高精度超声测距系统中自相关小波去噪法

超声测距的精度主要取决于飞行时间的提取精度,由于受噪声影响,接收信号的始点位置通常无法精确提取.传统方法常采用设计滤波器降噪,然而由于滤波器的参数无法随超声信号变化而改变,导致其适应性较差.本文提出了一种自相关小波阈值去噪的自适应去噪方法,通过计算各层小波细节分量与近似分量的相关性系数,自动确定最优分解层数,并通过采集分析噪声信号的小波分量,选择最优去噪阈值,达到了良好的去噪效果,增强了回波信号的信噪比,极大地提高了回波飞行时间的提取精度.经实验验证,信噪比可提高6~7 d B,在1 900 mm的范围内测量误差小于0.3 mm,测量不确定度小于0.17 mm.与传统方法相比,本方法具有适应性强、始点识别率高、测距精确等优点.     

移动机器人超声波测距和避障系统的设计及实现

本文介绍了移动机器人的超声波测距和避障系统的设计方案,以及系统的软、硬件组成.该系统的硬件电路以DSP-TMS320LF2407A作为核心处理器,包括超声波测距模块,以及外围辅助电路.系统采用了多路超声波传感器共同作用来完成整个机器人系统的避障和路径规划.在移动机器人的360度的方向上等角度每隔45度安装1个超声波传感器,共8个.各个方向上的超声波传感器循环工作,使得移动机器人实时获取距障碍物的距离和方位信息.样车实验表明,该系统可以满足移动机器人室内避障的要求.     

基于超声波传感器的风管清扫机器人避障功能设计

为解决风管清扫机器人在工作过程中容易与风管壁面发生碰撞的现象,本文利用超声波测距技术实现了机器人的自动避障功能。首先,介绍了HR-SR04超声波集成模块的测距原理和距离校正实验。其次,介绍了机器人自动避障功能的实现方法和自动避障功能在机器人上的应用。最后,为了检验风管清扫机器人避障功能的效果,进行了相应的测试实验。实验结果证明了超声波模块能够很好地完成风管清扫机器人自动避障功能。     

基于非局部均值-鲸鱼优化算法的套管引线超声波检测方法研究

在利用超声波测距原理检测套管引线变形情况的过程中,回波信号会受到变压器绕组振动等噪声的影响。为准确得到套管内部引线的状态信息,提出一种非局部均值鲸鱼去噪算法。首先,利用希尔伯特变换对回波信号进行预处理,提高回波信号的准确度;然后,结合鲸鱼优化算法,以最高信噪比为目标函数,对非局部均值滤波因数进行寻优,确定最优因数并完成去噪。结合仿真和现场实验,该文提出的算法可以有效地去除噪声干扰,提高超声波回波信号的质量和信噪比,降低均方误差,增加超声波测距的精度,对于利用引线到套管壁距离判断引线变形状况有着一定的应用价值。     

基于小波分析的惯性传感器信号实时处理方法

分形噪声和白噪声是影响光电跟踪系统惯性传感器输出信号精度的重要因素,采用传统的方法很难滤除分形噪声.利用分形噪声在小波变换域的特殊性质,采用小波滤波方式,并在此基础上,实现两种不同带宽的惯性传感器信号的融合.通过将阈值计算进行简化,并对信号输入延拓方式进行改进,提高了信号处理的精度,由此可以大大降低信号的小波变换长度以提高运算速度,最终在相应硬件的基础上实现信号的实时处理.最后的实验验证了该算法的有效性和实时性.     

果蝇优化小波阈值超声检测信号去噪

由于材料结构的复杂性,超声检测回波信号往往存在很多干扰噪声。针对钢制结构中平底孔的超声检测信号传统小波去噪方法中小波阈值难确定的问题,结合小波良好时频特性和果蝇的全局优化能力,提出基于果蝇算法(FOA)优化小波阈值函数的超声检测信号去噪方法。对原始信号叠加5d B高斯白噪声,通过测试最大信噪比改善量获得最佳小波基和分解层数,采用sym5小波对超声检测信号进行6层分解后,利用果蝇算法对小波阈值进行参数优化,对比传统4种阈值确定方法,提高小波阈值的精度。验证结果表明:该方法对超声检测信号去噪后信噪比、均方根误差和相关性等参数具有满意的效果,去噪效果明显。     

基于可变阈值和过零检测的四声道气体超声波流量变送器

针对四声道气体超声波流量计,提出基于可变阈值和过零检测的数字信号处理方法,快速、准确定位回波信号,提高系统抗干扰能力。设计了集中采集-集中处理数据的工作模式和双发双收的收发方式,采用FPGA和DSP双核架构,研制了四声道气体超声波流量变送器。利用FPGA擅长并行处理和复杂逻辑控制的优势,实现换能器双发双收、高速DAC和ADC的驱动控制以及数据存储,完成信号的集中采集;利用DSP擅长数字信号处理的优势,实时实现数字信号处理方法,完成信号的集中处理。气体流量标定实验结果表明:研制的四声道气体超声波流量计满足0.5级精度相关技术指标的要求。     

基于差值算法的电能质量信号实时检测方法

提出一种简单快速的电能质量信号扰动检测方法。该方法利用各个周期电能质量信号间的差值作为输入,结合不同精度的阈值,可以处理电压暂降,暂态脉冲等暂态检测问题及电压偏差、周期陷波等稳态电能质量问题。仿真表明,该方法简单实用,检测准确,弥补常用小波变换方法复杂费时及害怕噪声干扰的缺点,同时也弥补传统差值法对稳态信号检测不足的问题。该算法实时性强,易于在DSP等系统中实现。     

基于提升小波变换和AdaBoost的超声信号消噪技术

为了提高超声无损检测(UNDT)和无损评价(UNDE)中基础数据的信噪比(SNR),提出了一种基于提升小波变换和AdaBoost模式识别理论的超声信号消噪技术.该技术在研究材料内部散射体引起的结构噪声产生机理,以及分析传统裂谱分析算法局限性的基础上,利用提升小波变换将原始超声检测信号分解到小波空间后,通过采用AdaBoost算法构成的信噪分离器对信号和噪声进行识别、分离来消除噪声,得到高信噪比的超声回波信号.实验结果表明,与传统裂谱分析算法相比,该技术提高了消噪性能的稳定性,增强了湮没材料内部各种散射体散射中的缺陷回波信号能力.     

基于FPGA和DSP的气体超声流量计驱动和数字信号处理系统

采用FPGA+DSP双核芯结构,研制气体超声流量计驱动和数字信号处理系统。利用FPGA很高的工作频率和丰富的内部资源,实现高速DAC和ADC的驱动控制和数据存储;利用DSP的高速运算能力,实现数字信号的实时处理。针对利用正弦波驱动产生的超声波回波信号,基于实验数据统计,提出跟踪回波信号峰值的可变阈值法,准确地提取特征波,有效地克服了噪声的影响,扩展了量程比。气体标定实验结果验证了方法和系统的有效性。     

基于小波变换的裂谱分析法

 为了提高超声无损检测（UNDT）和无损评价（UNDE）中基础数据的信噪比（SNR）,提出了一种基于小波变换多分辨率分析的裂谱分析新方法．该方法在分析传统裂谱分析（SSP）方法原理及其局限性的基础上,通过采用小波变换多分辨率分析能力将原始超声回波信号进行等Q子带分解,然后按照一定的信噪分离规则来消除噪声,达到提高信噪比的目的．实验结果表明,与传统裂谱分析方法相比,该方法提高了消噪性能的稳定性,增强了湮没晶粒(或其他散射体)散射中的缺陷回波信号能力．     

基于提升小波变换的超声信号消噪技术

为了提高超声无损检测（UNDT）和无损评价（UNDE）中基础数据的信噪比（SNR）,提出了一种基于提升小波变换多分辨率分析的超声信号消噪新技术.在分析传统裂谱分析（SSP）方法原理及其局限性的基础上,通过采用提升小波变换多分辨率分析能力将原始超声回波信号进行子带分解,然后按照一定的信噪分离规则来消除噪声,达到提高信噪比的目的.实验结果表明,与传统裂谱分析方法相比,该方法增强了消噪性能的稳定性,提高了超声回波信号的信噪比.     

EMAT noise suppression using information fusion in stationary wavelet packets

An important issue in ultrasonic nondestructive testing is the detection of flaw echoes in the presence of background noise created by instrumentation and by clutter noise. Signal averaging, autoregressive analysis, spectrum analysis, matched filtering, and the wavelet transform have all been used to filter noise in ultrasonic signals. Widely-used wavelet threshold estimation algorithms are not designed for electromagnetic acoustic transducer (EMAT) pulse-echo signals, and therefore do not exploit their unique impulse nature. The approach to ultrasonic signal filtering proposed in this paper is based on stationary wavelet packet denoising with a threshold influenced by several information sources: a statistical echo detection, the amplitude distribution of the wavelet transform coefficients, and a priori known system frequency characteristics. The proposed method was evaluated on signals measured with EMAT probes and under various SNR conditions; it outperforms the wavelet transform with the Stein unbiased risk estimate (SURE) threshold estimation method and split-spectrum processing (SSP). The results indicate SNR enhancement of 19 dB with real EMAT data.     

基于引力势场的包装机器人自动避障控制方法

目的 为解决自动化包装机器人机械手受到障碍物影响导致避障效果较低的问题,提出自动化包装机器人机械手自主避障方法.方法 建立自动化包装机器人行走轨迹运动模型,计算其线速度和角速度,完成自动化包装机器人的运动学分析;利用相邻2个自动化包装机器人之间的引力势场,计算自动化包装机器人所受的合力;设置自动化包装机器人机械手自主避障的状态方程,设计自主避障算法;结合自主避障流程,实现自动化包装机器人机械手的自主避障.结果 在U型障碍物路段和H型障碍物路段中设计了对比实验,实验结果表明,提出的自主避障方法无论在哪种类型路段,自动化机器人的工作效率都在75％以上,具有较好的避障效果.结论 适用于自动化包装机器人的机械手避障,为自动化包装机器人的研究提供参考.     

基于增强式学习的仿生机器鱼避障控制

研究了仿生机器鱼的自主避障控制,提出了一种集成超声和红外传感器的仿生机器鱼系统设计方案,为机器鱼安装了3个超声传感器和3个红外传感器.针对此仿生机器鱼系统,提出了一种基于增强式学习的仿生机器鱼自主避障控制策略,给出了状态集和行为集,采用当场奖励和延时奖励相结合的方法,通过学习获得了有效的状态行为组合.仿真实验验证了学习结果的有效性.     

基于超声相控技术的船舶吃水测量方法

为了解决内河船舶因超吃水引起的通航阻塞以及船舶安全问题,提出一种基于超声相控技术的船舶吃水测量方法。以超声相控技术为理论基础,通过控制一维线型超声相控阵列换能器发射聚焦声波,实现对目标船舶的相控扫描,获取各扫描点的回波信号;利用匹配滤波算法对回波信号进行滤波,改善信噪比;利用阈值法提取回波信号的时延;利用渡越时间法,计算出扫描点到各发射振元中心的距离,利用双曲交汇法计算出扫描点的空间坐标;分析回波信号幅值和扫描点位置坐标即可得到船舶吃水深度。为验证方法的可靠性,搭建了小比尺船模吃水测量实验系统,分析了110~140 mm不同吃水深度下的实验结果,计算了实际吃水与测量吃水间的相对误差。实验结果表明,使用匹配滤波法处理后的回波信号信噪比从15.26 dB提高至36.39 dB,实验时,最大相对误差出现在船舶实际吃水130 mm时,绝对误差为2.3 mm,相对误差为1.7%。     

基于动态可变阈值的低功耗单声道气体超声波流量计

为克服气体涡轮流量计存在压损和需定期校准的缺点,研制了耐高压低功耗单声道气体超声波流量计.针对换能器因阻抗不匹配造成的回波信号质量差的问题,分析了回波信号的特征,提出了动态可变阈值和过零检测的数字信号处理方法.该方法可精准定位回波信号特征点.研制了以STM32为核心的低功耗气体超声波流量变送器.变送器采用了新的激励方式...     

钢包耳轴根部焊缝的相控阵超声检测与信号处理

采用匹配追踪算法和小波变换对低信噪比(2dB和-5dB)钢包耳轴根部焊缝缺陷检测信号进行预处理对比分析,在定制试块上采用64阵元超声相控阵探头对深度为230mm的耳轴根部焊缝进行检测,并且结合基于Gabor原子库的匹配追踪算法对回波信号进行消噪后成像.结果表明,在低信噪比(-5dB)条件下,匹配追踪算法较小波变换有更好的预处理效果;对深度位于220mm和230mm处的钢包耳轴焊缝缺陷的实际检测信号进行去噪处理时,匹配追踪算法能够准确定位缺陷位置并显著提高缺陷处信噪比.