【技术实现步骤摘要】
基于流量预测的超声波流体流量测量方法及系统
[0001]本专利技术涉及流体流量测量
,尤其涉及一种基于流量预测的超声波流体流量测量方法及系统。
技术介绍
[0002]近年来,超声波气体流量计(UGFM)引起了人们的极大关注。与涡轮流量计、涡流流量计和差压流量计等传统流量计相比,UGFM提供了高精度测量,具有高调节比和无压力损失。此外,它们可以测量双向流量。由于其优点,UGFM已被广泛应用于许多领域,如气体输送、化学工程和肺通气评估。如今,由于流量计的测量范围、精度和收集的气体流量数据的准确性,对流量计的要求显著增加。尽管具有大直径的UGFM具有较宽的范围,但它们在低流量测量中可能不太准确。在这种情况下,有必要更换流道和超声波换能器,以实现更大的测量范围。此外,在肺活量测量、风速测量和某些航空航天应用领域,通常使用小直径管道测量流速范围相对较宽的快速变化气体的流速。然而,当前的UGFM在重建宽流速范围内收集的气体信息方面的精度有限,并且在峰值流速测量方面的精度较低。因此,如何在不更换管道的情况下扩大UGFM的测量范围,同时保持精度和高采样率,已成为当前的研究热点。
[0003]超声气体流量计的测量方法总共有时差法和多普勒法两种,多普勒法多适用于测量多种混合流体介质(如气体+液体)等,测量精度较低。因此测量单一介质的流体通常采用时差法。时差法超声气体流量计的工作原理是,在管道周围布置一对换能器(第一换能器即换能器1和第二换能器即换能器2),测量换能器1发射——换能器2接收的飞行时间t1和换能器2发射——换能 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于流量预测的超声波流体流量测量方法,其特征在于,包括步骤:S1、搭建超声流体流量计信号采集系统,该系统包括圆形管以及放置在所述圆形管外壁上参数相同的第一换能器和第二换能器;S2、利用流量容积模拟器模拟出从负最大流量到正最大流量的流体作用于所述圆形管,根据所述第一换能器和所述第二换能器的回波信号得到此时不同流量与增益的关系;S3、在测量的第一个周期,在不加增益的情况下通过阈值检测和过零比较计算得到当前流量;S4、对于随后的每一个周期,在阈值检测和过零比较之前,先使用流量预测模型根据此前一个周期内n个采样时刻的流量采集值预测得到下一采样时刻的流量然后根据和不同流量与增益的关系得到对应的增益对信号进行放大,然后再对放大后的信号进行阈值检测和过零比较,得到下一时刻的流体流量。2.根据权利要求1所述的基于流量预测的超声波流体流量测量方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括步骤:S21、将所述第二换能器作为激励端,将所述第一换能器作为接收端,采用流量容积模拟器模拟出从负最大流量到正最大流量的流体作用于所述圆形管,绘制所述第一换能器的回波信号正极值点A1、A2、A3、A4的电压幅值V
A1
、V
A2
、V
A3
、V
A4
随流量的变化曲线,A1、A2、A3、A4分别指信号在从低到高转变期间的第一个、第二个、第三个和第四个正极大值点;S22、拟合出所述变化曲线的V
A1
、V
A2
、V
A3
、V
A4
与不同流量之间的映射关系;S23、以0流量时候的V
A1
为基准,将其他所有流量下的V
A1
信号都放大到0流量时候的V
A1
的水平,得到放大后的回波信号极值点A1、A2、A3、A4的电压值这里的放大程度即为不同流量的增益,从而得到不同流量与增益的关系;S24、将所述第一换能器作为激励端,将所述第二换能器作为接收端,采用与步骤S21至步骤S23相同的过程获取此时不同流量与增益的关系。3.根据权利要求2所述的基于流量预测的超声波流体流量测量方法,其特征在于:在未采用流量预测动态调整增益的过程中,设置的阈值为V
threshold
∈(V
A1
,V
A2
)。4.根据权利要求3所述的基于流量预测的超声波流体流量测量方法,其特征在于:在采用流量预测动态调整增益的过程中,设置的阈值为5.根据权利要求1所述的基于流量预测的超声波流体流量测量方法,其特征在于:在所述步骤S4中,所述流量预测模型包括输入层、LSTM层、Dense层和输出层,其中输入层采用滑动窗口的方式获取此前n个采样时刻的流量采集值送入所述LSTM层,所述LSTM层采用长短期记忆网络得到特征输出至所述Dense层,所述Dense层提取特征之间的相关性,由输出层输出预测的下一个采样时刻的流量6.根据权利要求5所述的基于流量预测的超声波流体流量测量方法,其...
【专利技术属性】
技术研发人员:王睿,王智慧,唐春森,杨果,黄煬,杜建建,
申请(专利权)人:重庆大学,
类型:发明
国别省市:
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