超声中的信号处理(2)
超声波测量原理
超声波测量原理超声波测量原理是利用声波在介质中传播的特性来测量物体的距离、速度和其他相关参数。
超声波是一种机械波，其频率高于人类听觉的上限20kHz，一般在20kHz到100MHz之间。
超声波测量原理的基本思想是通过发射器发送超声波信号，当这些超声波遇到目标物体后，会发生反射、折射、衍射等现象，然后由接收器接收返回的超声波信号，并通过对信号的测量分析，得到目标物体的相关参数。
超声波测量的工作原理主要包括发射、传播和接收三个部分：1. 发射部分：超声波发射器将电能转化为机械振动能，并通过振动将能量转化为超声波信号。
一般采用压电晶体或磁电晶体作为发射器，通过施加电场或磁场使其振动产生超声波。
2. 传播部分：发射的超声波信号在介质中传播，根据物体的声阻抗不同，一部分超声波被物体吸收，一部分被反射、折射或衍射。
传播过程中要考虑介质的声速、密度等因素的影响，因为声速和密度的不均匀分布会导致超声波的聚焦和散射现象。
3. 接收部分：超声波接收器将来自物体的反射、折射或衍射的超声波信号转换为电信号，一般也使用压电晶体或磁电晶体作为接收器。
接收器将接收到的信号经过放大、滤波等处理后，输入到信号处理系统进行分析。
超声波信号的测量分析可以通过以下几种方式：1. 距离测量：利用超声波信号的发送和接收时间差，可以计算出目标物体与传感器的距离。
根据声速和时间差的关系，可以使用时间差法、频率差法、多普勒效应等方法进行测量。
2. 速度测量：利用超声波信号在介质中的传播速度，可以测量介质的流速、液位、固体密度等参数。
通过测量超声波在介质中传播的时间差，可以计算出速度。
3. 缺陷检测：超声波在物体中的传播过程中，当遇到物体的内部缺陷或界面变化时，会发生反射、散射等现象。
通过检测这些反射、散射信号的特性，可以判断物体是否存在缺陷、界面位置等。
超声波测量原理被广泛应用于工业、医学、科学研究等领域。
在工业领域中，超声波测量可以用于测量液位、流速、厚度等，具有非接触、高精度、快速响应等优点。
生物医学信号处理 (2)
1992年，比利时女数学家I.Daubechies撰写的 《小波十讲（Ten Lectures on Wavelets）》对 小波的普及起了重要的推动作用。
1994年, AT&T公司Bell实验室的Wim Swelden
提出的提升方案Lifting Scheme，即第二代小
波。
34
Who’s who in Wavelet!
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
数学模型
N 1
y[n] 1/ N x[n k] k 0
26
滤除噪声—低通滤波法
Signal 1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
Wn=0.8 1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8
（Gauss）等人把这一成果带入电
学中去。
10
傅立叶变换 Fourier Transform
傅里叶变换的基本思想是将信号分解成 一系列不同频率的连续正弦波的叠加，或 者从另外一个角度来说是将信号从时间域 转换到频率域。
f (t) Ak coskt k 0
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傅立叶变换的定义
待处理的信号
1
Signal+Noise 1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
Wn=0.3 1.5
1
实验二 超声光栅实验及数据处理(已修改)
超声光栅实验【实验目的】1．了解超声致光衍射的原理。
2．利用声光效应测量声波在液体中的传播速度。
【实验原理】光波在液体介质中传播时被超声波衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应），这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。
超声波调制了液体的密度，使原来均匀透明的液体，变成折射率周期变化的“超声光栅”，当光束穿过时，就会产生衍射现象，由此可以准确测量声波在液体中的传播速度。
并且，由于激光技术和超声技术的发展，使声光效应得到了广泛的应用。
如制成声光调制器和偏转器，可以快速而有效地控制激光束的频率、强度和方向，它在激光技术、光信号处理和集成通讯技术等方面有着非常重要的应用。
压电陶瓷片（PZT）在高频信号源（频率约10MHz）所产生的的交变电场的作用下，发生周期性的压缩和伸长振动，其在液体中的传播就形成超声波，当一束平面超声波在液体中传播时，其声压使液体分子作周期性变化，液体的局部就会产生周期性的膨胀与压缩，这使得液体的密度在波传播方向上形成周期性分布，促使液体的折射率也做同样分布，形成了所谓疏密波，这种疏密波所形成的密度分布层次结构，就是超声场的图象，此时若有平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时，平行光会被衍射。
以上超声场在液体中形成的密度分布层次结构是以行波运动的，为了使实验条件易实现，衍射现象易于稳定观察，实验中是在有限尺寸液槽内形成稳定驻波条件下进行观察，由于驻波振幅可以达到行波振幅的两倍，这样就加剧了液体疏密变化的程度。
驻波形成以后，某一时刻t，驻波某一节点两边的质点涌向该节点，使该节点附近成为质点密集区，在半个周期以后，t+T/2，这个节点两边的质点又向左右扩散，使该波节附近成为质点稀疏区，而相邻的两波节附近成为质点密集区。
图1 为在t和t+T/2（T为超声振动周期）两时刻振幅y、液体疏密分布和折射率n的变化分析。
由图1可见，超声光栅的性质是，在某一时刻t，相邻两个密集区域的距离为λ，为液体中传播的行波的波长，而在半个周期以后，t+T/2。
超声波检测技术中的数字信号处理方法
网络信息工程2021.07超声波检测技术中的数字信号处理方法李晓丽，王娟（开封大学，河南开封，475000）摘要：当前科学技术的快速发展，使数字信息技术出现在了人们的生活前面,数字信号技术深入到了人们生活的方方面面，比如在超声波检测技术中，数字信号处理方法具有独特的优势,可以更好地满足现代超声技术发展的多样化要求。
在新技术的发展下，新超声技术的出现将数字信号融入其中，可以降低对媒质特性的非接触测量的破坏，提升超声波检测技术的质量,增强环境的适应能力，继而实现在线测量。
本文就超声波检测技术中数字信号的处理方法进行研究和分析,旨在提高数字信号处理的效率。
关键词：超声波；检测；高精度；数字信号处理Digital Signal Processi n g Method in Ultraso n ic Detecti o n Tech n o l ogyLi Xiaoli,Wang Juan(Kaifeng University,Kaifeng Henan,475000)Absrtact：W ith the rapid development of science and technology,digital information technology has appeared in front of people's life.Digital signal technology has a unique advantage,which can better meet the diversified requirentents of the development of modern ultrasonic technology・Withthe development of new technology,the emergence of new ultrasonic technology can reduce the damageof non-contact measurement of media characteristics,improve the quality of ultrasonic detection technology,enhance the adaptability of the environment,and then realize on-line measurement.In this paper,the processing method of digital signal in ultrasonic detection technology is studied and analyzed in order to improve the efficiency of digital signal processing.Keywords：ultrasonic;detection;high precision;digital signal processingo前言超声波技术是一种新型的技术，该技术具有多种优势，其自身的特点是波长短，适应多种材料技术，可以对不同的材料等传统，包括金属材料等。
超声波传感器中的信号处理与识别算法研究
超声波传感器中的信号处理与识别算法研究超声波传感器是一种基于超声波原理设计的传感器，主要用于测距和检测目标的位置。
它的工作原理是利用超声波在空气中的传播速度固定及反射定律，将发射器发出的超声波信号发送至目标，接收到目标处反射回来的信号，根据其传播时间来计算两个物体之间的距离。
在信号的传输和接收过程中，超声波传感器需要进行信号处理和识别算法的研究，来提高检测的精度和可靠性。
超声波信号处理在超声波传感器中，信号处理是非常关键的一环。
一般情况下，信号的处理可以分为两个步骤：第一个步骤是采样，即在一定的时间间隔内对连续的信号进行采样，转化为数字信号；第二个步骤是数字滤波，用于对采样到的信号进行数据处理，以去除高频噪声等不需要的信号成分。
对于超声波传感器而言，在信号的采样过程中采样率的选择非常重要。
采样率的设定受到传感器的特性和被检测物体特性等多种因素的影响。
一般而言，采样率越高，信号的数据量就越大，更能够反映出信号的特性，但这也同时会降低处理速度以及增加存储的开销。
因此，当超声波传感器进行信号处理时，需要结合传感器的特性和被检测物体特性，选择合适的采样率，以便于对信号进行精确的处理。
数字滤波是信号处理的另一重要环节。
由于信号中含有多种频率的成分，其中可能会包含噪声和其他非关键成分，因此需要将这些非关键成分去除。
常见的滤波算法包括低通滤波、高通滤波和带通滤波等。
采用数字滤波算法可以去除信号中的干扰噪声，提高信号的清晰度，从而达到信号处理的目的。
超声波信号识别算法超声波信号的识别算法主要用于目标检测与识别。
一般而言，超声波信号是由多种频率的超声信号叠加而成，而不同的目标会产生不同的频率反射信号，因此可以利用这些数据进行不同目标的分类和识别。
目前，常见的一些信号识别算法包括深度神经网络、支持向量机、随机森林等。
深度神经网络在超声波信号的识别中具有较好的表现，因为它能够识别并学习超声信号中的特征规律，从而达到目标的分类和识别。
超声波探伤仪工作原理
超声波探伤仪工作原理
超声波探伤仪是一种常用于检测材料内部缺陷的非破坏性测试仪器。
其工作原理是利用声波在物质中的传播特性。
首先，超声波发生器产生高频声波信号，信号经过放大器放大后，通过探头传导到被测材料中。
当声波遇到材料中的界面、裂纹、孔洞等缺陷时，会发生声波的反射、折射或散射现象。
这些现象会引起声波信号的强度和传播时间上的变化。
探头内置了一个接收器，用于接收被测物体反射回来的声波信号。
这些信号经过放大器放大后，被送入超声波探伤仪的信号处理部分。
信号处理部分通过测量声波信号的强度、传播时间、相位差以及频率等参数，分析和判断材料中的缺陷类型、尺寸和位置。
通常，超声波探伤仪会将接收到的信号转化为图像或图表，以便用户直观地观察和分析测试结果。
通过对声波信号的分析和处理，可以确定材料的结构完整性和质量。
总之，超声波探伤仪利用声波在材料中传播的特性，通过测量声波信号的反射、传播时间等参数，来检测和评估材料内部的缺陷。
它广泛应用于航空、汽车、建筑、金属加工等行业中的材料检测和质量控制领域。
超声波检测的基本方法
超声波检测的基本方法超声波检测是一种常用的无损检测技术，通过利用超声波的传播特性来检测材料内部的缺陷或异物。
本文将介绍超声波检测的基本方法，包括超声波的产生和传播、检测原理、设备和操作流程等方面。
一、超声波的产生和传播超声波是一种机械波，其频率高于人耳可听到的上限，一般在20kHz以上。
超声波的产生主要通过压电效应实现，即利用压电材料在电场作用下的形变产生机械振动，从而产生超声波。
超声波在材料中传播时，会遇到不同的界面和缺陷，其中包括反射、透射、折射和散射等现象。
通过对这些现象的分析，可以获取材料内部的信息，并检测出缺陷的位置、形状和尺寸等。
二、超声波检测的原理超声波检测的原理基于声波在材料中传播时的特性。
当超声波遇到材料内部的缺陷或异物时，会发生反射或散射，这些反射或散射的声波信号可以通过超声波探头接收到，并转化为电信号。
通过分析接收到的声波信号，可以判断材料内部的缺陷类型、位置和尺寸等信息。
根据声波的传播速度和接收到的信号强度，还可以对缺陷的性质进行初步判断。
三、超声波检测的设备和操作流程超声波检测通常需要使用超声波探头、超声波发生器和超声波接收器等设备。
超声波探头是将电信号转化为超声波信号的装置，超声波发生器用于产生超声波信号，超声波接收器用于接收和放大接收到的信号。
超声波检测的操作流程一般包括以下几个步骤：1. 准备工作：选择合适的超声波探头和超声波发生器，根据被测材料的特性进行设定。
2. 探头放置：将超声波探头放置在被测材料表面，保持与材料的接触。
3. 发射超声波：通过超声波发生器产生超声波信号，并将其发送到被测材料中。
4. 接收信号：超声波接收器接收到反射或散射的声波信号，并将其转化为电信号。
5. 信号处理：对接收到的电信号进行处理和分析，获取材料内部的信息。
6. 结果判断：根据信号处理的结果，判断材料是否存在缺陷或异物，并进行初步的定性和定量分析。
四、超声波检测的应用领域超声波检测广泛应用于工业领域，可以用于检测金属、塑料、陶瓷等材料中的缺陷或异物。
超声回波信号处理包络线相关法
在超声波成像领域，包络线是一种常用的信号处理方法，用于提取和分析超声回波信号中有用信息的技术。
以下是关于超声回波信号处理包络线相关的法则：
1.包络线提取：超声波信号经过接收后，通常包含来自不同深度处散射体的多个回波信号。
包络线提取就是从这些回波信号中提取出其振幅的包络线，以便更好地分析信号特征。
2.包络线特征：包络线反映了超声波信号振幅的变化情况，能够显示回波信号的能量分布、形态和特征。
通过分析包络线，可以识别和定位扫描目标的内部结构和异常情况。
3.包络线检测：在包络线提取的过程中，常使用信号处理算法如Hilbert 变换、低通滤波等技术来检测并提取出回波信号的包络线，以便后续分析和显示。
4.包络线对比：分析不同信号的包络线可以帮助识别异常或区分不同组织的特征。
通过比较包络线的形状、幅度和变化趋势，可以得出结构的信息和健康状态的判断。
5.包络线应用：包络线在超声波成像、医学诊断、材料检测等领域有着广泛的应用。
通过包络线分析，可以实现对目标结
构的清晰成像和定量评估，提高检测的准确性和效率。
总的来说，包络线在超声信号处理中扮演重要角色，通过提取和分析包络线，可以更好地理解和利用超声波回波信号，实现目标结构的精确成像和检测。
在实际应用中，对包络线处理方法的选择和优化将影响到超声成像的质量和准确性。
超声波回波信号处理
超声波回波信号处理引言超声波回波信号处理是一种将超声波信号转化为可视化或可分析数据的技术。
超声波回波信号处理技术广泛应用于医学、工程和环境等领域。
本文将全面、详细、完整且深入地探讨超声波回波信号处理的相关内容。
超声波回波信号生成原理超声波回波信号是通过超声波传感器向物体发送超声波脉冲，并接收物体反射回的信号。
超声波传感器中的压电晶体会将电信号转化为超声波，并将超声波发送出去；当超声波遇到物体时，一部分能量被吸收，一部分被反射回来并被传感器接收；接收到的回波信号会被放大，然后进行模数转换以得到数字信号。
超声波回波信号处理步骤超声波回波信号处理通常包括以下几个步骤：1. 信号预处理在进行信号处理之前，通常需要对接收到的回波信号进行预处理。
预处理过程可以包括滤波、放大和采样等步骤。
滤波可以去除高频噪声和杂散信号，使得信号更加清晰。
放大可以增强信号幅值，提高信噪比。
采样是将连续信号转换为离散信号，以便于后续数字信号处理。
2. 特征提取特征提取是超声波回波信号处理的关键一步。
通过从回波信号中提取有用的特征信息，可以实现对物体的检测、识别和定位等目标。
常用的特征提取方法包括能量、频率、振幅、时间延迟等。
3. 图像重建当超声波回波信号用于医学成像时，通常需要进行图像重建。
图像重建是将接收到的回波信号转化为二维或三维图像的过程。
常用的图像重建方法包括B超成像、超声电视扫描和超声光声图像等。
4. 信号分析超声波回波信号处理还包括对信号进行分析的步骤。
信号分析可以帮助我们深入理解回波信号的特性和结构。
常用的信号分析方法包括谱分析、小波分析和统计分析等。
超声波回波信号处理的应用超声波回波信号处理技术在医学、工程和环境等领域有着广泛的应用。
1. 医学应用超声波回波信号处理在医学中被广泛用于各种诊断和治疗的应用。
例如，超声心动图可以通过对心脏回波信号的处理来检测心脏功能；超声骨密度测量可以通过对骨骼回波信号的处理来评估骨密度。
超声中的信号处置专家讲座
▪ 优点1：有利于自 然谐波成像；
▪ 优点2：能量利用 率更高。
超声中的信号处置专家讲座
第16页
发射波形
▪ 传统发射波形和加窗线性调频波形成像效果对比
超声中的信号处置专家讲座
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前端发射框图
超声中的信号处置专家讲座
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前端接收框图
超声中的信号处置专家讲座
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概述：超声前端处理结构图
▪ 前端处理（博大精深，是超声系统精华）：
▪ 发射聚焦； ▪ 逐层驱动产生高压； ▪ 高压开关：对发射来说是将N个逻辑通道连接到K×N个物理阵元中N个物理阵元。
对接收来说是从K×N个物理阵元中选出N个物理阵元输出到N个逻辑通道。其中 M7系统N=64，K=2； ▪ 模拟前端：小信号放大，低噪放，VGA，抗混叠滤波，AD变换 ▪ 波束合成：延时RAM+聚焦计算+变迹+求和
超声中的信号处置专家讲座
第37页
波束合成：插值计算提升聚焦精度
假设蓝色曲线为采样前回波曲线，采样后延时RAM中值为黑色箭头所 表示，现在等相位曲线和延时RAM相交点为图中红色箭头所表示。
现在问题转化为由已知采样点求出原模拟曲线上任一点。
由采样定理可知，假如采样频率大于信号最高频率两倍，能够由采样 后离散点求出原模拟信号上任何一点处值。公式为以SINC函数为权重 对全部离散点加权求和。
M7聚焦：改进了聚焦设计方法，沿着接收线方向，每一个采样点都计算其 在延时RAM中等相位点位置。称为逐点聚焦。
超声中的信号处置专家讲座
第36页
波束合成：聚焦精度
实际等相位曲线在延时RAM中位置，不一定刚好落在整数个样点上， 如图中黑色圈圈所表示。
信号处理技术在超声波成像中的应用
信号处理技术在超声波成像中的应用超声波成像技术是一种常用的医学成像技术，可以通过声波反射产生的影像来观察人体内部的情况。
信号处理技术对于提高超声波成像的精度和准确性起着重要作用。
本文以信号处理技术在超声波成像中的应用为主题，介绍了信号处理技术在超声波成像中的基本原理和常用方法，并阐述了未来信号处理技术的发展趋势和应用前景。
一、超声波成像的基本原理超声波成像是通过发射高频声波，使声波在人体内部反射并回传，通过计算反射的时间和强度来产生影像的一种成像技术。
声波在人体组织中传播的速度不同，因此当声波从一种组织传到另一种组织时会发生反射和衍射。
这种反射和衍射会产生回波信号，这些回波信号被接收器接收后，经过放大和处理后形成影像。
二、信号处理技术在超声波成像中的应用1. 图像滤波超声波成像的信号通常受到噪声干扰。
为了提高成像的质量，需要对信号进行滤波处理。
在图像滤波中，常用的方法包括中值滤波、高斯滤波和小波变换等。
中值滤波能够有效地去除噪声，而高斯滤波则能够平滑图像，使得图像更加清晰。
2. 图像增强超声波成像的信号质量往往受到噪声和衰减等因素的影响。
为了提高图像的清晰度和对比度，需要对信号进行增强处理。
常用的图像增强方法包括灰度变换、直方图均衡化、自适应直方图均衡化和小波变换等。
这些方法能够提高图像的清晰度和对比度，使图像更加易于观察和分析。
3. 三维成像在传统的超声波成像中，一般只能获得二维图像。
但随着计算机技术的发展，现在也可以实现三维超声波成像。
三维超声波成像可以更准确地显示人体内部结构，帮助医生进行更精准的诊断和手术操作。
4. 自适应波束成像在超声波成像中，声波在传播过程中会发生衍射和反射。
对于比较深的组织，声波的传播会更加复杂，也更容易受到噪声的干扰。
自适应波束成像可以根据信号的传播路径和反射程度来优化声波的传播方式，从而提高成像质量。
三、未来的发展趋势和应用前景随着计算机技术、信号处理技术和超声波成像技术的飞速发展，超声波成像技术已经成为医学影像学中不可或缺的技术之一。
超声声学中的数字信号处理
超声声学中的数字信号处理随着科技的不断发展，数字信号处理技术在医学领域中扮演了重要的角色。
其中，超声声学是现代医学图像处理中不可或缺的一部分。
通过超声的高频声波，医生可以观察到人体内部的组织结构和病变情况，为临床判断提供了重要的依据。
而在这个过程中，数字信号处理技术的应用尤为重要。
数字信号处理技术的基本概念数字信号处理技术的出现是因为在数字化时代，我们需要对信号进行数字化处理。
数字信号处理本质上是将连续的模拟信号转化为离散的数字信号，并利用计算机等数字设备对其进行处理。
数字信号处理技术分为两个方面——数字信号的生成和数字信号的处理。
数字信号的生成可以通过电子仪器将信号转化为数字信号。
而数字信号的处理则是利用数字信号的数据信息进行信号处理。
数字信号处理的其中一个重要应用领域便是超声声学。
超声声学是指利用高频声波进行成像技术的一种医学诊断技术。
超声波是指声波频率高于20kHz的声波。
人耳可以感知的声音频率范围是20Hz到20kHz。
超声波频率高于20kHz，因此人耳并不能听到超声波。
超声声学显像技术使用超声波在人体内部进行成像。
成像原理是当超声波通过不同介质之间的界面时，会发生反射，形成回声。
医生可以通过接收回声来了解人体内部组织的形态、大小等信息。
在超声声学成像中，离散的数字信号相当于是由成像装置对声波探测器所接收到的回声所转化而来的。
通过数字信号处理技术，可以对回声信号进行数字化处理，然后进行纠错和滤波操作，使成像更加清晰化、准确化。
数字信号处理技术几乎已经成为超声诊断的必要步骤。
数字信号处理的主要内容包括数字滤波、数字滤波器设计、数字信号的变换等。
其中数字滤波是数字信号处理的核心内容。
数字滤波能够直接影响到声像质量。
数字滤波技术数字滤波是将数字信号通过一些特定的算法进行处理的一种手段。
数字滤波器是数字滤波的关键。
数字滤波器通常用于信号增强和噪音抑制。
数字滤波是通过一些数据处理算法对离散时间信号进行滤波。
信号处理技术在无损检测中的应用研究
信号处理技术在无损检测中的应用研究无损检测是现代工业检测领域的一种重要技术手段，它主要应用于重要工业设备和工程结构的检测评估，能够有效地保证生产安全和质量。
而信号处理技术在无损检测中发挥着非常重要的作用。
本文将从常见的无损检测方法中，介绍信号处理技术在其中的应用研究。
一、超声波检测中的信号处理技术超声波检测是一种常用于金属材料和非金属材料检测的无损检测方法。
在超声波检测中，通过发送超声波信号，通过物体内部引起超声波的反射和散射，来判断材料内部的缺陷和杂质。
信号处理技术应用于超声波检测中，可以有效地提高检测的精度和效率。
1.信号滤波超声波检测信号包含了很多噪声。
在信号处理中，需要对这些噪声进行滤波，以减少干扰和提高信号的可靠性。
信号滤波的方法主要包括数字滤波和模拟滤波两种。
其中数字滤波方法基于数字信号处理技术，能够较好地抑制噪声，但需要对信号进行采样和量化；模拟滤波方法适用于非数字信号的滤波。
2.信号增强信号增强是超声波检测中的重要技术，它可以对检测到的信号进行增大，以便更好地分辨出材料中的缺陷和杂质。
超声波信号增强的方法主要包括时间域和频域两种。
其中时间域增强主要是通过增强信号幅度和对信号进行平滑处理；频域增强则是通过对信号进行频谱分析、滤波和复原来实现。
二、磁粉检测中的信号处理技术磁粉检测是一种常用的对金属表面脆性和粗糙度没有严格要求的检测方法。
在磁粉检测中，通过在金属表面涂抹铁粉并在金属表面施加磁场的方式，使得铁粉在磁场作用下向表面排列，从而显示出材料表面的缺陷和裂纹。
信号处理技术应用于磁粉检测中，可以提高检测的灵敏度和精度。
1.信号增强磁粉检测中信号的增强可以增大信号幅度，使得检测结果能够更加明显。
信号增强方法包括直接读出方式、扫描方式、滤波方式等。
其中，滤波方式能够有效地滤除噪声并提高信噪比。
2.数字化图像处理磁粉检测信号可以产生二维图像，通过数字化图像处理技术，能够更加清晰地分辨出材料表面的缺陷和裂纹，以便更好地进行检测。
超声机的工作原理
超声机的工作原理超声机是一种利用超声波进行成像或诊断的仪器。
它利用超声波的传播和反射特性，通过对组织内部的声波与超声波的相互作用进行检测和分析，以获取相关的生物信息。
其工作原理包括超声波的产生、传播、接收和处理。
首先，超声波的产生是超声机工作的第一步。
超声波是通过电压产生的，超声机中的压电晶体会受到电流激励发生形变，从而将电能转换成机械能，产生超声波。
这种电-机的转换效应称为电-机转换。
接着，超声波通过传输介质传播，传输介质可以是空气、水或者凝胶。
在医学超声中，传输介质通常是凝胶。
凝胶可以使超声波能够顺利传播，并且可以减少声能损失和波束变宽。
超声波是机械波，它沿着介质传播时会发生折射、散射和衍射等现象，这些现象将直接影响到成像质量。
当超声波达到被探测组织时，会发生声波与组织的相互作用。
超声波在组织内部传播时会遇到不同的界面，如组织之间的边界、血液与组织的边界等。
当超声波遇到这些界面时，部分声波会被反射回来，部分声波会传播到下一个界面。
通过探测器接收反射的声波信号，我们就可以获得组织的结构信息。
超声机中的探测器是实现超声波接收的关键部件。
它通常由一排由压电材料构成的晶体组成，每个晶体都能够接收一个方向的声波信号。
当接收到反射的声波信号后，晶体将声波信号转换成电信号，并传送到超声机的信号处理模块中进行处理。
超声机的信号处理模块是其工作的核心部分，它通过对接收到的声波信号进行放大、滤波、增益调节等处理，以提高信号的质量和解析度。
超声机还可以将处理后的信号进行时域或频域的变换，并利用图像处理算法对信号进行一系列的计算和图像形成处理。
最终，超声机可以将处理后的信号转化为二维或三维图像，并展示在超声机的显示屏上。
总的来说，超声机的工作主要包括超声波的产生、传播、接收和处理等过程。
通过利用超声波与组织的相互作用，超声机可以获得组织的结构信息，进而实现成像和诊断的目的。
超声机在医学、工业、科学研究等领域都有广泛的应用，成为了一种常用的非侵入式检测工具。
超声波传感器每部分组成所涉及到的基础知识
超声波传感器每部分组成所涉及到的基础知识1.引言1.1 概述概述部分的内容应该是对超声波传感器的基本概念和应用进行简要介绍。
以下是一个可能的概述内容:超声波传感器是一种基于超声波技术的传感器，可以用于测距、检测物体的存在及其位置等应用。
它通过发射超声波脉冲并接收返回的反射波来实现测量和探测功能。
超声波是一种频率高于人类能听到的声波，通常在20kHz至200kHz 的范围内。
超声波传感器利用声波在空气中的传播特性，通过测量超声波的传播时间或相位差来得到被测量物体与传感器之间的距离。
超声波传感器由发射部分、接收部分和信号处理部分组成。
发射部分包括发射器和发射驱动电路，用于产生和发射超声波脉冲。
接收部分包括接收器和接收驱动电路，用于接收和放大反射波信号。
信号处理部分负责对接收到的信号进行滤波、放大和数字化处理，以提取有效信息并进行进一步的分析和判断。
超声波传感器具有使用简单、非接触测量、高精度等优点，广泛应用于工业自动化、医疗诊断、安防监控等领域。
例如，超声波传感器可在自动驾驶车辆中用于测距和避障，也可在医疗设备中用于测量心脏功能和胎儿成像等。
随着科技的进步和应用需求的增长，超声波传感器在未来的应用前景将更加广阔。
本文将对超声波传感器的原理、各部分组成及其在不同领域中的应用进行详细介绍和探讨，以加深对超声波传感技术的理解和应用。
1.2 文章结构文章结构是指整篇文章的组织架构和内容安排。
在本文中，文章结构主要包括以下几个部分：1. 引言：在引言部分，将对超声波传感器进行概述，介绍其基本原理和应用领域，引起读者的兴趣。
同时说明本文的目的和内容安排。
2. 正文：正文是文章的核心部分，包括以下几个方面的内容：2.1 超声波传感器的原理：介绍超声波传感器的基本原理，包括超声波的产生、传播和检测的原理，以及超声波传感器在测距、检测物体位置等方面的应用。
2.2 超声波传感器的发射部分组成：详细介绍超声波传感器发射部分的各个组成部分，包括超声波发生器、发射探头等，并解释它们的作用和工作原理。
超声中的信号处理
超声中的信号处理引言超声成像是一种非破坏性检测方法，主要用于观察物体的内部结构。
在超声成像过程中，超声波经过物体后会返回探头，并通过信号处理来生成图像。
这个过程涉及多种信号处理技术，本文将介绍超声中的信号处理。
超声信号的获取超声成像系统主要由超声发射器、接收器和信号处理器组成。
超声信号的获取首先是由超声发射器发出一束超声波，该波束穿透被测物体并被接收器接收。
接收到的信号包含了被测物体内部的信息，需要经过信号处理以提取有效信息。
超声信号的预处理超声信号常常会受到噪声的干扰，因此需要进行预处理以去除噪声和增强信号的质量。
常用的预处理方法包括：1.滤波：常用的滤波方法有低通滤波和高通滤波。
低通滤波可以去除高频噪声，高通滤波可以去除低频噪声。
2.增强：通过增加信号的幅度或对比度，可以增强信号的可视化效果。
常用的增强方法包括谱平滑、对比度增强和空间滤波。
超声信号的解调超声信号的解调是将接收到的模拟信号转换为数字信号的过程。
常用的解调方法有：1.采样：将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样频率的选取应满足奈奎斯特定理。
2.量化：将连续的信号幅度转换为离散的数值。
通常采用均匀量化或非均匀量化方法。
3.编码：将量化后的数字信号转换为编码形式，便于存储和传输。
超声图像的生成在超声信号解调之后，还需要通过信号处理来生成超声图像。
常见的超声图像生成方法有：1.B模式超声成像：通过测量超声回波的幅度来生成图像，用于观察被测物体的内部结构。
2.M模式超声成像：通过测量超声回波的时间来生成图像，用于观察被测物体的运动情况。
3.Doppler超声成像：通过测量超声回波的频率变化来生成图像，用于观察被测物体的血流情况。
超声信号处理的应用超声信号处理在医学、工业和科学研究等领域具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用：1.医学诊断：超声成像在医学诊断中常用于观察人体内部器官的结构和异常情况，如肿瘤和血管疾病等。
2.无损检测：超声成像在工业领域常用于无损检测材料的内部缺陷，如裂纹和气泡等。
超声波检测的基本方法
超声波检测的基本方法超声波检测是一种利用超声波在物体内部传播和反射的原理来获取有关物体结构和性质的一种无损检测方法。
它具有非接触、实时性强、灵敏度高、能够检测深部缺陷等优点，在工业、医学、材料科学等领域得到广泛应用。
下面将介绍超声波检测的基本方法。
1. 超声波的产生与传播超声波是指频率超过20kHz的声波，通常由压电材料产生。
压电材料在电场的作用下会发生压电效应，产生机械振动，从而产生超声波。
超声波在介质中的传播速度与介质的密度、弹性模量等有关。
2. 超声波的接收与处理超声波检测系统通常由超声波发射器、接收器和信号处理器组成。
超声波发射器将电能转化为超声波能量，发送到被测物体上。
被测物体对超声波进行反射、散射或透射。
接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
信号处理器对接收到的电信号进行放大、滤波、增益调节等处理，以便分析和判断被测物体的结构和缺陷情况。
3. 超声波的探头和成像超声波检测中常用的探头有接触式和非接触式两种。
接触式探头直接接触被测物体表面，通过声波在物体内部的传播和反射来获取信息。
非接触式探头则无需直接接触被测物体，通过空气或水等介质传播超声波。
超声波成像是超声波检测中常用的方法之一，它通过探头的移动和超声波的传播来获取被测物体内部的结构信息。
成像过程中，探头发射超声波，接收到反射回来的超声波信号后，计算机对接收到的信号进行处理，并将其转化为图像显示出来。
超声波成像可以直观地显示出被测物体的结构和缺陷位置，对于工业检测和医学诊断有着重要意义。
4. 超声波的参数和特征超声波检测中常用的参数有声速、频率、幅度和相位等。
声速是超声波在介质中传播的速度，与介质的物理性质有关。
频率是指超声波的振动次数，频率越高，分辨率越高。
幅度是超声波的振幅，与被测物体的缺陷大小有关。
相位是超声波的相对偏移，可以用来判断被测物体的结构。
超声波的特征包括信号的幅度、声速、频谱和波形等。
信号的幅度可以用来判断被测物体的缺陷大小。
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B信号处理- M7的关键点
什么是相干时间？从统计的角度看，维持信道单位冲击响应基本不变的一段时间。 反比于多普勒频移，即和组织运动的速度成反比。下面是两种极端情况：
8
B信号处理-扫描-线复合
右图为采用间隔一线扫描，累加 八次的复合情况。
复合是在帧率和性能之间的一个 折衷平衡，
当复合，2， 1波束系统。
常用的是错开两线扫描的方式。
9
B信号处理-扫描-多焦点
为改善整场的清晰度。保持 线号不变，改变每次发射聚 焦区域，从回波中取出相应 的聚焦区域的数据。
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C信号处理-C扫描
速度对应着多普勒频移； 要检测血流速度，即求出多普勒频移，也就是鉴频； 对于数字信号处理来说，鉴频是在采样数据中求出数据中可能的频率成分，等价于鉴别
….
接收孔径
6
B信号处理-扫描-线复合
多波束接收假设为8波束，让扫描线间隔数小于8，然后将接收线中 相同线号的线叠加。用于改善信噪比。
下图为无复合，错开8线扫描的情况。
下图为采用间隔四线扫描，累加两次的复合情况。
7
B信号处理-扫描-线复合
下图为采用间隔两线扫描，累加四次的复合情况。
的加权运算。
f3
实现方案非常复杂！
a0
a1
connect
a2
a0 第一存储区
a0+20
a1
a1+20
第二存储区
1.先复合
4.后一重叠区的复合 结果更新第二个存储区
2 .前一重叠区的复合结果和第二 存储区相应的数据HANNING加权
3.后两波束更新RAM
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B信号处理-扫描-谐波成像
超声图像的分辨率和超声波长成反比，即和频率成正比，但是频率越高，衰减越快。 对系统动态范围的要求越高。
超声中的信号处理（二）
1
内容提要：
B信号处理 C信号处理
2
B信号处理
1. B扫描 2. M7的关键点 3. M7的核心处理步骤
3
B信号处理-扫描
用到了很多种改善图像性能的方式：
① 孔径合成； ② 线复合； ③ 谐波成像； ④ 多焦点； ⑤ 空间复合等等 通常是上述几种方式中的2～3种组合使用，采用的方式确定了扫描过程。 反过来，由扫描过程也可以反推出用到了那些改善图像性能的方式。 不同的扫描方法，决定了不同的信号处理方式，在M5,DC3中非常明显体现出来。
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B信号处理-扫描-空间复合
空间复合并不会改变图像的帧率。 抑制图像上的突发的黑点噪声，但是图像清晰度有所降低。
复合前的图像
复合后的图像
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B信号处理
1. B扫描 2. M7的关键点 3. M7的核心处理步骤
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B信号处理- M7的关键点
系统每次更改方案，每次更改扫描模式，后面的实现方式就会随着更改，调试，，， 在M5中的表现非常明显；
正交解调
解交织
往DDRII 中写
从DDRII 中读
交织
矩阵乘
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B信号处理- M7：数据帧缓存
写入DDRII之前，在FPGA中数据格式变换。
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B信号处理- M7：数据帧缓存
DDRII中数据格式变换。
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B信号处理- M7：数据帧缓存
从DDRII中读出数据后，在FPGA中数据格式变换。
复合，空间复合等等。 相干叠加方式： 孔径复合，线复合，正反向谐波数据获取， 非相干叠加方式：线复合，多焦点拼接，频率复合，空间复合。
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B信号处理- M7的关键点
相干叠加，非相干叠加的概念来自于通信系统，在信道的相干时间之内，相干叠加 即IQ叠加可以最大限度提高信噪比。
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B信号处理- M7的关键点
[1 1 1 1 1 1 1 ] 分属不同线集的数据求模后，非相干叠加，合并为一帧数据送到后端显示。
在这个例子中，非相干叠加的次数即为线集的个数，相干叠加的次数即为矩阵 里面系数的个数。
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B信号处理- M7：数据帧缓存
例1： 4波束，无复合，只有孔径合成，其接收线号如下：
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B信号处理- M7：数据帧缓存
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B信号处理- M7：数据帧缓存
深度变换，模式切换，即只要是涉及到扫描模式变换的，都是帧缓存的天敌。 图像无输出，模式切换时图像异常，图像抖动，丢包，帧率不正常，应该优先 检查帧缓存模块；
三次数据格式转变过程中，任何一次在时序上稍有不当，整个管道就堵塞，导 致系统数据流停滞。可以采用下列手段辅助诊断：
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B信号处理- M7：矩阵乘
B的矩阵乘的实质是对同一个线集内，属于同一线的不同子帧的同一深度的IQ 加权求和。
B矩阵的系数通常取1或-1。 如果存在正反向谐波成像，系数有一半取-1，得到谐波数据成分。 C的矩阵乘用于实现壁滤波或TDI模式的直通，和DC6,M5类似。
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B信号处理- M7：累加器
假设组织绝对静止，其速度为0，那么其相干时间为无穷大，即可以做无限多次的相 干（IQ）叠加，使得其信噪比为无穷大。
假设组织运动速度为无穷大，其相干时间为零，即不能做相干叠加。
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B信号处理
1. B扫描 2. M7的关键点 3. M7的核心处理步骤
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B信号处理- M7：数据帧缓存
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B信号处理- M7：数据帧缓存
接收线号先后顺序如下图：
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B信号处理- M7：数据帧缓存
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B信号处理- M7：数据帧缓存
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B信号处理- M7：数据帧缓存
上例中，同一线号的数据共16次得到，即子帧个数为16； 数据分两批读出，每一批数据称为一个线集，16个子帧的数据共2个线集； 每一批数据包含8个子帧，即线集里面子帧的个数为8； 将每一批8个子帧的数据送出去相干(IQ)叠加，即矩阵乘里面的系数为：
DC6,M5数据重排模块，仅在C处理时用到，借助片外SSRAM实现数据的重新整理。 M7将数据重排的概念扩展到B，统称为数据帧缓存。 数据帧缓存的实质是根据扫描模式，按照符合要求的数据格式，对FPGA片外缓存的
读写。 可以认为片外缓存是一个三维的矩阵，装载数据方式如下：
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B信号处理- M7：数据帧缓存
子帧个数共为12； 子集个数为3； 每个子集的线集个数为1； 矩阵乘里面的系数为：[1 1 1 1]
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B信号处理- M7：数据帧缓存
从正交解调的输出，到数据输出给矩阵乘，帧缓存处理数据过程分为三步： 第一次变换：正交解调后的数据写入DDRII之前，解交织一次； 第二次变换：第一次变换的结果写入DDRII，然后从DDRII中读出； 第三次变换：从DDRII中读出的结果再交织一次，变为适合矩阵乘的数据格式。
采集分析波束合成数据(1)，用于检查送给帧缓存的数据是否正确； 分析帧缓存写入到DDRII的数据(2)，用于验证写操作是否正确； 分析输入到矩阵乘的数据(3)，用于验证帧缓存读是否正确。
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B信号处理- M7：数据帧缓存
Bug27864 BCM时数据丢包； B ug29141 BM谐波时M图像间或的亮线； Bug 晃取样框时，C突然死掉； Bug BC奇偶帧扫描下，帧率只有理论的一半； ------
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B信号处理- M7：数据帧缓存
例2： 4波束，有复合，无孔径合成，其接收线号如下：
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B信号处理- M7：数据帧缓存
例2： 4波束，有复合，无孔径合成，写帧缓存如下：
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B信号处理- M7：数据帧缓存
例2： 4波束，有复合，无孔径合成，读帧缓存如下：
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B信号处理- M7：数据帧缓存
讲到数据帧缓存，不可避免 引入基本概念：子帧，子集， 线集，线。以一个8波束，错 开两线复合，有孔径合成， 两焦点为例，看看数据在三 维矩阵中如何装载读写 ：
第一个焦点内孔径的头8条线； 第一个焦点外孔径的头8条线； 第二个焦点内孔径的头8条线； 第二个焦点外孔径的头8条线； 错开两线扫描； ------
对于B信号处理来说，累积器作用有两个：
1是用于基波和谐波处理结果的模值加权叠加； 2是用于同一子集内部不同线集结果的叠加，比如多焦点结果的模值叠加。
对于C信号处理来说，累积器作用：
实现速度矢量的相干叠加。
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内容提要：
B信号处理 C信号处理
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C信号处理
1. C扫描 2. 数据重排 3. 壁滤波 4. 自相关 5. 求速度 6. KEYHOLE噪声抑制
谐波成像，兼顾基波的穿透力，和谐波的分辨率。 谐波成像分为：自然谐波成像，正方向谐波成像。其中正反向谐波成像好理解一些。 分别发射正向以及反向脉冲，回波数据相加，消除基波，得到谐波；回波数据相减，
消除谐波的干扰。
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B信号处理-扫描-空间复合
沿着不同的偏转角度对人体组织进行扫描，然后将不同角度的图像融合成一帧。
时间
时间
假设4波束，有孔径合成，复合一 次，因此子帧为4，从DDRII中，按照 属于不同的子帧的同一线号的4线数 据读出，这4线数据，先读完整的一
线，然后读下一线，，，
但是矩阵乘需要的数据格式是同一 线号，不同子帧，同一深度的顺 序，因此需要将左图顺序交织成上 图的输出格式。在矩阵乘，模值累
加中合并为一个点。
例1：4波束，无复合，只有孔径合成，往帧缓存中写：
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B信号处理- M7：数据帧缓存