[發明專利]基于回波上升段峰值擬合和基于回波能量點定位的氣體超聲波流量計信號處理方法

有效

• 申請號: 201710091913.2
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106768109B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 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

1.基于回波上升段峰值擬合的氣體超聲波流量計信號處理方法，通過分析回波信號包絡線的變化規律，建立回波信號上升段包絡曲線的數學模型，得出擬合峰值點的范圍，找到一個穩定的特征點，確定超聲波信號順流、逆流的傳播時間，進而計算氣體流量；其特征在于：

該方法的具體的步驟為：

第一步：采用四階巴特沃斯帶通濾波器構成零相位濾波器，對采集的一組回波信號數據進行實時的帶通濾波處理，通帶范圍為120kHz～280kHz；所述的零相位濾波器，即是將回波信號數據順序、反序通過四階巴特沃斯帶通濾波器，得到濾波前后無相位差的回波信號；

第二步：根據確定的閾值范圍Y_min～Y_max，找出回波信號上升階段的N個峰值點；若設第k(k＝1,2,…,N)個峰值點坐標為(x_k,y_k)，則可計算出擬合直線斜率參數A；

再計算出擬合直線截距參數B；

式中，分別表示N個峰值點橫坐標和縱坐標的平均值；

得到擬合直線y＝Ax+B；

第三步：得到該直線與橫軸采樣點(對應于時間)的交點該交點即為回波信號的特征點，根據該特征點即可計算超聲波的順流、逆流傳播時間，進而計算氣體流量。

2.基于回波能量點定位的氣體超聲波流量計信號處理方法，通過分析回波信號能量包絡線的變化規律，建立回波信號上升階段能量曲線的數學模型，得出能量包絡變化率較大的能量值范圍，找到一個穩定的特征點，確定超聲波信號順流、逆流的傳播時間，進而計算氣體流量；其特征在于：

該方法的具體的步驟為：

第一步：采用四階巴特沃斯帶通濾波器構成零相位濾波器，對采集的一組回波信號數據進行實時的帶通濾波處理，通帶范圍為120kHz～280kHz；所述的零相位濾波器，即是將回波信號數據順序、反序通過四階巴特沃斯帶通濾波器，得到濾波前后無相位差的回波數據；再對回波信號求平方，得到其回波能量數據；

第二步：以最大變化率能量點的能量值0.53為基準，找到離該值最鄰近的四個能量峰值點及每個峰值點附近的兩個能量點；

第三步：對四個能量峰值點及其附近的兩個能量點進行二次擬合，得到二次曲線頂點坐標，作為最終的峰值能量點坐標；以計算其中一個峰值能量點為例，具體的步驟為：

(1)將平方后的采樣峰值點的坐標記為(x^k,y^k)，x表示采樣點的位置，y表示平方后的采樣值；峰值點附近的兩個平方后的采樣點的坐標，記為(x^k-1,y^k-1)、(x^k+1,y^k+1)(其中有x^k-x^k-1＝1，x^k+1-x^k＝1)；

(2)對這三個點進行二次函數擬合，得到二次函數曲線方程y′＝ax′²+bx′+c的相關參數；

b＝y^k-y^k-1-(2x^k-1+1)*a

c＝y^k-a(x^k)²-bx^k

(3)根據下式可得到二次擬合曲線的頂點坐標(x,y)，將該頂點作為最終的峰值能量點；

第四步：對第三步求得的四個峰值能量點進行直線擬合，找到最大變化率能量點的能量值0.53在擬合直線上對應的能量點作為特征點；根據該點的橫坐標，確定傳播時間；具體的步驟為：

(1)設最終的四個峰值能量點的坐標為(x_n,y_n)(n＝1,2,3,4)，可得擬合直線y＝Kx+B，K為擬合直線斜率參數，B為擬合直線截距參數；

式中，分別表示4個峰值能量點橫坐標和縱坐標的平均值；

(2)令Kx+B＝0.53，即可得到擬合直線上能量值0.53對應的能量點的坐標將該點作為特征點；根據該特征點即可計算超聲波的順流、逆流傳播時間，進而計算氣體流量。