[发明专利]一种超声波热量表回波信号自适应放大系统

摘要

本发明一种超声波热量表回波信号自适应放大系统，包括依次连接的A/D模数转换模块、存储器、单片机、数字电位器、可编程增益放大器，其特征在于：所述A/D模数转换模块将采集到的含噪声的超声波回波信号进行转换，并将转换信号存入存储器，存储器通过并口把转换信号送入单片机；单片机根据波形数字运算提取法计算结果，控制数字电位器输出对应阻值，从而调整可编程增益放大器放大倍数，维持放大后的回波信号幅值恒定。

主权项

一种超声波热量表回波信号自适应放大系统，包括依次连接的A/D模数转换模块、存储器、单片机、数字电位器、可编程增益放大器，其特征在于：所述A/D模数转换模块将采集到的含噪声的超声波回波信号进行转换，并将回波信号存入存储器，存储器通过并口把回波信号送入单片机；单片机将采到的回波信号进行经验模式分解（EMD），得到若干个分解信号（IMF），选出其中频域最接近超声波发射信号频率的一项（如果分解后两项都接近，将其叠加）作为回波信号的真值，并计算其峰值平均值；其余的可以作为干扰杂波信号；单片机根据波形数字运算提取法计算结果，控制数字电位器输出对应阻值，从而调整可编程增益放大器放大倍数，维持放大后的回波信号幅值恒定；所述波形数字运算提取法包括一种基于经验模式分解(EMD)的超声波回波信号分解提取算法，用于对强噪声背景下对超声波热量表弱回波信号进行提取和处理；波形数字运算提取法具体步骤如下：（1） 将A/D模块采用并传入单片机中的回波信号按照时间序列为排列为X(t)，并取得所有的局部极值点；（2）找出信号X(t)的所有极大值点，利用三次条样函数拟合出极大值点包络线e_max(t)；同理，拟合极小值点包络线e_min(t)；计算上、下包络线的平均值：(3)将原始信号与包络线均值做差得到去除了低频信号的新的信号h1 1(t)，即：判断h1 1(t)是否为一个基本的模式分量；若h1 1(t)并非一个基本模式分量，即m(t)中仍存在非对称波，则以h1 1(t)为待处理数据，重复以上过程，直至hk 1(t)为一个基本模式分量，则原始信号的一个IMF分量记为：(4)从原始信号中减去第一个分量之后，所得信号为x₁(t)，将x₁(t)作为新的被处理信号，重复以上步骤，直至x_n(t)为单调信号；原始信号余项为：由于实际计算过程中，上下包络线的均值无法为零，因此引入停止迭代的阈值作为停止标志：最终X(t)被分解为n个基本模式分量和一个剩余分量：(5)分析提取到信号的频域，选择其中最接近超声波发射激励信号的一个分量作为回波真值信号。