一种超声波流速测量的渡越时间防错峰检测方法技术

本发明专利技术涉及一种超声波流速测量的渡越时间防错峰检测方法，属于超声波流速测量领域。包括以下步骤：S1、通过滤波放大电路对接收信号进行预处理，得到预处理信号；所述预处理包括噪声抑制和固定增益放大；S2、对所述预处理信号进行粗测，锁定渡越时间粗测范围；S3、在所述渡越时间粗测范围内进行精测，得到精确渡越时间。本方案在保持渡越时间精确测量的同时，简化测量方法，提高测量效率，降低测量成本。降低测量成本。降低测量成本。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波流速测量的渡越时间防错峰检测方法


[0001]本专利技术属于超声波流速测量领域，涉及一种超声波流速测量的渡越时间防错峰检测方法。

技术介绍

[0002]超声波渡越时间是影响流速测量精度的关键，当超声波接收波形受噪声干扰和流场扰动影响，超声波渡越时间容易出现前移一个周期或后移一个周期的现象，称之为错峰现象。气体流速较高的情况下错峰现象会频繁发生，错峰现象会导致流速测量结果误差变大，而且当声程较小的时候，误差会成倍增加，因此，避免错峰现象发生和提高渡越时间测量精度能够有效提高超声波流速测量的精度。
[0003]为解决上述问题，现有技术提出了一些避免出现错峰现象的方案，例如公告号为CN 109612541B的中国专利技术，消除通过阈值检测法对超声波信号的渡越时间进行测量时存在的错波干扰，提高计算渡越时间的测量精度和稳定性。
[0004]然而，上述方案的检测步骤较为复杂，测量的效率较低，且需要依靠的外部电路较多，导致检测电路的成本较高。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种超声波流速测量的渡越时间防错峰检测方法，在保持渡越时间精确测量的同时，简化测量方法，提高测量效率，降低测量成本。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种超声波流速测量的渡越时间防错峰检测方法，包括以下步骤：
[0008]S1、通过滤波放大电路对接收信号进行预处理，得到预处理信号；所述预处理包括噪声抑制和固定增益放大；
[0009]S2、对所述预处理信号进行粗测，锁定渡越时间粗测范围；
[0010]具体包括：
[0011]S21、通过内置ADC采样功能的单片机对预处理信号进行离散化采样，得到ADC采样数据；
[0012]S22、通过均值滤波消除ADC采样数据的采样噪声；
[0013]S23、设预处理信号的第2峰值与第3峰值的平均值为阈值L，第4峰值与第5峰值的平均值为阈值H，根据采样周期计算采样波形离散化幅值首次和阈值L相交位置对应的时间，记为Ta；根据采样周期计算采样波形离散化幅值首次和阈值H相交位置对应的时间，记为Tb；得到渡越时间粗测范围[Ta,Tb]；
[0014]S3、在所述渡越时间粗测范围内进行精测，得到精确渡越时间；
[0015]具体包括：
[0016]S31、对所述预处理信号进行过零检测，得到过零比较信号；
[0017]S32、对所述预处理信号进行阈值比较，得到使能信号；
[0018]S33、对所述使能信号与所述过零比较信号进行与逻辑运算，得到时间截取信号；
[0019]S34、对所述时间截取信号的上升沿进行时间检测，得到连续多个过零时刻t1～t
n
；
[0020]S35、筛选在渡越时间粗测范围[Ta,Tb]内，过零时刻t1～t
n
中由负变为正的过零点，记录所述过零点对应的时刻t
i
，则精度渡越时间T＝t
i
。
[0021]进一步，所述滤波放大电路由滤波电路和增益控制电路组成。本方案对超声波输入信号进行噪声抑制，输出信噪比高且幅值稳定的预处理信号波形。
[0022]进一步，在所述S31中，将预处理信号输入滞回结构的比较器，得到方波信号，方波的上升沿和下降沿对应预处理信号的过零时间。
[0023]进一步，在所述S32中，通过内置模拟看门狗的单片机初始化设置比较电压门限，当预处理信号的幅值超过所述比较电压门限时产生中断，使预设IO口产生固定时长的高电平使能信号。
[0024]本专利技术的有益效果在于：
[0025]本方案先采用粗测抑制错峰现象，得到粗略估计超声波渡越时间范围，然后采用精测精确捕获连续多个超声波过零时间，最后从粗测范围内对过零时间进行有效值筛选，得到高精度且无错峰的超声波渡越时间。相比于现有的防错峰方案，本方案简化了抑制错峰所需要的步骤，并简化了测量超声波渡越时间的整体步骤，提高了测量效率，且降低了对寄存器、比较器以及与门电路的数量需求，从而使得实现高精度超声波渡越时间测量所需要的电路结构更加简单，减少了电路成本。
[0026]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0028]图1为超声波流速测量的原理示意图；
[0029]图2为渡越时间防错峰检测原理框图；
[0030]图3为预处理单元示意图；
[0031]图4为粗测原理示意图；
[0032]图5为过零检测示意图；
[0033]图6为阈值比较示意图；
[0034]图7为与逻辑运算示意图；
[0035]图8为渡越时间筛选示意图。
具体实施方式
[0036]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离
本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0037]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0038]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0039]请参阅图1～图8，为一种超声波流速测量的渡越时间防错峰检测方法，采用粗测和精测相结合进行超声波渡越时间测量，包括以下步骤：
[0040]S1、通过滤波放大电路对接收信号进行预处理，得到预处理信号；所述预处理包括噪声抑制和固定增益放大；
[0041]S2、对所述预处理信号进行粗测，锁定渡越时间粗测范围；
[0042]具体包括：
[0043]S21、通过内置ADC采样功能的单片机对预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波流速测量的渡越时间防错峰检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、通过滤波放大电路对接收信号进行预处理，得到预处理信号；所述预处理包括噪声抑制和固定增益放大；S2、对所述预处理信号进行粗测，锁定渡越时间粗测范围；具体包括：S21、通过内置ADC采样功能的单片机对预处理信号进行离散化采样，得到ADC采样数据；S22、通过均值滤波消除ADC采样数据的采样噪声；S23、设预处理信号的第2峰值与第3峰值的平均值为阈值L，第4峰值与第5峰值的平均值为阈值H，根据采样周期计算采样波形离散化幅值首次和阈值L相交位置对应的时间，记为Ta；根据采样周期计算采样波形离散化幅值首次和阈值H相交位置对应的时间，记为Tb；得到渡越时间粗测范围[Ta,Tb]；S3、在所述渡越时间粗测范围内进行精测，得到精确渡越时间；具体包括：S31、对所述预处理信号进行过零检测，得到过零比较信号；S32、对所述预处理信号进行阈值比较，得到使能信号；S33、对所述使能信号与所述过零比较信号进行与逻辑运算，得到时间截取信号；...

【专利技术属性】
技术研发人员：马勤勇，但强，李涛，孙世岭，蒋洪庆，罗前刚，谭雨果，王祖迅，饶兴鑫，路萍，万勇，赵庆川，刘芬，田炎鑫，黄倩，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：