专利名称：一种超声波抗噪检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于超声波信号检测领域，具体涉及一种超声波抗噪检测系统。
背景技术：
超声波具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波可在各种不同媒体中传播，并与传播媒质的相互作用适中，易于携带有关超声波传播的媒质状态信息。作为信息载体及能量形式，超声波技术与其他电子技术、光学技术等结合已广泛得到应用，并迅速发展。近年来，基于超声波的各种应用由于其安全性、鲁棒性和满意的精度使其在超声流量测量、距离/壁厚测量以及超声无损检测等领域得到广泛应用。目前，多数超声波应用都是基于估计超声波在媒介中的传输时间(Time ofArrival, T0A)或者飞行时间(Time of Flight, TOF),并将超声波检测设备所检测的超声波数据直接送入计算机中进行超声波检测。然而，上述应用中的超声回波信号由于受噪声或其他信号干扰，造成幅值或波形失真等等问题。超声波信号本身则表现出很强的非平稳、非线性特点。以上因素往往给T0A/T0F检测带来困难，最终导致超声波应用无法实现。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种超声波抗噪检测系统，其能够有效、可靠地对超声波信号进行提取。为解决上述问题，本实用新型是通过以下方案实现的一种超声波抗噪检测系统，其主要由超声流量计、模数转换单元、滤波单元、时频变换单元、叠加平均单元和计算机构成；其中超声流量计，安装在待测管道附近，并根据设定的采样频率和采样点数，多次测量待测管道的超声波数据送入时频变换单元；时频变换单元，分别对多次测量的超声波数据进行时频变换后送入叠加平均单元;叠加平均单元，将多次测量的超声波数据的时频变换结果进行叠加平均，得到时频信息矩阵；计算机，根据时频信息矩阵生成广义时频域平均图，并寻找出该广义时频域平均图的最大频率点后沿着时间轴切片，得到最大频率处即为所检测的超声波信号。上述方案中，所述超声流量计为夹装式超声波流量计,该夹装式超声波流量计包括超声发生器和超声波接收器，其中超声发生器和超声波接收器面对面夹装在待测管道上。上述方案中，所述时频变换单元为线性时频变换单元、二次时频变换单元和/或自适应时频变换单元。与现有技术相比，本实用新型在超声波检测设备与计算机之间加入时频变换单元和叠加平均单元，这样可以克服超声波检测装置在速度场分布的安装效应、管道制造工艺、超声在气体中的能量衰减、声速/流速比值较小所带来的传播路径偏转、气体压力波动导致的信道增益变动、气体调压装置引起的声学干扰等；所检测的超声波时间精度高；可为不同种类的超声波应用装置使用，因此，具有的广泛推广应用价值。
图1为本实用新型在超声波气体流速测量系统中的安装示意图。
具体实施方式
参见图1，一种超声波抗噪检测系统，其主要由超声流量计、模数转换单元、滤波单元、时频变换单元、叠加平均单元和计算机构成。超声流量计安装在待测管道附近，超声流量计的输出端经由模数转换单元和滤波单元连接至时频变换单元的输入端，时频变换单元的输出端通过叠加平均单元与计算机相连。在本实用新型中，将采集到的超声波数据进行时频变换和广义时频域平均后，再送入计算机中进行超声波信号。其中时频变换单元和叠加平均单元为现有信号处理领域常用的硬件功能模块。通过上述改进本实用新型能够克服超声流量计在检测过程中外部环境所引起的声学干扰等，检测精度更高。超声流量计，根据设定的采样频率和采样点数，多次测量待测管道的超声波数据送入时频变换单元。在本实施例中，所述超声流量计为夹装式超声波流量计，该夹装式超声波流量计包括超声发生器和超声波接收器，其中超声发生器和超声波接收器面对面夹装在待测管道上。当超声波发送器由单脉冲触发时会激发出一定频率的幅值逐渐先增大后减小的振荡超声波，该超声波穿透管道后由超声波接收器接收。在本实施例中，设定采样频率为20MHz，采样点数为2048个点。时频变换单元，分别对多次测量的超声波数据进行时频变换后送入叠加平均单元。在本实用新型中，所述时频变换单元为线性时频变换单元、二次时频变换单元和/或自适应时频变换单元。其中线性时频变换单元可以为短时傅里叶变换(STFT)单元或连续小波变换(CWT)单元等。二次时频变换单元可以为Cohen类时频分布单元或光滑Wigner-Ville时频分布(SPWV)单元等。自适应时频变换单元可以为Hilbert-Huang谱(HHS)单元等。叠加平均单元，将多次测量的超声波数据的时频变换结果进行叠加平均，得到时频信息矩阵。通过广义时频平均处理，获得噪声消除后的时频图。在本实用新型中，上述进行叠加平均的时频变换结果可以是采用同一种时频变换分析单元所获得的时频变换结果，可以是采用不同种时频变换分析单元所获得的时频变换结果。计算机，首先根据时频信息矩阵生成广义时频域平均图，然后利用极值寻找方法，搜索广义时频域平均图的能量中心所对应的时间和频率信息；最后在能量中心的最大频率点，沿着时间轴切片，得到最大频率处即为所检测的超声波信号。
权利要求1.一种超声波抗噪检测系统，其特征是其主要由超声流量计、模数转换单元、滤波单元、时频变换单元、叠加平均单元和计算机构成；其中超声流量计，安装在待测管道附近，并根据设定的采样频率和采样点数，多次测量待测管道的超声波数据送入时频变换单元；时频变换单元，分别对多次测量的超声波数据进行时频变换后送入叠加平均单元；叠加平均单元，将多次测量的超声波数据的时频变换结果进行叠加平均，得到时频信息矩阵；计算机，根据时频信息矩阵生成广义时频域平均图，并寻找出该广义时频域平均图的最大频率点后沿着时间轴切片，得到最大频率处即为所检测的超声波信号。
2.根据权利要求1所述的一种超声波抗噪检测系统，其特征是所述超声流量计为夹装式超声波流量计，该夹装式超声波流量计包括超声发生器和超声波接收器，其中超声发生器和超声波接收器面对面夹装在待测管道上。
3.根据权利要求1所述的一种超声波抗噪检测系统，其特征是所述时频变换单元为线性时频变换单元、二次时频变换单元和/或自适应时频变换单元。
专利摘要本实用新型公开一种超声波抗噪检测系统，其主要由超声流量计、模数转换单元、滤波单元、时频变换单元、叠加平均单元和计算机构成。超声流量计安装在待测管道附近，超声流量计的输出端经由模数转换单元和滤波单元连接至时频变换单元的输入端，时频变换单元的输出端通过叠加平均单元与计算机相连。在本实用新型中，将采集到的超声波数据进行时频变换和广义时频域平均后，再送入计算机中进行超声波信号。其中时频变换单元和叠加平均单元为现有信号处理领域常用的硬件功能模块。通过上述改进本实用新型能够克服超声流量计在检测过程中外部环境所引起的声学干扰等，检测精度更高。
文档编号G01F1/66GK202885965SQ20122043755
公开日2013年4月17日 申请日期2012年8月30日 优先权日2012年8月30日
发明者王衍学, 向家伟, 蒋占四, 韩海媚 申请人:桂林电子科技大学