超聲波信號處理方法、系統及超聲波測量設備與流程

本發明涉及超聲波數據處理領域，尤其是涉及一種超聲波信號處理方法、系統及超聲波測量設備。

背景技術：

1、在利用超聲波測量設備對流體面密度進行測量的過程中，需要利用超聲波傳感器對超聲波信號的發射接收時間以及信號衰減強度來推算流體介質的面密度。根據傳感器在流體介質測量過程中的位置關系，現有的超聲波測量設備主要涉及走線式和矩陣式兩大類。走線式超聲波測量設備中的傳感器需要在介質上下兩端進行往復運動；矩陣式超聲波測量設備中的傳感器在介質兩端設置有多組超聲波傳感器，獨立實現發射與接收超聲波的功能，且傳感器位置固定，并不運動。由于矩陣式超聲波測量設備中的傳感器不運動，因此測量精度更高，且傳感器數量更多，覆蓋范圍更廣，因此在對于高精度面密度的檢測過程中通常使用矩陣式超聲波測量設備。

2、實際測量過程中，矩陣式超聲波測量設備中的多組超聲波傳感器同時工作時，在介質表面產生lamb波會干擾各組超聲波傳感器的傳輸信號，影響超聲波信號精度，因此需要對各組超聲波傳感器進行分時控制。分時控制的作用下，同一時段只能有一組超聲波傳感器進行發射和接收操作，而且只有在前一組超聲波傳感器工作完成后，后一組超聲波傳感器才可工作。但分時控制下的超聲波測量過程的處理效率較低，難以做到對流體介質的面密度進行全面積測量。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明的目的在于提供一種超聲波信號處理方法、系統及超聲波測量設備，該方法利用鎖相放大器從較強的噪聲背景中提取出有用的超聲波信號，不僅能對待測信號的頻率進行識別，同時又能對信號的相位進行鎖定，能夠對多組超聲波傳感器同時工作時在介質表面產生lamb波進行有效過濾，從而可對多組超聲波傳感器進行同時控制，解決了因分時控制造成的處理效率較低的問題。

2、第一方面，本發明實施方式提供了一種超聲波信號處理方法，該方法應用于超聲波測量設備的面密度測量過程；其中，超聲波測量設備中設置有多組位置固定的超聲波傳感器，每組超聲波傳感器中至少包含一對超聲換能器及其對應的鎖相放大器；

3、該方法包括：

4、基于超聲換能器的信號頻率參數確定超聲波傳感器的布局參數，并利用布局參數對超聲波測量設備中超聲波傳感器進行部署；

5、獲取超聲波傳感器輸出的待測信號，利用待測信號的頻率值確定待測信號對應的參考信號；

6、控制鎖相放大器計算待測信號與參考信號之間的乘積，并獲取乘積中包含的直流分量；

7、基于參考信號計算直流分量對應的幅值和相位角，并基于幅值和相位角更新待測信號。

8、可選的，基于超聲換能器的信號頻率參數確定超聲波傳感器的布局參數，包括：

9、利用超聲換能器對應的信號頻率參數確定超聲換能器對應的頻率值；

10、按照預設的頻率間隔閾值對頻率值進行排序，并根據排序結果確定每組超聲波傳感器對應的位置參數；

11、基于位置參數確定每組超聲波傳感器對應的布局參數。

12、可選的，利用布局參數對超聲波測量設備中超聲波傳感器進行部署，包括：

13、基于布局參數確定鎖相放大器對應的第一位置；其中，第一位置中的鎖相放大器用于濾除相鄰超聲換能器產生的噪聲信號；

14、基于布局參數以及第一位置，確定超聲波傳感器中的發射換能器對應的第二位置；

15、基于布局參數以及第二位置，確定超聲波傳感器中的接收換能器對應的第三位置；其中，發射換能器和接收換能器為一對超聲換能器；

16、根據第一位置、第二位置以及第三位置對超聲波傳感器進行部署。

17、可選的，獲取超聲波傳感器輸出的待測信號，利用待測信號的頻率值確定待測信號對應的參考信號，包括：

18、基于時間參數獲取超聲波傳感器輸出的待測信號；其中，待測信號中包含噪聲信號；

19、獲取待測信號的頻率值和第一幅值，利用第一幅值確定參考信號對應的第二幅值和相位差值；

20、根據第二幅值、相位差值和頻率值構建參考信號。

21、可選的，控制鎖相放大器計算待測信號與參考信號之間的乘積，并獲取乘積中包含的直流分量，包括：

22、獲取鎖相放大器中的相敏檢測器，控制相敏檢測器接收待測信號和參考信號；

23、控制相敏檢測器計算待測信號與參考信號之間在正交分量下的乘積，并基于乘積獲取正交分量下對應的第一乘積和第二乘積；

24、控制鎖相放大器去除第一乘積和第二乘積中的交流分量后，得到直流分量。

25、可選的，控制鎖相放大器去除第一乘積和第二乘積中的交流分量后，得到直流分量，包括：

26、獲取鎖相放大器中的低通濾波器，確定低通濾波器對應的交流閾值；

27、控制低通濾波器按照交流閾值去除第一乘積和第二乘積中的交流分量后，得到直流分量。

28、可選的，基于參考信號計算直流分量對應的幅值和相位角，包括：

29、獲取同相位的直流分量，確定直流分量中包含的參考信號；

30、基于參考信號的幅值對直流分量進行歸一化處理后，利用直流分量在正交分量下對應的結果計算得到幅值和相位角。

31、可選的，基于幅值和相位角更新待測信號，包括：

32、基于幅值和相位角，并利用時間參數構建直流分量對應的測量信號；

33、利用測量信號更新待測信號。

34、第二方面，本發明提供一種超聲波信號處理系統，該系統應用于超聲波測量設備的面密度測量過程；其中，超聲波測量設備中設置有多組位置固定的超聲波傳感器，每組超聲波傳感器中至少包含一對超聲換能器及其對應的鎖相放大器；

35、該系統包括：

36、設備部署控制模塊，用于基于超聲換能器的信號頻率參數確定超聲波傳感器的布局參數，并利用布局參數對超聲波測量設備中超聲波傳感器進行部署；

37、參考信號確定模塊，用于獲取超聲波傳感器輸出的待測信號，利用待測信號的頻率值確定待測信號對應的參考信號；

38、直流分量獲取模塊，用于控制鎖相放大器計算待測信號與參考信號之間的乘積，并獲取乘積中包含的直流分量；

39、信號處理執行模塊，用于基于參考信號計算直流分量對應的幅值和相位角，并基于幅值和相位角更新待測信號。

40、第三方面，本發明實施方式還提供一種超聲波測量設備，該超聲波測量設備中設置有多組位置固定的超聲波傳感器，每組超聲波傳感器中至少包含一對超聲換能器及其對應的鎖相放大器；該超聲波測量設備在進行面密度測量過程中，采用第一方面提供的超聲波信號處理方法的步驟。

41、第四方面，本發明實施方式還提供一種電子設備，包括處理器和存儲器，存儲器存儲有能夠被處理器執行的計算機可執行指令，處理器執行計算機可執行指令以實現第一方面提供的超聲波信號處理方法的步驟。

42、第五方面，本發明實施方式還提供一種存儲介質，該存儲介質存儲有計算機可執行指令，計算機可執行指令在被處理器調用和執行時，計算機可執行指令促使處理器實現第一方面提供的超聲波信號處理方法的步驟。

43、本發明實施方式提供的一種超聲波信號處理方法、系統及超聲波測量設備，應用于超聲波測量設備的面密度測量過程；其中，超聲波測量設備中設置有多組位置固定的超聲波傳感器，每組超聲波傳感器中至少包含一對超聲換能器及其對應的鎖相放大器。在利用鎖相放大器對超聲波信號進行過濾處理的過程中，首先基于超聲換能器的信號頻率參數確定超聲波傳感器的布局參數，并利用布局參數對超聲波測量設備中超聲波傳感器進行部署；然后獲取超聲波傳感器輸出的待測信號，利用待測信號的頻率值確定待測信號對應的參考信號；隨后控制鎖相放大器計算待測信號與參考信號之間的乘積，并獲取乘積中包含的直流分量；最后基于參考信號計算直流分量對應的幅值和相位角，并基于幅值和相位角更新待測信號。該方法利用鎖相放大器從較強的噪聲背景中提取出有用的超聲波信號，不僅能對待測信號的頻率進行識別，同時又能對信號的相位進行鎖定，能夠對多組超聲波傳感器同時工作時在介質表面產生lamb波進行有效過濾，從而可對多組超聲波傳感器進行同時控制，解決了因分時控制造成的處理效率較低的問題。

44、本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

45、為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。