CN111257435A - 一种超声回波信号消除直流偏差的方法和系统 - Google Patents

一种超声回波信号消除直流偏差的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声回波信号消除直流偏差的方法，包括如下步骤：S1，芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线设置分为奇数组和偶数组，并控制其中一组的发射线发射正极性或者负极性脉冲，另一组发射线发射反相脉冲，其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数；S2，接收模块接收S1发射的脉冲，将两组发射的回波信号进行加和处理，得到谐波信号；S3，对M条扫描线上获取的谐波信号进行拼接，得到最终的谐波信号；S4，芯片将接收到的脉冲波经分析处理后得出待测工件的缺陷图形，并通过显示器显示出来。采用上述技术方案其同时实现消除直流偏差和增强信噪比的目的，降低了对于超声波回波信号处理的复杂度。

Description

一种超声回波信号消除直流偏差的方法和系统
技术领域
本发明涉及超声波检测领域，特别涉及一种超声回波信号消除直流偏差的方法和系统。
背景技术
超声波检测是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的检测方法。
现有的超声波工业检测探发射电路通常需要较大的动态范围，可能工作于在约-40db到+80db的放大范围的接收放大通路，此信号链路在如此大范围的调节情况下，直流的偏差消除往往在最后一级采用电容隔直的方式，但这样的模式还是无法消除adc的直流偏差，而且因为隔直电容的存在，导致的发射脉冲能量堵塞，这样前面的微弱回波信号会因为堵塞时间过长，导致近表面的检测无法实施，也有应用直流耦合的方式放大模式，应用数字动态调节前级的直流偏置，但这样需要更复杂的控制电路，且抑制温度漂移等能力也受限。
故需要一种能够实现近表面检测，发射模式灵活且能够消除adc直流偏差的检测方法和系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种超声回波信号消除直流偏差的方法和系统，能够消除adc直流偏差，增强信噪比，发射模式灵活且消除了单向激发的长期的累积效应。
本发明中的一种超声回波信号消除直流偏差的方法，包括如下步骤：
S1，芯片控制发射模块在第i条扫描线设置分为奇数组和偶数组，并控制其中一组发射正极性或者负极性脉冲，另一组发射反相脉冲；
其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数；
S2，接收模块接收S1发射的脉冲，将两组发射的回波信号进行加和处理，得到谐波信号；
S3，对M条扫描线上获取的谐波信号进行拼接，得到最终的谐波信号,回波信号中的奇次谐波分量相位相反被抵消，偶次谐波分量由于相位相同被加倍，消除了直流偏差，平均的去除了噪声
S4，芯片将接收到的脉冲波经分析处理后得出待测工件的缺陷图形，并通过显示器显示出来。
上述方案中，所述S1中芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线设置分为奇数组和偶数组，发射n组，奇数组为第1，3，…，n-1次发射的脉冲，偶数组为第2，4，…，n次发射的脉冲，奇数组发射负脉冲，偶数组发射正脉冲；
其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数；n为大于等于2的正整数。
上述方案中，所述芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线发射模式可以设置为PP，NN，…，PP，NN依次类推的发射模式，其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数，P为正脉冲，N为负脉冲。
上述方案中，所述芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线发射模式可以设置为PPP，NNN，…，PPP，NNN依次类推的发射模式，其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数，P为正脉冲，N为负脉冲。
上述方案中，所述芯片为FPGA可编程逻辑芯片。
上述方案中，所述奇数组和偶数组为对等个数。
本发明中的一种超声回波信号消除直流偏差系统，包括CPU、FPGA可编程逻辑芯片、发射模块、接收模块、ADC模数转换模块和显示器，所述CPU与FPGA可编程逻辑芯片连接，所述FPGA可编程逻辑芯片分别与发射模块、接收模块、ADC模数转换模块和显示器连接。
上述方案中，所述发射模块包括分组模块和控制模块，所述分组模块与控制模块连接。
上述方案中，所述接收模块包括加和模块和滤波模块，所述加和模块与滤波模块连接。
本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种超声回波信号消除直流偏差的方法和系统，采用两组相反脉冲的发射模式，经过接收处理后，去除了直流偏差，达到了信号的平均效果，增强了信噪比；在需要更大平均时，以此类推多次发射，能够灵活组合，消除了单向激发的长期的累积效应，可以延长探头的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的系统框图。
图中：1、CPU 2、FPGA可编程逻辑芯片 3、发射模块 4、接收模块 5、ADC模数转换6、显示器
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明是一种超声回波信号消除直流偏差的方法，包括如下步骤：
S1，芯片控制发射模块将发射在第i条扫描线设置分为奇数组和偶数组，并控制其中一组的发射线发射正极性或者负极性脉冲，另一组发射线发射反相脉冲，其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数；
S2，接收模块接收S1发射的脉冲，将两组发射的回波信号进行加和处理，得到谐波信号；例如，T+0，T+2，T+4为偶数发射线，发射的是正极性脉冲，T+1，T+3，T+5为奇数发射线，发射的是负极性脉冲。采取加和处理可以去除基波分量，增强谐波分量。
S3，对M条扫描线上获取的谐波信号进行拼接，得到最终的谐波信号,回波信号中的奇次谐波分量相位相反被抵消，偶次谐波分量由于相位相同被加倍，消除了直流偏差，平均的去除了噪声；两次相互反相的发射信号，接收处理后，去除了直流偏差，两次相减，达到了信号的平均效果，增强了信噪比。
S4，芯片将接收到的脉冲波经分析处理后得出待测工件的缺陷图形，并通过显示器显示出来。
步骤S1中，芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线设置分为奇数组和偶数组，发射n组，奇数组为第1，3，…，n-1次发射的脉冲，偶数组为第2，4，…，n次发射的脉冲，奇数组发射负脉冲，偶数组发射正脉冲；
其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数；n为大于等于2的正整数。
具体的，芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线发射模式可以设置为PP，NN，…，PP，NN依次类推的发射模式，其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数，P为正脉冲，N为负脉冲。
具体的，芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线发射模式可以设置为PPP，NNN，…，PPP，NNN依次类推的发射模式，其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数，P为正脉冲，N为负脉冲。
进一步的，芯片为FPGA可编程逻辑芯片；奇数组和偶数组为对等个数，即奇数组发射多少次正极性或负极性脉冲，偶数组发射相同次数的反相脉冲。
如图2所示，本发明中的一种超声回波信号消除直流偏差系统，包括CPU 1、FPGA可编程逻辑芯片2、发射模块3、接收模块4、ADC模数转换模块5和显示器6，CPU 1与FPGA可编程逻辑芯片连接2，FPGA可编程逻辑芯片2分别与发射模块3、接收模块4、ADC模数转换模块5和显示器6连接。
上述方案的工作原理是：FPGA可编程逻辑芯片2向发射模块3发送信号，使发射模块3发送超声波到工件上，工件收到超声波后将超声波反弹至接收模块4，接收模块4将回收到的超声波发送至ADC模数转换模块5，进而将工件反弹回的超声波转换成超声波数字信号，并在显示器6上显示。
进一步的，发射模块3包括分组模块和控制模块，分组模块与控制模块连接。其中，分组模块用于将发射的扫描线设置分为奇数组和偶数组；控制模块用于控制分组模块设置的两组扫描线中，其中一组的发射线发射正极性或者负极性脉冲，另一组线发射反相脉冲。
进一步的，接收模块4包括加和模块和滤波模块，加和模块与滤波模块连接。其中，加和模块用于在接收到发射模块发射的扫描线对应的接收波束后，将两组波形信号进行加和处理，得到谐波信号；滤波模块用于将未抵消的波进行滤波，提取谐波分量。
本发明的优点和效果：
(1)采用两次相互反相的发射信号，接收处理后，去除了直流偏差；
(2)两次接受到的信号相减，达到了信号的平均效果，增强了信噪比；
(3)如果在需要更大平均时，以此类推多次发射，可以用P，N，P，N这种模式也可以采用PP…NN…，能够实现灵活组合；
(4)这种方式消除了单向激发的长期的累积效应，延长了探头的使用寿命。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超声回波信号消除直流偏差的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，芯片控制发射模块的第i条扫描线设置分为奇数组和偶数组，并控制其中一组发射正极性或者负极性脉冲，另一组发射反相脉冲；
其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数；
S2，接收模块接收S1发射的脉冲，将两组发射的回波信号进行加和处理，得到谐波信号；
S3，对M条扫描线上获取的谐波信号进行拼接，得到最终的谐波信号，回波信号中的奇次谐波分量相位相反被抵消，偶次谐波分量由于相位相同被加倍，去除了直流偏差，同时噪声级也降低；
S4，芯片将接收到的脉冲波经分析处理后得出待测工件的缺陷图形，并通过显示器显示出来。
2.根据权利要求1所述的一种超声回波信号消除直流偏差的方法，其特征在于，所述S1中芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线设置分为奇数组和偶数组，发射n组，奇数组为第1，3，…，n-1次发射的脉冲，偶数组为第2，4，…，n次发射的脉冲，奇数组发射负脉冲，偶数组发射正脉冲；
其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数；n为大于等于2的正整数。
3.根据权利要求1所述的一种超声回波信号消除直流偏差的方法，其特征在于，所述芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线发射模式可以设置为PP，NN，…，PP，NN依次类推的发射模式，其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数，P为正脉冲，N为负脉冲。
4.根据权利要求1所述的一种超声回波信号消除直流偏差的方法，其特征在于，所述芯片控制发射模块将发射的第i条扫描线发射模式可以设置为PPP，NNN，…，PPP，NNN依次类推的发射模式，其中，i＝1，2，…，M，M为大于等于2的正整数，P为正脉冲，N为负脉冲。
5.根据权利要求1～4所述的任意一种超声回波信号消除直流偏差的方法，其特征在于，所述芯片为FPGA可编程逻辑芯片。
6.根据权利要求1～2所述的任意一种超声回波信号消除直流偏差的方法，其特征在于，所述奇数组和偶数组为对等个数。
7.一种超声回波信号消除直流偏差系统，其特征在于，包括CPU、FPGA可编程逻辑芯片、发射模块、接收模块、ADC模数转换模块和显示器，所述CPU与FPGA可编程逻辑芯片连接，所述FPGA可编程逻辑芯片分别与发射模块、接收模块、ADC模数转换模块和显示器连接。
8.根据权利要求7所述的一种超声回波信号消除直流偏差系统，其特征在于，所述发射模块包括分组模块和控制模块，所述分组模块与控制模块连接。
9.根据权利要求7所述的一种超声回波信号消除直流偏差系统，其特征在于，所述接收模块包括加和模块和滤波模块，所述加和模块与滤波模块连接。
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