基于气体超声波流量计的间歇激励和信号处理

为了提高气体超声波流量计系统的响应速度,提出一种新的基于相邻峰值最大差值的气体超声流量计信号处理方法。为了进一步提高该信号处理方法的测量精度,又提出一种新的间歇式激励方法。采用间歇式激励方法能得到相邻峰值差值较大的回波信号,并且在不同流量下,相邻峰值最大差值的相对位置始终保持不变。在实际测量中,通过回波信号中相邻峰值最大差值的位置,确定回波信号的到达时刻,进而计算出超声波传播时间,得到气体流量。将间歇式激励方法和基于相邻峰值最大差值的信号处理方法在硬件系统上进行实时实现,并进行标定实验,结果验证了激励方法配合信号处理方法的高效性。     

一种气体超声波流量计信号处理方法研究

针对气体超声波流量计信号处理中很难确定特征点的问题,提出一种基于可变阈值过零检测的信号处理方法,准确地找到信号的特征波,从而求得超声波信号的传播时间,准确测量气体流量。在以DSP和FPGA为双核心的气体超声波流量计信号处理系统上实时实现这种方法。采用判断"台阶"的方法,剔除噪声干扰所带来的误差,提高测量结果的稳定性。采用分段线性校正的方法,修正非线性误差,提高系统的测量精度。气体流量标定实验结果验证了方法和系统的有效性。     

交叉验证法在GIS超声局部放电信号提取中的应用

针对气体绝缘组合电器超声波局部放电检测信号常伴随有振动噪声的特点,提出了基于交叉验证的气体绝缘组合电器超声波局部放电信号提取方法。该方法无需先验知识进行噪声判断,自动选取去噪小波基、阶数及阀值。实验表明,该方法能够有效滤除振动干扰信号,实现超声信号到达时刻的精确辨识。     

混沌检测法在超声波流量计中的应用

针对时差法超声波流量计产生粗大误差的根源,本文提出了一种新的超声信号处理方法。该方法利用Duffing混沌振子对小信号的敏感性及对强噪声的免疫力,对微弱超声信号进行检测。实验表明,在强噪声的干扰下,混沌检测法能够对微弱超声信号的强弱区间进行有效的区分,可以剔除回波信号非常微弱的时间段。在超声波流量计的信号处理中采用该方法不仅能够避免粗大误差的产生,扩展时差法的使用范围,还能提高测量精度。     

基于FSK的超声波测距技术研究

提出了基于FSK（频移键控）的超声波测距方法。该方法是一种全新的超声波测距方法,采用频率分别为f1与f2的超声波进行测量,通过记录与检测超声波频率发生跳变的时刻来确定超声波在介质中的渡越时间。本文的核心问题是如何检测超声波回波的变频点,即频率由f1跳变到f2的时刻。本文采用FPGA设计24位高速计数器和24位先入先出存储器（FIFO）来记录超声波回波信号上升沿到来的时刻,从而实现变频点的检测。实验证明,本文研究的基于FSK的超声波测距技术,能够准确的记录每一个超声波脉冲发出的时刻和回波到来的时刻,当被测距离在0.2m与4m之间时,测量误差小于3mm,与传统的超声波测距技术相比,具有较高的测量精度。     

基于小波分析的超声波到达时间识别

在时差式超声波流量计中,超声波到达传感器的时间点即超声波信号到达时间点在时间轴上的位置的检测对流体流速、流量的计算非常重要.本文运用了小波的奇异点定位功能,将希尔伯特变换和小波分析结合起来,并通过对仿真数据进行处理来说明这种方法的有效性.     

特高压换流变压器局部放电超声波检测及定位

介绍了局部放电超声波检测和定位的方法,并采用基于小波变换的信号压缩处理方法对包含振动噪声干扰的超声波信号进行处理,排除振动干扰信号的影响,精确识别超声波信号到达时刻。     

高精度超声波测距方法的研究

在超声波测距中,通常因温度和时间检测的误差,使得测距的精度不高。为提高超声波测距的精度,对传统超声测距在结构上进行了改进,实现温度补偿校正。同时,根据超声波回波信号的特征,利用Morlet复小波信号处理方法,实现回波包络峰值检测方法,准确测定传输时间,达到精确测定距离的目的,可以显著提高超声测距的精度,增强超声检测应用的可靠性。     

超声波在管道防腐层剥离内检测中的传播特性研究

针对在役石油输送管道防腐层剥离致使管道存在安全隐患的问题,提出了基于超声波技术的管道内检测防腐层剥离方法,进行了超声波在单、双层介质中传播特性的研究。选择不同中心频率、不同K值的压电超声斜探头对单、双层介质进行超声检测对比实验,对超声回波信号进行数据对比分析。结果表明,在收发探头间距一定时,超声波的入射角度越小,接收到的信号能量越大,峰值比例系数也越大;超声波的激励频率越大,接收到的信号能量越小,峰值比例系数越大。提出了一种适用于防腐层剥离管道内检测的探头选取方法,针对本实验的被检对象,采用5 MHz、K1探头进行检测时,效果最佳,这为采用超声波进行管道防腐层剥离内检测的工程实现提供了理论依据。     

基于双阈值比较法超声波流量计信号处理

选择时差法超声波流量计为研究对象,以其包络超声波信号为基础研究信号处理方法,进一步提高时差法超声波流量计的测量精准度和稳定度。针对超声波流量计信号的特点,提出了双阈值法,利用此方法进行信号畸形与否的判断,再在良好的信号基础上进行流速流量计算。利用双阈值进行5个时间点的采集,同时采集过高阈值的脉冲个数,通过这些条件进行信号判断,满足指定条件的将再此基础上,按照指定的标准进行流速流量计算。实验验证证明该方法提高了流量计的测量精度和稳定度。     

超声导波管道缺陷检测的小波阈值去噪法

在超声导波管道缺陷无损检测中,回波信号在接收和处理过程中不可避免地会受到噪声的干扰,另外,超声导波在管道中传播时还存在频散现象,这会给管道缺陷的识别与特征提取带来不利影响。在有限元数值模拟条件下,采用小波分析的方法,利用Daubechies小波家族中的coif3作为小波函数,运用启发式阈值选取方法,对加有噪声的超声导波回波信号进行去噪,实验分析结果表明此方法提高了重构信号的信噪比,有效地抑制了超声导波回波信号中的噪声,在管道缺陷超声导波检测中,可为管道缺陷的识别与特征提取等提供方便。     

新型医用超声波氧气流量计

以PIC16F886单片机为处理器和超声波检测技术为核心,以MPLAB编写系统软件,设计医用超声波氧气流量计。本系统主要由PIC单片机模块、信号切换电路、模拟放大电路、滤波电路和电压比较电路组成。将氧气通过定长的管道,单片机给超声换能器发送激励信号,测出超声波顺逆流的渡越时间和氧气温度。基于最小二乘法曲面拟合算法,构建氧气流量与温度和时间差的函数关系式,完成对氧气流量的测量。测量结果表明该系统稳定可靠,精度高,具有很高的工程使用价值。     

基于整数提升小波时间熵的超声波回波位置检测

超声波的回波位置与信号检测具有十分重要的意义。本文引入小波时间熵技术实现了超声波回波位置的检测,其中针对超声波信号的特点对原有的小波时间熵算法进行了改进。选择适当的窗口宽度,从振动信号的低频系数出发计算时间熵,获得了良好的实际信号处理结果。文中针对超声波回波检测实际装置实现的要求采用了整数提升小波,降低了算法对硬件系统的需求,加快了算法的运行速度与性能。     

超声换能器时频域特性校准系统研究与实现

针对我国超声探伤仪换能器校准数字化程度较低的现状,深入分析国内外校准规范后,提出基于数字信号处理技术,实现换能器时域及频域性能自动校准的方法。设计并构建了超声换能器自动校准系统;对超声回波信号的分析,时域上利用了经验模态分解算法进行预处理去趋势项,同时提出从一列多次超声回波中获取首次回波的提取方法;频域上,利用数字频谱分析技术及加窗方法,对超声换能器首次回波进行频域特性分析;通过实际校准实验,整理并分析了若干提高检测可靠性的关键因素。实验结果表明,超声回波分析方法的实时性及可靠性较高,硬件结构的设计较为合理。     

基于深度学习的天然气钢制管道缺陷检测方法研究

在天然气钢质管道腐蚀缺陷超声检测中,常规模式识别采用人工提取回波信号的方法,存在主观性强、普适性低的问 题。 基于此,本文提出用一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network,1D-CNN)提取回波信号的特征结合随 机森林(random forest RF) 分类的方法。 首先根据实验获取的回波信号的噪声情况,用小波包变换(wavelet packet transform WPT)对信号进行去噪;并用变分模态分解( variational model decomposition VMD)对去噪后的信号进行分解和重构以获得平滑 的信号;最后将处理好的回波信号进行 1D-CNN 网络特征提取和随机森林分类。 实验结果表明,基于 VMD-1D-CNN-RF 的天然 气钢质管道缺陷检测方法针对人造缺陷的识别准确率为 85. 71%,针对天然气站场的管道缺陷识别准确率为 71. 05%,表明无需 专家识别也可初步判别管道状况。     

激光测距的高速采集与处理电路的设计

针对激光测距接收电路提出了将激光回波数字化处理的方法。基于激光测距中激光信号脉冲窄、上升沿陡、实时性要求高的特点,提出了采用ADC FPGA DSP的高速数据采集与实时处理的设计方案,详细介绍了电路的具体设计方法。分别对2MHz正弦波和重复频率5kHz脉宽为80ns的窄脉冲进行了采集实验,结果表明电路满足设计要求。     

基于模糊小波包的超声导波检测信号降噪研究

在管道超声导波检测中,缺陷同波信号的质量是实现管道缺陷识别和特征提取的基础.针对软、硬阈值处理方法的不足,给出了一种模糊阈值小波包降噪方法.应用该方法对包含高斯白噪声的模拟信号和实验采集到的超声导波检测信号进行了降噪处理,并且与小波全局阈值、小波包默认阈值降噪效果进行了对比分析.实验结果表明,模糊小波包降噪法能有效降低...     

铝板表面裂纹的激光超声检测与信号处理研究

为实现铝板表面裂纹缺陷检测,基于 COMSOL 建立铝板表面裂纹缺陷模型,分析了激光超声与缺陷的相互作用。 针对 激光超声在材料内部传播反射信号弱、信噪比较差的问题,提出了信号多次平均结合相邻三点信号差分处理方法。 利用激光超 声可视化检测系统对 5 mm 厚铝板表面 3 个裂缝进行检测,采用信号多次平均提高信噪比并增强最大振幅图中的损伤回波;提 取目标区域内各扫描点信号峰峰值重构三维最大振幅图,通过相邻三点信号差分处理方法对水平、垂直方向上的超声信号进行 处理,提供了更好的缺陷可见性。 结果表明,表面波(R)与深度 1 mm 以内的表面缺陷存在明显的相互作用;激光超声可视化检 测技术可快速检出铝板表面的裂纹且能够三维显示位置及大小,采用的多次平均及相邻三点信号差分处理方法能准确表征 0. 5 mm 以上的缺陷,这将在工业无损检测及评估中有极其广泛的应用价值。