[發明專利]基于相鄰峰值最大差值的氣體超聲流量計間歇式激勵和信號處理方法和系統

有效

• 申請號: 201710076315.8
• 申請日: 2017-02-13
• 公開（公告）號: CN106871980B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 徐科軍;田雷;穆立彬;劉博;沈子文;李劍波
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 劉文軍

基于相鄰峰值最大差值的氣體超聲流量計間歇式激勵和信號處理系統，通過間歇式激勵信號(即發射一次連續非編碼激勵信號，間歇一定時間后，再發送一次連續非編碼激勵信號)激勵超聲波發射換能器，產生超聲波信號；當接收換能器接收到超聲波信號后，將其轉化為回波信號；然后對接收到的回波信號進行零相位濾波，再找回波信號中相鄰峰值最大差值對應的特征波，將特征波后的8個過零點的平均值作為特征點，確定超聲波信號順流、逆流的傳播時間，并計算氣體流量。

技術領域

本發明涉及流量測量領域，為一種氣體超聲波流量變送器，特別是一種基于相鄰峰值最大差值的氣體超聲流量計間歇式激勵和信號處理方法和系統。本發明采用間歇式激勵方法產生超聲波信號，采用相鄰峰值最大差值方法并結合過零檢測方法處理超聲回波信號，實現氣體流量的測量。

背景技術

氣體超聲波流量計(又稱氣體超聲流量計)具有精度高、無壓損、測量范圍廣等諸多優點，在氣體流量測量方面應用廣泛，特別在大口徑管道的天然氣流量測量方面，其優越性更加明顯。氣體超聲波流量計常用的測量方法(原理)有傳播速度差法和多普勒法等。傳播速度差法又包括時差法、相差法和頻差法。其中，時差法是氣體超聲流量計采用的最為廣泛和有效的測量方法。基于時差法測量原理的氣體超聲波流量計測量流量時，首先需要激勵信號以驅動發射換能器發出超聲波信號；接收換能器再將接收到的超聲波信號轉化為回波信號；根據回波信號找到一個穩定的特征點來確定順流和逆流的傳播時間，進而計算出氣體流量。但是，由于超聲波信號在氣體中傳播時，其能量會產生較大衰減，所以，回波信號幅值較小，信噪比較低，容易受噪聲、流量波動等的影響。同時，激勵信號的長度、幅值等都會直接影響回波信號的品質。

國內外學者對氣體超聲流量計的激勵技術進行了研究，主要提出了以下幾種方法。

(1)調頻編碼激勵方法

調頻編碼激勵方法主要分為線性調頻、非線性調頻和階梯調頻。該激勵方法包含單個或多個頻段的載波(如正弦波)，通過增加激勵信號的帶寬，來提高回波信號的幅值。Tanisawa S等采用一種調頻信號來激勵超聲波換能器(Tanisawa S.，Hirose H..Study ona gas FM ultrasonic flow rate sensor for a small diameter pipe[C].Proceedingsof the 43st SICE Annual Conference IEEE(SICE 2004)，2004，1：521-524.)，以保證聲場的穩定，有效地減少駐波和反射波的影響。但是，由于超聲換能器的帶寬較窄，導致整個系統的帶寬受限，超出換能器通帶外的能量轉換效率低，因此，從回波信號幅值角度考慮，調頻激勵的效果并不明顯。

(2)調相編碼激勵方法