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导读
超声测量精度高度依赖于超声飞行时间（TOF）的精准估计。然而，传统基于最小均方（LMS）算法的时延估计方法面临着收敛速度与稳态精度难以兼顾的固有矛盾，且现有变步长算法在面对复杂工况下非平稳的超声回波信号时适应性较差。针对这一关键痛点，本文提出了一种基于模糊变步长LMS的超声测厚信号时延估计新方法。
基于模糊变步长LMS的超声测厚信号时延估计方法
作者：王念1，杨定强2*，郑旨阳2
作者单位：1. 蚌埠市特种设备监督检验中心；2. 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院
摘 要：针对传统超声信号时延估计（Time Delay Estimation, TDE）中固定步长最小均方（Least Mean Square，LMS）算法难以兼顾收敛速度与稳态精度，以及现有变步长算法依赖瞬时误差和固定函数模型导致在非平稳回波信号下适应性差的问题，提出一种基于模糊变步长LMS的超声测厚信号TDE方法。分析超声回波信号的时变特性，摒弃单一误差反馈机制，提取输出信号与期望信号的局部相关系数误差及其变化量作为模糊控制器的双输入特征；设计零阶Sugeno模糊推理系统，建立输入特征与步长因子之间的非线性映射规则，实现步长因子的自适应动态调节。利用模拟回波信号进行不同信噪比下的仿真测试，结果表明：相较定步长LMS算法、双曲正切函数变步长LMS算法以及基于瞬时误差的模糊变步长LMS算法，所提方法的综合性能更优，在保证快速收敛的同时显著降低了稳态失调误差，具有更高的测量精度和抗噪性能。搭建超声测厚平台进行标准量块测量实验，结果表明：所提方法对不同厚度量块的测量相对误差均小于其他三种LMS算法，最大相对误差为0.710%。模糊变步长LMS时延估计方法为高精度超声飞行时间（Time of Flight，TOF）计算提供了重要技术支撑，有利于促进超声无损检测技术发展，具有一定的工程应用价值。
关键词：超声测厚；TOF；TDE；LMS算法；模糊控制；变步长算法；自适应调节；无损检测
作者简介
王念，安徽蚌埠人，高级工程师，主要研究方向为承压类特种设备检验检测技术。
杨定强，安徽巢湖人，博士研究生，主要研究方向为超声测量。
科研团队介绍
合肥工业大学仪器科学与光电工程学院纳米测量实验室
团队负责人：李瑞君（教授）
主要成员：程真英（教授）、莫小娟（讲师）
研究方向：仪器系统设计、光学测量、图像处理、力学和热学分析、基于DSP和FPGA的信号处理、精密定位控制、精密环境控制、压电驱动、振动测量、超声测量、误差分析与不确定度评定、智能化测量等方面。
研究成果：实验室先后主持重大国际合作项目1项、国家重点研发计划课题1项、国家重点研发计划子课题3项、国家自然科学基金项目7项、省部级及企业项目若干项。共发表高水平学术论文100余篇，已授权发明专利40余项（含美国专利2项）。成功研制微纳米三坐标测量机、接触式探头、非接触式探头、激光多自由度测量系统、激光干涉仪、超声测量系统、高精度恒温箱、加速度计等多套高精度测量系统。
团队合影
全文链接
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引用格式：王念，杨定强，郑旨阳. 基于模糊变步长LMS的超声测厚信号时延估计方法［J］. 计测技术， 2026， 46（3）： 77-88.
Citation：WANG N， YANG D Q， ZHENG Z Y. Time delay estimation method of ultrasonic thickness measurement signal based on fuzzy variable step size LMS［J］. Metrology & Measurement Technology， 2026， 46（3）： 77-88.
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供稿：杨定强
编辑：李成成
排版：马鹤伟
审核：刘宇轩
监制：韩 冰
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