超声回波信号采集及随机噪声消除的研究

论文摘要

超声波检测与成像技术是一项快速发展的现代无损检测技术。由于超声波检测与成像技术的分辨率较高,并且超声波对待测物体没有损伤,所以超声波检测与成像技术近年来得到了广泛的应用。超声回波数据的采集和消噪是超声波检测与成像的基础,只有得到高信噪比的原始数据,才能保证超声波检测和成像系统的精度。因此,超声回波数据的采集和消噪技术一直是研究的热点。针对这两个问题,本文开展研究工作。首先,针对超声回波信号信噪比低且动态范围大的特性,提出一种基于分布式总线型结构的多路数据采集系统。该系统以DSP器件为控制核心,配合网络接口芯片实现基于TCP/IP协议的节点间通信,同时在信号采集前端采用基于预采样的自动增益技术,增加系统精度。通过测试表明：该系统具有良好的性能,具有较高的实用价值。其次,针对超声回波信号是一种非平稳时变信号,不仅含有大量有用信息,同时还夹杂着大量噪声的特性,提出一种改进的小波阈值消噪法。在小波阈值消噪法中阈值函数的选取是影响性能的关键。本文针对现有的阈值函数的不足,提出一种新的阈值函数,该阈值函数能够克服软阈值函数的小波系数与原小波系数有恒定的偏差,而硬阈值函数不连续的缺点,并且具有连续性和高阶可导性。仿真结果表明：新的阈值函数与软阈值函数,硬阈值函数以及各种改进的阈值函数相比具有更好的消噪效果,并且在低信噪比下也具有良好的性能。最后,对数据采集系统采集的数据用改进的小波阈值消噪法进行消噪,实验结果表明：改进的小波阈值消噪法对采集的超声回波数据具有良好的消噪效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数据采集系统的研究现状和存在的问题
• 1.2.2 消噪技术的研究现状及存在的问题
• 1.3 论文内容和组织结构
• 第2章 超声成像原理及系统噪声特性
• 2.1 超声波及传输特性
• 2.1.1 超声波的定义
• 2.1.2 超声场的定义
• 2.1.3 超声波的传播特性
• 2.2 超声成像的原理
• 2.3 系统噪声的来源及特点
• 2.3.1 数据采集引入的噪声
• 2.3.2 采集现场引入的噪声
• 2.4 本章小结
• 第3章 数据采集系统的设计及实现
• 3.1 数据采集系统的总体设计和性能指标
• 3.1.1 系统的总体设计
• 3.1.2 系统的性能指标
• 3.2 数据采集系统的硬件设计
• 3.2.1 DSP最小系统
• 3.2.2 数据采集模块自动增益电路
• 3.2.3 数据采集模块AD7767电路
• 3.2.4 安全数码卡模块
• 3.2.5 网络通信模块
• 3.2.6 PCB抗干扰措施
• 3.3 系统软件设计
• 3.3.1 中心控制节点
• 3.3.2 数据采集节点
• 3.4 测试结果
• 3.4.1 短路噪声的测试
• 3.4.2 弦波的测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于小波变换的消噪算法
• 4.1 基于小波变换的消噪方法
• 4.1.1 信号模型
• 4.1.2 常用的小波去噪方法
• 4.1.3 小波消噪的性能评价
• 4.2 小波阈值去噪法的改进
• 4.2.1 阈值的选取
• 4.2.2 阈值函数
• 4.2.3 阈值函数的改进
• 4.2.4 母小波的选取
• 4.3 改进消噪算法在超声回波数据中的应用
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果
• 致谢