本發明專利技術提出了一種基于變距分段法的超聲信號數字式峰值檢測方法及系統。本發明專利技術方法采用二段式變距的均勻分段法則，利用該方法所設計的檢測模塊包括二段式變距均勻分段器、特征點篩選器、最大值比較器和最小值比較器。超聲信號采集及顯示系統包括高速AD、FPGA功能模塊、基于PXI總線的工控機。本發明專利技術的檢測模塊，不僅繼承了峰值檢測器對于動態下峰值點信息的準確捕捉特性，更具有可達一個采樣點的調整精度，且顯示范圍擺脫了整數倍抽樣步距的限制，可以是任意長度。本發明專利技術基于FPGA可編程技術，在硬件不變情況下，可實現功能的修改和擴展。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于信號處理
，涉及一種基于變距分段法的超聲信號數字式峰值檢測方法及系統。
技術介紹
隨著現代儀器技術的不斷發展，用戶越來越注重人機交互體驗，而人機交互界面信息的完備和準確性也顯得至關重要。目前，數字式儀器的顯示功能大體上分為兩種一種是顯示區域內數據全部上傳顯示——實現起來簡單、方便，適用于大寬帶、高速傳輸協議(如網口);另一種是對顯示區域內數據抽樣顯示——當用于顯示大范圍內的波形概況時，由于數據經過壓縮后傳輸，能有效降低顯示功能對系統帶寬的占用，提高系統響應速度；當用于顯示小范圍內的波形細節時，由于加入插值填充，保證了波形光滑平整且不失真。因此，抽樣顯示法以其適用于各種帶寬、多種傳輸協議的特性，而被廣泛應用在數字式儀器儀表中。但是，抽樣顯示不可避免的造成波形細節信息的丟失。而且最終的顯示效果，很大程度上取決于采取了什么方式的抽樣法則。其中，一種最簡單的抽樣法則——也被稱為均勻步距抽樣，是在A/D和存儲器之間加入一個“分數”采集器。即在A/D采樣時，每逢第N個數據就送往存儲器，其余的點統統放棄。這種抽樣法則存在三個明顯的缺陷。第一，抽取到波形峰值點的可能性隨機，極有可能丟失峰值信息。第二，波形縮放或平移時，抽樣點全部更新，操作前后的波形相差大。第三，顯示范圍為抽樣步距的整數倍，否則需要特殊考慮末段數據。為彌補上述不足，引入峰值檢測電路替代“分數采集器”。即同樣以N個數據為一組依次進行檢測，峰值檢測電路保持其中的最大值和最小值再送往寄存器。數字式示波器正是基于峰值檢測器的原理，實現了在縮放或移動操作時對峰值點的捕捉。但是，峰值檢測電路的形式多樣，如《峰值檢測電路》(專利申請號為CN200580006970. I)、《比較器反饋峰值檢測器》(專利申請號為CN200580025847. 4)等，且仍要求顯示最好為抽樣步距的整數倍，否則對于末段數據的特殊考慮必將增加硬件電路的開銷，使得結構更加復雜。另外，由于電路實現存在響應時間，因此峰值檢測器的最小抽樣步距有限定，這也就注定了其縮放和移動操作的調節精度不可能達到一個采樣點精度。最后，采用硬件電路實現的峰值檢測器改動空間有限，非得改版重制。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于變距分段法的超聲信號數字式峰值檢測方法，及采用本專利技術所述方法的超聲信號數字式峰值檢測模塊和系統。超聲信號數字式峰值檢測模塊，不僅繼承了峰值檢測器對于動態下峰值點信息的準確捕捉特性，更具有可達一個采樣點的調整精度，且顯示范圍擺脫了整數倍抽樣步距的限制，可以是任意長度。本專利技術基于FPGA可編程技術，在硬件不變情況下，可實現功能的修改和擴展。本專利技術解決技術問題所采取的技術方案是基于變距分段法的超聲信號數字式峰值檢測方法，該方法包括以下步驟步驟(I).采用二段式變距的均勻分段法則，對顯示范圍內的數據按照時間進行連續分割。步驟(2).分別提取每段數據的最大值和最小值，作為特征點。步驟(3).根據每段數據的最大值和最小值出現的時間先后關系確定該段最大值和最小值與入到存儲空間的順序。步驟(4).從存儲空間的起始位置依次讀取數據并顯示，從而實現了數字波形的任意縮放或平移操作而不失真。所述的二段式變距的均勻分段法則可實現用固定M個屏幕像素點來表征任意顯示范圍內波形，其中M要求為2的倍數，該法則具體是定義顯示范圍為nY'~J，為點數，為采樣頻率，分兩種情況權利要求1 .基于變距分段法的超聲信號數字式峰值檢測方法，其特征在于步驟(I).采用二段式變距的均勻分段法則，對顯示范圍內的數據按照時間進行連續分割；步驟(2).分別提取每段數據的最大值和最小值，作為特征點；步驟(3).根據每段數據的最大值和最小值出現的時間先后關系確定該段最大值和最小值寫入到存儲空間的順序；步驟(4).從存儲空間的起始位置依次讀取數據并顯示，從而實現了數字波形的任意縮放或平移操作而不失真；所述的二段式變距的均勻分段法則可實現用固定M個屏幕像素點來表征任意顯示范圍內波形，其中M要求為2的倍數，該法則具體是定義顯示范圍為,為點數，I為采樣頻率，分兩種情況顯示范圍內的數據不需要進過分割和峰值檢測，直接輸出，若有必要還可以進行插值處理后輸出M個顯示數據；第一步，取Z = H ,[]為取整符號，Z表示步距；第二步，取X = η --XZ ；I第三步，取Y = M-X;經過以上三步驟之后，可以得出分段結果前Y段以Z個數據為一組進行峰值檢測，得到Y X 2個特征點;后乂段以(Ζ+1)個數據為一組進行峰值檢測,得到X X 2個特征點。2.基于變距分段法的超聲信號數字式峰值檢測模塊，其特征在于包括二段式變距均勻分段器、特征點篩選器、最大值比較器和最小值比較器；將配置信號輸入二段式變距均勻分段器完成配置，并輸出第一標識信號；將第一標識信號和采集到的數據輸入到特征點篩選器，經過篩選后，輸出極大值和極小值；將極大值和采集到的數據輸入到最大值比較器，輸出第二標識信號；將極小值和采集到的數據輸入到最小值比較器，輸出第三標識信號；將第一標識信號、第二標識信號和第三標識信號，輸入到特征點篩選器，最終輸出每個分段上的最大值峰值點數據和最小值峰值點數據，以及峰值點數據出現位置和寫使能信號。3.利用權利要求2所構建的超聲信號采集及顯示系統，其特征在于包括高速AD、FPGA功能模塊、基于PXI總線的工控機；其中的FPGA功能模塊包括數字帶通濾波器、數字低通濾波器、基于特征點提取的超聲信號數字式峰值檢測模塊、兩片用于乒乓緩沖的片內雙口RAM、多路自動切換器、數據交互雙口 RAM、PXI總線接口 ；將超聲信號輸入高速AD，經模數轉換后輸出數字信號到FPGA功能模塊；進入到FPGA功能模塊內的數字信號首先被輸入到數字帶通濾波器；數字式帶通濾波器的輸出再被輸入到數字低通濾波器；數字低通濾波器的輸出再被輸入到基于變距分段法的超聲信號數字式峰值檢測模塊，按照二段式變距均勻分段器的分段結果，由特征點篩選器逐一篩選出每個分段上的最大值和最小值，最終輸出最大值峰值點數據和最小值峰值點數據、峰值點數據出現位置和寫使能信號，到兩片用于乒乓緩沖的片內雙口 RAM ;乒乓緩沖的片內雙口 RAM可被多路自動切換器讀取；讀取到的數據將被輸入到數據交互的雙口 RAM ;基于PXI的工控機可經PXI總線接口，讀取數據交互的雙口 RAM內數據，并在工控機界面上顯示。4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于還包括信號處理模塊；數字低通濾波器的輸出還將被輸入到信號處理模塊，經信號處理和分析后，得到的結果將被保存；基于PXI的工控機可經PXI總線接口，讀取信號處理模塊中保存的結果。全文摘要本專利技術提出了一種基于變距分段法的超聲信號數字式峰值檢測方法及系統。本專利技術方法采用二段式變距的均勻分段法則，利用該方法所設計的檢測模塊包括二段式變距均勻分段器、特征點篩選器、最大值比較器和最小值比較器。超聲信號采集及顯示系統包括高速AD、FPGA功能模塊、基于PXI總線的工控機。本專利技術的檢測模塊，不僅繼承了峰值檢測器對于動態下峰值點信息的準確捕捉特性，更具有可達一個采樣點的調整精度，且顯示范圍擺脫了整數倍抽樣步距的限制，可以是任意長度。本專利技術基于FPGA可編程技術，在硬件不變情況下，可實現功能的修改和擴展。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于變距分段法的超聲信號數字式峰值檢測方法，其特征在于：步驟(1).采用二段式變距的均勻分段法則，對顯示范圍內的數據按照時間進行連續分割；步驟(2).分別提取每段數據的最大值和最小值，作為特征點；步驟(3).根據每段數據的最大值和最小值出現的時間先后關系確定該段最大值和最小值寫入到存儲空間的順序；步驟(4).從存儲空間的起始位置依次讀取數據并顯示，從而實現了數字波形的任意縮放或平移操作而不失真；所述的二段式變距的均勻分段法則可實現用固定M個屏幕像素點來表征任意顯示范圍內波形，其中?M要求為2的倍數，該法則具體是：定義顯示范圍為?，為點數，為采樣頻率，分兩種情況：①顯示范圍內的數據不需要進過分割和峰值檢測，直接輸出，若有必要還可以進行插值處理后輸出M個顯示數據；第一步，取Z?=?，[?]為取整符號，Z表示步距；第二步，取X?=?；第三步，取Y?=?M?X；經過以上三步驟之后，可以得出分段結果：前Y段以Z個數據為一組進行峰值檢測，得到個特征點；后X段以(Z+1)個數據為一組進行峰值檢測，得到個特征點。2012104992990100001dest_path_image002.jpg,2012104992990100001dest_path_image004.jpg,2012104992990100001dest_path_image006.jpg,2012104992990100001dest_path_image008.jpg,2012104992990100001dest_path_image010.jpg,2012104992990100001dest_path_image012.jpg,2012104992990100001dest_path_image016.jpg,2012104992990100001dest_path_image024.jpg,2012104992990100001dest_path_image030.jpg...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳施偉，吳海騰，金浩然，呂福在，楊克己，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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