CN103323063B - 超声波流量计及其时间差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波流量计及其时间差测量方法，包括：一次相关模块用于获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号，将第一组信号和第二组信号进行一次相关运算处理，通过比较相关性大小的方法计算其对应的第一时间差；插值滤波模块用于对第一组信号每两个值之间、第二组信号每两个值之间分别进行线性插值和滤波；二次相关模块用于将经线性插值滤波后的第一组信号和第二组信号进行二次相关运算处理，计算其对应的第二时间差以及相关性最大时的相关系数，并根据第一时间差和第二时间差计算出实际时间差。能够简化系统结构，提高测量速度，满足高精度的多通道超声波流量测量需求。

Description

超声波流量计及其时间差测量方法

技术领域

本发明涉及计量检测与自动化仪表领域，特别涉及一种超声波流量计及其时间差测量方法。

背景技术

超声波流量测量技术是依据超声波在流体中顺流和逆流传输的时间差来计算流速和流量的非接触式测量技术。

超声波在流体中顺流和逆流传输的时间差测量与计算部分作为核心部分直接影响仪表的测量精度、速度和其它关键性能，由于该部分运算量非常大，现有技术采用高性能DSP（DigitalSignalProcessing，数字信号处理）芯片担任该部分计算工作，即使采用高性能DSP芯片，系统测量的实时性仍然有待改进，在高精度流量测量特别是气体流量测量中，还需要同步综合测量与计算多套通道的时间数据，传统的DSP架构的流量测量方法很难达到要求，同时基于DSP架构的流量测量还需要单片机和CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件）或其他逻辑电路的配合，增加了系统的复杂程度。

上述设计的功能模块运算量大，采用DSP进行运算处理，系统运算时间长，测量速度有限，更无法适应高精度的多通道超声波流量测量，并且系统结构复杂。

发明内容

本发明为解决上述技术问题提供一种超声波流量计及其时间差测量方法，能够简化系统结构，提高测量速度，并且能够满足高精度的多通道超声波流量测量需求。

为解决上述技术问题，本发明提供一种超声波流量计的时间差测量方法，包括如下步骤：获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号，将全部所述顺流信号作为第一组信号、将全部所述逆流信号作为第二组信号；将所述第一组信号和所述第二组信号进行一次相关运算处理，通过比较相关性大小的方法计算其对应的第一时间差；对所述第一组信号每两个值之间、所述第二组信号每两个值之间分别进行线性插值和滤波；将经过线性插值滤波后的所述第一组信号和所述第二组信号进行二次相关运算处理，计算其对应的第二时间差以及相关性最大时的相关系数；根据所述第一时间差和所述第二时间差计算出实际时间差。

其中，所述一次相关运算处理和所述二次相关运算处理步骤均包括：对所述第一组信号和所述第二组信号进行相关性计算；将所述第二组信号进行移位、将未移位的第一组信号与移位后的所述第二组信号再次进行上述的相关性计算，或者将所述第一组信号进行移位、将未移位的第二组信号与移位后的所述第一组信号再次进行上述的相关性计算；记录一次相关移位次数和二次相关移位次数及相关性大小，找出相关性最大时各自的移位次数，并计算二次相关过程中相关性最大时该两组信号的皮尔逊相关系数用于判别采集到的超声波信号质量好坏。

其中，所述进行二次相关运算处理步骤之前，包括：将所述第二组信号或将所述第一组信号向右移动5个单元位置；其中，所述超声波流量计的采样频率为40Mhz，每两个值之间线性插值个数为9，所述实际时间差根据如下公式计算得到：

T=a×25+b×2.5+t-12.5；

其中，T是实际时间差，a是一次相关移位次数，b是二次相关移位次数，t是顺流信号和逆流信号由发送至接收延迟的时间差。

本发明用于超声波流量计的时间差测量方法：通过进行一次相关运算粗略的求出时间差，再经过插值处理后进行二次相关运算较精确的求出时间差，最终精确求出时间差，能够提高测量速度，并且能够满足高精度的多通道超声波流量测量需求。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种超声波流量计，包括FPGA芯片，其中，所述FPGA芯片上设置有依次连接的一次相关模块、插值滤波模块和二次相关模块，其中：所述一次相关模块，用于获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号，将全部所述顺流信号作为第一组信号、将全部所述逆流信号作为第二组信号，将所述第一组信号和所述第二组信号进行一次相关运算处理，通过比较相关性大小的方法计算其对应的第一时间差；所述插值滤波模块，用于对所述第一组信号每两个值之间、所述第二组信号每两个值之间分别进行线性插值和滤波；所述二次相关模块，用于将经过线性插值滤波后的所述第一组信号和所述第二组信号进行二次相关运算处理，计算其对应的第二时间差以及相关性最大时的相关系数，并根据所述第一时间差和所述第二时间差计算出实际时间差。

其中，所述超声波流量计包括数字滤波模块；所述数字滤波模块用于在顺流信号、逆流信号传输到所述一次相关模块前对顺流信号、逆流信号进行滤波处理。

其中，所述一次相关模块，用于获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号，将全部所述顺流信号作为第一组信号、将全部所述逆流信号作为第二组信号，对所述第一组信号和所述第二组信号进行相关性计算；将所述第二组信号进行移位、将未移位的第一组信号与移位后的所述第二组信号进行上述的相关性计算，或者将所述第一组信号进行移位、将未移位的第二组信号与移位后的所述第一组信号进行上述的相关性计算；通过比较相关性大小的方法找出并记录相关性最大时一次相关的移位次数，并计算其对应的第一时间差；所述二次相关模块，用于将经过线性插值后的所述第一组信号和所述第二组信号进行相关性计算；将所述第二组信号进行移位、将未移位的第一组信号与移位后的所述第二组信号进行上述的相关性计算，或者将所述第一组信号进行移位、将未移位的第二组信号与移位后的所述第一组信号进行上述的相关性计算；记录二次相关移位次数及相关性大小，找出相关性最大时各自的移位次数，并计算二次相关过程中相关性最大时该两组信号的皮尔逊相关系数用于判别采集到的超声波信号质量好坏，并计算其对应的第二时间差；并根据所述第一时间差和所述第二时间差按预定规则计算出实际时间差。

其中，所述数字滤波模块外接采样模块，所述采样模块的采样频率为40Mhz，所述插值滤波模块为所述第一组信号和所述第二组信号的每两个值之间线性插值个数为9；并且，所述二次相关模块，还用于进行二次相关运算处理前预先将所述第二组信号或将所述第一组信号向右移动5个单元位置，并根据如下公式计算实际时间差：

T=a×25+b×2.5+t-12.5；

其中，T是实际时间差，a是一次相关移位次数，b是二次相关移位次数，t是顺流信号和逆流信号由发送至接收延迟的时间差。

其中，所述超声波流量计包括系统控制模块；所述系统控制模块分别连接所述数字滤波模块、所述一次相关模块、所述插值滤波模块以及所述二次相关模块，并通过时序控制所述数字滤波模块、所述一次相关模块、所述插值滤波模块以及所述二次相关模块工作。

其中，所述一次相关模块和所述二次相关模块电路结构相同，均包括第一累加器、第二累加器、第三累加器、第一乘法器、第二乘法器、寄存器、减法器、比较器、双口RAM、移位发生器以及运算控制单元；所述第一累加器和所述第二累加器分别连接第一乘法器；所述双口RAM、所述移位发生器、所述第二乘法器、所述第三累加器、所述减法器、所述寄存器以及所述比较器依次连接；所述移位发生器、所述乘法器、所述减法器、所述比较器还分别连接所述运算控制单元，并且，所述减法器还连接所述第一乘法器和所述比较器；其中，顺流信号分别由所述第一累加器和所述双口RAM获取，逆流信号分别由所述第二累加器和所述双口RAM获取，经一系列处理后，由所述运算控制单元计算出结果并输出到外部。

其中，所述数字滤波模块采用55级FIR带通滤波器。

本发明的超声波流量计：通过进行一次相关运算粗略的求出时间差，再经过插值处理后进行二次相关运算较精确的求出时间差，最终精确求出时间差，能够提高测量速度，并且能够满足高精度的多通道超声波流量测量需求。另外，通过在FPGA芯片上集成一次相关模块、插值滤波模块以及二次相关模块等用于流量计算的核心部分，系统集成度高，能够方便移植和扩展升级。

附图说明

图1是本发明用于超声波流量计的时间差测量方法实施方式的流程图；

图2是本发明超声波流量计实施方式的结构示意图；

图3是图2所示实施方式中一次相关、插值滤波、二次相关与时间差计算过程示意图；

图4是图2所示实施方式中信号处理过程示意图；

图5是图2所示实施方式中简化后的相关运算过程。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

参阅图1，图1是本发明用于超声波流量计的时间差测量方法的流程图。本发明实施方式包括如下步骤：

步骤S1，对一定时间段内采集到的顺流信号和逆流信号进行滤波处理。其中，超声波流量计的采样频率通常为40MHz，在一定时间段内，对顺流信号和逆流信号进行采样，每组信号采集数千个样本。

步骤S2，获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号。其中，将全部顺流信号作为第一组信号、将全部逆流信号作为第二组信号，通常，可以把第一组信号依次存储于一个数组中，把第二组信号依次存储于另一数组中。

步骤S3，将第一组信号和第二组信号进行一次相关运算处理，通过比较相关性大小的方法计算其对应的第一时间差。

比如，将第一组信号中的每一个值依次与第二组信号中的每一个值分别进行相关性计算，记录每一个相关系数；之后，第一组信号不移位、对第二组信号进行移位，将第一组信号中的每一个值再依次与第二组信号中的每一个值分别进行上述的相关性计算，仍记录每一个相关系数；比较各相关系数的大小，取相关系数最大的作为一次最大相关信号，找出相关系数最大时的移位次数，并根据该移位系数和采样频率粗略地计算出第一时间差。

其中，皮尔逊相关运算公式为：

$r_{\mathrm{xy}}=\frac{\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i-n\stackrel{\‾}{x}\stackrel{\‾}{y}}{(n-1)s_x{s}_y}=\frac{\mathrm{n\Σ}{x}_i{y}_i-\mathrm{\Σ}{x}_i\mathrm{\Σ}{y}_i}{\sqrt{\mathrm{n\Σ}{x}_i^2-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}\sqrt{\mathrm{n\Σ}{y}_i^2-{\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)}^2}}$

上述关系式中，x、y分别表示顺流、逆流信号。当然，本发明在一次相关运算过程中仅利用皮尔逊相关运算公式只做简单的分子间运算，其结果并不影响相关性系数的大小，在二次相关运算中，部分内容通过简单的分子间运算得到相关性系数的大小，最后求相关性最大的系数时才进行完全的运算。具体后文将有所描述。

步骤S4，对第一组信号每两个值之间、第二组信号每两个值之间分别进行线性插值和滤波。

前文讲过，超声波流量计的采样频率为40MHz，故一次相关运算的时间分辨率为25ns，一次相关运算能提高系统的测量范围，但其时间分辨率较低，测量精度差，为提高精度,在步骤S4中，对第一组信号中每两个值之间进行线性插值、并对第二组信号中每两个值之间亦进行线性插值。举例而言，为了将测量精度提高10倍，即时间分辨率要满足2.5ns,此时，需要在原有信号的每两个值之间插入9个值，为方便理解，此处可采用如下的线性插值方式：

假设原值为X_i，X_i+1，则插入的值依次为：X_i+(X_i+1-X_i)*1/10，X_i+(X_i+1-X_i)*2/10……，X_i+(X_i+1-X_i)*8/10，X_i+(X_i+1-X_i)*9/10

此处差之后滤波处理设计为22级FIR带通滤波，可使插值后的信号平滑。

步骤S5，滤波后的第一组信号和第二组信号进行二次相关运算处理，计算其对应的第二时间差以及相关性最大时的相关系数。

比如，将插值后的第一组信号中的每一个值依次与插值后的第二组信号中的每一个值分别进行相关性计算，记录每一个相关系数；之后，第一组信号不移位、对第二组信号进行移位，将第一组信号中的每一个值再依次与第二组信号中的每一个值分别进行相关性计算，仍记录每一个相关系数；比较各相关系数的大小，取相关系数最大的作为二次最大相关信号，找出相关系数最大时的移位次数，并根据该移位系数和采样频率较精确地计算出第二时间差，同时计算此时皮尔逊相关系数。

当然，为便于处理和提高测量精度，可以在插值后对信号再次进行滤波处理，在步骤S5中可设计22级FIR滤波对信号进行处理。

步骤S6，根据第一时间差和第二时间差计算出实际时间差。

在一具体应用实施方式中，为了保证二次相关时相关性的最大值在信号左移过程中出现，二次相关前先对相关过程中进行移位的信号右移了5个单元位置。在上述提及的前提，即超声波流量计采样频率为40MHz、每两个值之间插入9个值的前提下，可通过如下公式计算出实际时间差：

T=a×25+b×2.5+t-12.5；

其中，T是实际时间差，a是一次相关移位次数，b是二次相关移位次数，t是顺流信号和逆流信号由发送至接收延迟的时间差。

上述实施方式中，时间差指顺流信号和逆流信号的时间差。

本发明实施方式，通过进行一次相关运算粗略的求出时间差，再经过插值处理后进行二次相关运算较精确的求出时间差，最终精确求出时间差，能够提高测量速度，并且能够满足高精度的多通道超声波流量测量需求。

本发明还提供一种超声波流量计实施方式。

参阅图2，图2是本发明超声波流量计实施方式的结构示意图。本发明实施方式的超声波流量计基于FPGA（Field－ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列）芯片10进行设计。该FPGA上设计有数字滤波模块100、一次相关模块101、插值滤波模块102、二次相关模块103以及系统控制模块104。

其中，数字滤波模块100、一次相关模块101、插值滤波模块102、二次相关模块103依次连接并分别连接到系统控制模块104，数字滤波模块100外接采样模块（图未示），采样模块的采样频率为40MHz，系统控制模块104通过时序控制数字滤波模块100、一次相关模块101、插值滤波模块102以及二次相关模块103工作。

数字滤波模块100用于在顺流信号、逆流信号传输到一次相关模块101前对顺流信号、逆流信号进行滤波处理。在一具体应用实施方式中，数字滤波模块100采用55级FIR带通滤波器。数字滤波模块100可最大程度地去除干扰杂波，滤波器系数根据性能要求由MATLAB计算得到，数字滤波模块100由FPGA中的硬件乘法器实现，数据可一边采样一边运算，不会带来处理时间的等待。

一次相关模块101，用于获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号，将全部顺流信号作为第一组信号、将全部逆流信号作为第二组信号，将第一组信号和第二组信号进行一次相关运算处理，通过比较相关性大小的方法计算其对应的第一时间差。

具体地，一次相关模块101，用于获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号，将全部顺流信号作为第一组信号、将全部逆流信号作为第二组信号，对第一组信号和第二组信号进行相关性计算；将第二组信号进行移位、将未移位的第一组信号与移位后的第二组信号进行上述的相关性计算，或者将第一组信号进行移位、将未移位的第二组信号与移位后的第一组信号进行上述的相关性计算；通过比较相关性大小的方法找出并记录相关性最大时一次相关的移位次数，并计算其对应的第一时间差。

插值滤波模块102，用于对第一组信号每两个值之间、第二组信号每两个值之间分别进行线性插值和滤波。在一具体应用实施方式中，插值滤波模块102为第一组信号和第二组信号的每两个值之间线性插值个数为9。该插值滤波模块102还用于在插值后对各信号进行滤波处理，以进一步去抖动、进而去干扰。

二次相关模块103，用于将经过线性插值后的第一组信号和第二组信号进行二次相关运算处理，计算其对应的第二时间差以及相关性最大时的相关系数，并根据第一时间差和第二时间差计算出实际时间差。

具体地，二次相关模块103，用于将经过线性插值滤波后的第一组信号和第二组信号进行相关性计算；将第二组信号进行移位、将未移位的第一组信号与移位后的第二组信号进行上述的相关运算，或者将第一组信号进行移位、将未移位的第二组信号与移位后的第一组信号进行上述的相关性计算；记录二次相关移位次数及相关性大小，找出相关性最大时各自的移位次数，并计算二次相关过程中相关性最大时该两组信号的皮尔逊相关系数用于判别采集到的超声波信号质量好坏，并计算其对应的第二时间差；并根据第一时间差和第二时间差按预定规则计算出实际时间差。该二次相关模块103，还用于进行二次相关运算处理前预先将第二组信号或将第一组信号向右移动5个单元位置。并在前文的前提下，可通过如下公式计算实际时间差：

T=a×25+b×2.5+t-12.5；

其中，T是实际时间差，a是一次相关移位次数，b是二次相关移位次数，t是顺流信号和逆流信号由发送至接收延迟的时间差。

在一具体应用实施方式中，一次相关模块101和二次相关模块103电路可设计为相同结构，其均包括第一累加器1001、第二累加器1002、第三累加器1003、第一乘法器1004、第二乘法器1005、寄存器1006、减法器1007、比较器1008、双口RAM1009、移位发生器1010以及运算控制单元1011。

其中，第一累加器1001和第二累加器1002分别连接第一乘法器1004；双口RAM1009、移位发生器1010、第二乘法器1005、第三累加器1003、减法器1007、寄存器1006以及比较器1008依次连接；移位发生器1010、乘法器、减法器1007、比较器1008还分别连接运算控制单元1011，并且，减法器1007还连接第一乘法器1004和比较器1008；其中，顺流信号分别由第一累加器1001和双口RAM1009获取，逆流信号分别由第二累加器1002和双口RAM1009获取，经一系列处理后，由运算控制单元1011计算出结果并输出到外部。

本发明实施方式，通过进行一次相关运算粗略的求出时间差，再经过插值处理后进行二次相关运算较精确的求出时间差，最终精确求出时间差，能够提高测量速度，并且能够满足高精度的多通道超声波流量测量需求。另外，通过在FPGA芯片10上集成一次相关模块101、插值滤波模块102以及二次相关模块103等用于流量计算的核心部分，系统集成度高，能够方便移植和扩展升级。

本发明实施方式中，根据皮尔逊相关系数计算公式，其分母部分运算量相当大，考虑到输入的顺流、逆流两组信号在多次相关运算中只做移位处理使相对位置发生变化，信号的值并未发生变化，分母中(∑x_i)²、(∑y_i)²几项的值不变，因此多次相关运算过程中的分母基本保持不变，同时多次相关运算的目的仅是找出相关性最大时的移位次数而求取时间差，因此在用比较相关性大小求取时间差的运算过程中，可将运算量大的分母部分略去，只在找到最大相关点后作一次完整的相关系数计算，以确定信号的质量，该处理过程如图4。

其中的一次相关运算和二次相关运算都利用简化的相关运算方法计算时间差，简化的相关运算过程如图5，输入的两组信号送入双口RAM1009（即双口存储器）的同时由第一累加器1001、第二累加器1002分别求出各自的元素和，即∑x_i、∑y_i并由第一乘法器1004计算∑x_i∑y_i待用，按序取出双口RAM1009中的两组数据由第二乘法器1005得到其乘积并由第三累加器1003求得n∑x_iy_i，由减法器1007与上述待用的∑x_i∑y_i求差，即为首次相关运算结果，再由移位发生器1010对双口RAM1009中的一组输入信号向左移动一个位置，重复上述相关运算，将本次相关运算结果与上次相关运算比较，如此重复多次，找到相关运算结果最大的那次的移位值，结束本模块相关运算并输出结果，这些都在运算控制单元1011控制下有序进行。

上述简化相关运算过程的特点是：能够在不影响计算精度的情况下，大大降低了运算复杂度，即节省硬件资源又提高了运算速度。

综上，本发明的超声波流量计具有如下优点：

（1）通过时间差测量技术全部功能在FPGA芯片上实现，其结构简单，稳定可靠，低功耗易于升级维护，模块功能独立，运算速度快，可通过多个模块并行处理实现高精度多通道流量测量，方便移植，如可方便地移植和嵌入到与超声波测量有关的产品中，进一步如高精度超声波测距等；

（2）通过两次相关运算结合，能够简化的相关性比较方法计算时间差，扩大测量范围，提高测量精度，减少运算量，节省运算时间，节约硬件资源。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种超声波流量计的时间差测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号，将全部所述顺流信号作为第一组信号、将全部所述逆流信号作为第二组信号；其中，所述超声波流量计的采样频率为40Mhz；

将所述第一组信号和所述第二组信号进行一次相关运算处理，通过比较相关性大小的方法计算其对应的第一时间差；

对所述第一组信号每两个值之间、所述第二组信号每两个值之间分别进行线性插值和滤波；其中，所述第一组信号和所述第二组信号的每两个值之间线性插值个数为9；

将经过线性插值滤波后的所述第一组信号和所述第二组信号进行二次相关运算处理，计算其对应的第二时间差以及相关性最大时的相关系数；其中，在进行二次相关运算处理之前，将所述第二组信号或将所述第一组信号向右移动5个单元位置；

根据所述第一时间差和所述第二时间差计算出实际时间差，其中，所述实际时间差根据如下公式计算得到：

T＝a×25+b×2.5+t-12.5；

T是实际时间差，a是一次相关过程中相关性移位次数，b是二次相关移位次数，t是顺流信号和逆流信号由发送至接收延迟的时间差。

2.根据权利要求1所述的时间差测量方法，其特征在于，所述一次相关运算处理和所述二次相关运算处理步骤均包括：

对所述第一组信号和所述第二组信号进行相关性计算；

将所述第二组信号进行移位、将未移位的第一组信号与移位后的所述第二组信号再次进行上述的相关性计算，或者将所述第一组信号进行移位、将未移位的第二组信号与移位后的所述第一组信号再次进行上述的相关性计算；

记录一次相关移位次数和二次相关移位次数及相关性大小，找出相关性最大时各自的移位次数，并计算二次相关过程中相关性最大时该两组信号的皮尔逊相关系数用于判别采集到的超声波信号质量好坏。

3.一种超声波流量计，其特征在于，包括FPGA芯片，其中，所述FPGA芯片上设置有依次连接的一次相关模块、插值滤波模块和二次相关模块，所述超声波流量计的采样频率为40Mhz，其中：

所述一次相关模块，用于获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号，将全部所述顺流信号作为第一组信号、将全部所述逆流信号作为第二组信号，将所述第一组信号和所述第二组信号进行一次相关运算处理，通过比较相关性大小的方法计算其对应的第一时间差；

所述插值滤波模块，用于对所述第一组信号每两个值之间、所述第二组信号每两个值之间分别进行线性插值和滤波；其中，所述插值滤波模块为所述第一组信号和所述第二组信号的每两个值之间线性插值个数为9；

所述二次相关模块，用于将经过线性插值滤波后的所述第一组信号和所述第二组信号进行二次相关运算处理，计算其对应的第二时间差以及相关性最大时的相关系数，其中，在进行二次相关运算处理之前，先将所述第二组信号或将所述第一组信号向右移动5个单元位置；并根据所述第一时间差和所述第二时间差计算出实际时间差，所述实际时间差根据如下公式计算得到：

T＝a×25+b×2.5+t-12.5；

T是实际时间差，a是一次相关过程中相关性移位次数，b是二次相关移位次数，t是顺流信号和逆流信号由发送至接收延迟的时间差。

4.根据权利要求3所述的超声波流量计，其特征在于：

所述超声波流量计包括数字滤波模块；

所述数字滤波模块用于在多个顺流信号、逆流信号传输到所述一次相关模块前对多个顺流信号、逆流信号进行滤波处理。

5.根据权利要求3所述的超声波流量计，其特征在于：

所述一次相关模块，用于获取一定时间段内经过滤波处理后的顺流信号和逆流信号，将全部所述顺流信号作为第一组信号、将全部所述逆流信号作为第二组信号，对所述第一组信号和所述第二组信号进行相关性计算；将所述第二组信号进行移位、将未移位的第一组信号与移位后的所述第二组信号进行上述的相关性计算，或者将所述第一组信号进行移位、将未移位的第二组信号与移位后的所述第一组信号进行上述的相关性计算；通过比较相关性大小的方法找出并记录相关性最大时一次相关的移位次数，并计算其对应的第一时间差；

所述二次相关模块，用于将经过线性插值后的所述第一组信号和所述第二组信号进行相关性计算；将所述第二组信号进行移位、将未移位的第一组信号与移位后的所述第二组信号进行上述的相关性计算，或者将所述第一组信号进行移位、将未移位的第二组信号与移位后的所述第一组信号进行上述的相关性计算；记录二次相关移位次数及相关性大小，找出相关性最大时各自的移位次数，并计算二次相关过程中相关性最大时该两组信号的皮尔逊相关系数用于判别采集到的超声波信号质量好坏，并计算其对应的第二时间差；并根据所述第一时间差和所述第二时间差按预定规则计算出实际时间差；其中，所述二次相关模块，还用于在进行二次相关运算处理前预先将所述第二组信号或将所述第一组信号向右移动5个单元位置，并根据如下公式计算实际时间差：

T＝a×25+b×2.5+t-12.5；

其中，T是实际时间差，a是一次相关移位次数，b是二次相关移位次数，t是顺流信号和逆流信号由发送至接收延迟的时间差。

6.根据权利要求4所述的超声波流量计，其特征在于：

所述数字滤波模块外接采样模块，所述采样模块的采样频率为40Mhz。

7.根据权利要求4所述的超声波流量计，其特征在于：

所述超声波流量计包括系统控制模块；

所述系统控制模块分别连接所述数字滤波模块、所述一次相关模块、所述插值滤波模块以及所述二次相关模块，并通过时序控制所述数字滤波模块、所述一次相关模块、所述插值滤波模块以及所述二次相关模块工作。

8.根据权利要求3-7任一项所述的超声波流量计，其特征在于：

所述一次相关模块和所述二次相关模块电路结构相同，均包括第一累加器、第二累加器、第三累加器、第一乘法器、第二乘法器、寄存器、减法器、比较器、双口RAM、移位发生器以及运算控制单元；

所述第一累加器和所述第二累加器分别连接第一乘法器；

所述双口RAM、所述移位发生器、所述第二乘法器、所述第三累加器、所述减法器、所述寄存器以及所述比较器依次连接；

所述移位发生器、所述乘法器、所述减法器、所述比较器还分别连接所述运算控制单元，并且，所述减法器还连接所述第一乘法器和所述比较器；

其中，顺流信号分别由所述第一累加器和所述双口RAM获取，逆流信号分别由所述第二累加器和所述双口RAM获取，经一系列处理后，由所述运算控制单元计算出结果并输出到外部。

9.根据权利要求4所述的超声波流量计，其特征在于：

所述数字滤波模块采用55级FIR带通滤波器。