导波信号处理算法研究(3)

2019-06-05 13:38

2.H1行是作用是总结函数功能的用途,H1行文本显示为 Help filmname

3.Help文本,能够帮助建立文本,起到注释,解决问题的作用。

4.注释,标志是 %,在其后将程序所执行的意义表示出来,方便读者理解。 5.函数体,就是编程,处理算法的主体,通过其构成语句,使得处理结果得以体现。 导入text文件,根据数据使用的不同分隔符,以及每行元素数量的多少,如果每行一样,就可以使用load命令。Text文件能够通过多种方式导出数组,如save命令,dlmwrire命令等。

在编写过程中要了解变量,常数,结构体,函数等构成程序的基础,而且要使其结构化,并掌握基本语句的用法,使得程序编写简便准确。 3.2 程序调试

在用matlab编写程序时,不可避免的会出现错误,在这时候,就可以通过对程序进行调试发现错误,修改错误,提高编写过程中的效率。

在程序出现错误时,一般是语法错误,可能在编写过程中对程序名,定义类型等写错,对于这种错误,通过调试过程很容易就解决了,而对于较为复杂的逻辑错误,就需要使用Debugger窗口或者在命令窗口进行调试。当在命令窗口调试时,要遵循的步骤有,对短点的设置与清除,恢复执行,工作空间的转换,堆栈的调用,列出所有断点,执行语句,将标号标在文件上,调试模式的结束退出。

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4 超声导波信号分析研究

4.1 导波信号处理方法

根据信号统一性原则和导波谐振特性,构造匹配滤波元信号,用元信号对导波信号进行匹配滤波以滤除噪声同时对频散加以抑制,进而对节点回波实现时域压缩,可较好地提高测时精度。

处理流程如图8所示:

根据导波信号特征 确定元信号参数:fc,γ

用元信号对导波信号进行匹配滤波

对节点信号分割并作相关运算

对包络求取最大值坐标获取节点时差

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对相关后信号作希尔伯特变换获取包络

图8 导波信号处理流程

4.2 超声导波信号模型

超声导波信号有三个重要特点: ①相近性,不同位置的回波信号波形相近。

②相关性,对同一装置和同一对象,超声回波信号随探测距离的改变只有强弱的变化,而波形变化不大,即回波信号之间是密切相关的。

③窄带性,因为超声回波信号是以探头谐振频率为主频率的衰减振荡信号,所以信号的频率主要分布在以换能器的谐振频率为中心的一个较窄的频域上。 针对上述三个特点,一个典型的超声回波信号可由下式表达:

ri(t)??is(t??i)?ni(t)

其中,s(t)为超声换能器的发射信号,?i为衰减因子,?i为时间延迟,ni(t)为与s(t)不相关的零均值高斯白噪声。

由前所述,s(t)可以建模为具有慢起伏包络的正弦调制信号:

s(t)?a(t)cos(2?fct??)

其中,a(t)为发射信号包络,fc为换能器谐振频率,?为初相。

在单脉冲激励超声探头时,探头声响应模型采用高斯脉冲调制模型,即信号包络

a(t)为有限宽度高斯脉冲:

a(t)?e??t[u(t?T0)?u(t?T0)]

2其中,?为衰减系数,T0为半窗宽度。

对于两个节点敏感元传感模型,节点1回波记为r1(t)??1s(t??1),节点2回波记为

r2(t)??2s(t??2),则两节点敏感元回波为:

r(t)??1s(t??1)??2s(t??2)?n(t)0?t?T

其中n(t)为与发射信号s(t)不相关的零均值高斯白噪声

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将上式进行离散化得:

r(nTs)??1s(nTs?N1Ts)??2s(nTs?N2Ts)?n(nTs)0?n?N

其中,Ts为采样时间间隔,T?NTs,?1?N1Ts,?2?N2Ts。

因此,如何求???2??1?(N2?N1)Ts?N0Ts出的估计值就是本课题要研究的时延估计问题。

在这里我们的检测对象是600mm长1节点陶瓷保护管,外直径6mm,内直径4mm,节距1长度23mm。其检测方式是用2.5MHz压电探头收发一体来测量。

陶瓷保护管因为其外壳是陶瓷的,所以是绝缘的,不通电的,能够有效降低检测过程中可能产生的误差等。

其检测设备如图9: 23mm PRT 图9 超声导波检测设备示意图 超声检测原始回波信号如图10:

超声检测原始回波信号32.52幅值/V1.510.500204060时间/us80100120

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图10 常温下节点与端点回波信号

4.3 单频窄脉冲信号的构造

所谓脉冲信号,就是一种在时间轴上不连续的离散信号,但有一定的周期性,脉冲信号有很多种,如矩形脉冲,锯齿波脉冲等,这种信号既可以显示信息,也可以作为一种载波来发挥作用。

而构造的两个单频窄脉冲信号,包括分析信号和包络信号,通过对包络信号截取两个周期,再对分析信号和包络信号做卷积,形成余弦调制信号。

随着对于信号处理的研究深入和软件技术的不断发展,用到卷积的方面越来越多。卷积过程就是两个信号进行运算,如两个信号f1(t),f2(t) ?f(t)??f1(?)f2(t??) ??

即定义为f1(t),f2(t)的卷积:

f(t)?f1(t)?f2(t)在其中进行的调制过程所起的作用就是通过用一个信号对另一个信号的一部分进行控制,从而形成一个新的信号。按照对于控制参量的不同可以分为频率,相位,振幅三种不同的调制。其实质就是将信号进行一定程度的频谱搬移,存在与不同的范围内,使得在同一个范围内能够实现多个信号的传输。

所以构造的单频窄脉冲信号及调制信号如图11所示:

目标信号基波1幅值/V0-1050100150200250采样点目标信号包络3003504004501幅值/V0-1050100150200250采样点调制信号3003504004501幅值/V0-1050100150200250采样点300350400450

图11 单频窄信号与调制信号

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