一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法
2023-06-04 09:31:36 3
專利名稱：一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法
技術領域：
本發明涉及超聲波檢測領域，尤其涉及一種基於電路系統相移的超聲精確時延檢測方法。
背景技術：
超聲無損檢測中缺陷量化、定位以及利用超聲波進行物理參量精確檢測時，都涉及到精確檢測超聲回波時延的技術問題。目前，可用於超聲時延檢測的方法很多，既有通過硬體電路實現時延檢測的方法，又有採用軟體算法來檢測超聲時延的方法。比如，主要的硬體時延檢測方法有延遲線法、零頻檢測法、脈衝回波重合法、脈衝疊加法和回振法等；主要的軟體時延檢測方法有相關法、自適應法、小波法及雙譜法等。這些方法各有所長:脈衝回波重合法測量精度雖高，但此方法和延遲線法所用儀器設備複雜程度高，易受主觀因素影響；零頻檢測法和脈衝疊加法只適用於縱波類超聲波的傳播時延測量；回振法原理電路簡單，適用範圍廣，能有效放大被測參量引起的時延變化量，提高測量解析度，但是在放大被測參量引起的時延變化量的同時，超聲換能器、耦合層、電路等環節引起的時延變化量也被重複放大，當循環次數較多時，產生的測量誤差更大；相關法是最經典的時延估計方法，它通過信號的自相關函數滯後的峰值估計信號之間延遲的時間差。這種方法簡單易懂，容易實現，但它的不足之處是要求信號和噪聲、噪聲和噪聲互不相關，對非平穩信號和可變時延估計的估計誤差大，甚至不能估計(c Knapp, G Cater.The generalized correlationmethod for estimation of time delay, IEEE Transaction on Acoustics, SpeechandSignal Processing, 24(4):320 - 327, 1976.);相位譜時延估計可以用相位加權函數在頻域對相位函數進行加權，從而形成了廣義相位譜時延估計方法，但也需要信號和噪聲的統計先驗知識，並且僅適用於無噪聲幹擾或不相關高斯噪聲幹擾的情況(ALLAN G.PIES0L.Time Delay Estimation Using Phase Date, IEEE Transaction on Acoustics,SpeechandSignal Processing, 29(3):471 - 477, 1981.);自適應時延估計不需要獲得信號和噪聲的統計先驗知識，可以通過調整自身參數，跟蹤時變的時延，但當濾波器階數高時，存在計算量大，收斂速度慢等缺點(Widrow B, Stearn S D.Adaptive signal processing.Englewood Cliffs:Prentice-Hall.1nc.1993.);小波法可有效檢測波達時刻,並抑制噪聲幹擾，但通用性和實時性受到了制約。儘管工程技術人員採取了不同的方法來提高超聲時延檢測的精度，但很少考慮由於硬體電路系統本身產生的相移而帶來的時延誤差，這將導致無法進一步提高超聲時延精確檢測的技術瓶頸。
發明內容
本發明旨在提供一種硬體電路產生時延的檢測方法，並進行補償，從而達到進一步提高時延檢測精度的目的。本發明針對超聲無損檢測中缺陷精確量化、定位與超聲微參量檢測時延檢測精度不高的問題，首先通過對超聲檢測系統中回波信號調理電路進行相頻特性建模、仿真和測量實驗，得到回波信號調理電路相移對檢測系統時延變化的影響規律；然後提出了回波信號調理電路由於相移引起的時延變化量的補償方法。通過這一方法，本發明可以顯著提高檢測系統的測量精度。本發明提出了一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法，包括如下具體步驟:(I)接收來自超聲接收換能器的超聲接收脈衝；(2)將所述超聲接收脈衝輸入超聲回波信號調理電路；(3)根據超聲回波信號調理電路的各單元電路的相頻特性數學模型得到所述超聲回波信號調理電路的總體相移數學模型；(4)根據相移和時延之間的轉換關係，獲取總體電路在不同頻率下的時延；(5)根據回波信號調理電路總的時延量Λ t的變化規律對檢測時延進行補償。其中，步驟(2)所述建立所述回波信號調理電路的各單元電路的相頻特性數學模型為根據電路原理圖求出各單元電路的傳遞函數H(jco)，在此基礎上建立相頻特性)的數學模型，進而得到各單元電路的相頻特性曲線。其中，步驟(2)所述各單元電路包括前置放大電路、高增益放大電路、帶通濾波電路、二極體檢波電路、末級放大電路。其中，建立超聲回波信號調理電路的各單元電路的相頻特性數學模型，其特徵在於，
權利要求
1.一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法，包括如下具體步驟: (1)接收來自超聲接收換能器的超聲接收脈衝； (2)將所述超聲接收脈衝輸入超聲回波信號調理電路； (3)根據超聲回波信號調理電路的各單元電路的相頻特性數學模型得到所述超聲回波信號調理電路的總體相移數學模型； (4)根據相移和時延之間的轉換關係，獲取總體電路在不同頻率下的時延； (5)根據回波信號調理電路總的時延量At的變化規律對檢測時延進行補償。
2.如權利要求1所述一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法，其中步驟(3)所述超聲回波信號調理電路的各單元電路的相頻特性數學模型是根據電路原理圖求出所述超聲回波信號調理電路的各單元電路的傳遞函數H(jco)，在此基礎上得到相頻特性φ (ω)，進而得到所述超聲回波信號調理電路的各單元電路的相頻特性曲線。
3.如權利要求2所述一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法，其中步驟(3)所述超聲回波信號調理電路的各單元電路包括前置放大電路、高增益放大電路、帶通濾波電路、二極體檢波電路、末級放大電路。
4.如權利要求3所述一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法，其中所述超聲回波信號調理電路的各單元電路的相頻特性數學模型為，
5.如權利要求1所述一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法，其中所述超聲回波信號調理電路總體相移數學模型為:
6.如權利要求1所述一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法，其中所述相移和時延之間的轉換關係為:
7.如權利要求1所述一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法，其中所述根據超聲回波信號調理電路總的時延量At的變化規律對檢測時延進行補償為:在最終的時延測量結果中減去由於超聲回波信號調理電路相移引起的時延量At。
8.一種超聲回波信號調理電路，其包括前置放大電路、高增益放大電路、帶通濾波電路、二極體檢波電路、末級放大電路，其特徵在於: 前置放大電路，其由電荷放大器組成，與超聲接收換能器進行阻抗匹配； 高增益放大電路，其由兩級反相放大器組成，用於放大微弱回波信號； 帶通濾波電路，其採用無限增益多路反饋型帶通濾波電路，用於對回波信號進行降噪處理； 二極體檢波電路，其採用二極體檢波電路，用於提取超聲回波信號包絡； 末級放大電路 ，其採用一級反相放大，用於對得到的包絡信號幅度進行放大。
全文摘要
本發明涉及一種基於電路相移的超聲精確時延檢測方法，包括如下步驟(1)接收來自超聲接收換能器的超聲接收脈衝；(2)將所述超聲接收脈衝輸入超聲回波信號調理電路；(3)根據超聲回波信號調理電路的各單元電路的相頻特性數學模型得到所述超聲回波信號調理電路的總體相移數學模型；(4)根據相移和時延之間的轉換關係，獲取總體電路在不同頻率下的時延；(5)根據回波信號調理電路總的時延量的變化規律對檢測時延進行補償。本發明可用於超聲無損檢測中缺陷的量化、定位以及利用超聲波進行物理參量精確檢測的場合。
文檔編號G01H17/00GK103207011SQ20131001490
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者宋壽鵬, 張恆, 姜琴, 盧翠娥 申請人:江蘇大學