[发明专利]一种超声测厚中的自适应声时计算方法

摘要

本发明一种超声测厚中的自适应声时计算方法属于超声检测技术领域，特别涉及一种超声测厚中的自适应声时计算方法。该方法中，将声时计算转化为系统辨识问题，将相邻的两个脉冲回波分别作为输入信号和期望信号，在迭代过程中使用改进的变步长自适应算法，由输出误差功率的比例、积分和微分形成步长综合控制函数，以减小噪声的影响，更加准确地获得相邻回波信号的脉冲响应序列；然后采用对脉冲响应序列进行分段拟合、一阶求导处理，得到脉冲响应序列极大值位置，由脉冲响应序列极大值的横坐标换算得到超声声时。本发明有效减小了超声测厚中干扰噪声的影响，实现了声时的稳定、高精度计算，使超声测厚的精度得到了显著提高。

主权项

一种超声测厚中的自适应声时计算方法，其特征在于，计算方法将声时计算转化为系统辨识问题，将相邻的两个脉冲回波分别作为输入信号和期望信号，在迭代过程中使用改进的变步长自适应算法，由输出误差功率的比例、积分和微分形成步长综合控制函数，以减小噪声的影响，更加准确地获得相邻回波信号的脉冲响应序列；然后采用对脉冲响应序列进行分段拟合、一阶求导处理，得到脉冲响应序列极大值位置，由脉冲响应序列极大值的横坐标换算得到超声声时；方法的具体步骤如下：第一步，超声回波信号采集和预处理采集超声回波信号，从中截取两个相邻回波，并在两相邻回波之间截断的部分进行补零操作，得到相邻前回波x1(n)和相邻后回波x2(n)，n为采样点；确定脉冲响应序列W(k)＝[w1(k),w2(k),w3(k),...wN(k)]T的阶数N，其中wi(k)为第i阶权系数，k为迭代次数，T表示向量转置运算符；选取迭代步长μ(k)在首次迭代即k＝1时的值μ(1)，并对脉冲响应序列W(k)的首次迭代值置零，即k＝1时W(1)＝[0,0,0,...0]T；第二步，迭代求解脉冲响应序列W(k)首先，计算第k次迭代计算的输出误差e(k)，e(k)＝x2(k)‑X1T(k)*W(k)  (1)式中，X1(k)＝[x1(k),x1(k+1),...,x1(k+N‑1)]T为第k次迭代计算的输入信号，x2(k)为第k次迭代计算的期望信号，符号*表示卷积运算符；迭代更新脉冲响应序列，W(k+1)＝W(k)+μ(k)e(k)X1(k)  (2)式中，μ(k)为第k次迭代步长，W(k+1)为第k+1次脉冲响应序列；其次，按照下式计算步长综合控制函数p(k)，式中，β为步距遗忘因子，且有0<β<1；中间参量k1、k2和k3分别被定义为k1＝(KP+KI+KD)、k2＝(‑KP‑2KD)和k3＝KD；KP、KI和KD分别为误差信号能量e2(k)的比例系数、积分系数和微分系数；接着，更新第k次迭代步长μ(k)，μ(k+1)＝αμ(k)+γp(k)  (4)式中，α为步长遗忘因子，γ为步距比例因子，且有0<α<1、γ>0；最后，按照上面步骤对脉冲响应序列W(k)迭代更新，直到迭代次数k等于补零后回波信号的长度；第三步，脉冲响应序列处理取第二步中最后一次迭代得到的脉冲响应序列W(k)作为最终的脉冲响应序列离散解wj，对脉冲响应序列离散解wj进行样条曲线拟合处理，得到分段连续的脉冲响应曲线w^j(t)=ajt3+bjt2+cjt+dj,t∈[j,j+1]---(5)]]>式中，j为分段离散区间，j∈[1,N‑1]；aj,bj,cj和dj为第j分段区间的多项式系数，t为时间；通过对分段拟合曲线进行求导计算，获得脉冲响应曲线极大值对应横坐标t0；第四步，声时计算通过下式计算声时TOF：TOF＝t0×T  (6)其中，T为系统采样间隔。