一种基于自适应阈值的超声波回波信号特征峰识别方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108548578A(43)申请公布日2018.09.18(21)申请号201810270004.X(22)申请日2018.03.29(71)申请人中国计量大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学源街258号(72)发明人赵伟国卜勤超章涛虞结勇(74)专利代理机构杭州奥创知识产权代理有限公司33272代理人王佳健(51)Int.Cl.G01F1/66(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图4页(54)发明名称一种基于自适应阈值的超声波回波信号特征峰识别方法(57)摘要本发明提出了一种基于自适应阈值的超声波回波信号特征峰识别方法。现有的识别方法有盲目性和不适应性，容易出现跳波现象。本发明首先将换能器接收到的回波信号进行滤波放大，利用峰值检测电路得到回波信号的峰值电压信号。然后进行回波峰值信号的台阶识别，同时选定阈值。最后通过判断取峰值台阶的中值作为阈值，并不断更新存储回波信号数组，使得阈值能够根据实际的回波信号进行自适应调整以得到实时阈值的最优值。本发明不仅可以根据回波信号幅值的变化进行调整，而且当当前回波信号特征峰出现变化，自适应阈值也可以实时调整，这使得自适应阈值相比固定阈值法有着更强的适应性。CN108548578ACN108548578A权利要求书1/2页1.一种基于自适应阈值的超声波回波信号特征峰识别方法，其特征包括以下步骤：步骤一：将换能器接收到的回波信号进行滤波放大，然后利用峰值检测电路得到回波信号的峰值电压信号；选择最大峰值与所设定目标幅值最接近的m个回波数据作为回波信号数据处理的参照；根据比较记录的m个回波信号，设定初始阈值Th0；步骤二：回波峰值信号的台阶识别：首先选取峰值信号的最大值，再通过各个峰值台阶的电压值确定各个峰值台阶电压大小；由峰值台阶识别结果，得到台阶数组A＝[A1,A2…Ak]；其中k代表对应的峰值台阶总数，A1为第一峰值台阶，Ak为峰值台阶最大值；通过数组A中的各个元素除以Ak，得到比例数组R＝[R1,R2…1]；阈值选取：从各个峰值台阶中选择幅值差最大的两个峰值台阶并将峰值台阶的中点作为阈值；同时要尽量靠近回波的参考过零点，减小整体幅值波动的影响；步骤三：按先进先出原则存储N个回波信号，得到N个台阶数组Ai＝[A1i,A2i,…,Aki]，i∈[1,N]，同时得到N个比例数组Ri＝[R1i,R2i,…,1]，其中R1i、R2i、R3i分别为第i个回波的第一峰值台阶与最大峰值的比值、第二峰值台阶与最大峰值的比值、第三峰值台阶与最大峰值的比值；由此得到峰值台阶的电压平均值同时得到各峰值台阶的比例平均值针对当前采集回波的台阶数组，按先后顺序比较得到首个大于阈值的元素Ap，p∈[1,k]；当p＝1且判断得到第一峰值台阶丢失，则取作为第一峰值台阶；当p＝2时，则认为成功识别第一峰值台阶；取采集回波的第一峰值台阶和第二峰值台阶的中值作为阈值，则由此可得自适应阈值为:以先进先出的原则不断更新存储回波信号数组，使得阈值能够根据实际的回波信号进行自适应调整以得到实时阈值的最优值。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应阈值的超声波回波信号特征峰识别方法，其特征在于：还包括对回波数据进行跳波识别，来防止测量中信号跳波引起的误差，具体是：针对第一峰值台阶识别及补偿后的回波数据进行跳波识别，设R1(N+1)、R2(N+1)、R3(N+1)分别表示当前测得的回波信号的第一、第二、第三峰值台阶与最大峰值台阶的比值；当时，则当前阈值在第一、第二峰值台阶之间，无跳波；当时，则当前阈值在第一峰值台阶与参考台阶之间，过零点前移一个周期，则将过零点往后延迟一个周期作为真实的回波达到时间；2CN108548578A权利要求书2/2页当时，则当前阈值在第二、第三峰值台阶之间，过零点会整体延后一个周期，则将过零点往前一个周期作为真实的回波到达时间。3CN108548578A说明书1/4页一种基于自适应阈值的超声波回波信号特征峰识别方法技术领域[0001]本发明属于流量检测技术领域，涉及一种针对超声波流量计回波信号特征峰识别方法。背景技术[0002]超声波流量计相比于其他类型的流量计有着高精度、低压损、双向测量等优点。而信号处理则是超声波流量计的核心技术。国内的超声波流量计主要通过门限电平法测量超声波回波信号的飞行时间。当超声波回波信号超过设置的门限电压后，对回波信号进行过零检测，从而测量超声波信号的飞行时间。所设置的门限电平称为阈值，将第一个超过阈值的波峰称为特征峰，测量特征峰后某一固定过零点的时间作为回波信号的飞行时间，从而保证每次测量的准确性。[0003]门限电平法抗干扰能力差，当回波信号变化较大时，特征峰的幅值发生变化，导致系统特征峰识别错