[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

本發明提出了一種基于自適應閾值的超聲波回波信號特征峰識別方法。現有的識別方法有盲目性和不適應性，容易出現跳波現象。本發明首先將換能器接收到的回波信號進行濾波放大，利用峰值檢測電路得到回波信號的峰值電壓信號。然后進行回波峰值信號的臺階識別，同時選定閾值。最后通過判斷取峰值臺階的中值作為閾值，并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。本發明不僅可以根據回波信號幅值的變化進行調整，而且當當前回波信號特征峰出現變化，自適應閾值也可以實時調整，這使得自適應閾值相比固定閾值法有著更強的適應性。

技術領域

本發明屬于流量檢測技術領域，涉及一種針對超聲波流量計回波信號特征峰識別方法。

背景技術

超聲波流量計相比于其他類型的流量計有著高精度、低壓損、雙向測量等優點。而信號處理則是超聲波流量計的核心技術。國內的超聲波流量計主要通過門限電平法測量超聲波回波信號的飛行時間。當超聲波回波信號超過設置的門限電壓后，對回波信號進行過零檢測，從而測量超聲波信號的飛行時間。所設置的門限電平稱為閾值，將第一個超過閾值的波峰稱為特征峰，測量特征峰后某一固定過零點的時間作為回波信號的飛行時間，從而保證每次測量的準確性。

門限電平法抗干擾能力差，當回波信號變化較大時，特征峰的幅值發生變化，導致系統特征峰識別錯誤，使得測量的過零點不同，影響測量的準確性，這種現象稱為“跳波”。傳統的門限電平法過程一般是固定閾值，再根據閾值所在位置判定特征波，這種識別方法有一定局限性，容易出現跳波現象。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種基于自適應閾值的超聲波回波信號特征峰識別方法。

本發明主要步驟如下：

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。首先選取回波峰值信號的最大值，再確定各個峰值臺階電壓大小。設置分辨力D，即當相鄰兩個采樣點幅值之差小于分辨力D時認為兩個采樣點在同一峰值臺階上，反之當相鄰兩個采樣點幅值的差大于分辨力時則認為出現了下一個峰值臺階。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，其中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]。

閾值選取一方面在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電壓值的中點作為閾值，提高閾值選取的容錯性；另一方面閾值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]，k為回波信號的峰值臺階總數；同時得到N個比例數組R_i＝[R_1i,R_2i,…,1]，i∈[1,N]，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j∈[1,k]：

同時得到各峰值臺階的比例平均值