【技术实现步骤摘要】
一种超声波流量测量方法及低功耗超声波流量计
本专利技术属于流量检测
,涉及超声波流量测量,尤其是一种超声波流量测量方法及低功耗超声波流量计。
技术介绍
目前,国内超声波流量计产品较多,成本较低,但是总体的性能不高,国外的超声波流量计在精度、性能等方面比较好,但是价格昂贵,限制了其在工业中大量的应用。超声波流量计的测量多采用时差法,时间的测量多是基于阈值过零比较或是互相关算法,阈值过零比较对于超声波传感器的稳定性和一致性要求比较高,超声波回波信号必须稳定,但目前国内的超声波传感器的性能都不是特别好,国外传感器性能好,但是,价格过于昂贵,是国内传感器的好几倍。采用互相关算法需要高速ADC,流量与顺逆流时间差成正比,要想得到高精度的流量测量,必须对顺逆流传播时间差进行高精度测量,如果时间测量误差为20ns,ADC的采样速率必须达到50MHz,目前市场上没有这么高采样速率的ADC,所以导致使用本算法进行流量测量的误差会很大,精度低。因此,设计一种针对传感器性能和一致性不是特别好且稳定性高和鲁棒性强的超声波流量计及其算法,具有重要的实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种超声波流量测量方法及低功耗超声波流量计。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的:本专利技术首先提出一种超声波流量测量方法,以超声波信号对管道流量进行测量,具体为:以顺、逆流超声波回波信号作为输入,采用互相关和三参数拟合正弦曲线算法,运算得到的输出为顺、逆流方向超声波传播的时间差,以顺流方向的超声波回波和零流量下的静态超声波回波信号作为输入,采用互相关和 ...
【技术保护点】
1.一种超声波流量测量方法,以超声波信号对管道流量进行测量,其特征在于:以顺、逆流超声波回波信号作为输入,采用互相关和三参数拟合正弦曲线算法,运算得到的输出为顺、逆流方向超声波传播的时间差,以顺流方向的超声波回波和零流量下的静态超声波回波信号作为输入,采用互相关和三参数拟合正弦曲线算法,运算得到的输出为顺流方向的绝对飞行时间,以顺流方向的绝对飞行时间减去顺、逆流飞行时间差得到逆流方向的绝对飞行时间,然后采用顺、逆流超声波信号传播时间差、顺流方向绝对飞行时间、逆流方向绝对飞行时间、以及管道参数和两对超声波换能器安装角度参数来计算流体的流速,进而得到流体的体积流量。
【技术特征摘要】
1.一种超声波流量测量方法,以超声波信号对管道流量进行测量,其特征在于:以顺、逆流超声波回波信号作为输入,采用互相关和三参数拟合正弦曲线算法,运算得到的输出为顺、逆流方向超声波传播的时间差,以顺流方向的超声波回波和零流量下的静态超声波回波信号作为输入,采用互相关和三参数拟合正弦曲线算法,运算得到的输出为顺流方向的绝对飞行时间,以顺流方向的绝对飞行时间减去顺、逆流飞行时间差得到逆流方向的绝对飞行时间,然后采用顺、逆流超声波信号传播时间差、顺流方向绝对飞行时间、逆流方向绝对飞行时间、以及管道参数和两对超声波换能器安装角度参数来计算流体的流速,进而得到流体的体积流量。2.根据权利要求1所述的超声波流量测量方法,其特征在于,获取所述顺、逆流方向超声波传播的时间差具体为:采集顺、逆流方向的回波信号,对采集到的两路信号进行互相关运算,取互相关运算后最大值点对应横坐标T的前L个点、最大值点、以及后L个点构成三参数拟合正弦曲线算法中的输入信号,其中L是自然数;要拟合的正弦曲线的频率ω为超声波换能器的激励频率,然后经过三参数拟合曲线算法得到拟合后的曲线的最大值点对应的横坐标i,(T-L+i)/Fs为计算得到的顺、逆流方向超声波传播的时间差,其中Fs为信号的采样频率。3.根据权利要求1所述的超声波流量测量方法,其特征在于,获取顺流方向绝对飞行时间具体为:首先存储顺流方向零流量下的静态超声波回波信号,每台流量计只需存储一次静态信号,存储在EEPROM中,然后将顺流方向静态回波信号与采集到的顺流方向超声波回波信号进行互相关运算,取互相关运算后最大值点对应横坐标T的前L个点、最大值点、以及后L个点构成三参数拟合正弦曲线算法中的输入信号,L是自然数,要拟合的正弦曲线的频率ω为超声波换能器的激励频率,然后经过三参数拟合曲线算法得到拟合后的曲线的最大值点对应的横坐标i,(T-L+i)/Fs为计算得到的顺流方向绝对飞行时间,其中Fs为信号的采样频率。4.根据权利要求1所述的超声波流量测量方法,其特征在于,基于超声波时差法的顺、逆流时间差,顺流方向绝对飞行时间,以及逆流方向绝对飞行时间三个重要参数的测量以及流量测量算法步骤具体如下:步骤1):已知超声波换能器的频率为ω,该频率为要拟合的正弦曲线的频率,采集的信号长度为n,信号的采样频率为Fs。步骤2):采集两路信号,分别为x(n)和y(n),x(n)为顺流方向的超声波回波信号,y(n)为逆流方向的超声波回波信号,n为信号长度;步骤3):在信号x(n)前面补零,在信号y(n)后面补零,补零后的序列长度为N,N的长度需为2r,r为自然数,补零后的信号为x’(n)和y’(n);步骤4):分别对x’(n)和y’(n)进行快速傅里叶变换(FFT),得到信号x(k)和y(k);步骤5):求取x(k)的共轭为x*(k);步骤6):将x*(k)与y(k)相乘,得到的信号为Rxy(k);步骤7):对Rxy(k)进行逆傅里叶变换(IFFT),得到互相关信号Rxy(τ);步骤8):对Rxy(τ)进行峰值搜索,找到互相关信号Rxy(τ)最大值点对应的横坐标,记为T。步骤9):取互相关信号Rxy(τ)最大值点(T,Rxy(T))前L个点、最大值点、以及后L个点的纵坐标构成信号y,y是要进行拟合的离散序列;步骤10):构造矩阵M,步骤11):计算步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员:王士兴,胡香儒,田冬,
申请(专利权)人:西安安森智能仪器股份有限公司,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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