小波分析在超声回波测量中的应用

利用小波变换的时频局部化性质,对超声回波弱信号特征进行提取,得到了较好的边缘信号,从而对信号进行全面细致的分析.用LabWIEW采集系统和小波软件算法验证了这种方法的有效性.实验结果表明:这种小波分析方法适合于超声回波信号的检测和特征提取,在改善了信噪比的同时,还保持了很高的时间(空间)分辨力,具有准确度高、抗噪声性能好等优点,并将该技术应用于水中距离测量,提高了系统测量的准确度.     

基于ISMP的高速公路护栏立柱导波检测

超声导波在高速公路护栏立柱检测中存在信噪比低、回波中特征信号不明显等问题,为此,提出一种改进的子空间匹配追踪算法( ISMP),利用回波信号的先验信息在过完备Chirp原子库上得到每次迭代的强相关原子集,经过迭代得到待匹配信号的最佳时频原子,从而实现对立柱回波信号的特征提取。通过对中心频率为128 kHz的检测信号进行算法验证,结果表明,ISMP可以有效提取出回波信号的特征原子,所得检测长度与实际测量误差小于1%,满足工程检测要求。     

基于K-SVD超声渡越时间获取方法研究

在超声回波检测信号中,反映污垢特征的冲击信号非常微弱,容易被噪声淹没。针对信号稀疏分解中常用匹配追踪分解不够准确的问题,提出基于K-SVD奇异值分解的超声渡越时间获取方法,利用K-SVD训练得到超声回波信号的过完备字典,结合正交匹配追踪进行局部搜索适配原子,以提高信号稀疏分解的速度和准确度。基于Comsol Multipysics仿真软件建立充液污垢管道三维有限元模型,研究了超声回波传播特性规律。将K-SVD算法应用于超声回波仿真信号和换热污垢管道回波检测信号的处理,并与原始小波训练字典进行对比。结果表明：改进的K-SVD字典学习算法能够在提高信号稀疏分解的同时,获得较好的降噪结果和污垢特征信息提取,对超声检测信号的处理具有实际意义。     

高炉炉墙测厚的信号处理

超声波反射法应用于高炉炉墙测厚时,高炉内部环境高温高噪声的特点,造成超声回波信号被噪声湮没的问题;针对这一问题,研究了超声波在金属介质中传播的机理,分析了超声回波信号信噪比下降的原因以及实验数据时域和频域的特征,设计改进了高炉炉墙测厚的超声波发射电路和信号调理电路;采用加热炉模拟高炉200~1 000℃温度环境,对直径40mm、长度1.2m的铁棒进行测厚实验;经实测,改进的发射电路发射的超声信号强度增大,回波处理电路处理后超声回波信号信噪比明显提高、峰值清晰可辩,解决了噪声湮没回波信号的问题,提高了高炉炉墙测厚的测量精度,对高炉的高产、顺产和延长炉龄具有实际意义。     

小波多分辨分析在超声回波信号去噪中的应用

在超声回波信号检测过程中，如何进行降噪处理一直是信号处理研究的焦点之一。该文应用具有优良的时频局部化能力的小波多分辨分析技术对回波信号作降噪处理，提取出材料缺陷处超声回波的主要特征信号。通过选取合适的分解和重构滤波器组，在有救提高信号的信噪比的同时也保持了良好的分辨率，从而实现缺陷识别和定位。在仿真实验中基于MATLAB环境对实际测量得到的超声回波信号进行噪声信号处理及特征提取，仿真结果证明了小波多分辨分析应用于超声回波信号降噪处理的有效性。     

空气耦合超声无损检测系统电路设计

为了提高空气耦合超声无损检测系统的能量转换效率,设计了匹配的硬件电路。结果表明:发射电路信号电压达到600 V,接收电路将回波信号放大79. 43 d B,滤波电路可接收频率0. 5～1. 5 MHz的超声波。不仅满足了发射电路的电压要求,有效解决空气耦合中回波信号弱的问题,还实现了对回波中噪声信号的削减,达到了降噪的效果。     

小波包去噪方法在海底石油管道超声检测中的应用

通过分析海底石油管道超声检测回波信号,部分有效信号混在噪声信号里,本文研究了具有任意多尺度分解特性的小波包去噪方法。首先介绍了小波包的基本理论以及去噪声理论,然后运用小波包分析对实际测量的超声回波信号进行。处理。仿真结果表明,小波包去噪法能更好地抑制噪声,明显提高信噪比。     

增强灰狼自适应阈值去噪法在变压器套管引线超声检测中的应用

超声检测作为一种新型的电力设备检测方式,回波信号极易受到噪声干扰,为了提高信号质量,提出了一种增强灰狼自适应阈值去噪法。首先,对信号进行多尺度小波分解,引入基于梯度下降自适应阈值法,用于估计不同小波分解层的阈值大小。然后改进传统灰狼算法的变异策略与收敛因子,优化自适应阈值函数梯度值,确定最优阈值并完成信号去噪。对仿真及实测超声回波信号的去噪结果表明,经本算法去噪后,超声回波信号的起振位置等有效信息得以保留,信号信噪比更高,均方误差更小,运行时间更短。本算法应用到变压器套管引线超声检测中,可提高超声检测的准确性,获取了变压器套管引线的状态,具有一定的应用价值。     

Chirp编码信号检测岩土工程层状结构界面缺陷

针对传统超声检测岩土工程层状结构界面缺陷中信噪比低、响应信号不易识别的问题,提出了用Chirp编码信号检测混凝土层状结构界面缺陷的方法.介绍了Chirp编码的基本方法和原理,通过在发射端发射中心频率为100 kHz,带宽为200 kHz,时宽为100 μs的Chirp编码信号,在接收端通过匹配滤波处理,得到峰值和信噪比较高的脉冲压缩信号.运用了匹配滤波器的数字信号处理方法,并对具有不同尺寸界面缺陷的工程层状结构的检测进行了有限元模拟.结果表明,Chirp编码信号检测工程层状结构能够在保证缺陷分辨力的同时提高信噪比.     

基于FastICA的雷达弱目标检测前跟踪方法研究

研究了强噪声干扰下的雷达弱目标检测及跟踪问题。针对信号与噪声干扰之间的相互独立性,提出了一种基于FastICA的弱目标检测前跟踪(TBD)算法。该算法的关键为对分离后的信号进行能量分配,以及求解所构建的一个多目标规划问题,进而实现匹配回波信号的能量积累。仿真实验结果表明,在负信噪比的情况下,无论是高斯噪声还是非高斯噪声,该方法均可以实现检测前跟踪的目的;用能量积累过程中记录的目标状态信息为观测值,则可以通过滤波估计的方法最终实现对目标的稳健跟踪。该方法为弱小目标的跟踪检测技术提供了一种新的思路。     

一种测量超声波传播时间的装置

基于超声波技术的检测方法，通常需要精确地测量超声波在介质中的传播时间。针对超声波无损压力检测技术，开发了一种采用回振法测量超声波传播时间的装置。测量时，装置中接收探头检测到的信号通过门电路输出并再次触发发射探头。为提高测量的稳定性和灵敏度，装置采用了稳定性好的电路。实验结果表明，使用该装置可以探测到0．5ns的超声波传播时间变化量。     

直接序列扩频信号(DS-SS)的检测与参数估计

为了解决在低信噪比的情况下,直接序列扩频信号（DS-SS）的检测与参数估计问题,本文讨论了基于高阶统计理论的DS-SS的检测方法以及对DS-SS扩频码码型的估计.在仿真实验中,提出了一种将接收信号分段,利用数据累积窗技术来提高接收信号信噪比的方法.理论分析和计算机仿真结果表明本文的方法鲁棒性强,即使在信噪比很低的情况下,仍然能够检测出DS-SS,并能够对其参数进行准确有效地估计.     

探头固定特性对非介入式压力检测性能的影响

基于超声波的非介入式压力检测是利用超声波在容器壁中的传播时延与容器内压有关这一特性来实现压力检测。获得高信噪比的超声波信号和精确的传播时延是提高压力测量精度的关键。本文采用一发两收（一个发射探头、两个接收探头）模式,研究了接收探头固定特性对超声波信号幅值以及传播时延的影响。实验结果表明,随着探头荷载的增加,超声波信号幅值会随之增大并趋于稳定。此外,改变两个接收探头的荷载大小,超声波传播时延也会随之而变化,而且其传播时延改变量和由压力容器内压所引起的传播时延处于同一数量级。因此,在实际应用中应确保两个接收探头固定特性一致,从而提高压力测量精度。     

红外测温技术在轮盘旋转试验中的应用

本文介绍了红外测温技术在轮盘旋转试验中的应用，包括原理、方法及安装、使用和应用情况。     

基于VMD的相控阵超声信号降噪方法研究

针对超声检测在钢板板边和轮对可能存在漏检的问题,采用相控阵超声检测技术对钢板板边裂纹缺陷和轮对孔缺陷进行成像检测;针对钢板和轮对缺陷散射信号信噪比低的问题,提出了一种参数优化的变分模态分解（VMD）算法,避免了人为主观影响,通过选择对应频带的本征模态函数（IMF）分量表征原始信号特征,并通过比较VMD分解后各本征模态函数（IMF）分量与原始信号的信噪比与均方根误差来评价（VMD）算法的效果,最终实现缺陷成像检测。实验结果表明：与原始信号相比,该方法处理后的缺陷信号具有较好的保真度,信噪比与平滑度,均方根误差降低,不易出现模态混叠现象,有良好的分解效果。处理后成像结果更为清晰,缺陷的大小、位置及形状都能够完整展示出来,可以实现孔缺陷和裂纹缺陷的定位检测。     

基于小波-EEMD-Adaline网络的容栅传感器信号去噪方法

针对容栅传感器检测的转动轴扭振信号掺杂的环境噪声干扰和自身的电磁噪声干扰使得信噪比低、微弱信号难提取的问题,提出了一种基于小波-EEMD-Adaline自适应线性神经网络去噪方法.该方法对信号进行小波、EEMD、Adaline网络消噪处理,采用三级去噪、噪声过滤、对消来逼近原始信号.用典型加噪超声信号、Doppler信号、Block信号对该方法进行有效性验证,与EEMD、基于小波分解的EEMD去噪效果相比较.实验结果表明,后两种方法信号去噪的SNR提升小(均不到20),而本文方法SNR(RMSE)提升(减小)明显,对于9 dB的Doppler信号SNR提升达90,RMSE从1.038 5降至0.009 5.对容栅电路实测大噪声微弱信号去噪,结果表明,该方法去噪性能更优,去噪后信号光滑性好,波动稳定性强.     

基于DBR光纤激光传感器的超声与温度双参量测量研究

介绍了一种基于DBR光纤激光传感器同时测量超声与温度的双参量测量方法。通过对光纤DBR激光传感器中,由双折射效应产生的两种非简并偏振模式拍频的调制,同时获得温度与超声的测量信息。文中首先基于DBR光纤激光传感器偏振外差技术测量的基本理论,分析其在温度信号调制和超声信号调制下的测量原理。然后,设计温度与超声测量实验,得到不同温度下DBR光纤激光传感器的频谱输出,以及同一温度下（34.9℃）,两种超声信号（5 MHz和7 MHz）的频率调制输出。最后,实验论证了不同超声信号在不同温度下的双参量测量输出。本文通过理论与实验的对比分析,表明了DBR光纤激光传感器在超声信号测量的同时,还可以实现温度信号的测量,10 MHz以内温度灵敏度均值0.116 MHz/℃。     

基于FPGA的高精度超声波温度计设计

以超声波在介质中的传播速度随温度变化而变化的特点为设计原理,以FPGA为控制核心,设计了高精度超声波温度计。在FPGA上同时实现了高速信号控制模块、高频信号发生器模块、信号自动采集控制模块以及NIOS II软核处理器模块,解决了设计的关键性技术问题,并通过处理器实现了特殊的软件细分插补算法来对采集的数据进行分析处理。通过理论分析和实验,验证了该方法能够达到纳秒级超声波传播时间的测量,从而使设计能够实现分辨率优于0.001℃的温度测量。     

The microfabrication of capacitive ultrasonic transducers

Surface-micromachined capacitive ultrasonic transducers, which are suitable for operation in both air and water, have been fabricated and tested. Amorphous silicon is used as a sacrificial layer because of its good etching selectivity versus a nitride membrane, and improved cell-size control is obtained by lithographic definition of cavity walls. In addition, appropriate feature designs based on two-dimensional (2-D) process simulations make it possible to achieve device cavity sealing with g-line optical lithography. Transmission experiments in both water and air are presented. A dynamic range in excess of 110 dB is observed in air at 2.3 MHz. In water, a single pair of transducers is able to operate from 2 to 15 MHz. When tuned, a 3.5-MHz tone burst results in a received signal with better than 60-dB signal-to-noise ratio (SNR). The transducer behaviour agrees with a theoretical understanding of transducer dynamics. The dynamic ranges achieved in this paper are the best reported to date for surface-micromachined capacitive ultrasonic transducers