超声波测距误差分析及修正方法

在介绍超声波测距原理的基础上.分析了超声波传播速度与环境温度的关系,重点简述了影响渡越时间测定的因素,以及回波窜绕问题,进而提出了提高测量精度的方法.这对减小超声波测距误差有一定的现实意义.     

基于小波变换的高精度测距系统设计及DSP实现

目的为了解决传统物流行业机器人避障系统中存在的测距精度低、抗干扰性差等问题。方法提出一种基于DSP的温补与小波阈值滤噪的高精度超声测距系统,包括DSP最小系统、超声波传感器、LCD显示模块、温度补偿电路和报警电路等。超声波测距系统通过实时采集环境温度来修正声速值,采用小波阈值变换算法对回波信号进行处理,以提升回波信号的信噪比和起始点锐度。结果应用CCS4.2软件与DSP芯片进行调试、实验,实验表明在距离0～1200 mm内,系统的测量误差为±4 mm。结论采用小波阈值变换算法和温补电路,提高了传统物流机器人避障系统的测距精度。     

伪随机码超声扩频测距系统设计与算法

针对单脉冲回波方式的超声测距方法存在的缺陷,借鉴雷达中的脉冲压缩技术,介绍了基于伪随机二进制序列(m序列)的超声扩频测距实现方法.伪随机码与超声载波采用ASK(幅移键控)调制方式,介绍了伪随机码超声扩频测距硬件方案和超声测距时延估计模型.针对超声换能器带宽特性和单脉冲回波特点,分析了m序列参数设计方法.提出了一种基于FFT的伪随机码包络相关快速时延估计算法,该算法将信号解调与匹配相关融合,大大降低了运算量.实验表明,本文介绍的伪码超声扩频测距硬件方案和快速算法可在便携式超声测距系统中实现,并可在多基站超声定位系统中推广使用.     

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。     

基于单片机的超声测距系统

介绍并设计一种基于单片机的超声测距系统。该系统以超声波的传播速度为确定条件.利用发射超声波与反射回波时间差来测量待测距离。概述超声波检测的基本原理。并且在介绍超声测距系统功能的基础上,提出系统的总体构成。     

基于相关函数包络峰细化的高精度超声测距法

建立了超声测距时延估计模型,由于窄带超声回波参考信号与接收信号的相关函数在极值点附近具有慢衰减高频振荡特性,所以有必要将搜索直接相关函数的极值点转化为搜索相关函数包络的极值点.针对相关峰常规插值方法在多倍插值的情况下存在计算复杂、时延估计精度不高等缺点,结合超声回波信号的窄带带通特性和相关峰细化(Fine Interpolation of Correlation Peak)原理,提出了直接提取相关函数包络及包络峰细化方法,并分析了其计算复杂度.仿真与实验研究表明,该方法能大大提高相关函数包络峰值分辨率,适用于类超声回波信号的带通信号精细时延估计问题.     

两种滤波器在被动测距中的应用

精确测定目标信号到达不同水听器的时延差是被动测距声呐正常工作的基础.本文先是采用一阶线性递归滤波器对相关函数进行滤波,然后再用居于自适应噪声抵消器的参数估计器对所测的延时(测距)进行后置滤波和跟踪,取得了很好的效果.     

基于CPLD的雷达模拟训练器跟踪测距实现

雷达测距系统是雷达的主要系统之一.它以MAX7000系列CPLD器件为核心,对雷达主波、波门信号和目标回波信号进行模拟,实现雷达测距系统的模拟手动跟踪测距和自动跟踪测距.     

一种低失真度多普勒测速仪回波模型的构建和分析研究

为了支撑研究并评估多普勒测速仪（Doppler Velocity Log,DVL）信号处理算法的性能,需模拟海底回波信号,故需构建失真度低的海底回波模型。文章提出了扇环形海底回波模型,在此基础上,构建了一种基于散射理论的海底回波优化模型。将此优化模型和传统模型进行了对比分析,结果表明,优化模型较传统模型,与真实海底回波之间的包络特性误差更小,宽带回波的包络特性误差降低了20%以上,验证了所构建的回波模型的有效性和优越性。     

时延/时延差组合定位模型抗距离模糊技术研究

基于时延测量的水声跟踪定位系统,当信号传播时延大于脉冲重复周期时,就会出现测距模糊。测距模糊是高帧率定位系统不可避免的问题。研究了基于时延测量的合作声信标定位系统中的抗距离模糊问题,提出了一种新的抗距离模糊技术,基于时延测量定位模型和时延差测距模型,推导了相应的软件抗模糊算法。该方法将两种定位模型的优点相结合,实现了无模糊的、高精度的水下定位。最后海试结果验证了算法有效性和可靠性。该算法不仅具有硬件抗模糊无法具有的优点,而且与以往的硬件、软件抗距离模糊算法相比,有更灵活的运用空间。     

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%。     

Ultrasonic nondestructive evaluation of highly scattering materialsusing adaptive filtering and detection

Adaptive filtering and detection has been applied to the problem of detecting ultrasonic echo signals from test targets where the wanted signals are masked by coherent scattering from grain boundaries present in highly scattering materials. The filter is based on the normalized least mean square (LMS) error algorithm, and can be operated with either an independent reference signal or by using the delayed input signal as the reference. Tests made on a collection of 64 ultrasonic A-scans using the same processing parameters show that an up to 10 dB improvement in signal-to-noise ratio can typically be obtained. A cell-averaging constant false alarm rate (CFAR) detector is used to detect the signals automatically. The performance of the method is compared to that of split spectrum processing, both with and without polarity thresholding     

超声波在水中衰减的频率效应及其对脉冲回波的影响

超声波在传播中会发生幅值衰减,该衰减不仅与超声波传播的距离有关,还与超声波的频率有关。为了研究高频超声波衰减的频率效应,本文通过脉冲回波法分析脉冲超声波在水中传播反射回波的幅值和频谱变化,研究了超声波在水中传播时幅值衰减与传播距离及其与超声频率之间的关系,通过测量脉冲超声波在水中传播不同距离时的反射回波,并对其进行傅里叶变换,分析了超声波传播衰减的距离效应和频率效应。研究发现:超声波在水中的传播衰减随距离呈指数规律,且不同频率超声波的衰减系数不相同,频率越高,衰减越大,衰减的频率效应可有效解释反射法高频脉冲超声检测中回波脉冲信号的中心频率远低于换能器标称中心频率的现象。     

Flaw detection close to the interface using ultrasonic echography

The detection of flaws by ultrasonic echography becomes difficult when the flaw is at a shallow depth. The time delay between the interface and flaw echos is less than the width of the impulse-response time of the transducer, and the flaw echo generally has an amplitude much smaller than the dominating interface echo. When the surface is not too rough, the interface echo can be assumed to be known, and its comparison with the signal interface and flaw echo permits the detection of the flaw. In this article it is shown that signal processing techniques allow small flaws to be detected very close to the surface (0.5 mm). Two methods are proposed, the first one is based on the minimization of the mean-square error, and the second on the spectral substraction of the two echos.This work has been supported by the French Ministry of Defense.     

桥式推挽结构超声激励电路性能分析

基于桥式推挽结构,设计了由两路正向单脉冲电压产生双极性电压效果的电路,提高了激励信号的能量,为超声无损检测激励电路的负向耐压低、供电电源复杂等问题提供了解决方案。该方案包括硬件实现和相关实验验证。脉冲回波检测实验结果证明:桥式推挽结构的超声激励可以提高回波的幅度,在相同实验条件下,回波幅度为单极性方波脉冲激励的两倍,等效于双极性方波脉冲激励的效果。该文方法可以提高超声激励电路的性能,为高性能便捷式超声激励系统的设计提供了理论和实验依据。     

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...     

基于超声相控阵的水下船体表面成像方法研究

针对当前水下船体表面成像设备较少、成本较高、成像误差较大的问题,提出一种基于超声相控阵技术的水下船体成像方法。以超声相控阵技术为基础,控制一维线型超声相控阵列换能器发射的聚焦声波对水下船体表面进行相控扫描,声波作用于船体表面后发生散射,回波被换能器接收后利用双曲线交汇法计算出各反射点的点云数据,最终利用点云数据重构出水下船体表面的三维模型。通过搭建水池船模成像实验对方法进行了验证,结果表明,重构图像最大误差小于5mm,具有较高的成像分辨力。     

Modified Ultrasonic Technique to Study Gd-Doped ZnO Films

Normal ultrasonic transducers of 0.5, 1, and 2 MHz are modified using delay lines which are made of Quartz. Such modification is to ameliorate the capability of the transducer to investigate Gd-doped ZnO thin films whose thickness is too thin. The normal transducers cannot test materials that have too thin thickness due to the near fields of these transducers. The near field is considered as blind area of the transducer. Therefore, the specimen under test must have thickness bigger than the near field of the used transducer, or instead delay lines can be used. Samples of Gd-doped ZnO thin films are prepared using sol gel technique. The ultrasonic pulse echo method is used at room temperature. Flaws are found in different prepared specimens. Results show that such delay lines are suitable to ameliorate the ultrasonic transducer to test Gd-doped ZnO thin films.     

基于改进时间反转法的超声导波检测系统构建

针对目前国内自主研制超声导波检测设备能力不足以及常规超声导波检测灵敏度较低等问题,构建一种基于改进时间反转法的超声导波检测系统。利用超声导波线性叠加性,单独激励时间反转信号,再线性叠加检测信号,在LabVIEW环境下,开发基于NEXTKIT信号万用仪和NI PXI-6331采集卡的超声导波时间反转检测系统。实验结果表明:纯净的时间反转信号是获得良好聚焦效果的前提,为窗宽选择提供依据,有效提高小缺陷反射回波信号幅值,为设备小型化提供可能。