CN113340467B - 双脉冲波形识别与时间间隔测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双脉冲波形识别与时间间隔测定方法。本发明首先根据判据判断是否为双脉冲以及大致波形。其次在脉冲信号中对预估的波形进行识别和采集。然后给出用于拟合脉冲信号的函数表达式。最后根据已得出的函数表达式，求出其双峰信号峰峰值以及其对应的时间点、计算时间间隔。利用本发明可更为准确地计算温度传感器对微秒级间隔的双激光脉冲激励的反应时间。这种方法实现简单，计算量小，数据读取正确率很高，有效避免了人眼对复杂信号的识别误差，可用于检测传感器对瞬态高温的测试灵敏度。

Description

双脉冲波形识别与时间间隔测定方法
技术领域
本发明涉及信号识别领域，具体涉及一种双脉冲波形识别与时间间隔测定方法。
背景技术
温度传感器技术不断革新，温度测试研究已从稳态温度场转向瞬态温度场，尤其是针对瞬态高温的精准测试研究已成为时下热门课题。因此在高温、高难度、单次或多次瞬态温度变化等恶劣环境下对温度传感器提出更高要求，对其复杂信号的识别对温度传感器灵敏度的检测具有重要意义。脉冲波形参数国家基准测量能力的逐步提升，得益于先进测量技术的研究与应用。基于高精度采样、数字信号处理、电光结合等先进测量技术，实现了脉冲幅度、瞬态响应和上升时间等脉冲波形参数的高精度、超宽带测量与复现。
由于脉冲响应速度过快，因此利用人眼识别存在着很大的误差。取样数字电压表延迟采样法将数字电压表依次设置不同的采样时间，从而测量到波形的不同时刻的电压值。此方法虽然解决了波形畸变引入测量误差的问题，但是从测量重复性引入的不确定度来看仍然较大。若用以上两种方法进行双脉冲波形的识别与时间间隔判定，会因为本身操作方法、测量仪器的误差导致测量值的不准确、不可靠。
因此，针对双脉冲的触发间隔时间短、响应时间快等特点，可以利用算法应用到双脉冲的波形识别以及时间间隔判定中，从而实现精确测量，减小测量误差与不确定度。
发明内容
在温度传感器接收双激光脉冲时，针对温度传感器所输出信号为双峰且峰值位置模糊不定，肉眼无法精确判断峰峰值位置及时间间隔的情况，本发明提出了一种双脉冲波形识别与时间间隔测定方法。
本发明方法包括以下步骤：
步骤1：根据判据判断是否为双脉冲以及大致波形。
对已采集的信号进行频谱分析以及降噪处理，将复杂的物理信号用多个不同频率简单信号的和进行表示，找出所测信号在不同频率下的信息，包括振幅、功率、强度或相位。
通过特征主频的个数来判断所测信号是否为双脉冲信号；所述的双脉冲信号来自于温度传感器对双激光脉冲激励的响应；
通过特征主频的幅值高低和数量来推测出大致的脉冲波形。
步骤2：在脉冲信号中对预估的波形进行识别和采集。
利用DSP波形识别对步骤1判断的目标信号进行识别和采集。
步骤3：给出用于拟合脉冲信号的函数表达式。
将采集到的信号复制成周期信号，并离散取点，利用傅里叶级数展开式和已采集的数据对脉冲信号进行函数拟合，取多次谐波，根据取点采集的数据带入傅里叶级数的参数求解公式，确定函数的未知参数，得到逼近的函数表达式，从而拟合出脉冲信号的波形。
步骤4：根据已得出的函数表达式，求出其双峰信号峰峰值以及其对应的时间点t1、t2。
步骤5：计算时间间隔Δt＝t2-t1。
进一步说，所述的DSP波形识别包括利用波形对称性进行识别或FFT变换法进行识别。
进一步说，所述的温度传感器为热电偶。
进一步说，所述的双激光脉冲的脉冲间隔为0.1微秒到1000微秒。
本发明的有益效果在于：在温度传感器的灵敏度未知，接收微秒间隔的双激光脉冲激励，显示较为复杂的信号时，使用数学方法，对肉眼无法识别的信号进行函数拟合，得出信息可求的双峰信号。在微秒级间隔双激光脉冲激励下，传感器灵敏度难以判定时，利用本发明可更为准确地计算温度传感器对微秒级间隔的双激光脉冲激励的反应时间。这种方法实现简单，计算量小，数据读取正确率很高，有效避免了人眼对复杂信号的识别误差，可用于检测传感器对瞬态高温的测试灵敏度。
附图说明
图1：采集到的目标信号在坐标轴上波形示意图；
图2：经过复制处理之后得到周期信号的波形示意图；
图3：将周期信号离散采点的示意图；
图4：用函数拟合后的稳定周期信号波形示意图；
图5：同一周期两峰峰值所在时刻t1、t2与其时间间隔为Δt的示意图。
具体实施方式
下面结合附图将对本发明做详细的介绍：
热电偶为常用的温度传感器，具有测温范围较大、测温上限较高等优点，因此被广泛应用于高温测试环境。然而在针对瞬态高温的精准测试时，如在激光脉冲激励下，热电偶因存在滞后性往往会导致测温延迟、测温不准确等问题。当接收时间间隔较小的双激光脉冲激励时，这种滞后性会被较为明显地显现出来。此时传感器的输出信号会呈现为两个脉冲信号与一些不可避免的干扰信号混叠在一起的复杂信号，此时该信号很难用肉眼较为准确地判断出双脉冲信号的具体位置以及时间间隔，便无法依此判断该温度传感器的灵敏度。
为了解决上述问题，本发明首先对已获得的信号进行频谱分析判断所接收信号是否为双峰信号并推断出大致波形。在判定双脉冲之后，在已有的大量信号数据中，通过DSP波形识别方法(包括利用波形对称性的方法和FFT变换法)对目标信号进行识别并采集，建立信号谱图，如图1所示，横坐标为时间参数t,纵坐标y(t)为该时刻对应的信号值。
将采集到的这一段复杂信号的时长用作周期T复制成周期信号如图2所示，再将此连续周期信号打散成离散点并采集每个点的数据t和y(t)，如图3所示。所有的模拟信号都可以表示为(或近似足够精确)不同振幅、频率和相位的正弦波的和，利用傅里叶级数展开式和已采集的数据对所测脉冲信号进行函数拟合：
Figure BDA0003064865110000031
其中k代表所取谐波的次数，即用以拟合的正弦波的个数，ak、bk为各个正弦波的幅值，其周期为T/k，则角速度为：
Figure BDA0003064865110000032
取多次谐波，根据已采集的数据带入傅里叶级数的参数求解公式，确定函数的未知参数:
Figure BDA0003064865110000041
Figure BDA0003064865110000042
Figure BDA0003064865110000043
得到逼近的函数表达式，拟合出脉冲信号的波形。在这一过程中，采点越密集，所取的谐波次数越多，得到的拟合公式越逼近于真实信号。控制拟合的精确度对脉冲波形进行逼近，继而得出较为光滑的由函数表达的双峰信号(如图4所示)，即可利用数学方法求出脉冲峰值所对应的准确时间t1、t2以及双脉冲峰值的时间间隔Δt，如图5所示。
按上述记载，以下给出本发明的具体步骤：
步骤1：根据判据判断是否是双脉冲以及大致波形。
对已采集的信号进行频谱分析以及降噪处理，将复杂的物理信号用多个不同频率简单信号的和进行表示，通过此方法可以找出所测信号在不同频率下的信息，如振幅、功率、强度或相位。通过特征主频的个数来判断所测信号是否为双脉冲信号，同时，通过特征主频的幅值高低和数量来推测出大致的脉冲波形。
步骤2：在已知的脉冲信号中对预估的波形进行识别和采集。
DSP波形识别方法可以有效地识别出信号波形，对瞬态波形、非重复出现信号波形的采集、处理、记录和识别，具有较高的实用性。利用DSP波形识别方法对步骤1判断的目标信号进行识别和采集。常用的DSP波形识别方法有两种：利用波形对称性进行识别和FFT变换法进行识别。
步骤3：拟合脉冲信号的函数表达式。
由于所有的模拟信号都可以表示为(或近似足够精确)不同振幅、频率和相位的正弦波的和，即所需拟合的脉冲波形均可以用傅里叶级数展开式表示。将采集到的信号复制成周期信号(如图2所示)，并离散取点，(如图3所示)，取k次谐波，根据取点采集的数据带入参数求解公式，确定函数的未知参数，得到逼近的函数表达式，拟合出脉冲信号的波形。在这一过程中，所取的谐波次数越多，得到的拟合公式越逼近于真实信号，如图5所示。
在此以周期性连续信号为例，傅里叶级数展开式如公式(1)，根据傅里叶函数的系数求解公式(2)(3)(4)(5)，确定出傅里叶级数的系数a0、ak、bk，即函数表达式的未知参数，继而用数学函数拟合出较为准确且方便处理的目的信号。
步骤4：根据已得出的函数表达式，运用数学方法求出其双峰信号峰峰值以及其对应的时间点t1、t2。
步骤5：如图5所示，通过求出的两个脉冲信号峰峰值对应的时间点t1、t2，得出时间间隔Δt＝t2-t1。
本发明不局限于上述的实施方式，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.双脉冲波形识别与时间间隔测定方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1：根据判据判断是否为双脉冲以及大致波形；
对已采集的信号进行频谱分析以及降噪处理，将复杂的物理信号用多个不同频率简单信号的和进行表示，找出所测信号在不同频率下的信息，包括振幅、功率、强度或相位；
通过特征主频的个数来判断所测信号是否为双脉冲信号；所述的双脉冲信号来自于温度传感器对双激光脉冲激励的响应；
通过特征主频的幅值高低和数量来推测出大致的脉冲波形；
步骤2：在脉冲信号中对预估的波形进行识别和采集；
利用DSP波形识别对步骤1判断的目标信号进行识别和采集；
步骤3：给出用于拟合脉冲信号的函数表达式；
将采集到的信号复制成周期信号，并离散取点，利用傅里叶级数展开式和已采集的数据对脉冲信号进行函数拟合，取多次谐波，根据取点采集的数据带入傅里叶级数的参数求解公式，确定函数的未知参数，得到逼近的函数表达式，从而拟合出脉冲信号的波形；
步骤4：根据已得出的函数表达式，求出其双峰信号峰峰值以及其对应的时间点t 1、t 2；
步骤5：计算时间间隔∆t=t 2-t 1。
2.根据权利要求1所述的双脉冲波形识别与时间间隔测定方法，其特征在于：所述的DSP波形识别包括利用波形对称性进行识别或FFT变换法进行识别。
3.根据权利要求1或2所述的双脉冲波形识别与时间间隔测定方法，其特征在于：所述的温度传感器为热电偶。
4.根据权利要求3所述的双脉冲波形识别与时间间隔测定方法，其特征在于：所述的双激光脉冲的脉冲间隔为0.1微秒到1000微秒。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002341020A (ja) * 2001-03-15 2002-11-27 Fujitsu Ten Ltd スキャン式ｆｍ−ｃｗレーダの信号処理方法
CN111190190A (zh) * 2019-12-05 2020-05-22 天津大学 双飞秒激光测距系统数据处理平台硬件实现
CN214471418U (zh) * 2021-03-08 2021-10-22 中国计量大学 基于双脉冲激光的温度传感器动态校准装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2545176A (en) * 2015-12-07 2017-06-14 Metrosol Ltd A temperature measuring appartus and a method of measuring tempurature

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002341020A (ja) * 2001-03-15 2002-11-27 Fujitsu Ten Ltd スキャン式ｆｍ−ｃｗレーダの信号処理方法
CN111190190A (zh) * 2019-12-05 2020-05-22 天津大学 双飞秒激光测距系统数据处理平台硬件实现
CN214471418U (zh) * 2021-03-08 2021-10-22 中国计量大学 基于双脉冲激光的温度传感器动态校准装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Prototype double-pulse BOTDR for measuring distributed strain with 20-cm spatial resolution;Yoshiyuki Sakairi et al.;《SICE Annual Conference》;20080822;第1106-1109页 *
双脉冲瞬态散斑全场测量方法研究;温聚英等;《宇航计测技术》;20150415(第02期);第43-48页 *
定时误差对脉冲间隔调制系统的影响分析;张铁英等;《红外与激光工》;20061031;第461-464页 *

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