【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体超声流量传感器，特别是涉及一种超声流量传感器飞行时间的测量方法。
技术介绍
1、在传统的超声波飞行时间测量中，常用的策略是过零比较法。过零比较法是一种简单而常用的方法，用于检测信号经过零点的时刻。在超声波飞行时间测量中，可以利用过零比较法来确定超声波回波到达传感器的时间。
2、以下是过零比较法的实现方式和原理的详细描述。
3、(1)过零比较法的原理：
4、过零比较法基于信号经过零点时，信号的方向发生变化。当超声波回波到达传感器时，信号的方向从正向变为负向或从负向变为正向，通过检测这个方向变化，可以确定超声波回波经过零点的时刻。这个时刻可以用来计算超声波的飞行时间。
5、(2)过零比较法的实现步骤如下：
6、第一步：通过超声波传感器接收到超声波回波的模拟信号；
7、第二步：将模拟信号经过一个比较器或零点判断电路，比较器通常设置一个阈值，当信号经过阈值时，输出一个脉冲或信号；
8、第三步：检测比较器输出的脉冲或信号，记录下超声波回波经过零点的时刻；
9、第四步：根据记录的零点时刻和发送超声波的时刻之间的时间差，计算出超声波的飞行时间。
10、尽管过零比较法在某些应用场景下具有一定的优势，但也存在一些缺点，主要包括以下几点：
11、a.精度受限：过零比较法无法提供信号波形的具体信息，仅仅确定信号经过零点的时刻。因此，它对信号的精确测量和分析能力有一定的限制。对于需要更高精度的测量和分析需求，过零比较
12、b.受噪声影响：过零比较法对噪声敏感，噪声的存在可能导致过零点判断的错误。噪声信号可能引起误判，使得测量结果产生偏差。因此，在应用过零比较法时，需要采取噪声滤波和抑制措施，以提高测量的准确性和稳定性。
13、c.信号形态限制：过零比较法的有效性取决于信号的形态特征，特别是信号的振荡频率和幅度。如果信号形态发生变化或包含复杂的频谱内容，过零比较法可能无法准确判断过零点的时刻，从而导致测量误差。
14、d.有限的应用范围：过零比较法更适用于简单的信号和相对较低精度要求的测量应用。对于复杂的信号、高精度测量或对波形信息有较高需求的场景，过零比较法可能无法满足要求。
15、综上所述，过零比较法存在精度受限、受噪声影响、信号形态限制和有限的应用范围等缺点，因此需要更加准确和可靠的测量方法。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：
2、提供一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其步骤包括：
3、1)传送超声波信号，并接收回波信号；
4、2)信号采样：根据预设的采样频率，对回波信号进行采样，以得到顺流采样序列adc_up[n]和逆流采样序列adc_dn[n]，n为采样点数；
5、3)数据预处理：对采样序列进行预处理，得到经过预处理后的顺流采样序列filter_up[n]和逆流采样序列filter_dn[n]；
6、4)相关计算：将预处理之后的顺流相关序列和逆流相关序列与参考信号进行相关运算以得到超声波回波的时差，从而得到超声波的飞行时间；
7、4.1)将静态情况下的回波信号进行采样和预处理，以作为参考信号ref[n]；
8、4.2)将预处理后的顺流采样序列和逆流采样序列分别与参考信号进行相关计算,以得到顺流相关序列和逆流相关序列；
9、4.3)分别获取顺流相关序列的顺流复包络序列和逆流相关序列的逆流复包络序列；
10、4.4)获取复包络序列的最高点、包络线腰部阈值以及固定时间偏差，对与阈值相邻的点进行插值以得到超声波信号的到达时间，获取到的到达时间与固定时间偏差之和即为飞行时间；
11、4.4.1)包络线提取：从复包络中提取出包络线；
12、4.4.2)最高点确定：找到包络线的最高点，其幅度值为ymax；
13、4.4.3)插值处理：根据包络线腰部阈值k*ymax，在包络线中找到与阈值相邻的两个序列点，并对这两个序列点进行插值计算，以得到超声波信号的到达时间，k是数值在0～1之间的系数；
14、4.4.4)计算超声波信号的到达时间与固定时间偏差之和，即为超声波的飞行时间。
15、在本专利技术一个较佳实施例中，到达时间包括顺流到达时间和逆流到达时间，飞行时间包括顺流飞行时间和逆流飞行时间。
16、在本专利技术一个较佳实施例中，在步骤4.2)中，通过时域相关算法或频域相关算法对采样序列进行相关计算。
17、在本专利技术一个较佳实施例中，将顺流采样序列和逆流采样序列与参考信号进行互相关计算，以得到顺流相关序列corr_up(m)和逆流相关序列corr_dn(m)，它们的长度是2n-1，计算公式为：
18、corr_up(m)＝ref[n]*filter_up(n)，其中m：-n+1～n-1；
19、corr_dn(m)＝ref[n]*filter_dn(n)，其中m：-n+1～n-1。
20、在本专利技术一个较佳实施例中，在步骤4.3)中，通过对相关序列进行希尔伯特变换以获得复包络序列env(t)。
21、在本专利技术一个较佳实施例中，在包络线上找到与包络线最高点之间形成的线条斜率最大的特征序列点，且在包络线上只有两个x值与该特征序列点的y坐标值y’对应，则k＝y’/ymax。
22、在本专利技术一个较佳实施例中，在插值处理时，采用线性插值、二次插值或多次插值。
23、在本专利技术一个较佳实施例中，在步骤4.4.3)中，与阈值相邻的两个点分别为：最接近阈值且大于阈值k*ymax的点，其坐标为(x1,env_amp(x1))，最接近阈值且小于阈值k*ymax的点，其坐标为(x2,env_amp(x2))；其中，env_amp(t)为包络线序列。
24、在本专利技术一个较佳实施例中，线性插值处理的具体步骤包括：获取与阈值相邻的两个点的坐标(x1,env_amp(x1))和(x2,env_amp(x2))，根据插值比例α，对上述的两个点进行线性插值，则插值后的x坐标x_interp＝x1+α*(x2-x1)，其中，α＝(k*ymax-env_amp(x1))/(env_amp(x2)-env_amp(x1))，超声波信号的到达时间即为x_interp。
25、在本专利技术一个较佳实施例中，获取固定时间偏差的具体步骤包括：
26、a)根据已知的声道长度和气体声速，计算得到理论飞行时间；
27、b)将参考信号进行自相关运算和希尔伯特变换,以得到参考复包络序列，并提取参考包络线；
28、c)获取参考包络线的最高点以及包络线腰部阈值k*ymax，k是数值在0～1之间的系数，在参考包络线中找到与阈值相邻的两个序列点，并对这两个序列点进行插值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，到达时间包括顺流到达时间和逆流到达时间，飞行时间包括顺流飞行时间和逆流飞行时间。
3.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，在步骤4.2)中，通过时域相关算法或频域相关算法对采样序列进行相关计算。
4.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，将顺流采样序列和逆流采样序列与参考信号进行互相关计算，以得到顺流相关序列Corr_up(m)和逆流相关序列Corr_dn(m)，它们的长度是2n-1，计算公式为：
5.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，在步骤4.3)中，通过对相关序列进行希尔伯特变换以获得复包络序列env(t)。
6.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，在包络线上找到与包络线最高点之间形成的线条斜率最大的特征序列点，且在包络线上只有两个x值与该特征序
7.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，在插值处理时，采用线性插值、二次插值或多次插值。
8.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，在步骤4.4.3)中，与阈值相邻的两个点分别为：最接近阈值且大于阈值k*ymax的点，其坐标为(x1,env_amp(x1))，最接近阈值且小于阈值k*ymax的点，其坐标为(x2,env_amp(x2))；其中，env_amp(t)为包络线序列。
9.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，线性插值处理的具体步骤包括：获取与阈值相邻的两个点的坐标(x1,env_amp(x1))和(x2,env_amp(x2))，根据插值比例α，对上述的两个点进行线性插值，则插值后的x坐标x_interp＝x1+α*(x2-x1)，其中，α＝(k*ymax-env_amp(x1))/(env_amp(x2)-env_amp(x1))，超声波信号的到达时间即为x_interp。
10.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，获取固定时间偏差的具体步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，到达时间包括顺流到达时间和逆流到达时间，飞行时间包括顺流飞行时间和逆流飞行时间。
3.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，在步骤4.2)中，通过时域相关算法或频域相关算法对采样序列进行相关计算。
4.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，将顺流采样序列和逆流采样序列与参考信号进行互相关计算，以得到顺流相关序列corr_up(m)和逆流相关序列corr_dn(m)，它们的长度是2n-1，计算公式为：
5.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，在步骤4.3)中，通过对相关序列进行希尔伯特变换以获得复包络序列env(t)。
6.根据权利要求1所述的一种超声流量传感器飞行时间的测量方法，其特征在于，在包络线上找到与包络线最高点之间形成的线条斜率最大的特征序列点，且在包络线上只有两个x值与该特征序列点的y坐标值y’对应，则k＝y’/ymax。
...【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：苏州诚一物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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