[發明專利]一種超聲測厚中的自適應聲時計算方法

有效

• 申請號: 201710699624.0
• 申請日: 2017-08-18
• 公開（公告）號: CN107450061B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 王永青;周連杰;劉海波;廉盟;應楊威;李亞鵬;賈振元
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01S7/539
• 分類號: G01S7/539;G01B17/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種超聲測厚中的自適應聲時計算方法，其特征在于，計算方法將聲時計算轉化為系統辨識問題，將相鄰的兩個脈沖回波分別作為輸入信號和期望信號，在迭代過程中使用改進的變步長自適應算法，由輸出誤差功率的比例、積分和微分形成步長綜合控制函數，以減小噪聲的影響，更加準確地獲得相鄰回波信號的脈沖響應序列；然后采用對脈沖響應序列進行分段擬合、一階求導處理，得到脈沖響應序列極大值位置，由脈沖響應序列極大值的橫坐標換算得到超聲聲時；方法的具體步驟如下：

第一步，超聲回波信號采集和預處理

采集超聲回波信號，從中截取兩個相鄰回波，并在兩相鄰回波之間截斷的部分進行補零操作，得到相鄰前回波x₁(n)和相鄰后回波x₂(n)，n為采樣點；確定脈沖響應序列W(k)＝[w₁(k),w₂(k),w₃(k),...,w_N(k)]^T的階數N，其中w_i(k)為第i階權系數，k為迭代次數，T表示向量轉置運算符；選取迭代步長μ(k)在首次迭代即k＝1時的值μ(1)，并對脈沖響應序列W(k)的首次迭代值置零，即k＝1時W(1)＝[0,0,0,...,0]^T；

第二步，迭代求解脈沖響應序列W(k)

首先，計算第k次迭代計算的輸出誤差e(k)，

e(k)＝x₂(k)-X₁^T(k)*W(k) (1)

式中，X₁(k)＝[x₁(k),x₁(k+1),...,x₁(k+N-1)]^T為第k次迭代計算的輸入信號，x₂(k)為第k次迭代計算的期望信號，符號*表示卷積運算符；迭代更新脈沖響應序列，

W(k+1)＝W(k)+μ(k)e(k)X₁(k) (2)

式中，μ(k)為第k次迭代步長，W(k+1)為第k+1次脈沖響應序列；

其次，按照下式計算步長綜合控制函數p(k)，

式中，β為步距遺忘因子，且有0＜β＜1；中間參量k₁、k₂和k₃分別被定義為k₁＝K_P+K_I+K_D、k₂＝-K_P-2K_D和k₃＝K_D；K_P、K_I和K_D分別為誤差信號能量e²(k)的比例系數、積分系數和微分系數；

接著，更新第k次迭代步長μ(k)，

μ(k+1)＝αμ(k)+γp(k) (4)

式中，α為步長遺忘因子，γ為步距比例因子，且有0＜α＜1、γ＞0；

最后，按照上面步驟對脈沖響應序列W(k)迭代更新，直到迭代次數k等于補零后回波信號的長度；

第三步，脈沖響應序列處理

取第二步中最后一次迭代得到的脈沖響應序列W(k)作為最終的脈沖響應序列離散解w_j，對脈沖響應序列離散解w_j進行樣條曲線擬合處理，得到分段連續的脈沖響應曲線

式中，j為分段離散區間，j∈[1,N-1]；a_j,b_j,c_j和d_j為第j分段區間的多項式系數，t為時間；

通過對分段擬合曲線進行求導計算，獲得脈沖響應曲線極大值對應橫坐標t₀；

第四步，聲時計算

通過下式計算聲時TOF：

TOF＝t₀×T (6)

其中，T為系統采樣間隔。