[發明專利]基于滑動參考波形的超聲波渡越時間互相關計算方法

有效

• 申請號: 202010591633.X
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111693732B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 馬勤勇;李濤;柏思忠;孫世嶺;但強;羅前剛;趙慶川;孟小紅;王祖迅;梁光清;李瑩瑩;路萍;張書林;田炎鑫
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

本發明公開了一種基于滑動參考波形的超聲波渡越時間互相關計算方法，包括步驟：S1.管道內流體靜止時，采集順流和逆流超聲波接收信號波形；S2.確定順流靜態參考波形和逆流靜態參考波形；S3.管道內流體運動時，采集順流和逆流超聲波接收信號波形；S4.互相關計算第一個順流和第一個逆流超聲波的渡越時間；S5.確定第一個順流和第一個逆流實時參考波形并采用互相關計算第二個順流和第二個逆流超聲波的渡越時間；S6.按照步驟S5類推，對上一個實時參考波形進行更新并互相關計算下一個超聲波的渡越時間。本發明的一種基于滑動參考波形的超聲波渡越時間互相關計算方法，能夠有效準確地計算渡越時間，使用范圍廣，適用性強。

技術領域

本發明涉及超聲波檢測領域，具體涉及一種基于滑動參考波形的超聲波渡越時間互相關計算方法。

背景技術

通常用于計算超聲波渡越時間的方法有閾值法、互相關法等。閾值法的計算原理是將被測信號與預設的閾值進行比較，將信號幅值達到閾值的點當作特征點，結合過零比較算法計算超聲波渡越時間，常用的閾值法有固定閾值法，雙閾值法和滑動閾值法等。采用閾值法通常要求接收信號的信噪比很高，且起振點附近局部形狀穩定沒有大的跳變，否則會引起較大的計算誤差，也即是渡越時間計算中常見的“跳周”問題。實際上，當超聲波在密度較低的氣體介質中傳播時，如常壓和負壓環境中，聲能損失較大導致信噪比很低，而且在高流速下起振點附近波形抖動嚴重。針對這樣的問題，一些學者采用互相關方法取代閾值法進行超聲波渡越時間檢測，取得了不同程度的實際效果。

互相關算法根據兩個信號的整體相似性來確定信號之間的間隔時間，避免了對波形局部特征的過度關注。P.Brassier、王銘學等人利用經過兩次管道內壁反射的回波作為參考波形，與直接對射實時接收的超聲波信號進行互相關計算，在流量測試實驗中取得了良好的測量結果，但是，當被測管道氣體的壓力較小或管道尺寸較大時，經過多次反射的回波信號十分弱小甚至被噪聲淹沒，所以，基于回波法參考波形的互相關算法應用范圍有限；季濤等人提出根據靜態環境下的順流逆流平均波形構建參考波形，與實際接收波形進行互相關計算，在氣體流量標準裝置上測試得到了較好的效果，但是該方法未考慮當接收波形受環境因素影響導致與參考波形相關性下降的情況，該計算方法的實際應用可行性不高。

因此，為解決以上問題，需要一種基于滑動參考波形的超聲波渡越時間互相關計算方法，能夠有效準確地計算渡越時間，使用范圍廣，適用性強。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供基于滑動參考波形的超聲波渡越時間互相關計算方法，能夠有效準確地計算渡越時間，使用范圍廣，適用性強。

本發明的基于滑動參考波形的超聲波渡越時間互相關計算方法，包括如下步驟：

S1.管道內流體靜止時，采集順流超聲波接收信號波形和逆流超聲波接收信號波形；

S2.確定順流靜態參考波形和逆流靜態參考波形；

S3.管道內流體運動時，實時采集順流超聲波接收信號波形和逆流超聲波接收信號波形；

S4.將實時采集的第一個順流超聲波接收信號波形與順流靜態參考波形進行互相關計算得到的間隔時間t′_d1作為第一個順流超聲波的渡越時間；將實時采集的第一個逆流超聲波接收信號波形與逆流靜態參考波形進行互相關計算得到的間隔時間t′_u1作為第一個逆流超聲波的渡越時間；