[发明专利]一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法

权利要求书

1.一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、将传感器输出的信号经过放大电路进行信号放大；

S102、将放大后的信号调整为ADC范围内的信号；

S103、对信号进行硬件滤波；

S104、将硬件滤波后的信号输入到ADC进行模数转换；

S105、对经过ADC进行模数转换后的信号采用降噪算法进行降噪；

在步骤S105中，降噪算法如下：

在连续时间域下，包含噪声的超声波信号与超声波有效信号存在如下关系：

式中：a_a(t)为包含噪声的超声波信号；b_a(t)为有效的超声波信号；c_a(t)为与超声波有效信号不相关的噪声信号；f₀为超声波信号频率；φ为未知的超声波有效信号的相位；A为未知的超声波有效信号的幅值；b_a(t)的幅值A获取步骤如下：

S201、所有数据为经过AD采集得到的离散数据，在离散时间域下，采集到的超声波数据的表达式如下：

式中：Ts为AD采样周期；m为AD采样频率的约束条件，采样频率是信号频率的整数倍，且倍数大于2；n为离散时间域下样板数据下标；

S202、对采集到的数据a_a(t)进行去直流分量处理：

a_b(n)＝a_a(n)-mean{a_a(n)}

式中：mean{a_a(n)}为对a_a(n)求和并计算平均值；

S203、构建参考信号d(n)；

S204、其中，参考信号d(n)的频率与有效信号b(n)频率相同，将参考信号d(n)反褶得到d(-n)，并对去除直流分量的数据a_b(n)与参考信号d(n)卷积：

式中：

为参考信号与超声波有效信号的互相关函数；

为参考信号与噪声信号的互相关函数；

S205、将S201和S203中的公式代入S204，得到：

S206、根据三角函数积化和差公式，将S205中的公式化简：

式中：N为AD采样长度；采样长度N为周期m的整数倍，且COS函数具有周期性，并且一个周期内的函数值的和为0，得出：

得出：

S207、噪声c_a(n)与参考信号S(n)不相关，得出：

S204的公式简化为：

从E_ad(n)中提取出的幅值A：

2.根据权利要求1所述的一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，其特征在于，在步骤S101中，所述放大电路为三运放仪表放大器。

3.根据权利要求1所述的一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，其特征在于，在步骤S102中，将放大后的信号调整为ADC范围内信号的步骤为：判断经过步骤S101放大后的信号，是否落在ADC的范围之内；若信号落在ADC的范围之内，则信号直接传输到信号选择器的其中一路；若信号大于ADC的范围，则对信号进行缩小后，再进入信号选择器的另一路。

4.根据权利要求3所述的一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，其特征在于，所述信号选择器的型号为ADG658。

5.根据权利要求1所述的一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，其特征在于，在步骤S101和S102之间还包括将放大后的信号进行叠加直流偏置的步骤。

6.根据权利要求1或5所述的一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，其特征在于，硬件滤波采用2阶带通滤波器进行滤波。

7.根据权利要求1所述的一种基于数模混合处理的超声波局放信号调理方法，其特征在于，在步骤S104中，所述ADC的芯片为采集频率为400KHz的串行ADC。