CN107328870B - 超声波波形对应关系判别及叠加方法 - Google Patents

超声波波形对应关系判别及叠加方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超声波信号滤波技术，为求得待叠加波形的时间对应点，实现超声波的多次叠加，有效解决超声波无损滤波方法中判别波形对应关系问题。本发明，超声波波形对应关系判别及叠加方法，步骤如下：1)应用超声波采集装置，选择带汉宁窗的5个周期的正弦波作为激励信号，对一管道采集多组具有发射波形数据；2)应用维格纳‑威尔时频分析方法对采集的每组超声波数据分别进行处理，求出当ω＝π时能量最大值对应的时间点，并记录下来；3)将采集的每组超声波数据分别以能量极大值对应时间点为数据叠加的对应点，同时将对应点前后包含波形的数据按顺序一一对应后进行叠加，并绘制叠加后的曲线图。本发明主要应用于超声波信号滤波场合。

Description

超声波波形对应关系判别及叠加方法
技术领域
本发明涉及一种实现超声波信号滤波的方法，属于工程学领域，具体讲,涉及超声波波形对应关系判别及叠加方法。
背景技术
超声波无损滤波方法是对超声波数据进行多次采集后，将采集的数据中具有发射波形的所有数据按照波形对应关系进行叠加后求取平均值，达到削弱噪音，提高信噪比的目的。具有有效信号保持不变、信噪比提高、时频分析能量极大值易识别和定位精度提高的特点。然由于待叠加的超声波数据有较强的噪音信号，使得超声波有效波形的极值点和零值点都不易识别，尤其当有效信号较弱、噪音信号较强时，波形几乎被噪音淹没，给超声波无损滤波方法的实现带来诸多困扰。
维格纳-威尔时频分析方法具有极强的抗噪特性并且可以准确描述非平稳信号的能量分布特征，本发明应用该时频分析方法的上述特点，将具有发射波形的每段超声波数据应用该方法处理后，以能量极大值处时间点作为待叠加波形的对应时间点，然后将每段超声波数据该时间点前后的包含波形的所有数据按顺序一一对应后进行叠加，有效解决超声波无损滤波方法中的波形对应关系判别问题，实现超声波数据的多次叠加。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在针对超声波无损滤波方法中超声波信号叠加时因噪音信号较强波形对应关系不易判别的特点，结合实际应用，求得待叠加波形的时间对应点，实现超声波的多次叠加，有效解决超声波无损滤波方法中判别波形对应关系问题。本发明采用的技术方案是，超声波波形对应关系判别及叠加方法，首先将采集的具有发射波形的每段超声波数据分别用维格纳-威尔时频分析方法进行处理后记录能量极大值对应时间点，公式如下：
Figure BDA0001360143730000011
T为采样间隔，ω为频率，N为每段超声波数据的数据个数，S为数据值，m为数据点点号；
t＝mT|max(WVD(mT,ω))|ω＝π (2)
然后将每段超声波数据能量极大值处时间点为叠加的对应点，并将该点前后的具有发射波形的数据按顺序一一对应后进行叠加，公式如下：
Figure BDA0001360143730000012
式中：Vi为有效波形的第i个采集点的超声波平均振幅大小；Vij为第j个波形中的第i个采集点的超声波振幅大小；N为有效波形的数量，m为一个有效波形中采集点的数量。
在一个实例中，
1)应用超声波采集装置，选择带汉宁窗的5个周期的正弦波作为激励信号，对一管道采集多组具有发射波形数据；
2)应用维格纳-威尔时频分析方法对采集的每组超声波数据分别进行处理，求出当ω＝π时能量最大值对应的时间点，并记录下来；
3.将采集的每组超声波数据分别以能量极大值对应时间点为数据叠加的对应点，同时将对应点前后包含波形的数据按顺序一一对应后进行叠加，并绘制叠加后的曲线图。
本发明的特点及有益效果是：
通过本发明解决含噪音信号的超声波波形对应关系判别问题，并实现超声波数据的多次叠加，使得超声波有效信号不变，噪音信号大大消弱，有效实现超声波无损滤波方法。
附图说明：
图1具有发射波形的超声波曲线图。
图2超声波波形对应后曲线图。
图3经本发明处理后曲线图。
图4本发明流程图。
具体实施方式
针对超声波信号叠加过程中因噪音信号较强波形对应关系不易判别的特点，本发明提供一种波形对应关系判别方法，有效实现超声波信号的叠加，内容如下：
首先将采集的具有发射波形的每段超声波数据分别用维格纳-威尔时频分析方法进行处理处理后记录能量极大值对应时间点，公式如下：
Figure BDA0001360143730000021
T为采样间隔，ω为频率，N为每段超声波数据的数据个数，S为数据值，m为数据点点号。
t＝mT|max(WVD(mT,ω))|ω＝π (2)
然后将每段超声波数据能量极大值处时间点为叠加的对应点，并将该点前后的具有发射波形的数据按顺序一一对应后进行叠加，公式如下：
式中：Vi为有效波形的第i个采集点的超声波平均振幅大小；Vij为第j个波形中的第i个采集点的超声波振幅大小；N为有效波形的数量，m为一个有效波形中采集点的数量。
应用本发明结合超声波无损滤波方法，对本发明进行实例说明，具体步骤如下：
1.应用超声波采集装置，选择带汉宁窗的5个周期的正弦波作为激励信号，对一管道采集多组具有发射波形数据(图1)；
2.应用维格纳-威尔时频分析方法对采集的每组超声波数据分别进行处理，求出当ω＝π时能量最大值对应的时间点，并记录下来；
3.将采集的每组超声波数据分别以能量极大值对应时间点为数据叠加的对应点，同时将对应点前后包含波形的数据按顺序一一对应后(图2)进行叠加，并绘制叠加后的曲线图(图3)。
通过对比叠加前后曲线图可以发现，叠加后曲线带汉宁窗的5个周期的正弦波的有效波形未发生变化，而噪音信号得到了明显削弱，提高了信噪比，有效实现了超声波的无损滤波方法。

Claims (2)

1.一种超声波波形对应关系判别及叠加方法，其特征是，首先将采集的具有发射波形的每段声波数据分别用维格纳-威尔时频分析方法进行处理后记录能量极大值对应时间点，公式如下：
Figure FDA0002283567670000011
T为采样间隔，ω为频率，N为每段超声波数据的数据个数，S为数据值，m为数据点点号；
t＝mT|max(WVD(mT,ω))|ω＝π (2)
然后将每段超声波数据能量极大值处时间点为叠加的对应点，并将该点前后的具有发射波形的数据按顺序一一对应后进行叠加，公式如下：
Figure FDA0002283567670000012
式中：i＝1,2,3...m′，Vi为有效波形的第i个采集点的超声波平均振幅大小；Vij为第j个波形中的第i个采集点的超声波振幅大小；N为有效波形的数量，m′为一个有效波形中采集点的数量。
2.如权利要求1所述的超声波波形对应关系判别及叠加方法，其特征是，
1)应用超声波采集装置，选择带汉宁窗的5个周期的正弦波作为激励信号，对一管道采集多组具有发射波形数据；
2)应用维格纳-威尔时频分析方法对采集的每组超声波数据分别进行处理，求出当ω＝π时能量最大值对应的时间点，并记录下来；
3)将步骤1)采集的每组超声波数据分别以步骤2)中ω＝π时能量最大值对应的时间点为数据叠加的对应时间点，同时将对应点前后包含波形的数据按顺序一一对应后进行叠加，并绘制叠加后的曲线图。
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