[發明專利]一種基于自適應閾值的超聲波回波信號特征峰識別方法

有效

• 申請號: 201810270004.X
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108548578B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 趙偉國;卜勤超;章濤;虞結勇
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 33272 杭州奧創知識產權代理有限公司
• 代理人: 王佳健

1.一種基于自適應閾值的超聲波回波信號特征峰識別方法，其特征包括以下步驟：

步驟一：將換能器接收到的回波信號進行濾波放大，然后利用峰值檢測電路得到回波信號的峰值電壓信號；選擇最大峰值與所設定目標幅值最接近的m個回波數據作為回波信號數據處理的參照；根據比較記錄的m個回波信號，設定初始閾值Th₀；

步驟二：回波峰值信號的臺階識別：首先選取峰值信號的最大值，再通過各個峰值臺階的電壓值確定各個峰值臺階電壓大小；由峰值臺階識別結果，得到臺階數組A＝[A₁，A₂...A_k]；其中k代表對應的峰值臺階總數，A₁為第一峰值臺階，A_k為峰值臺階最大值；通過數組A中的各個元素除以A_k，得到比例數組R＝[R₁，R₂...1]；

閾值選取：從各個峰值臺階中選擇幅值差最大的兩個峰值臺階并將峰值臺階的中點作為閾值；同時要盡量靠近回波的參考過零點，減小整體幅值波動的影響；

步驟三：按先進先出原則存儲N個回波信號，得到N個臺階數組A_i＝[A_1i，A_2i，...，A_ki]，i∈[1，N]，同時得到N個比例數組R_i＝[R_1i，R_2i，...，1]，其中R_1i、R_2i、R_3i分別為第i個回波的第一峰值臺階與最大峰值的比值、第二峰值臺階與最大峰值的比值、第三峰值臺階與最大峰值的比值；由此得到峰值臺階的電壓平均值

同時得到各峰值臺階的比例平均值

針對當前采集回波的臺階數組，按先后順序比較得到首個大于閾值的元素A_p，p∈[1，k]；

當p＝1且判斷得到第一峰值臺階丟失，則取作為第一峰值臺階；

當p＝2時，則認為成功識別第一峰值臺階；

取采集回波的第一峰值臺階和第二峰值臺階的中值作為閾值，則由此可得自適應閾值為：

以先進先出的原則不斷更新存儲回波信號數組，使得閾值能夠根據實際的回波信號進行自適應調整以得到實時閾值的最優值；

所述的回波數據還進行跳波識別，來防止測量中信號跳波引起的誤差，具體是：

針對第一峰值臺階識別及補償后的回波數據進行跳波識別，設R_1(N+1)、R_2(N+1)、R_3(N+1)分別表示當前測得的回波信號的第一、第二、第三峰值臺階與最大峰值臺階的比值；

當時，則當前閾值在第一、第二峰值臺階之間，無跳波；

當時，則當前閾值在第一峰值臺階與參考臺階之間，過零點前移一個周期，則將過零點往后延遲一個周期作為真實的回波達到時間；

當時，則當前閾值在第二、第三峰值臺階之間，過零點會整體延后一個周期，則將過零點往前一個周期作為真實的回波到達時間。