超声流量检测信号处理方法及装置、时差法超声检测系统制造方法及图纸

本发明专利技术属于信号处理领域，公开了一种超声流量检测信号处理方法及装置、时差法超声检测系统，利用同发射频率一致的带通放大器对耦合信号进行放大并消除大部分带外噪声；对带通输出的耦合信号进行自动增益放大，使进行自动增益控制后的耦合信号的输出幅度稳定在芯片设置的峰峰值；选择合适的参考电压，将进行自动增益控制后的耦合信号转换为方波信号；获取方波信号的上下沿时间，求取方波信号的上下沿时间的均值，得到耦合信号的取样周期峰值时间，基于顺流、逆流的耦合信号的同一取样周期峰值时间以及预先设置的管道直径等参数进行流量计算。本发明专利技术有利于适应耦合信号幅度变化，使其在液/气体流量检测中具有较好的适应性。

Ultrasonic flow detection signal processing method and device and time difference ultrasonic testing system

The invention belongs to the field of signal processing, an ultrasonic flow detection signal processing method and device, time difference method of ultrasonic testing system is open, using the same frequency band amplifier coupled to the same signal amplification and eliminate most of band noise; automatic gain amplification of bandpass output coupling signal, the peak value of stable output amplitude automatic gain control of the coupling signal in the chip set; the appropriate selection of a reference voltage, the automatic gain control signal after conversion coupling for Fang Bo signal acquisition; square wave signal on the down time, average time taken along the square wave signal of the next sampling period, get the peak time the coupling signal of the same sampling period, flow meter peak time signal downstream, upstream of the coupling and pipe diameter based on preset parameters Count. The invention is beneficial to adapt to the change of the amplitude of the coupling signal, so that it has good adaptability in the liquid / gas flow detection.

【技术实现步骤摘要】
超声流量检测信号处理方法及装置、时差法超声检测系统
本专利技术属于信号处理领域，尤其涉及一种超声流量检测信号处理方法及装置、时差法超声检测系统。
技术介绍
现有时差法超声检测系统中，由于检测得到的耦合信号常常不稳定，其耦合幅度有时候大，有时候小，无论通过固定放大倍数的放大器，还是放大倍数可调的方法，都很难适应耦合信号的瞬时变化，通过放大到固定的峰-峰值(如2V)的方式可以充分利用自动增益放大芯片的自动调节功能，并回避软件调节的复杂性和滞后性，从而简化了系统的软件处理过程；现有时差法超声流量检测过程中，通常采用过零时间点检测、单边沿时间点检测等方式来获取超声回波的正/反向飞行时间，而这些检测方法在耦合信号幅度变化条件下难以保证较好的稳定性，现有的技术为：(1)利用固定放大倍数的放大器对耦合信号进行放大，然后获取超声的正反向传播时间差；(2)利用检测得到的超声耦合信号的幅度，对放大器进行放大倍数调制，从而适应超声信号的幅度变化，但是该方法具有度耦合信号处理的滞后性。综上所述，现有技术存在的问题是：现有时差法超声检测系统中，由于耦合信号常常不稳定，其耦合幅度时大，时小，无论通过固定放大倍数的放大器，还是放大倍数可调的方法，都很难适应耦合信号的瞬时变化；现有时差法超声流量检测过程中，通常采用过零检测、单边沿检测等方式来获取超声回波的飞行时间，而这些检测方法在耦合信号幅度变化条件下难以保证较好的稳定性；而且现有时差法超声流量检测技术中，需要考虑回波信号的大小，在AGC(自动增益放大)芯片放大范围内，没有采用在AGC(自动增益放大)芯片或其自动放大功能并得到固定的峰-峰值(如2V等)的输出信号；不能使得其在液体、气体流量检测中具有较好的适应性，从而导致在耦合信号幅度变化的条件下不能得到稳定的时差信号及检测结果。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种超声流量检测信号处理方法及装置、时差法超声检测系统，能够在耦合信号幅度变化的条件下，得到稳定的时差信号及检测结果。本专利技术实现的超声流量检测信号处理方法，包括：利用同发射频率一致的带通放大器对耦合信号进行放大并消除大部分带外噪声；对带通输出的耦合信号进行自动增益放大，使进行自动增益放大后的耦合信号的输出幅度稳定在芯片设置的峰峰值；选择合适的参考电压，将进行自动增益放大后的耦合信号转换为方波信号；获取方波信号的上下沿时间，求取方波信号的上下沿时间的均值，得到耦合信号的取样周期峰值时间，基于顺流、逆流的耦合信号的同一取样周期峰值时间以及预先设置的管道直径等参数进行流量计算。较佳地，所述带通处理后的耦合信号的信号幅度在所述进行自动增益放大对应的自动增益控制器的信号幅度输入范围内并得到放大倍数的有效自动调整。较佳地，所述参考电压范围设置在进行自动增益放大后的耦合信号的第一个周期的峰值电压与第二个周期的峰值电压之间。较佳地，所述参考电压为所述第一个周期的峰值电压与所述第二个周期的峰值电压之和的平均值。本专利技术的另一目的在于提供一种超声流量检测信号处理装置，所述超声流量检测信号处理装置包括：带通放大器、自动增益控制器、电压比较器、高精度时间测量芯片及流量计算器，其中，带通放大器，与发射频率一致，用于对耦合信号进行固定放大倍数以及带通处理；自动增益控制器，用于对带通处理后的耦合信号进行自动增益控制，以使进行自动增益控制后的耦合信号的信号输出幅度稳定在预先设置的峰-峰值；电压比较器，用于依据获取的参考电压，将进行自动增益控制后的耦合信号转换为方波信号；高精度时间测量芯片，用于检测比较器输出方波信号的上/下沿时间点，为后续正/反向峰值时间提供高精度的时间基础；流量计算器，通过上/下沿时间点计算得到耦合信号正/反向传播的取样周期峰值时间，并根据顺流、逆流的耦合信号的周期峰值时间以及预先设置的管道直径等参数进行流量检测。。本专利技术的信号处理方案对于时差法超声流量检测过程中耦合信号的幅度变化具有较强的适应性，同时，在该方法的耦合信号处理基础上，时间信息的获取及处理方法具有较好的稳定性，该专利技术从硬件和软件处理两方面结合考虑，能较大程度的提高时差法超声流量检测系统的整体稳定性和对耦合信号的适应性。相对于通过软件处理来调整放大倍数的方式，本专利技术的方法不用考虑回波信号的大小，只要在AGC(自动增益放大)芯片放大范围内，都能够得到固定的峰-峰值2V的输出信号，使得其在液体、气体流量检测中具有较好的适应性。本专利技术可以提高在时差测量数据的稳定性；超声耦合信号在不同情况(压力、温度、流速等条件)下，耦合信号的幅度会有一定的变化，采样固定放大倍数或直接设定比较点来获取飞行时间的方式，会由于信号的强度不同，而导致时间点的差异，从而使测量稳定性降低；本专利技术在AGC功能的条件下，能够较好的保证信号输出幅度的稳定性；在稳定输出幅度的条件下，有比较点得到的时间点也能保证较高的稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的超声流量检测信号处理方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的时差法超声波流量计测量原理图。图3是本专利技术实施例提供的超声流量检测信号处理方法实现流程图。图4是本专利技术实施例提供的带噪声的超声耦合信号图。图5是本专利技术实施例提供的带通放大后的信号图。图6是本专利技术实施例提供的AGC放大电路输出信号图。图7是本专利技术实施例提供的固定电压比较器输出方波图。图8是本专利技术实施例提供的上下沿及峰值检测过程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的时差法超声流检测，是通过测量随超声波传播速度而变化的逆流与顺流的时间差△t来确定被测流体的流速的超声流量计，时间差△t与流速成正比关系，其比例系数称流量修正系数。下面结合附图及具体实施例对本专利技术的应用原理作进一步描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的超声流量检测信号处理方法，包括：S101：利用同发射频率一致的带通放大器对耦合信号进行固定放大倍数以及带通处理；本步骤中，进行耦合信号的处理，即使用同发射频率一致的带通放大器，对耦合信号进行固定放大倍数的信号放大处理以及频率的带通处理，以消除耦合信号中各种噪声对检测的影响，并使从带通放大器输出的信号幅度在AGC信号幅度输入范围内，使得输出信号满足AGC对输入信号电压幅度范围的要求。S102：对带通处理后的耦合信号进行自动增益控制，以使进行自动增益控制后的耦合信号的信号输出幅度稳定在芯片设置的固定峰-峰值；本步骤中，对带通处理后的耦合信号进行自动增益控制处理，可以提高对耦合信号幅度变化的适应性，利用AGC自动调整带通处理后的耦合信号的放大倍数，以使通过AGC调整后的耦合信号的输出幅度稳定在一预设的峰-峰值，使输入AGC的信号，即带通处理后的耦合信号在幅度变化的情况下，利用AGC芯片的自动调节功能，能够输出稳定的幅度(电压)，从而实现固定峰-峰值的信号输出，使得后续处理中，比较器的参考电压选择具有较好的稳定性，不会随着带通处理后的耦合信号的幅度变化而相应发生变化。S103：依据获取的参考电压，将进行自动增益控制后的耦合信号转换为方波信号；本步骤中，选择合适的参考电压，将进行自动增益放大后的耦合信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声流量检测信号处理方法，其特征在于，所述超声流量检测信号处理方法包括：利用同发射频率一致的带通放大器对耦合信号进行放大并消除大部分带外噪声；对带通输出的耦合信号进行自动增益放大，使进行自动增益放大后的耦合信号的输出幅度稳定在芯片设置的峰峰值；选择合适的参考电压，将进行自动增益放大后的耦合信号转换为方波信号；获取方波信号的上下沿时间，求取方波信号的上下沿时间的均值，得到耦合信号的取样周期峰值时间，基于顺流、逆流的耦合信号的同一取样周期峰值时间以及预先设置的管道直径参数进行流量计算。

【技术特征摘要】
1.一种超声流量检测信号处理方法，其特征在于，所述超声流量检测信号处理方法包括：利用同发射频率一致的带通放大器对耦合信号进行放大并消除大部分带外噪声；对带通输出的耦合信号进行自动增益放大，使进行自动增益放大后的耦合信号的输出幅度稳定在芯片设置的峰峰值；选择合适的参考电压，将进行自动增益放大后的耦合信号转换为方波信号；获取方波信号的上下沿时间，求取方波信号的上下沿时间的均值，得到耦合信号的取样周期峰值时间，基于顺流、逆流的耦合信号的同一取样周期峰值时间以及预先设置的管道直径参数进行流量计算。2.如权利要求1所述的超声流量检测信号处理方法，其特征在于，所述带通处理后的耦合信号的信号幅度在所述进行自动增益放大对应的自动增益控制器的信号幅度输入范围内并得到放大倍数的有效自动调整。3.如权利要求1所述的超声流量检测信号处理方法，其特征在于，所述参考电压范围设置在进行自动增益放大后的耦合信号的第一个周期的峰值电压与第二个周期的峰值电压之间。4.如权利要求3所述的超声流量检测信号处理方法，其特征在于，所述参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡波，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51