一种无线超声波测流方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无线超声波测流方法及装置，通过将参考波预先分别存储于河道两端设备中，实际测流时将上下游两端接收的回波信号分别与对应的参考波信号进行互相关运算，最后仅需要将其中一端设备得到的计算结果传输到另一端即可计算最终时间差，无需再传输大量的原始回波数据，对软硬件要求较低，且更易实现河道流量快速实时的精确测量。河道流量快速实时的精确测量。河道流量快速实时的精确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种无线超声波测流方法及装置


[0001]本专利技术涉及测流
，具体涉及一种无线超声波测流方法及装置。

技术介绍

[0002]目前超声波时差法测流技术大多数采用有线连接方式，广泛应用于管道、明渠等流量测验，在自然河流宽河道中应用较少。随着技术的发展，为解决有线法安装过河缆道成本过高等问题，国内外对无线超声波时差法测流系统的研究越来越多，无线超声波时差法测流系统通过高精度卫星授时来保证主机和辅机两端设备超声波发射和接收的同步性，通过无线电台来实现两端设备之间数据的无线传输，无需铺设过河缆道，工程安装简易，不影响河道通航。因此，无线超声波时差法测流因测量精度高、速度快、工程安装便捷，且可在长期无人值守的条件下实时在线自动测流，是水利部门未来计划大力推广的新型测流技术。
[0003]无线超声波时差法测流系统是利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而引起的声波传播速度、时间不同的特点，在河道上游端测量超声波的顺流传播时间t1，在河道下游端测量超声波的逆流传播时间t2，并计算两端超声波顺流和逆流传播的时间差Δt＝t1‑
t2，并根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线超声波测流方法，包括如下步骤：S1、利用采样数据构建参考波r(t)：式中，y(t)为上游端接收回波采样信号，x(t)为下游端接收回波采样信号，Δτ为x(t)与y(t)的时间差；t的范围是(A，B)，A～B为参考波的信号采集区间；S2、将参考波分别存储在上游端和下游端；S3、测量上游端接收回波信号y
′
(t)和下游端接收回波信号x
′
(t)；S4、将上游端接收回波信号y
′
(t)与存储在上游端的参考波r(t)进行互相关运算，得到上游端接收回波信号与参考波的互相关函数R
ry
(τ)；将下游端接收回波信号x
′
(t)与存储在下游端的参考波r(t)进行互相关运算，得到下游端接收回波信号与参考波的互相关函数R
rx
(τ)；S5、获取上、下游端超声波传播的时间差Δt＝τ1‑
τ2；其中τ1为R
rx
(τ)为最大峰值时所对应τ的值，τ2为R
ry
(τ)为最大峰值时所对应τ的值；τ的范围是(0，2(B
‑
A))；S6、采用如下公式计算流量Q：S6、采用如下公式计算流量Q：式中：S为平均层流度，C为静止流体中的声波速度，Δt为上、下游端超声波传播的时间差，L为上、下游端超声波换能器之间的距离，θ为超声波传播路径与水流方向夹角，Q为流量，α为流速校正系数，S为断面面积。2.根据权利要求1所述的无线超声波测流方法，其特征在于：所述上游端接收回波采样信号y(t)包括与不同水位段对应的多个回波采样信号：y1(t)，y2(t)，
…
，y
i
(t)，
…
，y
n
(t)；所述下游端接收回波采样信号x(t)包括与不同水位段对应的多个回波采样信号：x1(t)，x2(t)，
…
，x
i
(t)，
…
，x
n
(t)；所述参考波r(t)包括与不同水位段对应的多个参考波：r1(t)，r2(t)，
…
，r
i
(t)，
…
，r
n
(t)；其中，n为水位段总数，i为水位段序号；步骤S4中，所述参考波为与测量上、下游接收回波信号相同水位段的参考波。3.根据权利要求1或2所述的无线超声波测流方法，其特征在于，步骤S4中的互相关运算包括如下步骤：通过如下公式计算下游端接收回波信号与所述参考波的广义互相关函数R
rx
(τ)：通过如下公式计算上游端接收回波信号与所述参考波的广义互相关函数R
ry
(τ)：式中，为参考波与下游端接收回波信号的互功率谱加权函数，G
rx
(ω)为参考波与下游端接收回波信号的互功率谱，为参考波与上游接收端回波信号的互功率谱加
权函数，G
ry
(ω)为参考波与上游接收端回波信号的互功率谱，ω为参考波的角频率。4.根据权利要求1或2所述的无线超声波测流方法，其特征在于，步骤S4中的互相关运算包括如下步骤：S41、通过如下公式计算下游端接收回波信号的自相关函数R1
xx
(τ)：通过如下公式计算上游接收端回波信号的自相关函数R1
yy
(τ)：通过如下公式计算下游端接收回波信号与所述参考波的互相关函数R1
rx
(τ)：通过如下公式计算上游接收端回波信号与所述参考波的互相关函数R1
ry
(τ)：S42、通过如下公式计算下游端接收回波信号与所述参考波的广义二次互相关函数R
rx
(τ)：通过如下公式计算上游接收端回波信号与所述参考波的广义二次互相关函数R
ry
(τ)：式中，为R1
rx
(τ)与R1
xx
(τ)信号的互功率谱加权函数G
rx
(ω)为R1
rx
(τ)与R1
xx
(τ)信号的互功率谱，为R1
ry
(τ)与R1
yy
(τ)信号的互功率谱加权函数，G
ry
(ω)为R1
ry
(τ)与R1
yy
(τ)信号的互功率谱，ω为参考波的角频率。5.根据权利要求1或2所述的无线超声波测流方法，其特征在于，S5还包括如下步骤：若Δt≥0，则进入步骤S6；否则重复步骤S3～S5直至满足上述条件。6.根据权利要求1或2所述的无线超声波测流方法，其特征在于，S5还包括如下步骤：采用包络阈值法分别计算出下游端接收回波信号的渡越时间t
x
和上游端接收回波信号的渡越时间t
y
；若Δt≥0且则进入步骤S6；否则重复步骤S3～S5直至满足上述条件；其中，T0为一个超声波周期，Δt＝τ1‑
τ2，Δt
′
＝t
y
‑
t
x
。7.一种无线超声波测流装置，其特征在于，包括：第一超声波换能器，设于河道一侧的上游，用于发射和接收超声波；第一控制单元，设于河道一侧的上游，用于控制第一超声波换能器发射和接收超声波；第一运算单元，设于河道一侧的上游，用于储存参考波r(t)，将第一超声波换能器接收到的上游端接收回波信号y
′
(t)与储存在第一运算单元内的参考波r(t)进行互相关运算，得到上游端接收回波信号与参考波的互相关函数R
ry
(τ)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祥，张侃侃，邓思滨，石瑞格，李牧紫，王伟，
申请(专利权)人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：