[發明專利]一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號合成方法及其系統

在審

• 申請號: 202010119827.X
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111399587A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 秦云;王志昊;徐晨光;駱英
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F1/02
• 分類號: G06F1/02;G01N29/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號的波形產生系統，其特征在于，包括依次連接的上位機、控制芯片、DAC轉換芯片和低通濾波器，所述控制芯片內通過邏輯設置能夠實現基于梯形波的超聲脈沖激勵信號合成方法，進而實現超聲脈沖激勵信號的遞歸運算及信號合成。

2.根據權利要求1所述的一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號的波形產生系統，其特征在于，所述控制芯片內部為每一路梯形波配置一套遞歸式梯形波發生單元，每一套梯形波發生單元包括依次連接數據累加組件(1)和梯形波變換組件(2)；所述數據累加組件(1)遞歸產生累加數據，梯形波變換組件(2)將數據累加組件(1)所產生的累加數據變換成梯形波數據；每個梯形波變換組件(2)的輸出連接加法組件(3)，加法組件(3)將所有梯形波變換組件(2)產生的梯形波分量疊加得到所需的合成數據。

3.根據權利要求2所述的一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號的波形產生系統，其特征在于，所述數據累加組件(1)包括加法器(11)、減法器(12)、數據選擇器(13)和寄存器(14)；加法器(11)的輸入端分別輸入累加步進Δu和累加數據；加法器(11)的輸出端分別連接減法器(12)和數據選擇器(13)的第1路數據輸入端；減法器(12)的輸入端還輸入鋸齒波最大值A_max，減法器(12)的運算結果輸出端連接第2路數據選擇器(13)的數據輸入端，同時減法器(12)的借位狀態輸出同時接數據選擇器(13)的控制輸入端，數據選擇器(13)的第3路數據輸入端連接鋸齒波初始數據u(0)輸入，數據選擇器(13)的輸出端連接寄存器(14)的輸入端，寄存器(14)用以保存并輸出累加運算的結果。

4.根據權利要求3所述的一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號的波形產生系統，其特征在于，數據選擇器(13)根據系統工作使能和減法器(12)輸出的減法借位狀態選擇適當的數據，選擇的規則為：當系統運行使能無效時，選擇第3路數據輸入，即鋸齒波初始數據u(0)；當系統運行使能有效且減法器(12)的減法運算中累加數據小于其最大值A_max時，選擇第1路數據輸入，即加法器(11)的輸出；當系統運行使能有效且減法器(12)的減法運算中累加數據大于其最大值A_max時，選擇第2路數據輸入，即減法器(12)差值輸出。

5.一種基于權利要求4所述基于梯形波的超聲脈沖激勵信號的波形產生系統的超聲脈沖激勵信號合成方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將超聲脈沖激勵信號分解為若干個正弦波分量，并確定各正弦波分量的參數；

步驟2，將每個正弦波分量分解為若干個梯形波分量，并確定各梯形波的頻率、幅值、初始相位；

步驟3，根據各梯形波的頻率、幅值和初始相位建立梯形波遞歸發生公式；

步驟4，利用梯形波遞歸發生公式分別對各梯形波分量進行遞歸運算，獲得每個梯形波分量各采樣點瞬時數據；

步驟5，將所有梯形波遞歸運算結果進行疊加并輸入數字模擬轉換器DAC中，得到超聲脈沖激勵信號。

6.根據權利要求5所述的一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號合成方法，其特征在于，所述步驟1中采用傅里葉變換將超聲脈沖激勵信號分解為若干個正弦波分量。

7.根據權利要求5或6所述的一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號合成方法，其特征在于，所述正弦波分量的參數包括頻率ω、幅值A及初始相位

8.根據權利要求7所述的一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號合成方法，其特征在于，建立所述梯形波的遞歸發生公式的方法為：

u(i)＝mod[u(i-1)+Δu,A_max]

其中，u(i)為累加數據，s_t(i)為梯形波第i個采樣點的瞬時數據，i為采樣序號，i＞0；A_max為累加數據上限，A_max＝6A_t，A_t為梯形波幅值；Δu為u(i)的累加步進，ω_t為梯形波頻率，ω_c為合成系統采樣頻率；累加數據初始值為為梯形波初始相位；mod(x,y)為求余函數，即得到x除以y的余數。