一种基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理方法和系统技术方案

提出基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理方法，根据采样的超声波回波信号，通过比较得到回波能量信号的最大正峰值点；然后向前确定区间起始点，以大于回波信号归一化幅值的0.1倍为判断条件，找到积分起始点；从积分起始点到最大正峰值点之间，每找到一个峰值点，将该点幅值平方后归一化，计算相邻峰值点间包围的梯形面积并累加；判断累加面积值和预设面积值的大小；当累加面积值超过预设面积值后停止积分累加，通过累加面积值减去预设面积值得到面积差值；已知面积差值和相邻峰值点的纵坐标，求解小梯形上底边与X轴的交点，作为特征点；确定超声波回波信号的顺流、逆流传播时间，并计算气体流量。

A signal processing method and system for gas ultrasonic flowmeter based on echo energy integration

Based on the gas ultrasonic flowmeter signal processing method of echo energy integral, according to the ultrasonic echo signal sampling, the maximum positive peak get echo energy signal; then forward the interval starting point, to 0.1 times greater than the normalized amplitude of the echo signal to evaluate the condition, find the starting point of integral; integral from the starting point to the maximum positive the peak point between each find a peak point, the point amplitude square normalized peak point between adjacent calculation trapezoid area surrounded and accumulated; determine the accumulated area value and preset area value; when the accumulated area value exceeds the preset value after the cessation of integral accumulation area, through the cumulative area value minus the preset area value area difference; the ordinate known area difference and the adjacent peak point, solve the small trapezoid bottom and X axis intersection, as a special Sign point; determine the downstream and countercurrent propagation time of ultrasonic echo signal, and calculate the gas flow.

【技术实现步骤摘要】
一种基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理方法和系统
本专利技术涉及流量测量领域，是一种气体超声波流量计变送器，特别是一种基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理方法和系统。采用本专利技术提出的气体超声波流量计信号处理方法处理超声波回波信号，实现气体流量的测量。
技术介绍
气体超声波流量计由于其测量精度高、量程比大、无压损等优点，被广泛应用于天然气等大口径管道的气体流量测量领域。在测量方法上，因传播时间差法受温度变化引起的测量误差较小，是最常用、最有效的测量方法。采用传播时间差法测量流量时，首先需要驱动发射换能器产生超声波信号，然后再由接收换能器将得到的超声波信号转换为回波信号；通过测量发射和接收信号之间的时间差来计算出相应的顺流、逆流传播时间，获得管道横截面的面速度，进而计算气体流量。超声波信号的起始时刻是已知的，而回波信号到达时刻却是未知的，需要根据回波信号上某一稳定的特征点来确定。由于超声波信号在气体中传播时，其能量衰减严重，且随着气体流速的增加会产生相应的路径偏移，进一步削弱能量，使得回波信号幅值微弱，易受噪声干扰。而直接通过最大峰值点等简单方法确定的特征点，都会产生较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理方法和系统，包括一次仪表、DSP最小系统、FPGA最小系统、驱动信号生成与放大电路、发射/接收信号通道切换电路、回波信号调理和采集电路、电源管理模块和基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理软件；系统上电后，DSP进行初始化，完成对GPIO口的分配、定时器中断初始化、液晶显示初始化、流量计显示初始化等初始化任务；DSP向FPGA发送激励起始信号，并切换发射、接收通道；DSP收到转存起始信号后，则开始读取FPGA中已存的回波信号；计算积分面积，求得特征点横坐标；得到传播时间，求各声道的流量，进而输出最终流量Q；其特征在于：针对气体超声波流量计回波信...

【技术特征摘要】
1.一种基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理方法和系统，包括一次仪表、DSP最小系统、FPGA最小系统、驱动信号生成与放大电路、发射/接收信号通道切换电路、回波信号调理和采集电路、电源管理模块和基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理软件；系统上电后，DSP进行初始化，完成对GPIO口的分配、定时器中断初始化、液晶显示初始化、流量计显示初始化等初始化任务；DSP向FPGA发送激励起始信号，并切换发射、接收通道；DSP收到转存起始信号后，则开始读取FPGA中已存的回波信号；计算积分面积，求得特征点横坐标；得到传播时间，求各声道的流量，进而输出最终流量Q；其特征在于：针对气体超声波流量计回波信号难以确定稳定的特征点，判断回波信号的到达时刻，而仪表又要求具有较高实时性的问题，提出了基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理方法，因为信号的能量与信号的幅值平方呈比例关系，因此，为了简化计算，使用回波信号幅值的平方表征回波信号的能量。2.如权利要求1所述的一种基于回波能量积分的气体超声波流量计信号处理方法和系统，其特征在于：将回波信号进行滤波等处理后，便开始计算特征点；(1)寻找回波信号最大正峰值点和最小负峰值点；(2)将两个峰值点平方后做比较；(3)得到回波能量信号最大正峰值点；(4)确定积分起始点，幅值...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐科军，刘博，穆立彬，田雷，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34