基于伪随机序列自相关的多传感器测距系统

针对单脉冲回拨方式的超声测距方法存在抗干扰能力差和不能全方位检测环境信息等缺陷,开发了一种多传感器测距系统。该多传感器超声测距系统基于伪随机序列自相关原理,通过对发射信号和回波信号进行相关运算精确的捕捉其相位差来计算渡越时间。以现场可编程门阵列(FPGA)为核心器件,结合超声回波的特点设计了能抑制和隔离电路中噪声的回波微弱信号接收电路、多路模数转换电路和相应的软件系统;提出了适用于该系统的误差校正方法。FPGA仿真结果表明,在误码存在的情况下,设计的基于自相关的回波信号识别系统可以很准确的消除超声串扰和计算出渡越时间。     

伪随机序列超声测距系统及FPGA实现

超声测距系统中多路换能器同时工作存在的超声串扰会导致错误的测量和降低系统的工作效率.为了消除串扰,采用二进制频移键控调制(FSK)构造每个超声换能器的编码激励发射序列;结合超声回波信号模型,给出了超声回波信号的解调算法;设计了一种只用异或和加法的并行数字相关技术的回波序列识别和渡越时间捕获器,它能够抑制超声串扰和误码,显著减少数据处理时间和FPGA资源.FPGA仿真结果表明伪随机码(PRBS)可用于消除实时超声测距系统的串扰.     

基于经验与变分混合分解的超声回波信号噪声消除方法

超声缺陷检测结果易受超声回波信号中复杂噪声的干扰,为了提高超声缺陷检测的准确度,提出一种基于混合分解的 超声回波信号噪声消除方法。 采用经验模态分解算法结合相关系数指标对超声回波信号进行预处理,得到消除低频噪声分量 的超声回波预处理信号。 基于变分模态分解将该预处理信号分解为一系列窄带本征模态函数,引入互信息指标估计变分模态 分解的最优模态数量,并根据窄带本征模态函数与预处理信号的相关系数提取有用的模态分量,实现对超声回波信号去噪结果 的重构。 通过仿真和实测超声回波信号验证了本文方法的去噪性能,并与现有方法进行了对比。 结果表明,本文方法可同时消 除超声回波信号中的高频和低频噪声,在不同信噪比条件下 EMD、VMD 和本文方法去噪结果的 SNR 均值分别为 10. 01、9. 48 和 16. 09 dB,验证了本文方法对于超声回波信号噪声消除的优越性。     

正交调制降频相位式激光测距

为了提高激光测距的精度与稳定性,通过改良传统相位激光测距仪,设计了新型正交调制降频与最小二乘法解相位的相位式激光测距仪。使用反射镜实现内外测距光路,通过正交调制技术对发射激光进行幅度调制,接收模块接收到的回波信号经过混频器后再经过低通滤波器将回波信号降频,降低解相难度并提升解相精度。改用分时测量得到距离相位从而消除二次混频方法所产生的附加相移,分别对内外光路低频回波信号采样进行模数转换后使用最小二乘法求解相位。采用多频率调制测量兼顾激光测距范围与测量精度,最后通过超定方程解模糊算法求解多频测距的待测距离。在国家标准基线上进行样机测试,实验结果表明,在60m量程内正交调制激光测距仪的测量平均误差控制在1.5mm以内,测距量程内标准差保持在0.9mm以内。     

超声波测距系统中的小波去噪方法研究

针对远距离超声波测距系统中回波信号信噪比低的问题,采用小波变换对超声波的回波信号进行去噪处理。为取得较好的去噪效果,对小波变换的参数选取进行了研究。根据小波基的特性,通过能量与能量熵选取最优小波基;基于回波信号噪声的白噪声特征,采用白噪声检验自适应确定分解层数;引入参考噪声信号,确定小波系数处理阈值,并选用一种结合软、硬阈值函数的改进阈值函数进行小波系数处理。为验证方法的有效性,搭建基于NI数据采集卡和LabVIEW的超声回波信号采集平台,利用MATLAB小波工具包完成回波信号的去噪处理,并通过信噪比、均方根误差等指标对去噪效果进行综合评判。实验表明小波去噪可以达到很好的去噪效果,为大量程超声测距提供理论基础。     

大量程超声波回波测距系统的研究

描述了超声波脉冲回波测距系统的基本组成;重点对大量程超声波发射电路进行了比较,提出了三种工业用大量程超声波测距系统的激励电路原理,并分析了电感瞬间放电法原理在大量程测距系统中的应用;设计了低噪声程控放大脉冲接收电路,实现大量程条件下信号的稳定接收;提出了在发射和接收电路之间设置"硬开关"和"软开关"的设计概念,彻底切断发射电路和其他回波信号对接收电路的干扰,提高回波信号的信噪比,实现大量程范围内距离的准确测量.最后,对智能回声接收软件的波形分析法进行了简单的介绍,并给出了一些智能化处理的实例.     

小径厚壁钢管超声探伤系统设计研究

针对壁厚与外径比大于0.2的小径厚壁无缝钢管提出了一种基于超声波检测的缺陷检测系统,完成了系统的硬件和软件设计,同时为提高系统缺陷的识别效率和准确度,通过分析小径厚壁钢管超声自动探伤系统干扰来源和传播途径,利用改进小波阈值去噪方法来去除混回波信号中的噪声提高回波信号信噪比。实验证明,超声探伤系统能够实现小径厚壁钢管的缺陷检测,小波阈值降噪法可有效去除混在超声回波信号中的各种噪声,大大提高回波信号信噪比。     

小波降噪在超声回波信号处理中的应用

在深海采矿环境中超声波传输介质里存在着大量气泡、扰动沉积物、机械噪声等背景噪声与混响,导致有用信号与高噪声信号迭加在一起,严重影响了测距精度.采用小波分析方法将超声回波信号进行3层小波分解,适当设置门限阈值对小波系数进行处理,然后对信号进行重构,有效地抑制了信号中噪声对测量精度的影响.研究结果表明:小波方法有很好的降低回波信号中噪声的效果,其测距精度高于自适应滤波去噪后的测距精度.     

用于微地形探测的超声波测距系统

介绍了一种基于超声波测距原理的微地形探测系统,重点阐述了超声测距系统的硬件电路设计和软件设计思路.在误差消除及盲区消隐方面,提出了有效的改进措施,提高了系统检测的精度及灵敏度.     

微波(雷达)物位计讲座

正(接2016年第12期)第六章回波信号处理及故障诊断微波物位计的回波信号处理源自超声波测量物位,因为两者都是回波测距原理。工作的必要条件是:必须接收到被测物料面回波,然后据之计算距离,转换成相应电信号输出。在实际应用中情况较复杂(和超声波一样),微波传播会有衰减,近距离回波幅度大,远距离回波幅度小的情况;被测物料介电常数也影响回波幅度,介电常数高回波幅度大。测液体回波大,因液面呈水平状,反射信号强。固体料面粗糙,有安息角,形成漫反射导致信号弱。种种原因使回波幅度起伏很大,可相差几千倍。