[参考译文] MSP430FR6047：关于参数"脉冲启动和 ADC 捕获之间的间隔时间"

尊敬的 Scarecrow：

1)脉冲启动和 ADC 捕获之间的间隙仅指示从可编程脉冲发生器开始生成激励脉冲到另一端的 ADC 开始采样和捕获输入信号之间的时间。 我可以说、测量值与1us 变化的不同之处在于、算法发现实际脉冲与脉冲到达前短时间的比例略有不同、从而改变对一组脉冲开始的检测。 哪种配置可使测得的 VFR 更准确？ 您的图像中+/-3%的确切变化范围有点难、而且我不确定您的实际流速是多少。

2)我建议微调脉冲启动和 ADC 采集之间的间隙、然后尝试更改包络交叉阈值、以解决第一个和第二个信号的干扰。

3)我不是100%肯定我理解你的问题,所以如果它看起来是这样,请详细说明。 但为了回答、您的图像中标记的第二个信号是我们要测量以找到 VFR 的信号。 当您说后面的波形时、您是指第二个信号/反射的信号？ 如果我正确理解了您的问题、我很惊讶地听到不锈钢无法很好地反映信号。

嗨迪伦、

感谢您的答复。

1. 对于第一个问题、我们对这里的图像进行了一些处理、所以请忽略这里3%的误差带。 我会尽量向您解释我所遇到的问题。

首先、在75us 的间隔内、我们可以看到 UPS 和 DNS 之间的飞行时间有显著差异、这一差异代表管道中的流速。 同时,我们还分析了数据 Dtof 值,这些值在这个差值上下波动很大,这是我们可以得到的。

但是、在74us 的时间间隔内、情况会发生变化、您可以看到、即使在流速相同的情况下、UPS 和 DNS 的飞行时间也没有显著差异、并且几乎重叠。 而且、他无法对应 Dtof 的值、这会给我们的下一次处理带来问题。

事实上、当"脉冲启动和 ADC 捕获之间的间隙"为75uS 时、它会明显产生更准确的 VFR 测量值。

2. 根据阈值、您的意思是使用#define USS_ALG_RATIO_OF_TRACK_LOBE 在 USS_userConfig.h 中调整的算法阈值、我们试图将值从0.1调整到0.2、但无法获得任何结果。
目前的问题是我不太了解会发生什么情况、是什么导致1us 的时间间隔使两次计算的数据如此不同。

我确信您正确理解了、我所讲的波形后面是第二个信号/反射信号。

您可以在图片中看到 PPR 管和不锈钢管之间的巨大差异。

左图是 PPR 管信号、右图是不锈钢管信号

看起来我不小心上传了不锈钢管中的两张信号图片、抱歉。

感谢您详细阐述这些问题。  

1) 1)我看到、因此75us 产生更好的 VFR。 我看到有一个非零 VFR、因此这看起来效果更好。

2) 2)对于包络交叉阈值、我之前指的是 USS GUI 中使用的非凝结。 在源代码中、我们使用定义  USS_ALG_ABS_TOF_HILB_cross_threshold 和 USS_ALG_RATIO_OF_TRACK_LOBE 。 从 USS 设计指南可以看出、更改包络交叉阈值应该只会影响希尔伯特和希尔伯特宽算法选项。 您选择使用哪种算法？ 我也不是说增加包络交叉阈值肯定会使74us 与75us 结果相同。 我的重点是、这会影响脉冲启动的检测、从而影响计算的飞行时间。  

3)是的,感谢图像澄清,我明白。 您是否使用其他尺寸的不锈钢管试过这种方法？ 我不会期望反射信号如此差。

最重要的是、要最有效地捕获所接收脉冲的包络、必须在 ADC 采集中包含一小段时间脉冲开始前。 我建议继续试验脉冲启动和 ADC 采集设置之间的间隙、以了解如何获得最有效的 VFR 计算。 此外、调整包络交叉阈值可以让您忽略来自第一个信号的一些脉冲以获得更好的读数。 这些测量高度依赖于设置和环境、因此通常需要进行大量试错、才能找到适合您的应用需求的配置。  

我还想说的另一条建议是、看看您是否有某种方法来缓解第1个信号、因为这似乎会干扰、否则的话、会导致有效传输。 更改换能器的物理布局可能有助于至少让第1个和第2个信号进一步分离、从而使您能够更轻松地测量预期的第2个信号。

尊敬的 Dylan：

感谢您的回复。 我将进一步说明我的问题。

1) 1)我正在使用 USS 的示例工程进行超声波水流测量、因此使用的算法应该是 Lobe 算法。
我没有看到程序中使用的"包络交叉阈值"、如您所说、此参数可能只影响希尔伯特和希尔伯特宽算法。

对于波瓣算法、为了让算法尽可能忽略第一个信号中的某些脉冲、我应该更改什么参数以获得更好的读数？
另外、您提到了 USS 设计指南、您能为我提供一个有效链接来查看吗？ 我使用 EVM430FR6047、因此我从网站下载了超声波设计中心。  https://www.ti.com.cn/cn/lit/pdf/slau720?keyMatch=USS%20design%20guide&tisearch=universal_search 然而、它不提供任何关于包络交叉阈值的信息。

2) 关于不锈钢管,我们测试的尺寸不多,我们目前使用的管直径为25毫米,厚度为1.5毫米。 我认为这足以计算流速、但事实并非如此。
我将提供一些信息、用于调整传感器的物理布局和测试装置的结构、从而更大限度地减少第一个信号。 但同时、我们希望能够在软件中消除第一个信号所产生的影响、因此如果在软件配置方面能够尽可能消除第一个信号所产生的影响、则需要寻求帮助。

此致！

尊敬的 Scarecrow：

抱歉、我以为我已经插入了指向设计指南 《USS 设计中心用户指南》的链接。 本指南包含许多有用信息。 此外、 USS 软件用户指南 可能会对您有所帮助。

要忽略第一个信号中的一些脉冲、我的主要思想是包络交叉阈值。 您是否曾尝试过一点减少脉冲数、以便脉冲序列持续时间更短、并希望对第二个信号的干扰更小？ 这值得进行实验。 过去、我见过一些用户在 USS 通道端子之间添加了一个电阻器、以缩短振铃时间、这可能有助于衰减该信号的尾端并有助于改善测量结果。 当然、这也会使第2个信号衰减、因此可能会产生不利影响。

感谢提供有关硬件设置的信息。 您想告诉我您针对 VFR 的目标误差百分比阈值是多少吗？

尊敬的 Dylan：

感谢您的答复！
我在设计指南中阅读了有关包络交叉阈值的内容。 如果我理解正确、我现在使用的是波瓣算法、因此我应该修改 USS_ALG_RATIO_OF_TRACK_LOBE。

至于减少脉冲数、我现在的速度是25、我将尝试减小此值、并在下次与您分享实验结果。

对我们来说、VFR 的目标误差百分比阈值现在是3%、当然、我们肯定希望能够更精确、但我们现在将其设置为3%。 我更担心的是重复性误差、可以通过以下公式计算得出、在当前测试条件下、此值大于10%、但我们的目标是1%、而当前值远远超出我们的目标！ 我想这是信号不稳定造成的、我正在尝试进行修复。

非常感谢您的答复！ 提前圣诞快乐！

此致！

请更正您的第一个注意事项。

另外、感谢您解释精度需求。 我想如果我们能够解决第一个信号与第二个信号产生干扰的问题、我们就能够提高您的准确度和可重复性测量。 此外、我想知道当可重复性误差为10%时、您使用了多少个样本？

让我们看看是否能解决根本原因、然后我们将了解我们可以在多大程度上提高准确度和可重复性。

在您能够对更改进行一些实验后、请更新主题帖。

圣诞快乐！

尊敬的 Dylan：

在此期间我做了一些测试。

为了回答您的第一个问题、这些统计数据是从2000个收集样本中获得的、由于 EVM 在500ms 内触发、因此总统计时间约为16.5分钟。

根据这段测试时间、提高阈值和减少脉冲数会改善可重复性误差。 我在阈值设置为25的情况下使用15个脉冲、可重复性误差约为7%。

但我认为最大的问题是 Dtof 的稳定性。 为了表示 UPS、DNS 和 Dtof 的稳定性、我们使用称为变化系数的指标、可以通过将标准偏差除以平均值来计算该指标、以消除不同数量级的数据差异。 UPS 和 DNS 的变化系数约为0.004、而 Dtof 的变化系数约为2。 这意味着 Dtof 的数据非常离散、我认为这是流量中出现高度可重复性错误的主要原因。
对于此问题的根本原因、您的评估是什么？ 我是否应该考虑修改我的硬件？ 噪声是否会影响算法计算的完整性？

另一个主要问题是0流量误差、在当前测量环境中、0流量处的 dtof 约为5000pf、这是不正常的、我仍在检查有关如何解决此问题的信息、是否完全是由于硬件中的路径不匹配？ 是否有办法改进软件中的问题？ 此外、我还观察到一种奇怪的现象、即脉冲数会影响0流量下的 dtof 值、例如：
10个脉冲--- >dtof 6500 ps
20个脉冲--- > dtof 5500 ps
25个脉冲--- >dtof 4700 ps

你对此有什么见解吗？ 如果您有任何见解、我将不胜感激。

此致。

尊敬的 Dylan：

我们评估了我们的 PCB、两条路径现在真的非常不同。 在 TIDA-01486中、CHX 会经过两条不同的驱动和接收路径。  我们的设计遵循此原理、这意味着 ch0和 ch1两条路径必须完全匹配、但众所周知、精确匹配很困难、因此我将尝试使用多路复用器使 ch0和 ch1共享同一条接收和发送路径。 这可能会有一些影响。

这就是你要说的要点、这真的是一个全新的角度、我们还没有考虑过。 有没有任何方法来验证这一点,你知道算法是一个黑盒给我们,有没有任何界面来查看算法中使用的过程参数,如算法锁定风门的位置等。 我们已经调整了 ADC 样本的时间窗口、以便仅显示第二个信号、但问题仍然存在。

令人伤心的消息是、PPR 管道也存在同样的问题。 我们无法使用跨轴换能器设置、我们必须使用 V 安装路径。

无论哪种方法、我都将尝试修改我的硬件并找到解决问题的方法。 非常感谢您的建议、一旦取得进展、我将与您分享。

此致。

很好的建议、这正是我们接下来应该做的。

我对解决问题应该采取什么方法有一个基本的想法、在接下来的一小段时间内、我们将升级设置、包括改进硬件以及换能器的角度和安装结构。 我们负责该软件的同事正在努力消除两个信号之间的干扰。

非常感谢大家花时间回答我的问题。 我真的很感激!
祝你一切顺利!