超声波的特征提取系统

超声工程测量技术是声学检测的一个重要组成部分，它是通过对超声在介质中传播参量的变化的测量来达到对各种物理量的测量。随着电子技术和信号处理技术的飞速发展，现在越来越多的人将数字信号处理技术应用于超声检测，但由于超声检测信号尤其是高频超声检测信号本身的特点，如持续时间很短（只有几微妙）、信号频率高（数兆赫兹）、信号较弱，易受外界干扰等，使得对其采样从而进行频谱分析的过程不同于一般信号的处理，很难在实际工程中得以运用。另一方面，信号必须首先通过模数转换器（ADC）使其数字化。在整个过程中要保证信息不遗漏或不畸变，ADC的采样率至少和奈奎斯特采样率一样大，但由于超声信号的频率和持续时间远不同于一般信号，使得超声信号的精确采样也成了一个难点。因此超声信号的频谱分析技术成为无损检测领域的前沿的研究方向之一。

为了提高超声无损检测技术的可靠性，人们正在深入探讨将信号处理技术用于无损检测。正如大量研究推测所证明的，超声检测系统的缺点通常认为不是由硬件设备支配，而是信号处理、成像和数据处理分析的问题。即需要评定材料完整性的信息完全包含在常用检测仪器探测到的超声波形里，但是，目前这些数据只有小部分被利用。而超声频谱分析法则提供了摄取大量附加信息的机会。超声频谱分析是为了解决超声幅度法定量不准而提出来的新技术。它一出现就受到广泛的注意。这种方法虽然目前还不能解决缺陷定量问题，但至少能从频率的角度给出新的有用信息。傅立叶分析由于能提供信号的频率信息而在这里得到了广泛的研究及应用。

本文针对上述问题，进行了软件与硬件的设计，通过硬件部分对超声信号的幅度和频率有一定认识，进而通过软件对信号进行处理分析，以便更深入了解信号，提取更多的有用信息。

目录

引言........................................................................... 2

第一章绪论.................................................................... 3

1.1研究背景................................................................... 3

1.1.1超声技术的发展.............................................................3

1.1.2问题的提出 ............................................................... 4

1.1.3本文结构安排及内容介绍 ....................................................5

1.2超声检测系统[1]............................................................. 5

1.2.1超声检测系统的概述 ........................................................5

1.2.2超声检测的方法.............................................................6

第二章超声波特征提取的基本原理.................................................9

2.1系统方框图...................................................................9

2.2总体功能简介.............................................................. 11

第三章特征提取电路的方案选择 .................................................13

3.1设计要求................................................................... 13

3.2可行性方案选择............................................................. 13

3.2.1峰值保持/采样器 ..........................................................13

3.2.2过零检测 ................................................................ 15

3.3方案的确立................................................................ 17

第四章超声波特征提取的硬件电路设计............................................18

4.1峰值保持电路及A/D转换电路的设计 ...........................................18

4.1.1电路基本原理及设计图 .................................................... 18

4.1.2主要器件介绍............................................................. 19

4.2比较电路的设计..............................................................22

4.2.1电路基本原理及设计图 .....................................................22

4.2.2主要主要器件介绍..........................................................24

4．3脉冲延拓电路的设计 ........................................................24

4.3.1电路基本原理及设计图 .................................................... 24

4.3.2主要主要器件介绍......................................................... 27

4．4计数显示电路的设计........................................................ 28

4.4.1电路基本原理及设计图 .....................................................28

4.4.2主要器件介绍..............................................................29

4．5报警电路的设计 ............................................................29

4.5.1电路基本原理及设计图......................................................29

4.5.2主要器件介绍..................................................

............32

4.6谱分析......................................................................33

4.6.1算法原理⑷ ...............................................................34

4.6.2FFT软件实现 .............................................................37

第五章结论及其分析............................................................42

结束语.........................................................................49

致谢 ............................................................... ..........50

参考文献.......................................................................50

附录一（电路原理图及PCB图）................................................... 51

附录二（程序） ............................................................... 56

译文............................................................... ...........64

译文原文...................................................................... 76