[發明專利]一種超聲檢測用傳感器及其信號處理方法

有效

• 申請號: 202011047375.5
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112098516B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 范辰港;陸勝;嚴曉東;沈潤杰;姜躍東;危偉;馮海超;趙毅鋒;曾輝;萬晶宇
• 申請（專利權）人: 國家電網有限公司;國網新源控股有限公司;華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司;同濟大學;上海知至檢測科技有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/24;G01N29/44;G01H11/08
• 代理公司: 杭州新源專利事務所(普通合伙) 33234
• 代理人: 鄭雙根

1.一種超聲檢測用傳感器，其特征在于：包括傳感器外殼（1），設于傳感器外殼（1）內的壓電單元（5）和輔助部件；所述壓電單元（5）包括接收壓電晶片（7）和設于接收壓電晶片（7）下方的發射壓電晶片（8）；所述發射壓電晶片（8）與接收壓電晶片（7）為軸向串聯結構；所述發射壓電晶片（8）為鋯鈦酸鉛多晶壓電陶瓷，厚度為100μm；所述接收壓電晶片（7）為碘酸鋰壓電單晶，厚度為80μm。

2.根據權利要求1所述的一種超聲檢測用傳感器，其特征在于：所述輔助部件包括設于傳感器外殼（1）頂部的兩個引線接頭（2），設于傳感器外殼（1）的底部的楔塊（6），設于傳感器外殼（1）內部并位于壓電單元（5）上方的兩根引線（3）和阻尼塊（4）。

3.根據權利要求2所述的一種超聲檢測用傳感器，其特征在于：兩根所述引線（3）分別為接收引線和發射引線；所述發射壓電晶片（8）與發射引線連接，所述接收壓電晶片（7）與接收引線相連。

4.根據權利要求1所述的一種超聲檢測用傳感器，其特征在于：所述壓電單元（5）的極化方向（12）為d₃₃，極化方向（12）與壓電單元（5）軸向平行；所述壓電單元（5）的聲波發射方向（11）為由發射壓電晶片（8）向接收壓電晶片（7）方向發出。

5.根據權利要求2所述的一種超聲檢測用傳感器，其特征在于：所述阻尼塊（4）構成材料包括鎢粉和環氧樹脂；所述楔塊（6）為改性丙烯酸酯有機玻璃；所述鎢粉和環氧樹脂的體積比為6.9:3.1。

6.根據權利要求1-5任一權利要求所述的一種超聲檢測用傳感器的一種超聲檢測用傳感器信號處理方法，其特征在于：應用CEEMDAN和小波降噪算法相結合的方式來進行降噪處理，其具體流程如下：

A、計算得到第一階；

B、計算得到第二階；

C、計算得到第j階：重復執行步驟B，即：先計算剩余信號的余量，在此余量信號上添加，多次對信號EMD處理，最終求得第j階；

D、判斷余量信號是否能被模態分解：如果能被模態分解，繼續執行步驟C；如果不能被模態分解，執行步驟E；

E、計算互相關系數：求出每個本征模態分量和原信號之間的互相關系數；互相關系數定義為 式中，x(t)是含噪信號，是本征模態分量，N為采樣點數，為含噪信號，為對應IMF的均值；

F、去除噪聲信號：根據步驟E所得的互相關系數制作互相關系數曲線，在互相關系數曲線中，找到第一個局部極小值對應的分量，可認為及比之更高頻的IMF分量中，噪聲信號占主體信號很小，可直接去除噪聲信號；

G、進行小波降噪處理：對步驟F求得的之后的幾個IMF分量應用小波降噪算法進行處理；

H、求得最終信號：將步驟G所得的IMF分量與步驟A中得到剩下的IMF分量進行合成，生成降噪后的信號。

7.根據權利要求6所述的一種超聲檢測用傳感器信號處理方法，其特征在于，步驟A所述的計算得到第一階，其具體步驟如下：

A1、生成含噪聲數據：在原始純凈超聲回波數據s(t)混入設定的正負成對的噪聲，生成對應的含噪聲數據；其中為設定噪聲，α為參數；

A2、進行模態分解：對A1求得的進行模態分解，即；

A3、求得多個：循環并多次執行A1和A2，得到多個；

A4、計算得第一階：對步驟A3求得的所有進行求平均值，得到第一階。

8.根據權利要求6所述的一種超聲檢測用傳感器信號處理方法，其特征在于，步驟B所述的計算得到第二階，其具體步驟如下：

B1、計算剩余信號余量：步驟A的基礎上，計算得到剩下的信號余量，記做；

B2、混入噪聲：在中混入正負的步驟A中EMD處理后的噪聲，得；

B3、求得第二階：對混入噪聲后的信號進行EMD分解，和步驟A的步驟相同，首先經過多次的EMD處理求得多個本征模態分量，再通過求均值，得到第二階。