[发明专利]基于多超声信号时延积累的非介入式消火栓水压检测方法

权利要求书

1.基于多超声信号时延积累的非介入式消火栓水压检测方法，其特征在于，包括步骤：

S1.利用超声波换能器生成多个频率捷变的超声波纵波正弦激励信号作为输入检测超声信号；

S2.获取所有与输入检测超声信号相对应的反射回波信号和透射回波信号；

S3.积累所有获取的反射回波信号和透射回波信号的时延间隔；

S4.积累所有获取的反射回波信号和透射回波信号的传输距离差；

S5.估计积累的时延间隔和传输距离差，得到超声波波速，并对得到超声波波速进行修正处理；

S6.根据修正后超声波波速，检测消火栓水压；

所述步骤S1中利用超声波换能器生成多个频率捷变的超声波纵波正弦激励信号，表示为：

其中，S_k(t)表示超声波换能器M激发的第k个超声波纵波正弦激励信号；A表示信号幅值；ω_k(t)表示第k个超声波纵波正弦激励信号频率；t表示时间；表示初相，且K＝T×60×10⁶/TI表示产生的信号总数；T表示消火栓水压检测持续时间；TI表示超声波换能器M和超声波换能器N之间的超声信号的间隔时间；

所述步骤S2中获取所有与输入检测超声信号相对应的透射回波信号，具体为：

超声波换能器M垂直发射第k个超声波纵波正弦激励信号，经过消火栓第1层管壁，透管壁后在水管内部的水/空气中继续传播，到达超声波换能器N端管壁的内壁内侧，继续穿透超声波换能器N端管壁后，被超声波换能器N接收；

每个透射回波信号的传输距离为2h+d，其中，h表示传输距离的壁厚；d表示传输距离的水管内部直径；

定义第k个透射回波信号表示为：

其中，A₁表示衰减因子；τ_k,1表示第k个输入检测超声信号与第k个穿透回波信号之间的时间延迟；θ₁(t)表示加性零均值高斯白噪声；上标CT表示透射回波；

选择超声波换能器M的共振频率为f_c，采样周期T_s＝1/f_c，则公式(2)进行离散化，表示为：

其中，t＝n·T_s；τ_k,2＝N_k,1·T_s；N表示采样数量；

所述步骤S2中获取所有与输入检测超声信号相对应的反射回波信号，具体为：

超声波换能器M垂直发射第k个超声波纵波正弦激励信号，经过消火栓第1层管壁，透管壁后在水管内部的水/空气中继续传播，到达超声波换能器N端管壁的内壁内侧，经反射后在水管内部的水/空气中继续传播，到达超声波换能器M端管壁的内壁内侧，经过超声波换能器M端管壁后，被超声波换能器M接收；

每个反射回波信号的传输距离为2h+2d，其中，h表示传输距离的壁厚；d表示传输距离的水管内部直径；

定义第k个反射回波信号表示为：

其中，A₂表示衰减因子；τ_k,2表示第k个输入检测超声信号与第k个反射回波信号之间的时间延迟；θ₂(t)表示加性零均值高斯白噪声；上标FS表示反射回波；

选择超声波换能器M的共振频率为f_c，采样周期T_s＝1/f_c，则公式(4)进行离散化，表示为：

其中，t＝n·T_s；τ_k,2＝N_k,2·T_s；N表示采样数量；

所述步骤S3具体为：

根据傅里叶变换FFT方法，分别计算得到的全部透射回波信号及反射回波信号的相关函数C_k(mT_s)，表示为：

其中，m表示全部透射回波信号及反射回波信号卷积和所对应的序列号；

根据公式(7)，利用逆傅里叶变换IFFT方法，分别求解得到第k个相关函数C_k(mT_s)的峰值位置，即得到第k个超声信号在反射和透射消火栓过程中的时延间隔τ_k，表示为：

积累所有检测超声信号在反射和透射消火栓过程中的总的时延间隔，根据公式(8)得到K个超声信号在反射和透射消火栓过程中的总时延，表示为：

其中，Δτ表示K个超声信号在反射和透射消火栓过程中的总时延；

所述步骤S4中积累所有获取的反射回波信号和透射回波信号的传输距离差，表示为：

其中，D表示传输距离差。