CN104198758B - 超声波接收时间点的设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种超声波接收时间点设定方法，该方法以零电平幅值为标准，以正相位及负相位振动的电子脉冲群为基础设定超声波的接收时间点，设定阶段包括，针对存在于正相位或负相位任何一个相位中的第1检测电平幅值，设定第1检测电平幅值的阶段；针对存在于正相位或负相位另外一个相位中，和零电平幅值的偏差小于第1检测电平幅值和零电平幅值之间偏差的第2检测电平幅值，设定第2检测电平幅值的阶段；检测电子脉冲群的振幅，判断电子脉冲群是否与第2检测电平幅值相交叉的第1检测阶段；检查电子脉冲群的振幅，电子脉冲群和第2检测电平幅值交叉后，判断第2检测电平幅值相反相位的电子脉冲群是否与第1检测电平幅值相交叉的第2检测阶段。

Description

超声波接收时间点的设定方法

技术领域

本发明涉及一种使用超声换能器测量流体的流量及流速的方法，更具体地，涉及一种超声波接收时间点的设定方法，以便准确测量流体流速和流量。

背景技术

为了测量沿着管道流动的流体的流速及流量，使用超声波换能器收发超声波的方法，即所谓的“传波时间差法”被广泛使用。如图1所示，超声换能器发出的超声波与多个脉冲连接在一起形成一个群(packet)的形态，即以脉冲群(pulse packet)的形态输出，超声换能器接收超声波的同时输出一个相同形态的信号（即电压）。因此，在上述形态的脉冲群输出时应该将一个特定的时间点设置为超声波的接收时间点，由于上述接收时间点与超声波的行进时间有直接关系，因此正确设定接收时间点是正确测量流体流速和流量的重要因素。

原有的方法是通过使用与零交点(zero crossing)的方式来设定超声波的接收时间点。在这里，与零交点是指以零（电平）幅值为标准，正(+)相位负(-)相位交替振动的脉冲与零（电平）幅值(l₀)相交叉的时间点。但是，超声波不是单一的脉冲，而是具有脉冲 群的形态，接收一次超声波会产生多个与零交点，因此必须将多个与零交点中的一个与零交点时间点设定为超声波的接收时间点。原有的方法如图1所示，设定检测（电平）幅值(l₁)，将脉冲群和检测（电平）幅值(l₁)交叉后产生的与零交点时间点(Z)设定为超声波的接收时间点。但是超声波在流体内传递的过程中（尤其是通过小口径的管路时），发生的干扰信号可能会将超声波的形态变成如图1的虚线所示的形态。超声波变成这样的形态后，B部分之前的A部分会与检测（电平）幅值交叉，导致超声波的接收时间点比正常的时间点提前，即从Z提前到了Z′，最终导致流体的流量及流速的测量值出现错误。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种为了正确测量流体的流速和流量而正确设定超声波接收时间点的超声波接收时间点设定方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供的超声波接收时间点设定方法的特征包括：在超声换能器接收超声波时，以零电平幅值为标准，以正相位及负相位振动的电子脉冲群为基础设定超声波的接收时间点，设定阶段包括：

针对存在于上述正相位或负相位任何一个相位中的第1检测电平幅值，设定第1检测电平幅值的阶段；

针对存在于上述正相位或负相位的另外一个相位中，和零电平幅值的偏差小于第1检测电平幅值和零电平幅值之间偏差的第2检测电平幅值，设定第2检测电平幅值的阶段；

检测上述电子脉冲群的振幅，判断电子脉冲群是否与第2检测电平幅值相交叉的第1检测阶段；

检测上述电子脉冲群的振幅，电子脉冲群和第2检测电平幅值交叉后，判断第2检测电平幅值相反相位的电子脉冲群是否与第1检测电平幅值相交叉的第2检测阶段。

所述设定方法还包括检测上述电子脉冲群的振幅，上述电子脉冲群和上述第2检测电平幅值交叉前，判断上述第2检测电平幅值相反相位的电子脉冲群是否与上述第1检测电平幅值交叉的第3检测阶段,添加第3检测阶段后会得到更加准确的结果。

所述设定方法还包括当上述第1检测电平幅值和上述电子脉冲群交叉时，测量上述交叉时间点前产生与零交点的时间点到上述交叉时间点后产生与零交点的时间点之间的时间段，将上述测量的时间与超声波的标准时间进行比较的辅助检测阶段。

在上述本发明中，设定超声波的接收时间点前首先判断超声波的形态是否正常，然后以形态正常的电子脉冲群为基础设定超声波的接收时间点，这样就可以正确地设定超声波的接收时间点，最终也就可以正确地测量出流体的流量和流速了。

附图说明

图1是超声波的形态图；

图2是本发明的演示实例中设定超声波接收时间点的流程图；

图3是接收超声波时对应超声换能器输出的电子脉冲群。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

图2是本发明的一则演示实例的超声波接收时间点设定方法流程图；图3是接收超声波时对应超声换能器输出的电子脉冲群(electrical pulse packet)的图例。

参考图2及图3，本演示实例的超声波接收时间点设定方法(M100)包括第1检测（电平）幅值设定阶段(S10)、第2检测（电平）幅值设定阶段(S20)、第1检测阶段(S30)、第2检测阶段(S40)和超声波接收时间点设定阶段(S50)。

首先，超声换能器产生的超声波不是单一的脉冲，而是以相互连接的形态，即脉冲群的形态输出。所以，超声换能器在接收超声波时便输出如图3所示形态的电子脉冲群信号。在这里，信号是指接收超声波时超声换能器所产生的电压。上述电子脉冲群以零（电平）幅值(L₀)，即电位在0点为标准，通过正(+)相位即正电位和负(-)相位即负电位振动。

在第1检测（电平）幅值设定阶段(S10)中设定存在于正电位或负电位中任意一电位的第1检测（电平）幅值(L₁)。在本演示实例中如图3所示，在正电位上设定第1检测（电平）幅值(L₁)。

在第2检测（电平）幅值设定阶段(S20)中设定存在于第1检测（电平）幅值(L₁)的相反电位，即负电位的第2检测（电平）幅值(L₂)。这时，将第2检测（电平）幅值(L₂)和零（电平）幅值(L₀) 之间的偏差，即第2检测（电平）幅值(L₂)电位的绝对值设定得比第1检测（电平）幅值(L₁)和零（电平）幅值(L₀)之间的偏差，即第1检测（电平）幅值(L₁)电位的绝对值小。

在第1检测阶段(S30)中检测电子脉冲群的振幅(即，电位)。这时，超声波在流体内传递的过程中其强度会减小，根据流体状态的不同超声波的强度减小的程度也会不同。因此，在检测前需要将超声波按照适当的比例进行增幅，以确保其最大振幅(即,幅值)可以保持在一定的数值上。并且，在检测的过程中判断电子脉冲群和第2检测（电平）幅值(L₂)是否交叉。电子脉冲群和第2检测（电平）幅值(L₂)没有交叉时，如图2所示，继续进行第1检测阶段(S30)，电子脉冲群和第2检测（电平）幅值(L₂)交叉时则进入第2检测阶段(S40)。

在第2检测阶段(S40)中检测电子脉冲群的振幅，电子脉冲群和第2检测（电平）幅值(L₂)交叉后，判断以第2检测（电平）幅值(L₂)的相反电位(正电位)进行振动的电子脉冲群，即图3的C部分是否和第1检测（电平）幅值(L₁)交叉。电子脉冲群和第1检测（电平）幅值(L₁)没有交叉时表明超声波已经变形，需要再次回到最初的阶段(重新发送超声波等)，电子脉冲群(C部分)和第1检测（电平）幅值(L₁)交叉时表明超声波的波形正常，因此进入超声波接收时间点设定阶段(S50)。

在超声波接收时间点设定阶段(S50)，以经过第1检测阶段(S30)及第2检测阶段(S40)后被认定为形态正常的电子脉冲群为基础设定超声波的接收时间点。在本演示实例中，将电子脉冲群和第1检测（电平）幅值(L₁)交叉后，电子脉冲群最先和零（电平）幅值(L₀)交叉的时间点，即电子脉冲群和第1检测（电平）幅值(L₁)交叉后，最先发生与零交点(zerocrossing)的时间点(X)设定为超声波接收时间点。在上述第1检测阶段(S30)、第2检测阶段(S40)及超声波接收时间点设定阶段(S50)中，判断第1检测（电平）幅值(L₁)、第2检测（电平）幅值(L₂)及零（电平）幅值(L₀)和电子脉冲群是否交叉的过程可以通过比较器(COMP)和相同的构造实现。

如上所述，本演示实例中，判断第1检测（电平）幅值(L₁)和电子脉冲群是否交叉前首先判断第2检测（电平）幅值(L₂)和电子脉冲群是否交叉，因此可以判断电子脉冲群的形态，即超声波的形态是否正常，然后以被判定为正常形态的电子脉冲群为基础设定超声波的接收时间点。因此上述过程可以防止原有方法中，由于干扰信号导致电子脉冲群变形，然后以变形的电子脉冲群为基础设定超声波的接收时间点导致超声波的接收时间点出现错误的问题的发生。所以，本演示实例中的设定方法可以测量到更加准确的流速。

另外，如图2虚线所示，超声波接收时间点设定方法还可以包括第3检测阶段(S45)。

在第3检测阶段(S45)中，首先检测电子脉冲群，当电子脉冲群和第2检测（电平）幅值(L₂)交叉时，在交叉的前一瞬间判断第2检测（电平）幅值(L₂)的相反相位，即正电位的电子脉冲群是否和第1检测（电平）幅值(L₁)交叉。如图3虚线所示，电子脉冲群(D')和第1检测（电平）幅值(L₁)交叉时，超声波的波形变形，因此回到了最初的阶段(重新发送超声波等)，电子脉冲群(D)和第1检测（电平）幅值(L₁)没有交叉表明超声波的波形正常，这时则进入超声波接收时间点的设定阶段(S50)。

在本演示实例中，通过第3检测阶段可以验证超声波的形态是否正常，这与前面的演示实例相比可以设定更加正确的超声波接收时间点，也可以测量出更加正确的流体流速和流量。

另外还可以包括辅助检测阶段。辅助检测阶段时在电子脉冲群形态不正常时判断是否受到了干扰信号的阶段，这一阶段在第1检测阶段(S30)及第2检测阶段(S40)中， 第1检测（电平）幅值或第2检测（电平）幅值和与子脉冲群交叉时运用。即，辅助检测阶段中，电子脉冲群和第2检测（电平）幅值(L₂)交叉时测量交叉点前产生与零交点的时间点到交叉点后产生与零交点时间点之间的时间，即测量图3的t₁，将这一数值与超声波的标准时间进行比较。标准时间为正常波形产生与零交点的周期，在本演示实例中将标准时间设定为T/2。在这里，T为振动脉冲群的振动周期，误差范围设定在10%左右。如果检测到的t₁在T/2附近，那么表明这是正常的波形，可以进入下一阶段；如果检测到的t₁在误差范围以外则表明波形受到了干扰信号的影响，那么则回到最初的阶段(重新发送超声波等)。上述过程在第1检测（电平）幅值(L₁)和电子脉冲群交叉时也同样进行。

在本演示实例中，通过辅助检测阶段可以验证超声波是否受到了干扰信号的影响，因此与前面的演示实例相比可以设定更加正确的超声波接收时间点。

上述内容以本发明的优选演示实例为例进行了详细说明，但本发明不局限于上述演示实例，在本发明权利要求书的要求范围内，本发明所属技术领域的普通技术人员能够在本发明的技术思想以及范围内进行各种变形及变更。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超声波接收时间点设定方法，其特征为：在超声换能器接收超声波时，以零电平幅值为标准，以正相位及负相位振动的电子脉冲群为基础设定超声波的接收时间点，设定阶段包括：

针对存在于上述正相位或负相位任何一个相位中的第1检测电平幅值，设定第1检测电平幅值的阶段；

针对存在于上述正相位或负相位的另外一个相位中，和零电平幅值的偏差小于第1检测电平幅值和零电平幅值之间偏差的第2检测电平幅值，设定第2检测电平幅值的阶段；

检测上述电子脉冲群的振幅，判断电子脉冲群是否与第2检测电平幅值相交叉的第1检测阶段；

检测上述电子脉冲群的振幅，电子脉冲群和第2检测电平幅值交叉后，判断第2检测电平幅值相反相位的电子脉冲群是否与第1检测电平幅值相交叉的第2检测阶段；

在超声波接收时间点设定阶段，以经过第1检测阶段及第2检测阶段后被认定为形态正常的电子脉冲群为基础设定超声波的接收时间点。

2.根据权利要求1所述一种超声波接收时间点设定方法,其特征为：所述设定方法还包括检测上述电子脉冲群的振幅，上述电子脉冲群和上述第2检测电平幅值交叉前，判断上述第2检测电平幅值相反相位的电子脉冲群是否与上述第1检测电平幅值交叉的第3检测阶段。

3.根据权利要求1所述一种超声波接收时间点设定方法,其特征为：设定方法还包括当上述第1检测电平幅值和上述电子脉冲群交叉时，测量上述交叉时间点前产生与零交点的时间点到上述交叉时间点后产生与零交点的时间点之间的时间段，将上述测量的时间与超声波的标准时间进行比较的辅助检测阶段。