[发明专利]一种基于梯形波的超声脉冲激励信号合成方法及其系统

说明书

本发明公开了一种基于梯形波的超声脉冲激励信号合成方法及其系统，利用累加计数方法独立发生若干梯形波信号分量，而后进行叠加形成脉冲信号，具体为：将脉冲激励信号分解为若干正弦波，进一步各正弦波分解为若干梯形波分量，分别确定各梯形波分量的累加步进、幅值、初始值等基本参数；再利用累加器按累加步进进行不断累加，超出上限时舍弃高位，保留余数；数据累加过程分为6个阶段，将数据按阶段变换为梯形波数据；各梯形波分量叠加得到所需超声脉冲激励信号。本发明的合成方法简单，硬件实现成本低，可以输出频率、幅值以及初始相位可调的超声脉冲激励信号，同时大幅降低超声发射设备系统复杂性。

技术领域

本发明属于超声无损检测技术领域，尤其是一种基于梯形波的超声脉冲激励信号合成方法及其波形产生系统。

背景技术

在超声相控阵成像检测系统中，通过控制阵列中各换能器发射超声脉冲信号的初始相位可以改变声束的传播方向，获得局部能量聚焦。为了提高成像系统的横向分辨率，减少伪像，在对某一焦点位置进行检测时，期望声场能量集中在焦点处，即声场主瓣突出，尽可能抑制旁瓣、栅瓣。为此，在超声检测系统中，对发射阵元的激励信号提出了更高的要求。包括：尽量削弱信号中的噪声成分；脉冲信号应具备合适的包络形式等等。当前，利用海宁窗等窗函数构成脉冲信号包络即是一种常见的激励信号形式，但利用这些窗函数调制的脉冲信号函数复杂，波形产生困难。目前超声脉冲激励信号的产生方法主要有三种。

第一种方法是利用专用脉冲信号发生器产生单电平或多电平数字脉冲信号，此类系统结构相对简单，但输出信号形式单一、粗糙，波形参数精度低，信号包含大量高次谐波，降低了系统的总体灵敏度。

第二种方法是采用直接数字信号合成(DDS)专用芯片，DDS芯片只能产生正弦波、方波等标准信号，输出信号形式单一，为了获得包络调制需要另外增加硬件电路。

第三种方法是ROM查表法。首先根据脉冲波形的数学表达式计算完整脉冲各相位点的取值，转换成定点数存放在ROM中。工作时利用相位累加器从ROM中顺序读出各相位点数据，通过DAC得到激励脉冲信号。此方法对系统资源有很高的要求，ROM数据表的存储深度决定了输出波形的精度，如果要得到高精度的输出波形需要一个非常庞大的ROM表格，消耗更多的资源。同时要实现脉冲信号幅值可调须另外增加模拟或数字乘法运算组件。不同的输出波形需要在ROM中存储不同的数据，波形发生的灵活性差。

上述三种方法在产生超声脉冲激励信号时都具有自身的缺点和局限性，因此设计一种简便易行的超声脉冲激励信号发生方法，对超声检测系统的设计和实现具有重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提出了一种基于梯形波的超声脉冲激励信号合成方法及其波形产生系统，采用递归方式独立发生多个梯形波信号分量，所有分量叠加得到所需超声脉冲激励信号波形的方法，采用该方法能够输出频率、幅值以及初始相位可调的超声脉冲激励信号。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于梯形波的超声脉冲激励信号合成方法，包括以下步骤：

步骤1，将超声脉冲激励信号分解为若干个正弦波分量，并确定各正弦波分量的参数；

步骤2，将每个正弦波分量分解为若干个梯形波分量，并确定各梯形波的频率、幅值、初始相位；

步骤3，根据各梯形波的频率、幅值和初始相位建立梯形波递归发生公式；

步骤4，利用梯形波递归发生公式分别对各梯形波分量进行递归运算，获得每个梯形波分量各采样点瞬时数据；

步骤5，将所有梯形波递归运算结果进行叠加并输入数字模拟转换器DAC中，得到超声脉冲激励信号。

进一步，步骤1中采用傅里叶变换将超声脉冲激励信号分解为若干个正弦波分量；