CN104515560B - 超声波流量计及其污垢检测和误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波流量计及其污垢检测和误差补偿方法，包括发射换能器、接收换能器、反射镜和测量管道等，器件及管道内存在杂质、结垢和沉淀物等污垢。首先利用超声波辐射到污垢产生的超声波衍射信号，实现污垢定位检测；然后根据衍射信号计算出污垢大小；之后根据所述污垢的大小和位置，推算出污垢对超声接收信号的影响，从而修正计量结果。能在不破坏流量计和不影响正常计量的前提下，测试出污垢大小和发生位置，并修正计量结果，适用于超声波热量表、超声波水表和超声波气表。

Description

超声波流量计及其污垢检测和误差补偿方法

技术领域

本发明涉及一种超声波流量计污垢检测及误差影响补偿技术，尤其涉及一种超声波流量计及其污垢检测和误差补偿方法。

背景技术

不同流量下，超声波接收信号的时间延迟不同。超声流量计往往根据阈值电压判断延迟时间。当换能器和反射镜存在污垢或者杂质时，超声信号会衰减，从而严重影响到延迟时间点判定，造成计量偏差。给用户和热力公司造成损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种能测试污垢大小和发生位置，并修正计量结果的超声波流量计及其污垢检测和误差补偿方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的超声波流量计，包括发射换能器、接收换能器和测量管道，并存在污垢；

所述污垢包括所述发射换能器、接收换能器表面的结垢、杂质和锈斑，还包括声波传输路径中的管道内粘浮的杂质、结垢和沉淀物。

本发明的上述的超声波流量计进行污垢检测和误差补偿的方法，包括步骤：

首先，利用超声波辐射到污垢产生的超声波衍射信号，实现污垢定位检测；

然后，根据衍射信号计算出污垢大小；

之后，根据所述污垢的大小和位置，推算出污垢对超声接收信号的影响，从而修正计量结果。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的超声波流量计及其污垢检测和误差补偿方法，能在不破坏流量计和不影响正常计量的前提下，测试出污垢大小和发生位置，并修正计量结果，适用于超声波热量表、超声波水表和超声波气表。

附图说明

图1为本发明实施例提供的超声波流量计及其污垢检测和误差补偿方法的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的超声波流量计，其较佳的具体实施方式是：

包括发射换能器、接收换能器和测量管道，并存在污垢；

所述污垢包括所述发射换能器、接收换能器表面的结垢、杂质和锈斑，还包括声波传输路径中的管道内粘浮的杂质、结垢和沉淀物。

还包括反射镜，所述污垢包括所述反射镜表面的结垢、杂质和锈斑。

本发明的上述的超声波流量计进行污垢检测和误差补偿的方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

首先，利用超声波辐射到污垢产生的超声波衍射信号，实现污垢定位检测；

然后，根据衍射信号计算出污垢大小；

之后，根据所述污垢的大小和位置，推算出污垢对超声接收信号的影响，从而修正计量结果。

所述污垢的形状为复杂污垢形状，其面积计算方法根据最长对角线方法近似计算。

本发明能在超声波流量计中测量污垢尺寸大小和位置，根据污垢信息的提取，补偿接收信号幅值，最终修正计量误差。污垢的声学参数与背景介质是不同的，造成了污垢边沿产生声边界不连续。当超声波辐射到污垢后，沿着污垢边沿产生边沿衍射。边沿越尖锐，衍射信号越强。根据接收到超声波衍射信号的时间延迟不同，计算出污垢尺寸大小和发生位置，进而修正计量误差。

具体实施例：

为表达方便，以下内容中，换能器和反射镜表面的污垢、杂质和锈斑统称为污垢。

如图1所示，发射探头激励超声波后，超声波辐射声场会在污垢边沿会发生超声衍射。在污垢凸角处，根据超声衍射原理，衍射信号会在凸角处明显增强，从而形成较强的超声次声源。

以菱形污垢为案例，模拟了在4个顶角处产生强烈衍射信号。四个顶角分别为A、B、C、D。其传播到发射探头的时间分别为tt1,tt2,tt3和tt4。传播到接收探头的传播时间分别为rt1,rt2,rt3和rt4。则污垢距离发射探头的距离为：

DT＝c*(tt1+tt2+tt3+tt4)/4；

(c:超声波在水中声速，可以通过流量计时间处理算法直接计算得到)

污垢距离接收探头的距离为：

DR＝c*(rt1+rt2+rt3+rt4)/4；

污垢高度为：

DH＝sqrt(P2*(P2-L)*(P2-c*tt4)*(P2-c*rt4))*2/L-sqrt(P1*(P1-L)*(P1-c*tt1)*(P1-c*rt1))*2/L；

(L：发射探头与接收探头的安装间距；P2＝(L+c*tt4+c*rt4)；P1＝(L+c*tt1+c*rt1))

同理，可求的污垢宽度DW；

故，污垢面积为S1＝DH*DW/2；

复杂污垢形状的面积计算方法可以根据最长对角线方法近似计算。

污垢与接收换能器的夹角为：

Theta＝artcos((DR^2+L^2-DT^2)/(2*DR*L))；

如判定污垢发生位置在换能器表面或者主声束反射面上。超声接收信号幅值补偿结果为：

A＝A1*(1+(S1/S)

(A:修正后超声信号幅值。A1：接收到信号幅值。S：换能器或者反射镜面积)

正确的接收信号幅值修正确保了正确的时延截止点。

本发明的优点是：

在不破坏流量计和不影响正常计量的前提下，测试出污垢大小和发生位置，并修正计量结果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种超声波流量计进行污垢检测和误差补偿的方法，其特征在于，所述超声波流量计包括发射换能器、接收换能器和测量管道，并存在污垢；

所述污垢包括所述发射换能器、接收换能器表面的结垢、杂质和锈斑，还包括声波传输路径中处于主声束反射面上的管道内粘浮的杂质、结垢和沉淀物；

所述污垢检测和误差补偿的方法包括步骤：

首先，利用超声波辐射到污垢产生的超声波衍射信号，实现污垢定位检测；

然后，根据衍射信号计算出污垢大小；

之后，根据所述污垢的大小和位置，推算出污垢对超声接收信号的影响，从而修正计量结果。

2.根据权利要求1所述的超声波流量计进行污垢检测和误差补偿方法，其特征在于，所述主声束反射面上设有反射镜，所述污垢包括所述反射镜表面的结垢、杂质和锈斑。

3.根据权利要求2所述的超声波流量计进行污垢检测和误差补偿方法，其特征在于，所述污垢的形状为复杂污垢形状，其面积计算方法根据最长对角线方法近似计算。