【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信号处理，尤其为一种抗干扰的超声波流量计量方法。
技术介绍
1、超声波流量计量技术是基于超声波在流动介质中传播速度与介质平均流速的关系来进行流体流量的测量。超声波流量计通常由两个或多个超声波换能器组成，这些换能器安装在管道的不同位置，用于相互之间发送和接收超声波信号。通过测量超声波在介质中顺流方向和逆流方向的传输时间，可以计算出流体的流速，进而得到流量。然而，超声波流量计在实际应用中会受到多种因素的影响，尤其是电磁干扰。工业环境中的电磁噪声可能会对超声波信号的传输产生影响，导致测量误差。为了解决这个问题，研究者们开发了抗干扰的超声波流量计量方法。这些方法可能包括改进的信号处理技术、采用特殊设计的换能器、增加屏蔽或滤波措施等，以提高流量计的抗干扰能力和整体测量精度。
2、虽然现代超声波流量计采用了数字信号处理技术，但在复杂的环境噪声下，其信号处理算法可能仍不足以完全滤除干扰，影响流量测量的准确性。超声波在流体中的传播会因为流体特性，如温度、压力、密度的变化而发生衰减和散射，特别是在含有悬浮物、气泡或其他杂质的流体中，这会降低信号质量，增加误差。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种抗干扰的超声波流量计量方法，以解决相关技术中提出的存在误差干扰的问题。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种抗干扰的超声波流量计量方法，包括如下步骤：
3、s1：利用多个超声波发射器和接收器，在不同角度和位置同步采集信号；
4、s2：对每个通道的信号进行时域分析和频域分析；
5、s3：将时域分析和频域分析完成后的不同通道的频域信号进行合并；
6、s4：利用数字信号处理技术对合并后的信号进行滤波和特征提取，计算出流体的流量；
7、s5：根据历史数据和当前情况动态调整发射器和接收器的参数。
8、进一步地，s2的具体步骤如下：
9、s21：对采集到的信号进行预处理；
10、s22：通过时域分析提取每个通道的信号特征；
11、s23：对每个通道的信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换到频域，得到信号的频谱信息；
12、s24：对频谱信息进行滤波处理，去除不需要的成分并分析频谱特征。
13、进一步地，s21中，预处理包括去噪和滤波。
14、进一步地，s23中傅里叶变换的计算表达式如下：
15、
16、其中，是时域信号；是信号的频域；f是频率；j是虚数单位；t为时间；为噪声参数。
17、进一步地，s24中，分析频谱特征基于频谱图，频谱图的横轴为频率，纵轴为幅度。
18、进一步地，s3中，频域信号合并的计算表达式如下：
19、
20、其中，为合并后的信号；n为通道数；为第i个通道的权重；为第i个通道的信号；为第i个信号的幅度；为第i个信号的相位。
21、进一步地，s4中，对合并后的信号进行滤波基于无线脉冲滤波器，表达式如下：
22、
23、其中，为输出的信号；为输入的信号；为前向路径的系数；为反馈路径的系数；n为前向路径的阶数，即的系数个数；m为反馈路径的阶数，即的系数个数；
24、在上述公式中引入两个标量因子，表达式如下：
25、
26、其中，用于调节滤波器对当前输入信号的敏感度；用于控制反馈路径中的衰减或放大程度。
27、进一步地，s4中，对合并后的信号进行特征提取，步骤如下：
28、s41：比较合并后的发射信号和接收信号的时间戳找到最大相关点，确定超声波往返传输时间；
29、s42：分析连续周期内回波信号的频率变化，获得流体的速度；
30、s43：基于超声波传播特性的物理模型，结合已知因素，精确计算流量。
31、进一步地，s42中，流体速度的表达式如下：
32、
33、其中，v为流速；为声速；为超声波传播时间；为发射频率；为超声波与流体流向的夹角；
34、在声速中引入温度、压力和密度因素后的表达式为：
35、
36、其中，、和分别为声速随温度、压力和密度变化的系数；、和是参考温度、压力和密度。
37、进一步地，s43中，流量的表达式如下：
38、
39、其中，q为流体的体积流量；a为管道截面积。
40、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
41、本专利技术利用多个发射器和接收器从不同角度和位置同时获取信号，提高了信噪比并降低了单点误差对测量结果的影响；对每个通道的信号进行去噪与滤波，随后在时域和频域进行详尽分析，提取关键特征信息，再将各通道的频域信号合并，并根据权重、幅度和相位进行综合计算，增强了信号强度和准确性；最后采用数字信号处理技术对合并后的信号再次进行滤波，且能够调节滤波器对输入信号的敏感度和反馈路径的衰减或放大程度，有效抑制噪声及不相关成分。
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1.一种抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，S2的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，S21中，预处理包括去噪和滤波。
4.根据权利要求2所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，S23中傅里叶变换的计算表达式如下：
5.根据权利要求2所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，S24中，分析频谱特征基于频谱图，频谱图的横轴为频率，纵轴为幅度。
6.根据权利要求1所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，S3中，频域信号合并的计算表达式如下：
7.根据权利要求1所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，S4中，对合并后的信号进行滤波基于无线脉冲滤波器，表达式如下：
8.根据权利要求1所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，S4中，对合并后的信号进行特征提取，步骤如下：
9.根据权利要求8所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，S42中
10.根据权利要求8所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，S43中，流量的表达式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，s2的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，s21中，预处理包括去噪和滤波。
4.根据权利要求2所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，s23中傅里叶变换的计算表达式如下：
5.根据权利要求2所述的抗干扰的超声波流量计量方法，其特征在于，s24中，分析频谱特征基于频谱图，频谱图的横轴为频率，纵轴为幅度。
6.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭志超，保先福，王许超，康会会，
申请(专利权)人：潍坊奥博仪表科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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