[發明專利]基于回波能量計算超聲波流量計傳播時間的方法

有效

• 申請號: 201710090304.5
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106643940B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 楊洋;楊露霞
• 申請（專利權）人: 重慶川儀自動化股份有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 重慶志合專利事務所(普通合伙) 50210
• 代理人: 胡榮琿;代嬋

本發明公開了一種基于回波能量計算超聲波流量計傳播時間的方法，本發明通過超聲波換能器接收到的回波信號的采樣值的最大值先尋找到w_h1，計算w_h1以及其附近幾個周期的回波的能量，然后根據回波的最大能量尋找到最高峰w_h，最后通過線性插值尋找過零點，這樣避免了避免了因尋找回波最高峰錯誤，而導致計算出的傳播時間出現一個周期或幾個周期的偏差，提高了傳播時間的測量準確度。

技術領域

本發明涉及超聲流量測量技術領域，特別涉及一種基于回波能量計算超聲波流量計傳播時間的方法。

背景技術

時差法超聲流量計工作原理如圖1所示，它是根據介質流速與超聲波在介質中順、逆傳播時產生的時間差存在一定的線性關系原理進行測量的，只要準確測量順逆流時間差,再根據流速與其線性關系求出流速，進而可以求出瞬時流量以及累積流量。

圖1中，S₁，S₂分別為2個超聲波換能器，V為液體流速，D為管道直徑，L為超聲波的聲程，θ為超聲波進入液體的入射角。t₁為換能器S₁發射、S₂接收時，超聲波在管道中傳播時間，即順流時間；t₂為換能器S₂發射、S₁接收時，超聲波在管道中傳播時間,即逆流時間。

超聲流量計順流傳播時間t₁和逆流傳播時間t₂分別用下式計算，即：

式中,C為超聲波信號在水中的聲速，設ΔT為順逆流時間差，則：

由于超聲波在流體中傳播的速度C遠遠大于被測流體的實際流速V，即C²>>V²，所以(3)式可以簡化為：

這里，超聲波流量計測得的V是沿聲道上的流體的線平均流速，而進行流量計算時需要的是截面平均流速，所以我們要將線平均速度V乘以流體修正系數k最后再乘以管道的截面積S便可求出瞬時流量Q。其公式如下：

Q＝S·kV＝(πD²/4)kV。

目前，一般采用對超聲波換能器接收到的回波信號進行采樣，獲取整個回波波形的采樣值，如圖2所示，回波信號中，Y軸為信號幅值，X軸為信號坐標。根據回波波形采樣值中的最大值x_max確定回波波形中的最高峰w_h。由于現有算法通過超聲波換能器接收到的回波信號的采樣值的最大值x_max尋找到最高峰w_h，而往往超聲波換能器接收到的回波的最高峰w_h相鄰幾個周期內的回波的幅值最大值都很接近，如圖4所示。圖4中回波w_h1和w₄的幅值最大值很接近，在超聲波流量管道中有流量的情況下，很容易判斷錯誤最高峰，從而導致根據最高峰計算出的過零點可能存在一個周期或幾個周期的誤差，使計算出的傳播時間存在一個周期或幾個周期的誤差。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供一種基于回波能量計算超聲波流量計傳播時間的方法，其提高超聲波流量計傳播時間測量的準確性，減少測量誤差。

本發明的目的是采用下述方案實現的：一種基于回波能量計算超聲波流量計傳播時間的方法，超聲波換能器發射端發射超聲波信號，超聲波換能器接收端接收超聲回波信號，超聲波傳播時間的計算方法包括如下步驟：

1)找到超聲波換能器接收端接收到的回波信號采樣值內的回波幅值最大點；