[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

本發明公開了一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號合成方法及其系統，利用累加計數方法獨立發生若干梯形波信號分量，而后進行疊加形成脈沖信號，具體為：將脈沖激勵信號分解為若干正弦波，進一步各正弦波分解為若干梯形波分量，分別確定各梯形波分量的累加步進、幅值、初始值等基本參數；再利用累加器按累加步進進行不斷累加，超出上限時舍棄高位，保留余數；數據累加過程分為6個階段，將數據按階段變換為梯形波數據；各梯形波分量疊加得到所需超聲脈沖激勵信號。本發明的合成方法簡單，硬件實現成本低，可以輸出頻率、幅值以及初始相位可調的超聲脈沖激勵信號，同時大幅降低超聲發射設備系統復雜性。

技術領域

本發明屬于超聲無損檢測技術領域，尤其是一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號合成方法及其波形產生系統。

背景技術

在超聲相控陣成像檢測系統中，通過控制陣列中各換能器發射超聲脈沖信號的初始相位可以改變聲束的傳播方向，獲得局部能量聚焦。為了提高成像系統的橫向分辨率，減少偽像，在對某一焦點位置進行檢測時，期望聲場能量集中在焦點處，即聲場主瓣突出，盡可能抑制旁瓣、柵瓣。為此，在超聲檢測系統中，對發射陣元的激勵信號提出了更高的要求。包括：盡量削弱信號中的噪聲成分；脈沖信號應具備合適的包絡形式等等。當前，利用海寧窗等窗函數構成脈沖信號包絡即是一種常見的激勵信號形式，但利用這些窗函數調制的脈沖信號函數復雜，波形產生困難。目前超聲脈沖激勵信號的產生方法主要有三種。

第一種方法是利用專用脈沖信號發生器產生單電平或多電平數字脈沖信號，此類系統結構相對簡單，但輸出信號形式單一、粗糙，波形參數精度低，信號包含大量高次諧波，降低了系統的總體靈敏度。

第二種方法是采用直接數字信號合成(DDS)專用芯片，DDS芯片只能產生正弦波、方波等標準信號，輸出信號形式單一，為了獲得包絡調制需要另外增加硬件電路。

第三種方法是ROM查表法。首先根據脈沖波形的數學表達式計算完整脈沖各相位點的取值，轉換成定點數存放在ROM中。工作時利用相位累加器從ROM中順序讀出各相位點數據，通過DAC得到激勵脈沖信號。此方法對系統資源有很高的要求，ROM數據表的存儲深度決定了輸出波形的精度，如果要得到高精度的輸出波形需要一個非常龐大的ROM表格，消耗更多的資源。同時要實現脈沖信號幅值可調須另外增加模擬或數字乘法運算組件。不同的輸出波形需要在ROM中存儲不同的數據，波形發生的靈活性差。

上述三種方法在產生超聲脈沖激勵信號時都具有自身的缺點和局限性，因此設計一種簡便易行的超聲脈沖激勵信號發生方法，對超聲檢測系統的設計和實現具有重要的意義。

發明內容

為了解決現有技術中的不足，本發明提出了一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號合成方法及其波形產生系統，采用遞歸方式獨立發生多個梯形波信號分量，所有分量疊加得到所需超聲脈沖激勵信號波形的方法，采用該方法能夠輸出頻率、幅值以及初始相位可調的超聲脈沖激勵信號。

本發明所采用的技術方案如下：

一種基于梯形波的超聲脈沖激勵信號合成方法，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。

進一步，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；