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超聲檢測(cè)中二次采樣的研究

發(fā)布時(shí)間：2017-11-22

超聲檢測(cè)與其它常規(guī)技術(shù)相比,具有被測(cè)對(duì)象范圍廣、檢測(cè)深度大、缺陷定位準(zhǔn)確、檢測(cè)靈敏度高、成本低、使用方便、速度快、對(duì)人體無(wú)害及便于現(xiàn)場(chǎng)使用等優(yōu)點(diǎn)^{[1]。因此,它是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。現(xiàn)代工業(yè)對(duì)無(wú)損檢測(cè)提出了高速度、高精度、高分辨力和高可靠性等要求,超聲檢測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化、小型化和數(shù)字化成為發(fā)展方向^[2]。}

超聲模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D采樣成為一系列離散的源樣本序列x(n)(n∈[1,N]),隨之進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理,最后以A,B,C等方式成像顯示,此時(shí)用于顯示的樣本序列為y(m)(m∈[1,M])。源樣本序列的長(zhǎng)度N與采樣深度L、超聲聲速C及A/D采樣頻率f_{ad有關(guān),可用如下公式計(jì)算^[3]}

而顯示樣本序列長(zhǎng)度M受顯示屏像素限制。在實(shí)際使用過(guò)程中,源序列長(zhǎng)度與顯示樣本序列長(zhǎng)度并不相等,多數(shù)情況都是N M,這時(shí)就產(chǎn)生了一個(gè)變換采樣率的問(wèn)題,同時(shí)還不能丟失缺陷的特征

(如峰值點(diǎn)的幅值和位置)。筆者提出二次采樣的算法來(lái)解決變采樣問(wèn)題。

1二次采樣

二次采樣的實(shí)質(zhì)是在N>M的情況下,對(duì)源樣本序列以一定的采樣間隔算法進(jìn)行抽取。首先需利用采樣間隔算法確定抽取所需的采樣間隔參數(shù)。

先根據(jù)源樣本序列和顯示樣本序列的長(zhǎng)度計(jì)算初始樣本間隔I_{num=[N/M]及此時(shí)所剩的樣本數(shù)R(0)=N-I_{num×M,若R(0)=0按照初始采樣間隔I_{num進(jìn)行抽取即可,否則要再根據(jù)下面方法計(jì)算出各階采樣間隔I(k)和相應(yīng)的剩余樣本數(shù)R(k),算法終止的邊界條件為已滿足樣本誤差要求(N-N′)<ΔN(N為實(shí)際樣本數(shù),N′為算法使用的樣本數(shù),ΔN為設(shè)定的樣本數(shù)誤差)。I(k)>M即[M/I(k)]=0。}}}

利用該算法所用到的樣本空間

抽取就是用計(jì)算出的采樣間隔參數(shù)來(lái)修正樣本間隔,并從中獲取特征樣本的過(guò)程^{[4]。算法如下}

抽取的樣本序列長(zhǎng)度為Interval(j),且Interval(j)=I_num。

另外在抽取過(guò)程中,還要依據(jù)獲取特征樣本的要求從待抽取的樣本序列里取一個(gè)樣本,例如峰值捕獲處理。

在程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)首先要根據(jù)上述算法計(jì)算采樣間隔,至于階數(shù)的選取可綜合考慮樣本誤差和I(k)>M的因素;然后利用所得采樣間隔參數(shù)進(jìn)行二次采樣的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的流程示于圖1和圖2。

2試驗(yàn)對(duì)比

中心頻率f_{d=7.5MHz的超聲射頻信號(hào),經(jīng)A/D采樣后取20μs得到的源樣本序列x(n),長(zhǎng)度N=10 000;然后進(jìn)行二次采樣,得到顯示樣本序列y(m),長(zhǎng)度M=512。如圖3a和c所示,在時(shí)域上很好地保持了和源序列波形的一致性,而且在處理過(guò)程中還可根據(jù)需求保留某些特征信息,這里進(jìn)行了峰值捕獲。}

分別對(duì)x(n)和y(m)進(jìn)行離散傅里葉變換(DTFT),得到頻譜密度X(e^{jω)與Y(e^{jω)分布(圖3b和d),中心頻率仍是7.5MHz,但Y(e^{jω)中心頻率帶寬較X(e^{jω)的大,低頻分量有所增加,局部有失真。}}}}

3結(jié)論

二次采樣算法簡(jiǎn)單,代碼開(kāi)銷小,其效果類似于對(duì)x(n)進(jìn)行低通濾波;在對(duì)缺陷特征的處理中還可保留峰值樣本的信息,包括該樣本的幅值及在源樣本序列中的位置,這樣有利于定量分析評(píng)估缺陷的大小和位置。但它的適用源樣本序列長(zhǎng)度N大于顯示樣本序列長(zhǎng)度M(最好是N M),另外,二次采樣處理的頻域特性較差,不利于進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)頻分析。

摘自：中國(guó)計(jì)量測(cè)控網(wǎng)

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