[發(fā)明專(zhuān)利]一種超聲波燃?xì)獗砹髁康臏y(cè)定算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010124521.3
• 申請(qǐng)日: 2020-02-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111220222B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱煉;劉勛;李中華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 成都千嘉科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01F1/66
• 分類(lèi)號(hào): G01F1/66;G06F17/14
• 代理公司: 成都行之專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 劉沙粒

一種超聲波燃?xì)獗砹髁康臏y(cè)定算法，包括以下步驟：(A)輸入上飛信號(hào)和下飛信號(hào)，并對(duì)2個(gè)信號(hào)作傅里葉變換；(B)計(jì)算互相關(guān)曲線(xiàn)的頻譜；(C)對(duì)互相關(guān)曲線(xiàn)的頻譜進(jìn)行反傅里葉變換得到互相關(guān)曲線(xiàn)，通過(guò)最大值探索在所述曲線(xiàn)上獲取峰值點(diǎn)位置以及峰值點(diǎn)位置鄰近的兩個(gè)點(diǎn)，利用拋物線(xiàn)估計(jì)函數(shù)得到模型一的估計(jì)值；(D)對(duì)互相關(guān)曲線(xiàn)進(jìn)行希爾伯特變換后，利用線(xiàn)性插值函數(shù)計(jì)算模型二的估計(jì)值；(E)根據(jù)2個(gè)模型的估計(jì)值計(jì)算模型組合的估計(jì)值；(F)根據(jù)模型組合估計(jì)值和采樣周期的對(duì)比情況，分別選擇自適應(yīng)延遲濾波器或減波法作進(jìn)一步精確估計(jì)。本發(fā)明對(duì)于在時(shí)間域或波數(shù)域上進(jìn)行小流量的估計(jì)能夠得到很好的準(zhǔn)確度，計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲波飛行時(shí)間計(jì)算領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波燃?xì)獗砹髁康臏y(cè)定算法。

背景技術(shù)

超聲波燃?xì)獗硪云浞墙佑|測(cè)量、無(wú)可動(dòng)部件、無(wú)壓力損失、極高的計(jì)量精度等優(yōu)勢(shì)，成為燃?xì)庥?jì)量領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。超聲波燃?xì)獗碛?jì)量原理是利用超聲波在順流和逆流方向經(jīng)歷時(shí)間不同來(lái)估計(jì)瞬時(shí)流量。在不考慮聲速受管道內(nèi)環(huán)境的影響下，面平均流速的估計(jì)主要受上飛時(shí)間和下飛時(shí)間的時(shí)間差ΔT控制。受限于超聲波換能器的性能和硬件成本，ΔT的精確估計(jì)不能僅僅依靠提高采樣密度至目標(biāo)粒度。因此，需要在低采樣頻率下，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，完成ΔT的精確估計(jì)。

現(xiàn)有的時(shí)延估計(jì)技術(shù)路線(xiàn)主要有三類(lèi)：第一類(lèi)是在時(shí)間域，這種路線(xiàn)主要是基于超聲波信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)符合某種既定的假設(shè)分布，如高斯分布、拋物線(xiàn)分布、三角分布等，然后在這個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上作出無(wú)偏估計(jì)。這種路線(xiàn)雖然算法復(fù)雜度較低但不準(zhǔn)確，特別是在用氣量小于1個(gè)采樣周期的情況下，誤差較大。第二類(lèi)是在波數(shù)域，或是參照相位這個(gè)因子，通過(guò)頻率和相位的線(xiàn)性擬合來(lái)估計(jì)時(shí)間差，或是通過(guò)迭代的方式最小化一個(gè)目標(biāo)函數(shù)。這種方式由于使用了全局?jǐn)?shù)據(jù)準(zhǔn)確度較高，但比較耗時(shí)。第三類(lèi)是高階低階矩，這種方法需要調(diào)整一些超參數(shù)，實(shí)施起來(lái)比較麻煩。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是在高低溫環(huán)境換能器不穩(wěn)定的情況下，上述方法都難以達(dá)到要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)超聲波燃?xì)獗砹髁坑?jì)測(cè)量的特點(diǎn)提供一種超聲波燃?xì)獗砹髁康臏y(cè)定算法，在不顯著增加運(yùn)算量的情況下，適應(yīng)高低溫的環(huán)境，提高計(jì)量的準(zhǔn)確度。

本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種超聲波燃?xì)獗砹髁康臏y(cè)定算法，包括以下步驟：

(A)輸入上飛信號(hào)和下飛信號(hào)，并對(duì)所述上飛信號(hào)和下飛信號(hào)分別作傅里葉變換；

傅里葉變換的目的是將原時(shí)間域的信號(hào)轉(zhuǎn)換到波數(shù)域，獲取各自的頻譜，為互相關(guān)曲線(xiàn)的計(jì)算提供便利。具體地，所述上飛信號(hào)s₁(n)和下飛信號(hào)s₂(n)經(jīng)過(guò)傅里葉變換后分別得到F₁(k)和F₂(k)，其中：

其中，k＝0,1,2,…,N-1,n＝0,1,2,…,N-1，N為擴(kuò)展后的序列長(zhǎng)度，j為虛數(shù)單位。

(B)根據(jù)上飛信號(hào)、下飛信號(hào)的傅里葉變換結(jié)果計(jì)算得到互相關(guān)曲線(xiàn)的頻譜；所述互相關(guān)曲線(xiàn)的頻譜F(k)＝F₁(k)·F₂(k)。互相關(guān)曲線(xiàn)在時(shí)間域上的卷積過(guò)程等同于波數(shù)域上的乘積過(guò)程。進(jìn)行互相關(guān)曲線(xiàn)計(jì)算的目的是利用換能器產(chǎn)生的高斯白噪音和有用信號(hào)不相關(guān)的關(guān)系，進(jìn)行噪音抑制。

(C)對(duì)所述互相關(guān)曲線(xiàn)的頻譜進(jìn)行反傅里葉變換得到相關(guān)曲線(xiàn)，通過(guò)最大值探索在所述相關(guān)曲線(xiàn)上獲取峰值點(diǎn)位置以及峰值點(diǎn)位置鄰近的至少兩個(gè)點(diǎn)，利用時(shí)域估計(jì)函數(shù)計(jì)算得到模型一的估計(jì)值；

所述相關(guān)曲線(xiàn)R_dc(k)通過(guò)下式計(jì)算求得：