[发明专利]一种基于自适应阈值的超声波回波信号特征峰识别方法

说明书

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。

技术领域

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

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。

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误，使得测量的过零点不同，影响测量的准确性，这种现象称为“跳波”。传统的门限电平法过程一般是固定阈值，再根据阈值所在位置判定特征波，这种识别方法有一定局限性，容易出现跳波现象。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，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。

本发明主要步骤如下：

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。首先选取回波峰值信号的最大值，再确定各个峰值台阶电压大小。设置分辨力D，即当相邻两个采样点幅值之差小于分辨力D时认为两个采样点在同一峰值台阶上，反之当相邻两个采样点幅值的差大于分辨力时则认为出现了下一个峰值台阶。由峰值台阶识别结果，得到台阶数组A＝[A₁,A₂…A_k]。其中k代表对应的峰值台阶总数，其中A₁为第一峰值台阶，A_k为峰值台阶最大值。通过数组A中的各个元素除以A_k，得到比例数组R＝[R₁,R₂…1]。

阈值选取一方面在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电压值的中点作为阈值，提高阈值选取的容错性；另一方面阈值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A_i＝[A_1i,A_2i,…,A_ki]，i∈[1,N]，k为回波信号的峰值台阶总数；同时得到N个比例数组R_i＝[R_1i,R_2i,…,1]，i∈[1,N]，其中R_1i、R_2i、R_3i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j∈[1,k]：

同时得到各峰值台阶的比例平均值