[發明專利]一種應用于超聲水表的信號診斷裝置的控制方法

有效

• 申請號: 202210168816.X
• 申請日: 2022-02-23
• 公開（公告）號: CN114459576B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 趙子鋒;聶志剛;馮旭;虞凱旋;汪俊明;劉晨凱;金學成;馬錦超;趙景紅;蔣誠聰;呂偉杰;童證積;方超宏;趙斌陽
• 申請（專利權）人: 浙江迪元儀表有限公司
• 主分類號: G01F25/10
• 分類號: G01F25/10
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 俞則儉

本發明公開了一種應用于超聲水表的信號診斷裝置的控制方法。為了克服現有技術采用較多額外的硬件電路，功耗高，不適用于超聲水表應用的問題；本發明包括：上游換能器發射上游超聲信號或接收輔助換能器反射的下游超聲信號；下游換能器發射下游超聲信號或接收輔助換能器反射的上游超聲信號；輔助換能器反射上游換能器或下游換能器發送的超聲信號；信號處理電路控制上游換能器和下游換能器發射或接收超聲信號，分別獲取輔助換能器以及上/下游換能器接收超聲信號的時間，診斷接收超聲信號是否存在錯波并糾正。僅通過增加的一只輔助換能器，利用機械結構固定和均勻介質中聲波傳輸穩定的特點，診斷接收信號是否存在錯波并糾正，結構簡單，成本低。

技術領域

本發明涉及一種超聲信號診斷領域，尤其涉及一種應用于超聲水表的信號診斷裝置的控制方法。

背景技術

水務流量計量應用中，超聲水表作為新興的智能流量儀表常被用來替換機械式水表，其工作原理為時差法，通過檢測超聲波在水中順流和逆流傳播時產生的時間差，分析計算出流速從而進一步計算出水的瞬時流量及累積流量。與機械式水表相比較具有準確度高、始動流量低、無壓損、量程比寬、使用壽命長、無可動部件等特點。

在實現時差法測量流量的具體問題上，常規的解決方案是采用閾值比較法，即通過固定的電壓作為閾值，檢測接收超聲波信號的是否到來，如果檢測到相應幅值的信號，則切換為過零比較，進行精確時間的轉換計算。

為實現此種測量方法，常用的傳感器結構為直射式。當管道內有介質流動時，上游端超聲波換能器發射超聲信號，通過介質沿順流方向傳播，下游端換能器接收到信號傳播時間記為，反之下游端發射的超聲信號，逆流傳播至上游換能器的時間記為，上下游傳播時間差記為△T，如果測量出這一差值，即可根據下面的關系式計算出管內流體的平均速度V：

式中：

M為聲波在兩探頭間流體中直線傳播次數，上述情況M=1；

D為管道內徑；

為聲束與流體流動方向夾角。

傳統的超聲波閾值電平法將第一個超過閾值的波峰作為首波，測量首波后某一特定過零點的時間作為信號的傳播時間，因此其抗干擾能力比較差，當信號幅值變化較大或處于臨界值時，會導致首波識別錯誤，使得測量的過零點不同，造成測得的△T偏差1個或多個信號周期時間，嚴重影響測量的準確性，這就是“錯波”問題。

錯波問題對測量準確度影響很大，研究者們提出了諸如高速AD采樣互相關、包絡線分析等方法來避免錯波，但是這些方法多需要高速AD轉換或較多額外的硬件電路來支撐，功耗較高不適用于超聲水表應用。例如，一種在中國專利文獻上公開的“一種氣體超聲波流量計的防錯波信號處理電路”，其公告號CN109612541B，包括超聲波接收換能器，用于接收超聲波信號；可控增益放大電路與超聲波接收換能器相連接；模數轉換電路，與可控增益放大電路相連接；雙閾值檢測電路，與可控增益放大電路相連接；峰值保持電路，與可控增益放大電路相連接；程控多閾值比較電路，與峰值保持電路相連接；選波電路，分別與雙閾值檢測電路和程控多閾值比較電路相連接；計時電路，與選波電路相連接。該方案采用較多額外的硬件電路，功耗高，不適用于超聲水表的應用。

發明內容

本發明主要解決現有技術采用較多額外的硬件電路，功耗高，不適用于超聲水表應用的問題；提供一種應用于超聲水表的信號診斷裝置的控制方法，通過控制超聲波接收信號的檢出路徑、增益控制以及時間信號處理，解決錯波問題。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種應用于超聲水表的信號診斷裝置，包括：

上游換能器，發射上游超聲信號或接收輔助換能器反射的下游超聲信號；