高精度测厚仪设计

针对现在超声测厚出现的精度不够高、测量误差比较大、噪声的干扰问题,除了在硬件方面的改进,还利用相关算法,来提高测试的精度和减少噪声干扰问题;利用10 M测厚探头对30 mm带细微螺纹铁标准试块和1 mm的不锈钢试标准试块测量,验证了测量的有效性和准确性;该系统运行稳定,能够可靠地进行检测厚度,在超声测厚领域将会具有极高的应用价值。     

增强颗粒散射中缺陷回波信号的相关加权分离谱方法

粗晶材料的超声无损检测受背散射的影响,使得其信噪比很低,且这里的噪声是与发射超声波相干的噪声,不能用简单的时间平均来消除。分离谱技术已被证明是一种抑制背散射信号、提高信噪比的良好方法,许多人为此发展了各种理论作为分离谱的后处理算法。本文介绍了一种增强超声回波信号的相关加权前处理算法。这里,取自粗晶材料标准缺陷的窄脉冲超声回波被定义为标准子波,利用子波与超声检测信号的互相关作为权系数对检测信号进行加权,此技术与分离谱处理结合起来能使提高信噪比的性能更优。实验结果显示了本文所述方法可改善诸如奥氏体不锈钢一类粗晶材料超声检测的信噪比     

脉冲串互相关方法在远程激光测距中的应用

基于单脉冲激光测距在远程激光测距中的局限性,提出了一种基于发射脉冲串与回波脉冲串互相关的信号处理方法。该方法将多个激光发射脉冲和回波脉冲作为一次连续信号同时数字化,然后进行互相关处理。采用激光强度与发射间隔可调的激光系统来模拟不同反射强度、不同距离的测距回波信号;通过处理不同信噪比的回波信号,来探究本方法对于回波信号信噪比的提升能力以及对于尖峰噪声的抑制能力。实验结果表明,该方法能够有效提高回波信号的信噪比,信噪比为0.11的弱回波信号经过处理后信噪比被提升到5.92,从而扩展了激光测距系统的测程,有效降低了探测系统的探测虚警率,提高了远程激光测距系统的弱回波探测能力。     

混凝土公路路面的超声测厚

本文讨论了在混凝土公路路面的超声测厚中所遇到的有关问题及解决方法,研制了实验用的换能器及测试电路,通过实验取得比较满意的结果     

水平连铸圆钢超声检测结果的信号处理

水平连铸圆钢为多晶种的不均匀粗晶材料，当采用超声波对其进行检测时，将产生较强的组织散射噪声，从而使得对缺陷回波的判断与评价无法进行本文采用分离频谱的方法对原始检测信号进行处理，再用截止地对缺陷回波进行恢复运算。实验结果本文所采用的方法能较为有效地消除原始检测信号中的组织噪声，从而提高超声检测的信噪比。     

相控阵井壁成像仪高压电源纹波噪声抑制研究

针对超声相控阵井壁成像仪工作环境恶劣以及超声脉冲发射所需高压电源纹波噪声对超声回波信号干扰大的问题,提出一种高温环境下高压电源纹波噪声抑制方法并进行设计分析。本方法综合开关电源与线性稳压电源各自的技术优势且注重纹波噪声抑制和耐高温设计。利用开关电源完成不同电压幅值的高效转换并在电源输出端增设专门的EMI滤波电路,再利用屏蔽罩对电源进行屏蔽,最后输出电压再经过一级线性稳压电路进一步进行稳压滤波。实测结果表明,利用该方法,电源的纹波与辐射噪声得到了抑制,有效减少电源对回波信号的干扰,且输出电压稳定,提高了超声相控阵井壁成像仪井下工作的稳定性。     

超声频谱法在换热器内管壁厚测量中的应用

本文研究了超声频谱测厚方法在换热管壁厚测量中的应用，介绍了处理方法的基本原理以及硬件系统的构成，并对一些实验测厚结果进行了分析。     

高精度嵌入式超声波测距系统的研究

为了提高超声波测距精度,分析了超声波测距的原理,针对影响超声波测距精度的主要因素——环境温度,回波时间,从软件和硬件上提出了解决方法。软件上通过进行修正不同温度下的传播速度以达到消除温度对测距精度影响的效果;硬件上设计升压驱动发射电路、由仪表放大器组成的信号幅度补偿电路和双比较器构成的回波检测电路以改善提高超声波质量和更好确定传播时间。经验证,该系统能够实现较高精度的测距。     

点式单波束多普勒测流系统的设计方法

为了加快多普勒流速计算速度和提高系统稳定性,提出基于FPGA技术的多普勒测速的设计方法,其中包括信号发射电路和信号接收电路。首先通过M码进行二相相移键控信号的调制,减少了回波误差、增加信号发射能量,有效地降低了水中超声波的能量耗散对信号提取的影响。然后对回波信号进行二相解调,并利用复自相关算法进行分析处理。最后,通过测速实验对所提方法进行验证。实验结果表明,所提方法不仅具有较低的实验误差而且具有较高的可靠性。     

电磁超声多界面检测信号去噪方法研究

为了解决传统压电超声换能器检测方式耦合不稳定的问题,将电磁超声应用于多层粘接结构界面检测。针对电磁超声界面检测信号噪声高和盲区大的问题,在电磁声换能原理和盲区成因分析的基础上,用小波阈值滤波和自适应抵消滤波方法对检测信号进行了处理,达到了降低信号噪声和减小盲区的目的。对钢板和双层橡胶粘接样品的回波信号处理结果表明:小波阈值滤波将信噪比提高了约12 dB,自适应抵消滤波有效地减小了由感生信号产生的盲区。     

用同一个晶体管发射超声单脉冲和调制波的声速仪

一、工作原理用同一个晶体管发射超声单脉冲和调制波的声速仪的工作原理如图1所示.图1中脉冲回波重合法时序逻辑电路周期性地产生发射同步信号,信号经开关K1选通后,分别被送往单脉冲形成电路或调制波形成电路,然后再经过开关K2送在发射电路.当电源切换开关K3将高压直流电压VH送入发射电路时,该超声波声速仪处于发射超声单脉冲波的工作状态,发射电路输出幅度很高、边沿很陡的电脉冲,经过输出高频插座去激励压电晶片产生单脉冲的超声波,压电晶片与电感构成一个调谐回路路.当电源切换开关K3转向另一侧,将低压直流电压VL送入发射电路,该声速…     

斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统

跨金属无线传输是超声波通信的重要应用场景之一。实际应用中超声波在金属/超声波换能器界面处因反射而造成回波干扰是这类通信系统的天然缺陷。尽管利用回声消除技术能一定程度地克服回波干扰,但这需要调用大量电路硬件或计算资源。该文在超声波跨金属厚壁通信系统中摒弃传统的直射式探头而选用入射角为45°的斜射式探头作为超声波发射和接收换能器,由于斜射式探头偏转了超声波在金属信道内的反射路径,从而大幅降低换能器接收到的回波。在不进行回波消除的前提下,以STM32为主控芯片和自制信号调理电路搭建了一套斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统,同时将之与选用直射式探头作为超声波换能器的通信系统进行对比验证。研究表明,在接收信噪比方面斜射式系统(19.52 dB)远优于直射式系统(9.24 dB),在穿透60 mm的厚铝板时系统实时通信速率达到1.2 Mbit/s,并可实现实时声频传输。     

K-SVD和OMP算法在超声信号去噪中的应用

针对在线采集时超声波检测信号中存在大量噪声,降低了材料内部缺陷诊断准确性的问题,提出了一种基于广义K+奇异值分解算法(K-SVD)和正交匹配追踪算法(OMP)相结合的超声回波信号去噪算法。该算法利用K-SVD算法将Gabor字典训练成能够最有效反映信号结构特征的超完备字典,然后基于训练完成的超完备字典,用OMP算法把一定数量的字典原子进行线性组合来构成原始信号,从而实现信号的去噪。通过仿真实验将本文方法与传统的小波阈值去噪方法进行了对比研究。实验结果表明,该方法对超声回波信号的去噪效果优于小波阈值去噪方法,且噪声越大对比越明显,不仅可更有效地滤除信号中的高斯白噪声,提高信噪比,且尽可能保留了原始信号有用信息。     

基于FPGA的多通道超声波测距系统设计

超声波测距是一种非接触式连续测量方法,具有电路简单、测量精度高等优点。传统的测距系统多采用单片机实现,无法满足现代测距实时性、立体化、多向性的要求;因此设计了一种基于FPGA的多通道超声波测距系统,所有通道同时进行检测与处理,系统具有较高的扩展性。硬件部分采用US_100超声波传感器实现了超声信号的发射与接收,采用京微雅格C192芯片对回波信号进行检测和处理,实现了从2厘米到4米的距离的精确测量,测量结果送入LCD12864进行显示。软件设计采用Verilog HDL语言在Primace编辑环境下进行开发,在Modelsim软件下进行仿真,并通过HR3开发板验证了全部设计功能。测试结果表明：该测距系统运行稳定可靠,测量精度高。     

基于AVR单片机的高精度光学测厚系统设计

对薄膜测厚系统进行了详尽剖析,从整体上论述了膜厚测量系统,研究了测厚系统中薄膜测厚仪的关键硬件电路,对薄膜测厚仪的软件流程进行了离散设计。以AVR单片机为核心处理器进行了数据采集和处理,设计并生产出了在线式光学薄膜厚度测量与监控系统。通过与实际膜厚进行对比实验,验证了薄膜测厚系统具有高精度、高稳定性和高可靠性,可应用于实际工业生产。     

一种简单高精度超声液位计系统的设计与实现

介绍了超声时延法测距的基本原理,设计并实现了一种基于DSP的超声液位计系统,改进国内同类产品精度和稳定度偏低的问题。利用选用的AD、DSP芯片特点,给出了一种简单高效率的超声换能器驱动电路和回波采集放大电路的实现方案;使用通用16位定点DSP芯片TMS320VC5502,实现测距算法,增强了后端数字信号处理能力;使用收发一体窄带超声换能器发射和接收超声信号,其中心频率20kHz,3dB带宽1kHz。实验结果表明,本系统测量范围为0.5～18m,测量精度可达到测量距离的0.5%。     

采矿混响环境下超声波探测信号设计

针对深海采矿环境中混响干扰对水下微地形探测的影响,设计了一种可以抑制水下混响并提高探测精度的超声波发射信号。通过分析探测目标的接收信号模型,根据Neyman-Pearson准则得到目标回波探测模型的检测性能评价指标。基于高斯点目标最优检测理论,提出采矿混响环境下发射波形的能量谱设计方法,进而得到混响环境下超声探测信号的幅度谱。保持幅度谱分量恒定,利用信号相位谱与信号长度的关系设计了可以满足不同探测系统和探测环境需要的超声波探测信号。利用设计的超声波探测信号及常用声呐信号在模拟深海采矿环境下进行探测实验,结果表明所设计的超声波探测信号在探测精度及抗混响能力方面均优于常用声呐信号。     

基于双高斯衰减模型的超声回波处理方法

信号降噪与特征提取是超声检测数据处理的关键技术.基于超声信号有特定结构而噪声和超声信号的结构无关,本文提出一种旨在解决强噪声背景下超声回波的参数估计和降噪问题的方法.该方法将超声回波的参数估计和降噪问题转换为函数优化问题,首先根据工程经验建立超声信号的双高斯衰减数学模型,然后根据观测回波和建立的超声信号模型确定目标函数,接着选择人工蜂群算法对目标函数进行优化从而得到参数的最优估计值,最后由估计出的参数根据建立的超声信号数学模型重构出无噪的超声估计信号.通过仿真和实验表明本文方法可以准确估计出信噪比大于-10 dB的含噪超声回波中的无噪信号,且效果优于基于自适应阈值的小波降噪方法和经验模态分解方法;此外相比常用的指数模型和高斯模型,本文提出的双高斯衰减超声信号模型与实测超声信号更接近,其均方误差为9.4×10~(-5),波形相似系数为0.98.     

超声回波参数估计的初值选取方法

针对超声回波参数估计中,初值随机选取带来的收敛速度慢,搜索效率低,易受噪声影响等问题,对回波参数估计的初值选取进行了探讨。理论上研究了超声回波信号的包络和能量与信号参数的关系,阐明了从信号自身选取参数初值的可行性。在此基础上,利用希尔伯特变换和傅里叶变换提取有效信息,为回波参数估计提供合适的初值,从而减少估计过程的迭代次数、提高参数估计速度。实验结果表明,与传统参数估计方法相比,该方法在不同信噪比情况下都可获得较高的估计精度,而且参数估计的收敛速度较快。     

基于周期图最大似然算法的相干激光测风多普勒频率估计

采用径向风速的估计不确定度和探测概率作为评价指标,研究了周期图最大似然(PML)算法的多普勒频率估计性能.基于大气分层激光回波模型,分别以PML和周期图最大值法(PM)对回波信号进行处理,验证了PML算法在相干激光测风中的可行性;分析比较不同信噪比条件下PML算法的风速估计不确定度与探测概率.仿真结果表明,在发射脉冲宽度为400ns、采样点数为128时,PML算法适合在中等信噪比条件下使用,且风速估计的不确定度整体小于PM算法的,在信噪比为-13dB时径向风速的估计不确定度为0.75m/s,探测概率在90%以上,该研究为后续的外场试验提供了指导.