專利名稱：基于變距分段法的超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于變距分段法的超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，用戶越來(lái)越注重人機(jī)交互體驗(yàn)，而人機(jī)交互界面信息的完備和準(zhǔn)確性也顯得至關(guān)重要。目前，數(shù)字式儀器的顯示功能大體上分為兩種一種是顯示區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)全部上傳顯示——實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單、方便，適用于大寬帶、高速傳輸協(xié)議(如網(wǎng)口);另一種是對(duì)顯示區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)抽樣顯示——當(dāng)用于顯示大范圍內(nèi)的波形概況時(shí)，由于數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)壓縮后傳輸，能有效降低顯示功能對(duì)系統(tǒng)帶寬的占用，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度；當(dāng)用于顯示小范圍內(nèi)的波形細(xì)節(jié)時(shí)，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(xié)議的特性，而被廣泛應(yīng)用在數(shù)字式儀器儀表中。但是，抽樣顯示不可避免的造成波形細(xì)節(jié)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(jiǎn)單的抽樣法則——也被稱為均勻步距抽樣，是在A/D和存儲(chǔ)器之間加入一個(gè)“分?jǐn)?shù)”采集器。即在A/D采樣時(shí)，每逢第N個(gè)數(shù)據(jù)就送往存儲(chǔ)器，其余的點(diǎn)統(tǒng)統(tǒng)放棄。這種抽樣法則存在三個(gè)明顯的缺陷。第一，抽取到波形峰值點(diǎn)的可能性隨機(jī)，極有可能丟失峰值信息。第二，波形縮放或平移時(shí)，抽樣點(diǎn)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(shù)倍，否則需要特殊考慮末段數(shù)據(jù)。為彌補(bǔ)上述不足，引入峰值檢測(cè)電路替代“分?jǐn)?shù)采集器”。即同樣以N個(gè)數(shù)據(jù)為一組依次進(jìn)行檢測(cè)，峰值檢測(cè)電路保持其中的最大值和最小值再送往寄存器。數(shù)字式示波器正是基于峰值檢測(cè)器的原理，實(shí)現(xiàn)了在縮放或移動(dòng)操作時(shí)對(duì)峰值點(diǎn)的捕捉。但是，峰值檢測(cè)電路的形式多樣，如《峰值檢測(cè)電路》(專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200580006970. I)、《比較器反饋峰值檢測(cè)器》(專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200580025847. 4)等，且仍要求顯示最好為抽樣步距的整數(shù)倍，否則對(duì)于末段數(shù)據(jù)的特殊考慮必將增加硬件電路的開銷，使得結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。另外，由于電路實(shí)現(xiàn)存在響應(yīng)時(shí)間，因此峰值檢測(cè)器的最小抽樣步距有限定，這也就注定了其縮放和移動(dòng)操作的調(diào)節(jié)精度不可能達(dá)到一個(gè)采樣點(diǎn)精度。最后，采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的峰值檢測(cè)器改動(dòng)空間有限，非得改版重制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于變距分段法的超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)方法，及采用本發(fā)明所述方法的超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)模塊和系統(tǒng)。超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)模塊，不僅繼承了峰值檢測(cè)器對(duì)于動(dòng)態(tài)下峰值點(diǎn)信息的準(zhǔn)確捕捉特性，更具有可達(dá)一個(gè)采樣點(diǎn)的調(diào)整精度，且顯示范圍擺脫了整數(shù)倍抽樣步距的限制，可以是任意長(zhǎng)度。本發(fā)明基于FPGA可編程技術(shù)，在硬件不變情況下，可實(shí)現(xiàn)功能的修改和擴(kuò)展。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是基于變距分段法的超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)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(duì)顯示范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)按照時(shí)間進(jìn)行連續(xù)分割。步驟(2).分別提取每段數(shù)據(jù)的最大值和最小值，作為特征點(diǎn)。步驟(3).根據(jù)每段數(shù)據(jù)的最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)間先后關(guān)系確定該段最大值和最小值與入到存儲(chǔ)空間的順序。步驟(4).從存儲(chǔ)空間的起始位置依次讀取數(shù)據(jù)并顯示，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)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(shí)現(xiàn)用固定M個(gè)屏幕像素點(diǎn)來(lái)表征任意顯示范圍內(nèi)波形，其中M要求為2的倍數(shù)，該法則具體是
定義顯示范圍為nY'~J，為點(diǎn)數(shù)，為采樣頻率，分兩種情況
權(quán)利要求
1 .基于變距分段法的超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)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(duì)顯示范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)按照時(shí)間進(jìn)行連續(xù)分割；步驟(2).分別提取每段數(shù)據(jù)的最大值和最小值，作為特征點(diǎn)；步驟(3).根據(jù)每段數(shù)據(jù)的最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)間先后關(guān)系確定該段最大值和最小值寫入到存儲(chǔ)空間的順序；步驟(4).從存儲(chǔ)空間的起始位置依次讀取數(shù)據(jù)并顯示，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)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(shí)現(xiàn)用固定M個(gè)屏幕像素點(diǎn)來(lái)表征任意顯示范圍內(nèi)波形，其中M要求為2的倍數(shù)，該法則具體是定義顯示范圍為,為點(diǎn)數(shù)，I為采樣頻率，分兩種情況顯示范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)不需要進(jìn)過(guò)分割和峰值檢測(cè)，直接輸出，若有必要還可以進(jìn)行插值處理后輸出M個(gè)顯示數(shù)據(jù)；第一步，取Z = H ,[]為取整符號(hào)，Z表示步距；第二步，取X = η --XZ ；I第三步，取Y = M-X;經(jīng)過(guò)以上三步驟之后，可以得出分段結(jié)果前Y段以Z個(gè)數(shù)據(jù)為一組進(jìn)行峰值檢測(cè)，得到Y(jié) X 2個(gè)特征點(diǎn);后乂段以(Ζ+1)個(gè)數(shù)據(jù)為一組進(jìn)行峰值檢測(cè),得到X X 2個(gè)特征點(diǎn)。
2.基于變距分段法的超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)模塊，其特征在于包括二段式變距均勻分段器、特征點(diǎn)篩選器、最大值比較器和最小值比較器；將配置信號(hào)輸入二段式變距均勻分段器完成配置，并輸出第一標(biāo)識(shí)信號(hào)；將第一標(biāo)識(shí)信號(hào)和采集到的數(shù)據(jù)輸入到特征點(diǎn)篩選器，經(jīng)過(guò)篩選后，輸出極大值和極小值；將極大值和采集到的數(shù)據(jù)輸入到最大值比較器，輸出第二標(biāo)識(shí)信號(hào)；將極小值和采集到的數(shù)據(jù)輸入到最小值比較器，輸出第三標(biāo)識(shí)信號(hào)；將第一標(biāo)識(shí)信號(hào)、第二標(biāo)識(shí)信號(hào)和第三標(biāo)識(shí)信號(hào)，輸入到特征點(diǎn)篩選器，最終輸出每個(gè)分段上的最大值峰值點(diǎn)數(shù)據(jù)和最小值峰值點(diǎn)數(shù)據(jù)，以及峰值點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)位置和寫使能信號(hào)。
3.利用權(quán)利要求2所構(gòu)建的超聲信號(hào)采集及顯示系統(tǒng)，其特征在于包括高速AD、FPGA功能模塊、基于PXI總線的工控機(jī)；其中的FPGA功能模塊包括數(shù)字帶通濾波器、數(shù)字低通濾波器、基于特征點(diǎn)提取的超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)模塊、兩片用于乒乓緩沖的片內(nèi)雙口RAM、多路自動(dòng)切換器、數(shù)據(jù)交互雙口 RAM、PXI總線接口 ；將超聲信號(hào)輸入高速AD，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號(hào)到FPGA功能模塊；進(jìn)入到FPGA功能模塊內(nèi)的數(shù)字信號(hào)首先被輸入到數(shù)字帶通濾波器；數(shù)字式帶通濾波器的輸出再被輸入到數(shù)字低通濾波器；數(shù)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(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)模塊，按照二段式變距均勻分段器的分段結(jié)果，由特征點(diǎn)篩選器逐一篩選出每個(gè)分段上的最大值和最小值，最終輸出最大值峰值點(diǎn)數(shù)據(jù)和最小值峰值點(diǎn)數(shù)據(jù)、峰值點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)位置和寫使能信號(hào)，到兩片用于乒乓緩沖的片內(nèi)雙口 RAM ;乒乓緩沖的片內(nèi)雙口 RAM可被多路自動(dòng)切換器讀?。蛔x取到的數(shù)據(jù)將被輸入到數(shù)據(jù)交互的雙口 RAM ;基于PXI的工控機(jī)可經(jīng)PXI總線接口，讀取數(shù)據(jù)交互的雙口 RAM內(nèi)數(shù)據(jù)，并在工控機(jī)界面上顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括信號(hào)處理模塊；數(shù)字低通濾波器的輸出還將被輸入到信號(hào)處理模塊，經(jīng)信號(hào)處理和分析后，得到的結(jié)果將被保存；基于PXI的工控機(jī)可經(jīng)PXI總線接口，讀取信號(hào)處理模塊中保存的結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于變距分段法的超聲信號(hào)數(shù)字式峰值檢測(cè)方法及系統(tǒng)。本發(fā)明方法采用二段式變距的均勻分段法則，利用該方法所設(shè)計(jì)的檢測(cè)模塊包括二段式變距均勻分段器、特征點(diǎn)篩選器、最大值比較器和最小值比較器。超聲信號(hào)采集及顯示系統(tǒng)包括高速AD、FPGA功能模塊、基于PXI總線的工控機(jī)。本發(fā)明的檢測(cè)模塊，不僅繼承了峰值檢測(cè)器對(duì)于動(dòng)態(tài)下峰值點(diǎn)信息的準(zhǔn)確捕捉特性，更具有可達(dá)一個(gè)采樣點(diǎn)的調(diào)整精度，且顯示范圍擺脫了整數(shù)倍抽樣步距的限制，可以是任意長(zhǎng)度。本發(fā)明基于FPGA可編程技術(shù)，在硬件不變情況下，可實(shí)現(xiàn)功能的修改和擴(kuò)展。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102944301SQ201210499299
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者吳施偉, 吳海騰, 金浩然, 呂福在, 楊克己 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)