专利名称：超声检测数字检波方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声无损检测中超声脉冲回波信号的数字检波方法及其设备，属超声检测领域，国际专利分类为GO1H。
由于超声检测其回波的振幅信息与被测材料的特性有关，所以通常所用的A超或B超检测仪就是利用超声射频脉冲回波的振幅检波信息来探测被测体中的缺陷及不均匀特性。目前国产探伤仪和一些B超检测仪中都是利用硬件检波器进行检波，从而获取回波的振幅信息。所用的硬件检波器一直由半导体二极管、三极管或集成运算放大器等非线性元件和RC(或LC)滤波器组成。例如《无损检测》杂志(1995年第3期)发表的题为“一种新型高频检测系统”一文中就是采用三极管射极跟随器检波。但是，硬件检波器往往存在着较大的非线性波形失真，表现在检出的视频包络脉冲上沿和下沿时间的延长，特别是下沿。另外，脉冲的顶部往往带有高频纹波，有时还夹有不同程度的噪声，影响了超声检测的分辩率和检测质量。
本发明旨在克服目前超声无损检测中硬件检波方法的缺点和不足，提供一种新型的数字检波方法及其相应的设备，从而减少振幅信息即检波波形的波形失真度，降低噪声，提高超声检测的分辩率，保证超声检测的质量。
本发明的目的是这样实现的一是峰值数字检波，二是希尔波特数字检波。
一、峰值数字检波(一)峰值数字检波方法。
(1)将超声换能器接收到的超声回波信号经过40db左右的射频放大器放大后，送到50MHz的A/D转换器，经接口卡送至486/586微机。
(2)将已经过A/D变换的射频回波数据用移动平均法进行高频滤波。
设这列回波信号的原始数列有K个，用V[K]表示，V[K]数组由V1、V2、V2…VK组成，经过移动平均法进行高频滤波后的数列用f[K-(n-1)]表示，f[K-(n-1)]数组由f1、f2、f3…fK-(n-1)表示，式中n是原始数列V[K]中每次用于取平均值的相邻数值的个数(例n＝5)，则有下列对应关系fi+(n-1)/2=Vi+Vi+1+Vi+2+···+Vi+n-1n----(1)]]>fi+1+(n-1)/2=Vi+1+Vi+2+Vi+3+···+Vi+nn----(2)]]>最后，令I代替(i+1+(n-1)/2)，f(I)就可用来表示经过高频滤波后的数组。
(3)对进行高频滤波后的每列射频回波数组f(I)遍历局部最大值，得到所有局部最大值的数据。可称局部最大值为峰值。
设fi-1、fi、fi+1为回波信号中三个相邻的采样点数据，如果fi满足fi＞fi-1且fi＞fi+1···(3)则fi为局部最大值，即峰值。
(4)在得到局部最大值的同时，应得到两个相应的数组C(I)和I(N)。C(I)只是在f(I)为峰值时，C(I)＝f(I)，否则为零。N表示峰值点的总数，I(N)表示f(I)的N个峰值至各自对应的具体的I的序号值，由I1、I2、I3…IN组成。I1表示第一个峰值点的位置，I2表示第二个峰值点的位置，余此类推。
(5)在相邻的局部最大值间插值，其结果就会得到振幅解调信号L(I)，本方法采用埃特金插值法，具体如下式所示
L(I)就是峰值数字检波后的检波数列。
(二)本发明设备及工作流程等如附图所示。
图1为设备方框图。图2为工作流程图。图3-a为一列超声射频脉冲回波信号图。图3-b为获取的振幅包络图。
其中1——超声脉冲发生器、2——超声换能器、3——射频脉冲接收放大器、4——A/D转换器、5——时钟、6——高频滤波、7——探测峰值、8——插值求振幅、9——显示、10——记录、11——开始、12——高频滤波求f(I)、13——是峰值、14——C(I)＝0、15-I(N)＝I及C(I)、16——对C(I)插值、17——结束、18——超声回射信号、19——振幅解调信号。
由图1可知，本发明设备由超声脉冲发生器1、超声换能器2、射频脉冲接收放大器3、A/D转换器4、时钟5及486/586微机组成。在所用微机中，对由A/D转换得到的射频回波数据进行一系列相应的信号处理有高频滤波6，去除不需要的噪声信息；有探测峰值7，得到回波信号中所有的局部最大值；及插值求振幅8，根据埃特金插值法得到所需的检波信号；最后进行显示9及记录10。
工作流程是这样的首先在开机11时，超声回波信号18经过50MHz的A/D转换器4转换成数字的超声回波信号送到微机(486/586)，再用移动平均法进行高频滤波6，得到去除噪声后的超声回波f(I)12；然后对其遍历局部最大值13，求出所有的峰值的数据14和位置15，即峰值的数据C(I)及其标明相应的位置数组I(N)；最后在相邻的峰值之间进行插值16，其方法是根据埃特金线性插值法，结束17时得到所需要的振幅解调信号19。
二、希尔伯特数字检波。
这是一种根据希尔伯特变换的超声检测数字检波方法。适用于各种精密超声检测系统。所用设备包括超声发射器和接收器，50MHz高速A/D转换器；以及与之相连的486/586微机，该方法是(1)将已经测得的已经过A/D变换了的一列列射波回波信号采样数据f(I)作为这个复数函数的实部，组成的这个复数函数称它为解析函数FA(t)，其虚部为f(I)的希尔伯特变换。
(2)由已检测的回波信号f(t)，通过FFT变换得到它的频谱函数f(ω)。
(3)对于f(ω)进行频谱修正，当频谱中的频率ω＞0时，f(ω)的数值用2f(ω)代替，在其余的频率ω，f(ω)用0代替，这时得到的整个频谱数值即为解析函数FA(t)的频谱FA(ω)的数值。
(4)通过IFFT反富氏变换，将FA(ω)转变为FA(t)。
(5)FA(t)是复数，它的实部平方加上虚部平方就可得到所得射频回波信号的准确的检波后的信号。
本发明与现有的硬件振幅检波方法相比具有如下的优点(1)可以省出对超声射频回波信号的检波电路及相应的视放电路。相应地降低对射频回波进行高放的增益要求。
(2)不产生硬件检波所产生的种种波形失真。
(3)配合对射频回波数字信号的噪声滤波，可以成功地滤除回波信号中的高频噪声，提高检波信号的信噪比。
(4)因为数字检波法得到的检波波形能忠实地反映超声回波信号的振幅包络特性，所以提高了超声检测的精度和质量。
(5)在不脱离本发明所附权利要求1所述精神和范围的前提下，可以对本发明作种种修改，例如将本发明用于采用了高A/D转换器的智能化超声探伤仪。
权利要求
1.一种超声检测数字检波方法及其设备。适用于各种超声检测系统，其设备包括超声脉冲发生器(1)、压电换能器(2)、射频脉冲接收放大器(3)、A/D转换器(4)、时钟(5)及与之相连的微机组成，对测到的已经过A/D转换器(4)的一列列射频回波信号的采样数据进行高频滤波，其方法的特征有(1)对进行高频滤波后的每列射频回波数据f(I)遍历局部最大值，得到一列列数据的所有的局部最大值的数据C(I)和I(N)；(2)在相邻的两个局部最大值之间采用埃特金线性插值，得到振幅解调信号(19)。
2.一种实施权利要求1方法的设备，其特征在于使微机(486/586)作高频滤波(6)，探测峰值(7)、插值求振幅(8)用。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于C(I)只是在f(I)为峰值时，C(I)＝f(I)，否则为零；N表示峰值点的总数，I(N)表示f(I)的N个峰值至各自对应的具体的I的序号值，由I1、I2I2…IN组成；I1表示第一个峰值点的位置，I2表示第二个峰值点位置，余此类推。
全文摘要
一种超声检测数字检波方法及其设备,涉及超声无损检测技术领域。为了克服目前广泛应用的硬件检波方法的缺点和不足,提高超声检测的分辨率,保证超声检测质量,提供一种新型的峰值数字检波方法。即对进行高频滤波后的每列射频回被数据f(t)遍历局部最大值;在相邻的两个局部最大值之间采用埃特金线性插值,得到振幅解调信号。实施其方法的设备是使微机作高频滤波、探测峰值及插值求振幅等用。
文档编号G01N29/00GK1187622SQ9710900
公开日1998年7月15日 申请日期1997年1月7日 优先权日1997年1月7日
发明者李珑 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所