KR100442640B1 - 첨두값의 차를 이용한 초음파 수신신호 검출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송신부에서 초음파 신호를 송신하고, 돌아오는 초음파 신호를 검출하는 초음파 수신신호 검출기에 있어서, 수신부에서의 초음파 도달시간을 좀 더 정확하게 측정할 수 있는 초음파 수신신호 검출기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 송신부에서 초음파를 송신한 후에 수신부에 수신된 초음파 신호를 기준이 되는 직류전압원(2)과 비교하는 비교기(3)를 포함하여 초음파 신호의 수신시간을 측정하는 초음파 수신신호 검출기에 있어서, 수신된 초음파 신호를 입력받아 일정 개수만큼의 초음파 신호의 첨두값을 검출하는 첨두값 검출기(6)와, 상기 비교기(3)의 출력단(4)을 통해 출력된 펄스신호의 폭과 상기 첨두값 검출기(6)로부터 출력된 초음파 신호의 첨두값과 비교하여 펄스신호의 폭으로부터 잡음신호와 초음파 신호를 구분하는 메인 신호처리부(5)를 포함하는 초음파 수신신호 검출기가 제공된다.

Description

첨두값의 차를 이용한 초음파 수신신호 검출기{Ultrasonic received signal detector by using the difference of peak values}

본 발명은 수신된 초음파의 도달시간을 측정하는 초음파 수신신호 검출기에 관한 것이며, 특히, 수신된 초음파 신호와 잡음신호를 구분하여 초음파의 도달시간을 정확하게 측정할 수 있는 초음파 수신신호 검출기에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 초음파 수신신호 검출부를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 초음파 수신신호 검출부에서 정상상태일 때의 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고, 도 3은 도 1에 도시된 초음파 수신신호 검출부에서 신호세기가 감쇄하였을 때에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 초음파 수신신호 검출부는 수신된 초음파 신호를 비교기(3)의 입력단(1)으로 입력시키고, 입력된 신호를 비교기(3)의 고정된 직류전압원(2)과 비교해서 비교기(3)의 출력신호(4)를 후단의 메인 신호처리부(5)에서 수신하여 수신된 시간을 계산하도록 제작되었다.

이때 수신된 초음파신호(8)의 감도가 좋아서 수신 신호의 세기가 클 경우에는 외부에서 유입되는 잡음신호(7)의 세기도 증가하게 된다. 이 경우 잡음의 유입에 의한 영향을 제거하기 위해서 비교기(3)의 문턱치 전압(9)을 결정하는 직류전압원(2)의 크기도 잡음신호의 크기보다는 크게 설정된다. 정상상태의 신호조건일 때 비교기(3)의 출력단(4)에서 얻어진 신호(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 구형파 출력이 얻어진다. 따라서 이 경우에는 초음파 신호를 송신한 시점부터 비교기(3)의 출력단(4)에서 얻어진 신호(10)의 구형파 시작점까지의 시간 T_recv를 측정하면 초음파 신호의 도달시간을 정상적으로 측정 가능하다.

그러나, 초음파가 진행하는 동안 신호감쇄가 발생하여 수신된 초음파 신호(8)의 세기가 약한 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 수신된 초음파 신호(8)의 일부가 비교기(3)의 문턱치 전압(9) 아래로 떨어지는 경우가 발생하게 된다. 보통은 수신된 초음파 신호(8)의 첫번째 신호파형의 크기가 제일 작기 때문에 이 신호가 문턱치 전압(9) 아래로 떨어지는 경우가 대부분이며, 이 경우 비교기(3)의 출력단(4)에서 얻어진 신호(10)에서는 첫번째 신호에 대한 구형파 출력이 사라지게 된다. 따라서, 이 경우에는 초음파 신호를 송신한 시점부터 비교기(3) 출력단(4)에서 얻어진 신호(10)의 구형파 시작점까지의 시간 T_recv를 측정하면 초음파 신호의 실제 도달시간보다 더 큰 값이 측정되기 때문에 정확한 시간을 측정할 수 없는 문제가 발생한다.

이런 경우를 피하기 위해서 비교기(3)의 문턱치 전압(9)을 아래로 낮추면, 반대로 잡음신호(7)에 의해서 비교기(3) 출력단에서는 실제 수신신호 파형 앞에서구형파 펄스신호가 1개 이상 더 발생하기 때문에, 구형파 시작점까지의 시간 T_recv를 측정하면 초음파 신호의 실제 도달시간보다 더 작은 값이 측정되기 때문에 이 경우에도 정확한 시간을 측정할 수 없는 문제가 발생한다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 잡음신호와 함께 섞여서 수신된 초음파신호를 잡음신호와 초음파신호를 구분하여 초음파신호의 도달시간을 좀더 정확하게 알 수 있는 초음파 수신신호 검출기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 초음파 수신신호 검출부를 나타낸 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 초음파 수신신호 검출부에서 정상상태일 때의 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고,

도 3은 도 1에 도시된 초음파 수신신호 검출부에서 신호세기가 감쇄하였을 때에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 수신신호 검출부를 나타낸 개략도이고,

도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 검출부에서 정상상태 일 때에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고,

도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 검출부에서 신호세기가 감쇄된 경우에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이며,

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 수신신호 검출과정을 나타낸 흐름도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 입력단 2 : 직류전압원

3 : 비교기 4 : 출력단

5 : 메인 신호처리부 6 : 첨두값검출기

7 : 잡음신호 8 : 수신된 초음파 신호

9 : 문턱치 전압 10 : 출력단에서 출력된 신호(펄스신호)

11 : 첨두값 12 : 첨두값의 차

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 송신부에서 초음파를 송신한 후에 수신부에 수신된 초음파 신호를 기준이 되는 직류전압원과 비교하는 비교기를 포함하여 초음파 신호의 수신시간을 측정하는 초음파 수신신호 검출기에 있어서, 수신된 초음파 신호를 입력받아 일정 개수만큼의 초음파 신호의 첨두값을 검출하는 첨두값 검출기와, 상기 비교기의 출력단을 통해 출력된 펄스신호의 폭과 상기 첨두값 검출기로부터 출력된 초음파 신호의 첨두값과 비교하여 펄스신호의 폭으로부터 잡음신호와 초음파 신호를 구분하는 메인 신호처리부를 포함하는 초음파 수신신호 검출기가 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 첨두값의 차를 이용한 초음파 수신신호 검출기의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 수신신호 검출부를 나타낸 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 검출부에서 정상상태 일 때에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 검출부에서 신호세기가 감쇄된 경우에 검출부의 신호를 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 초음파 수신신호 검출과정을 나타낸 흐름도이다.

도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 수신신호 첨두값 검출기(6)는 수신된 초음파 신호파형의 첨두값을 검출하고, 후단의 메인 신호처리부(5)에서는 검출된 신호파형 전. 후의 첨두값의 차를 계산하며, 동시에 비교기(3)를 통과한 출력신호 파형을 검색해서 실제로 초음파 수신신호의 시작부분을 찾음으로써 수신된 초음파 신호의 도달시간을 정확히 찾을 수 있는 기능을 가진다.

송신부를 통해서 전송되어온 초음파 신호는 수신부에서 수신되어 비교기(3)의 입력단(1)으로 입력된다. 비교기(3)로 입력된 신호는 비교의 기준이 되는 직류전압원(2)과 비교하여, 직류전압원(2)의 신호보다 크면 펄스신호가 출력되고, 직류전압원(2)의 신호 보다 작으면, 영 레벨의 신호가 출력된다. 비교기(3)의 출력단(4)을 통해서 출력된 펄스신호는 후단의 메인 신호처리부(5)로 입력된다. 이와 동시에 수신부를 통해서 수신되어진 초음파 신호는 첨두값 검출기(6)로 입력되어 공진하는 초음파 신호의 첨두값에 대한 정보를 검출하여 후단의 메인 신호처리부(5)로 전송시킨다.

도 5에 도시된 바와 같이, 비교기(3)의 비교기준이 되는 문턱치 전압(9)은 수신된 신호의 최저 레벨 값보다 조금 높은 레벨로 설정한다. 즉, 수신신호가 감쇄되어 전체 신호의 레벨이 낮아졌을 경우에도 비교기(3)의 출력단(4)에서 신호를 놓치지 않고 각각의 신호파형에 대응하는 출력 펄스신호를 출력시키기 위해서 이다. 이 경우에 수신된 초음파 신호(8)에 잡음신호(7)가 섞여져 들어올 경우에, 잡음신호의 크기가 문턱치 전압(9)보다 높은 경우에는 비교기(3)의 출력단(4)에 잡음에 의한 출력 펄스신호(14)가 나타난다.

첨두값 검출기(6)에서는 수신된 초음파 신호(8)의 첨두값(11)들을 일정 개수만큼 검출하고, 메인 신호처리부(5)에서는 첨두값(11)을 검출한 시간정보도 함께 저장시킨다. 동시에 신호처리부(5)에서는 비교기(3)의 출력단(4)을 통해서 출력되는 신호(10)의 펄스 폭을 검사하여 펄스 폭이 일정 조건을 만족하는지를 검사한다. 보통 잡음신호(7)의 주파수는 초음파신호(8)의 주파수와 다르기 때문에 비교기(3)의 출력단(4)을 통해서 출력되는 신호(10)의 펄스 폭으로부터 잡음신호(7)와 초음파 신호의 구분이 가능하다.

초음파 신호의 도달시간을 검출하기 위해서는 수신된 초음파신호(8)의 첫번째 신호를 검출해서 이 신호가 도달하기까지의 시간을 측정하면 된다. 이를 위해서 본 발명에서 제안한 시스템은 첨두값 검출기(6)를 통해서 각 신호파형들의 첨두값(11)들을 검출하고, 후단의 메인 신호처리부(5)에서는 수신된 초음파 신호(8) 전, 후 파형의 첨두값(11)들의 차(12)를 계산하고, 이 값에 자기 자신의 첨두값을 더해서 최종적인 첨두값의 차(12)를 구한다. 이 때, 메인 신호처리부(5)에서는 구해진 첨두값의 차(12)가 최대인 지점을 찾고, 이 지점에서 비교기(3)를 통과한 출력된 신호(10) 파형의 폭을 검사하여 원하는 신호의 조건을 만족하면 이때의 신호가 수신된 초음파 신호(8)의 시작점이 된다. 첨두값의 차(12)가 최대인 신호가 펄스신호(10) 파형의 폭 조건을 만족하지 못하면 이 신호는 버리고 그 다음으로 첨두값의 차(12)가 최대인 신호를 검색하면 된다. 따라서, 비록 외부 잡음신호(7)에 의해서 첨두값의 차(12)가 최대가 되더라도 잡음에 의한 펄스신호(14)는 출력단에서 출력된 신호(10) 파형의 폭 조건을 만족하지 못하므로 제거될 수 있다.

초음파 신호가 전송되는 도중에 신호의 세기가 전체적으로 감쇄된 경우에도 도 6에 도시된 바와 같이 수신된 초음파 신호(8)의 상대적인 첨두값의 차(12)의 크기에는 변화가 없기 때문에, 본 발명에서 제안한 시스템을 이용한다면 수신신호 파형의 시작점을 쉽게 찾을 수 있다. 또한 메인 신호처리부(5)에서는 찾아진 시작점의 시간에 대해서 약간의 오차 보정만 실시한다면 좀 더 정확한 도달시간 T_recv를 검출 할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 첨두값의 차를 이용한 초음파 수신신호 검출기는 잡음신호와 섞여서 수신된 초음파신호를 잡음신호와 초음파신호를 구분하는 첨두값검출기를 설치하여 보다 정확한 초음파 도달시간을 알 수 있게 하는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 첨두값의 차를 이용한 초음파 수신신호 검출기에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (2)

1. 송신부에서 초음파를 송신한 후에 수신부에 수신된 초음파 신호를 기준이 되는 직류전압원과 비교하는 비교기를 포함하여 초음파 신호의 수신시간을 측정하는 초음파 수신신호 검출기에 있어서,

   수신된 초음파 신호를 입력받아 일정 개수만큼의 초음파 신호의 첨두값을 검출하는 첨두값 검출기와,

   상기 비교기의 출력단을 통해 출력된 펄스신호의 폭과 상기 첨두값 검출기로부터 출력된 초음파 신호의 첨두값과 비교하여 펄스신호의 폭으로부터 잡음신호와 초음파 신호를 구분하는 메인 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 수신신호 검출기.
2. 송신부에서 초음파를 송신한 후에 초음파를 수신하여 초음파 신호의 수신시간을 측정하는 초음파 수신신호 검출방법에 있어서,

   수신된 초음파 신호로부터 첨두값을 검출하는 단계와,

   비교 기준이 되는 직류전압원의 신호와 수신된 초음파 신호를 비교하는 단계와,

   상기 비교 단계에서 펄스신호 폭이 직류전압원의 신호를 만족하면, 상기 첨두값과 함께 시간정보를 저장하는 단계와,

   상기 펄스신호의 개수를 일정 개수만큼 검출하고 일정 개수가 만족되는 지를판단하는 단계 및,

   첨두값의 차를 계산하고 최대 첨두값의 시간을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 수신신호 검출방법.