a)壓力波接收機(jī)，其被構(gòu)成用于把接收的壓力波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；(b)和所述壓力波接收機(jī)相關(guān)的信號(hào)處理器，其被構(gòu)成用于處理所述電信號(hào)，從而產(chǎn)生表示收到脈沖的壓力波信號(hào)的脈沖的檢測(cè)輸出；(c)和所述信號(hào)處理器相關(guān)的定時(shí)模塊，用于響應(yīng)所述檢測(cè)輸出和外部施加的同步輸入，測(cè)量所述脈沖的飛行時(shí)間；以及(d)和所述定時(shí)模塊相關(guān)的輸出模塊，其被構(gòu)成用于輸出和所述飛行時(shí)間相關(guān)的數(shù)據(jù)。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)互連的模塊接收機(jī)單元通過(guò)公共數(shù)據(jù)線被互連，所述模塊接收機(jī)單元的輸出模塊被配置用于提供級(jí)聯(lián)觸發(fā)功能，用于觸發(fā)由所有的模塊接收機(jī)單元沿著所述公共數(shù)據(jù)線按順序進(jìn)行所述輸出數(shù)據(jù)的傳輸。
全文摘要
一種用于跟蹤由壓力波振蕩的脈沖序列從發(fā)送機(jī)到接收機(jī)的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D的改變的方法和裝置,其中通過(guò)獲得從滿足給定的同步準(zhǔn)則的相繼的壓力波脈沖導(dǎo)出的至少兩個(gè)飛行時(shí)間測(cè)量(20,22)識(shí)別同步操作的狀態(tài)。監(jiān)視相繼的飛行時(shí)間測(cè)量,以便識(shí)別和由許多以前的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算出的預(yù)測(cè)的飛行時(shí)間值相差至少半個(gè)波周期的漂移的飛行時(shí)間測(cè)量(26)。利用漂移系數(shù)和壓力波波長(zhǎng)的乘積校正由所述漂移的飛行時(shí)間測(cè)量計(jì)算的距離D。
文檔編號(hào)G06F3/033GK1322337SQ99811881
公開日2001年11月14日 申請(qǐng)日期1999年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月10日
發(fā)明者扎西·茲羅特, 吉德昂·山霍爾茨, 朗·塞爾博 申請(qǐng)人:飛馬技術(shù)有限公司