[發(fā)明專利]時(shí)差式超聲氣體流量計(jì)的流速計(jì)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010543939.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN113375737A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李磊;胡之勇;胡玉婷;喬瑩瑩;騰振鵬;趙家樂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F1/66
• 分類號(hào): G01F1/66
• 代理公司: 北京唯智勤實(shí)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11557
• 代理人: 朱春野

1.一種時(shí)差式超聲氣體流量計(jì)的流速計(jì)量方法，包括：

獲取上游超聲波換能器和下游超聲波換能器的姿態(tài)信息；

獲取超聲波信號(hào)從所述上游超聲波換能器到所述下游超聲波換能器的傳播距離；

通過互功率譜密度函數(shù)和相干函數(shù)確定時(shí)間差，其中，所述時(shí)間差是所述上游超聲波信號(hào)的渡越時(shí)間與所述下游超聲波信號(hào)的渡越時(shí)間之差；

基于希爾伯特變換對(duì)所述上游超聲波信號(hào)和所述下游超聲波信號(hào)進(jìn)行分析，確定可變閾值；

基于所述可變閾值，確定所述上游超聲波信號(hào)的渡越時(shí)間與所述下游超聲波信號(hào)的渡越時(shí)間；

根據(jù)所述傳播距離、所述姿態(tài)信息、所述時(shí)間差和所述上游超聲波信號(hào)的渡越時(shí)間和所述下游超聲波信號(hào)的渡越時(shí)間確定所述流量計(jì)檢測(cè)的介質(zhì)的流速。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述流速是通過如下公式確定的：

其中，v表示所述流量計(jì)檢測(cè)的介質(zhì)的流速；

L表示所述傳播距離；

θ表示所述上游超聲波換能器和所述下游超聲波換能器與所載介質(zhì)的管壁的夾角；

ΔT表示時(shí)間差；

T_u表示所述上游超聲波信號(hào)的渡越時(shí)間；

T_d表示所述下游超聲波信號(hào)的渡越時(shí)間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述通過互功率譜密度函數(shù)和相干函數(shù)確定時(shí)間差，包括：

獲取上游回波信號(hào)和下游回波信號(hào)；

通過互相關(guān)函數(shù)確定所述上游回波信號(hào)和所述下游回波信號(hào)在時(shí)域下的相關(guān)程度；

所述上游回波信號(hào)和所述下游回波信號(hào)在時(shí)域下的互相關(guān)函數(shù)為：

其中，t表示選取的時(shí)刻；

τ表示所述上游回波信號(hào)和所述下游回波信號(hào)的時(shí)間延遲；

R_xy(τ)表示所述上游回波信號(hào)和所述下游回波信號(hào)在時(shí)間延遲τ時(shí)刻的相關(guān)程度；

x(t)表示所述上游回波信號(hào)或者所述下游回波信號(hào)在t時(shí)刻的振幅；

y(t+τ)表示所述下游回波信號(hào)或者所述上游回波信號(hào)在t+τ時(shí)刻的振幅；

T表示采樣的周期；

對(duì)于離散時(shí)間，所述相關(guān)函數(shù)轉(zhuǎn)換成：

其中，m表示選取的離散時(shí)刻；

n表示所述下游回波信號(hào)和所述上游回波信號(hào)離散的時(shí)間延遲；

N表示離散采樣的周期。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述通過互功率譜密度函數(shù)和相干函數(shù)確定時(shí)間差，包括：

所述上游回波信號(hào)和所述下游回波信號(hào)的互功率譜密度函數(shù)為：

其中，e^-j2πωτ表示復(fù)變函數(shù)；

互功率譜密度函數(shù)表示為復(fù)數(shù)形式，復(fù)極坐標(biāo)形式如下：

其中，Im[P_xy(ω)]表示互功率譜密度函數(shù)的虛數(shù)數(shù)值部分；

Re[P_xy(ω)]表示互功率譜密度函數(shù)的實(shí)數(shù)數(shù)值部分；

j表示虛數(shù)；

所述上游回波信號(hào)和下游回波信號(hào)在頻域上的相關(guān)性是通過如下公式確定的：

其中，γ²_xy(ω)為幅度平方相干是功率譜密度的函數(shù)。表示上游回波信號(hào)和下游回波信號(hào)在頻域上的相關(guān)性，又叫相關(guān)系數(shù)，最大值為1；

P_x(ω)表示x的自功率譜密度函數(shù)；

P_y(ω)表示y的自功率譜密度函數(shù)；

其中，ω_m表示當(dāng)取值最大時(shí)，ω的取值；ω_m表示信號(hào)頻率，此時(shí)上游回波信號(hào)和下游回波信號(hào)的相位差為θ_xy(ω_m)，根據(jù)互功率譜相位與頻率的關(guān)系，該相位差可由三角函數(shù)關(guān)系得到：

根據(jù)如下公式確定所述時(shí)間差：