[發明專利]超聲波波形對應關系判別及疊加方法

有效

• 申請號: 201710613901.1
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107328870B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 田一梅;鄭國磊;趙偉高;張海亞
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 劉國威

本發明涉及超聲波信號濾波技術，為求得待疊加波形的時間對應點，實現超聲波的多次疊加，有效解決超聲波無損濾波方法中判別波形對應關系問題。本發明，超聲波波形對應關系判別及疊加方法，步驟如下：1)應用超聲波采集裝置，選擇帶漢寧窗的5個周期的正弦波作為激勵信號，對一管道采集多組具有發射波形數據；2)應用維格納?威爾時頻分析方法對采集的每組超聲波數據分別進行處理，求出當ω＝π時能量最大值對應的時間點，并記錄下來；3)將采集的每組超聲波數據分別以能量極大值對應時間點為數據疊加的對應點，同時將對應點前后包含波形的數據按順序一一對應后進行疊加，并繪制疊加后的曲線圖。本發明主要應用于超聲波信號濾波場合。

技術領域

本發明涉及一種實現超聲波信號濾波的方法，屬于工程學領域，具體講,涉及超聲波波形對應關系判別及疊加方法。

背景技術

超聲波無損濾波方法是對超聲波數據進行多次采集后，將采集的數據中具有發射波形的所有數據按照波形對應關系進行疊加后求取平均值，達到削弱噪音，提高信噪比的目的。具有有效信號保持不變、信噪比提高、時頻分析能量極大值易識別和定位精度提高的特點。然由于待疊加的超聲波數據有較強的噪音信號，使得超聲波有效波形的極值點和零值點都不易識別，尤其當有效信號較弱、噪音信號較強時，波形幾乎被噪音淹沒，給超聲波無損濾波方法的實現帶來諸多困擾。

維格納-威爾時頻分析方法具有極強的抗噪特性并且可以準確描述非平穩信號的能量分布特征，本發明應用該時頻分析方法的上述特點，將具有發射波形的每段超聲波數據應用該方法處理后，以能量極大值處時間點作為待疊加波形的對應時間點，然后將每段超聲波數據該時間點前后的包含波形的所有數據按順序一一對應后進行疊加，有效解決超聲波無損濾波方法中的波形對應關系判別問題，實現超聲波數據的多次疊加。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在針對超聲波無損濾波方法中超聲波信號疊加時因噪音信號較強波形對應關系不易判別的特點，結合實際應用，求得待疊加波形的時間對應點，實現超聲波的多次疊加，有效解決超聲波無損濾波方法中判別波形對應關系問題。本發明采用的技術方案是，超聲波波形對應關系判別及疊加方法，首先將采集的具有發射波形的每段超聲波數據分別用維格納-威爾時頻分析方法進行處理后記錄能量極大值對應時間點，公式如下：

T為采樣間隔，ω為頻率，N為每段超聲波數據的數據個數，S為數據值，m為數據點點號；

t＝mT|max(WVD(mT,ω))|ω＝π (2)

然后將每段超聲波數據能量極大值處時間點為疊加的對應點，并將該點前后的具有發射波形的數據按順序一一對應后進行疊加，公式如下：

式中：V_i為有效波形的第i個采集點的超聲波平均振幅大小；V_ij為第j個波形中的第i個采集點的超聲波振幅大小；N為有效波形的數量，m為一個有效波形中采集點的數量。

在一個實例中，

1)應用超聲波采集裝置，選擇帶漢寧窗的5個周期的正弦波作為激勵信號，對一管道采集多組具有發射波形數據；

2)應用維格納-威爾時頻分析方法對采集的每組超聲波數據分別進行處理，求出當ω＝π時能量最大值對應的時間點，并記錄下來；

3.將采集的每組超聲波數據分別以能量極大值對應時間點為數據疊加的對應點，同時將對應點前后包含波形的數據按順序一一對應后進行疊加，并繪制疊加后的曲線圖。

本發明的特點及有益效果是：

通過本發明解決含噪音信號的超聲波波形對應關系判別問題，并實現超聲波數據的多次疊加，使得超聲波有效信號不變，噪音信號大大消弱，有效實現超聲波無損濾波方法。

附圖說明：