专利名称：一种基于电路相移的超声精确时延检测方法
技术领域：
本发明涉及超声波检测领域，尤其涉及一种基于电路系统相移的超声精确时延检测方法。
背景技术：
超声无损检测中缺陷量化、定位以及利用超声波进行物理参量精确检测时，都涉及到精确检测超声回波时延的技术问题。目前，可用于超声时延检测的方法很多，既有通过硬件电路实现时延检测的方法，又有采用软件算法来检测超声时延的方法。比如，主要的硬件时延检测方法有延迟线法、零频检测法、脉冲回波重合法、脉冲叠加法和回振法等；主要的软件时延检测方法有相关法、自适应法、小波法及双谱法等。这些方法各有所长:脉冲回波重合法测量精度虽高，但此方法和延迟线法所用仪器设备复杂程度高，易受主观因素影响；零频检测法和脉冲叠加法只适用于纵波类超声波的传播时延测量；回振法原理电路简单，适用范围广，能有效放大被测参量引起的时延变化量，提高测量分辨率，但是在放大被测参量引起的时延变化量的同时，超声换能器、耦合层、电路等环节引起的时延变化量也被重复放大，当循环次数较多时，产生的测量误差更大；相关法是最经典的时延估计方法，它通过信号的自相关函数滞后的峰值估计信号之间延迟的时间差。这种方法简单易懂，容易实现，但它的不足之处是要求信号和噪声、噪声和噪声互不相关，对非平稳信号和可变时延估计的估计误差大，甚至不能估计(c Knapp, G Cater.The generalized correlationmethod for estimation of time delay, IEEE Transaction on Acoustics, SpeechandSignal Processing, 24(4):320 - 327, 1976.);相位谱时延估计可以用相位加权函数在频域对相位函数进行加权，从而形成了广义相位谱时延估计方法，但也需要信号和噪声的统计先验知识，并且仅适用于无噪声干扰或不相关高斯噪声干扰的情况(ALLAN G.PIES0L.Time Delay Estimation Using Phase Date, IEEE Transaction on Acoustics,SpeechandSignal Processing, 29(3):471 - 477, 1981.);自适应时延估计不需要获得信号和噪声的统计先验知识，可以通过调整自身参数，跟踪时变的时延，但当滤波器阶数高时，存在计算量大，收敛速度慢等缺点(Widrow B, Stearn S D.Adaptive signal processing.Englewood Cliffs:Prentice-Hall.1nc.1993.);小波法可有效检测波达时刻,并抑制噪声干扰，但通用性和实时性受到了制约。尽管工程技术人员采取了不同的方法来提高超声时延检测的精度，但很少考虑由于硬件电路系统本身产生的相移而带来的时延误差，这将导致无法进一步提高超声时延精确检测的技术瓶颈。

发明内容
本发明旨在提供一种硬件电路产生时延的检测方法，并进行补偿，从而达到进一步提高时延检测精度的目的。本发明针对超声无损检测中缺陷精确量化、定位与超声微参量检测时延检测精度不高的问题，首先通过对超声检测系统中回波信号调理电路进行相频特性建模、仿真和测量实验，得到回波信号调理电路相移对检测系统时延变化的影响规律；然后提出了回波信号调理电路由于相移引起的时延变化量的补偿方法。通过这一方法，本发明可以显著提高检测系统的测量精度。本发明提出了一种基于电路相移的超声精确时延检测方法，包括如下具体步骤:(I)接收来自超声接收换能器的超声接收脉冲；(2)将所述超声接收脉冲输入超声回波信号调理电路；(3)根据超声回波信号调理电路的各单元电路的相频特性数学模型得到所述超声回波信号调理电路的总体相移数学模型；(4)根据相移和时延之间的转换关系，获取总体电路在不同频率下的时延；(5)根据回波信号调理电路总的时延量Λ t的变化规律对检测时延进行补偿。其中，步骤(2)所述建立所述回波信号调理电路的各单元电路的相频特性数学模型为根据电路原理图求出各单元电路的传递函数H(jco)，在此基础上建立相频特性)的数学模型，进而得到各单元电路的相频特性曲线。其中，步骤(2)所述各单元电路包括前置放大电路、高增益放大电路、带通滤波电路、二极管检波电路、末级放大电路。其中，建立超声回波信号调理电路的各单元电路的相频特性数学模型，其特征在于，
权利要求
1.一种基于电路相移的超声精确时延检测方法，包括如下具体步骤: (1)接收来自超声接收换能器的超声接收脉冲； (2)将所述超声接收脉冲输入超声回波信号调理电路； (3)根据超声回波信号调理电路的各单元电路的相频特性数学模型得到所述超声回波信号调理电路的总体相移数学模型； (4)根据相移和时延之间的转换关系，获取总体电路在不同频率下的时延； (5)根据回波信号调理电路总的时延量At的变化规律对检测时延进行补偿。
2.如权利要求1所述一种基于电路相移的超声精确时延检测方法，其中步骤(3)所述超声回波信号调理电路的各单元电路的相频特性数学模型是根据电路原理图求出所述超声回波信号调理电路的各单元电路的传递函数H(jco)，在此基础上得到相频特性φ (ω)，进而得到所述超声回波信号调理电路的各单元电路的相频特性曲线。
3.如权利要求2所述一种基于电路相移的超声精确时延检测方法，其中步骤(3)所述超声回波信号调理电路的各单元电路包括前置放大电路、高增益放大电路、带通滤波电路、二极管检波电路、末级放大电路。
4.如权利要求3所述一种基于电路相移的超声精确时延检测方法，其中所述超声回波信号调理电路的各单元电路的相频特性数学模型为，
5.如权利要求1所述一种基于电路相移的超声精确时延检测方法，其中所述超声回波信号调理电路总体相移数学模型为:
6.如权利要求1所述一种基于电路相移的超声精确时延检测方法，其中所述相移和时延之间的转换关系为:
7.如权利要求1所述一种基于电路相移的超声精确时延检测方法，其中所述根据超声回波信号调理电路总的时延量At的变化规律对检测时延进行补偿为:在最终的时延测量结果中减去由于超声回波信号调理电路相移引起的时延量At。
8.一种超声回波信号调理电路，其包括前置放大电路、高增益放大电路、带通滤波电路、二极管检波电路、末级放大电路，其特征在于: 前置放大电路，其由电荷放大器组成，与超声接收换能器进行阻抗匹配； 高增益放大电路，其由两级反相放大器组成，用于放大微弱回波信号； 带通滤波电路，其采用无限增益多路反馈型带通滤波电路，用于对回波信号进行降噪处理； 二极管检波电路，其采用二极管检波电路，用于提取超声回波信号包络； 末级放大电路 ，其采用一级反相放大，用于对得到的包络信号幅度进行放大。
全文摘要
本发明涉及一种基于电路相移的超声精确时延检测方法，包括如下步骤(1)接收来自超声接收换能器的超声接收脉冲；(2)将所述超声接收脉冲输入超声回波信号调理电路；(3)根据超声回波信号调理电路的各单元电路的相频特性数学模型得到所述超声回波信号调理电路的总体相移数学模型；(4)根据相移和时延之间的转换关系，获取总体电路在不同频率下的时延；(5)根据回波信号调理电路总的时延量的变化规律对检测时延进行补偿。本发明可用于超声无损检测中缺陷的量化、定位以及利用超声波进行物理参量精确检测的场合。
文档编号G01H17/00GK103207011SQ20131001490
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者宋寿鹏, 张恒, 姜琴, 卢翠娥 申请人:江苏大学