CN106290977A - 用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法 - Google Patents

用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106290977A
CN106290977A CN201510472640.7A CN201510472640A CN106290977A CN 106290977 A CN106290977 A CN 106290977A CN 201510472640 A CN201510472640 A CN 201510472640A CN 106290977 A CN106290977 A CN 106290977A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow velocity
frequency
mentioned
flow
ultra sonic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510472640.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106290977B (zh
Inventor
夏云峰
曲兆松
王驰
黄海龙
夏丽娟
郑钧
王希花
徐华
闻云呈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NANJING SIFU TYCO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
Original Assignee
NANJING SIFU TYCO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NANJING SIFU TYCO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd, Nanjing Hydraulic Research Institute of National Energy Administration Ministry of Transport Ministry of Water Resources filed Critical NANJING SIFU TYCO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201510472640.7A priority Critical patent/CN106290977B/zh
Publication of CN106290977A publication Critical patent/CN106290977A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106290977B publication Critical patent/CN106290977B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

本发明涉及用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，多普勒超声流速仪包括：计算机、控制器、接收器和发射器，接收器和发射器分别与控制器，计算机与控制器相连，该方法它包括以下步骤：用多普勒超声波流速仪在单位时间为20-40毫秒内通过快速傅里叶变换fft计算得到流动水频谱图；在上述流动水频谱图中选择频率为f＝f0-v/k范围内的频谱进行分析，得到流动水频谱截图和频谱局部图；对上述频谱局部图中的所有点的频率进行加权平均，得到上述流速点的流速；对所有流速进行规范，得到在所测时间内的流速点的流速。该方法可以在众多的干扰噪声中，准确地找到流速点的流速，最终得到稳定性好的流速值。

Description

用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法
技术领域
本发明涉及了一种处理实时测量流体流速，特别是用于一种用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法。
背景技术
在用多普勒超声波测量流体流速时，需要根据发射出去的超声波信号，遇到前面流体粒子，然后进行反射将超声波信号传回接收器，经过流体粒子反射后，将传入接收器的信号与发射信号相比，发生了改变，根据多普勒原理，需要通过发射信号和接收信号分析得到流体粒子的运动速度，也就是流体的流速。但是现有的用多普勒超声波流速仪在单位时间为内通过快速傅里叶变换fft计算得到流动水频谱图，大约有20万个数据。利用快速傅里叶变换(FFT)对接收信号进行频谱分析，信号由于在水中粒子数量少，体积较小，会使接收信号的噪声太多，导致信噪比太差。接受信号中存在固定干扰，而且固定干扰噪声附近存在的干扰噪声较大，无法准确地得到流速点的流速。
目前国内尚没有基于多普勒超声波精确测量流速的信号处理方法，该方案中就是把采集到的接受信号，经过该方法的处理后得到精确的流速值。
发明内容
本申请的发明目的在于提供一种用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，该方法可以在众多的干扰噪声中，准确地找到流速点的流速，最终得到稳定性好的流速值。
为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：
本发明的一种用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，多普勒超声流速仪包括：计算机、控制器、接收器和发射器，接收器和发射器分别与控制器，计算机与控制器相连，该方法它包括以下步骤：
(a)、用多普勒超声波流速仪在单位时间为20-40毫秒内通过快速傅里叶变换fft计算得到流动水频谱图，在该流动水频谱图中，以频率f为横坐标，以频率f所对应的幅值M为纵坐标；
(b)、在上述流动水频谱图中选择频率为f＝f0-v/k范围内的频谱进行分析，其中v为上述流动水的范围值，单位为m/s，f0为固定频率，单位为赫兹，k为＝(超声波在水中传播的速度)/(接收传感器频率*(cos θ1+cos θ2))，超声波在水中传播的速度的单位为为m/，接收传感器频率的单位为赫兹，得到流动水频谱截图。采用带通滤波方式过滤掉硬件引入的噪声，找到有效信号；
(c)、对上述频谱局部图中的所有点的频率进行加权平均，得到一个加权平均频率值；即f’＝(M1*f1+M2*f2+…+Mn*fn)/(M1+M2+…+Mn)，通过计算v＝(f’-f0)*k得到上述流速点(5)的一个流速；
(d)、重复上述步骤(a)-(c)，取在q倍的单位时间内1至q个流速，以所得到的上述各个流速的时间顺序对上述各个流速依次进行排列，q为5至13自然数中的奇数；
(e)、将上述各个流速按照数值的大小进行排序后，取其中间值即得到了上述各个流速的中间流速值，当上述各个流速在中间流速值*(1-s)至中间流速值*(1+s)的范围外，该流速被赋予为中间流速值；当上述各个流速在中间流速值*(1-s)至中间流速值*(1+s)的范围内，上述各个流速即为该点本身的流速，s的取值范围为0.1-0.8，对上述流速进行规范；
(f)、重复步骤(d)至(e)步骤，取在q倍的单位时间内2至q+1个流速，对2至q+1个流速进行规范；依此类推，得到在所测时间内的流速点的流速。
本发明的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其中：接收器(4)的接收频率与发射器的发射频率相同，f0＝接收器(4)的接收频率-混频信号频率，混频信号频率：是控制器自身产生的固定频率。
本发明的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其中：所述的单位时间为20毫秒。
本发明的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其中：所述的θ1为接收器(4)发射的超声波与水流夹角；θ2为发射器(3)发射的超声波与水流夹角。
本发明的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其中：所述的步骤(a)-(f)均是通过计算机来计算完成的。
本发明的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其中：所述的步骤(e)中s的取值范围为0.4-0.6。
本发明的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法基于超声多普勒原理，将接收信号和发送信号进行频谱分析，通过滤波方式提取接受信号中的有用信息，与发送信号的固定频率求差，得到频率偏移值，然后根据多普勒原理，进一步得到流速值，该方法可以在众多的干扰噪声中，准确地找到流速点的流速，最终得到稳定性好的流速值
附图说明
图1为用多普勒超声波流速仪在测量河流的水流速的俯向示意图；
图2为本发明的流动水频谱图；
图3为本发明的流动水频谱截图；
图4显示了本发明的频谱局部图，如图中的细线所画长方形内的部分；
图5为本发明多普勒超声波流速仪的各个部件之间的连接关系的示意图。
在图1和图5中，标号1为计算机；标号2为控制器；标号3为发射器；标号4为接收器，标号5为流速点；标号6为河流。
具体实施方式
如图5所示，本申请的多普勒超声流速仪包括：计算机1、控制器2、接收器4和发射器3，接收器4和发射器3分别与控制器2，计算机1与控制器2相连，如图1所示，图1直的箭头指示为河流6的流向，θ1为接收器4发射的超声波与水流夹角；θ2为发射器3发射的超声波与水流夹角，本发明是针对河流6的流速点5进行检测的。
本发明的一种用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，该方法它包括以下步骤：
(a)、用图1所示的多普勒超声波流速仪在单位时间为20-40毫秒内(例如在20毫秒)通过快速傅里叶变换fft计算得到流动水频谱图，如图2所示，在该流动水频谱图中，以频率f为横坐标，以频率f所对应的幅值M为纵坐标；
(b)、在上述流动水频谱图中选择频率为f＝f0-v/k范围内的频谱进行分析，其中v为上述流动水的范围值，单位为m/s，f0为固定频率，k＝(超声波在水中传播的速度)/(接收传感器频率*(cos θ1+cos θ2))，例如：超声波在水中传播的速度为1492m/s，图1中θ1和θ2为15°，接收传感器频率为5*106赫兹，f0＝接收器4的接收频率-混频信号频率，混频信号频率：是控制器2自身产生的固定频率，混频信号频率为4545450赫兹，f0＝454550赫兹，k＝1.544*10-1，v选自-5m/s至5m/s，通过计算得到f在4.2218*105赫兹至4.8692*105赫兹的内，将图2中频率在上述f的范围内截取，得到图3所示的流动水频谱截图。采用带通滤波方式过滤掉硬件引入的噪声，找到有效信号；
(c)、对上述频谱局部图中的所有点的频率进行加权平均，得到一个加权平均频率值；即f’＝(M1*f1+M2*f2+…+Mn*fn)/(M1+M2+…+Mn)，通过计算v＝(f’-f0)*k得到上述流速点5的一个流速v＝4.2m/s；
(d)、在下一个单位时间内，多普勒超声流速仪通过快速傅里叶变换fft计算得到流动水频谱图，重复上述步骤(a)-(c)，找到在这个单位时间内的上述流速点5的流速；重复上述步骤(a)-(c)，找到在q倍单位时间内的上述流速点5的流速；以所得到的上述流速点5的顺序对上述流速点5的流速进行依次排列，q为5至13自然数中的奇数，例如q为7，得到上述流速点分别为4.2；3.6；3.8；4.4；6.8；2.0；3.2；
(e)、将上述各个流速按照数值的大小进行排序后，取其中间值即得到了上述各个流速的中间流速值为3.8，当上述各个流速在中间流速值*(1-s)至中间流速值*(1+s)的范围外，该流速被赋予为中间流速值；当上述各个流速在中间流速值*(1-s)至中间流速值*(1+s)的范围内，上述各个流速即为该点本身的流速，s的取值范围为0.1-0.8，对上述各个流速进行规范，例如取s＝0.4，得到上述流速的范围在2.28至5.32之间；那么上述流速分别为4.2；3.6；3.8；4.4；3.8；3.8；3.2；其中第5和第6单位时间内的流速被赋予为中间流速值；
(f)、重复步骤(d)至(e)步骤，取在q倍的单位时间内2至q+1个流速，对2至q+1个流速进行规范；第8个单位时间流速点5的流速为3.0；例如取2至8个时间段内的流速为：3.6；3.8；4.4；6.8；2.0；3.2；3.0，得到中间流速值为3.6，例如取s＝0.4，得到上述流速点的范围在2.16至5.04之间；那么上述时间段流速点5的流速分别为4.2；3.6；3.8；4.4；3.6；3.6；3.2；3.0，其中第5和第6单位时间内的流速被再次赋予为在这个比较时间段的中间流速值；依此类推，对所有时间段流速点5的流速进行规范，得到在所测时间内的流速点的流速。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，多普勒超声流速仪包括：计算机(1)、控制器(2)、接收器(4)和发射器(3)，接收器(4)和发射器(3)分别与控制器(2)，计算机(1)与控制器(2)相连，该方法它包括以下步骤：
(a)、用多普勒超声波流速仪在单位时间为20-40毫秒内通过快速傅里叶变换fft计算得到流动水频谱图，在该流动水频谱图中，以频率f为横坐标，以频率f所对应的幅值M为纵坐标；
(b)、在上述流动水频谱图中选择频率为f＝f0-v/k范围内的频谱进行分析，其中v为上述流动水的范围值，单位为m/s，f0为固定频率，单位为赫兹，k为＝(超声波在水中传播的速度)/(接收传感器频率*(cosθ1+cosθ2))，超声波在水中传播的速度的单位为为m/，接收传感器频率的单位为赫兹，得到流动水频谱截图。采用带通滤波方式过滤掉硬件引入的噪声，找到有效信号；
(c)、对上述频谱局部图中的所有点的频率进行加权平均，得到一个加权平均频率值；即f’＝(M1*f1+M2*f2+…+Mn*fn)/(M1+M2+…+Mn)，通过计算v＝(f’-f0)*k得到上述流速点(5)的一个流速；
(d)、重复上述步骤(a)-(c)，取在q倍的单位时间内1至q个流速，以所得到的上述各个流速的时间顺序对上述各个流速依次进行排列，q为5至13自然数中的奇数；
(e)、将上述各个流速按照数值的大小进行排序后，取其中间值即得到了上述各个流速的中间流速值，当上述各个流速在中间流速值*(1-s)至中间流速值*(1+s)的范围外，该流速被赋予为中间流速值；当上述各个流速在中间流速值*(1-s)至中间流速值*(1+s)的范围内，上述各个流速即为该点本身的流速，s的取值范围为0.1-0.8，对上述流速进行规范；
(f)、重复步骤(d)至(e)步骤，取在q倍的单位时间内2至q+1个流速，对2至q+1个流速进行规范；依此类推，得到在所测时间内的流速点的流速。
2.如权利要求1所述的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其特征在于：接收器(4)的接收频率与发射器(3)的发射频率相同，f0＝接收器(4)的接收频率-混频信号频率，混频信号频率：是控制器(2)自身产生的固定频率。
3.如权利要求1所述的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其特征在于：所述的单位时间为20毫秒。
4.如权利要求1所述的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其特征在于：所述的θ1为接收器(4)发射的超声波与水流夹角；θ2为发射器(3)发射的超声波与水流夹角。
5.如权利要求1所述的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其特征在于：所述的步骤(a)-(f)均是通过计算机来计算完成的。
6.如权利要求1所述的用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法，其特征在于：所述的步骤(e)中s的取值范围为0.4-0.6。
CN201510472640.7A 2015-08-05 2015-08-05 用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法 Active CN106290977B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510472640.7A CN106290977B (zh) 2015-08-05 2015-08-05 用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510472640.7A CN106290977B (zh) 2015-08-05 2015-08-05 用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106290977A true CN106290977A (zh) 2017-01-04
CN106290977B CN106290977B (zh) 2020-01-10

Family

ID=57650339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510472640.7A Active CN106290977B (zh) 2015-08-05 2015-08-05 用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106290977B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109632025A (zh) * 2019-01-18 2019-04-16 泰华智慧产业集团股份有限公司 针对声学多普勒流量计的流速的数据处理方法
CN110763869A (zh) * 2019-10-12 2020-02-07 天健创新（北京）监测仪表股份有限公司 多普勒流速仪数据处理方法、系统、介质及计算机设备
CN111566456A (zh) * 2018-01-23 2020-08-21 京瓷株式会社 流体测定装置、流体测定方法以及程序
CN113806946A (zh) * 2021-09-22 2021-12-17 北京美科华仪科技有限公司 依据标准流速分布图修正垂线流速的方法
CN114384272A (zh) * 2022-01-21 2022-04-22 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种变压器油流测速方法与装置
CN114740220A (zh) * 2022-04-08 2022-07-12 武汉新烽光电股份有限公司 一种基于超声波多普勒测量线流速的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000019192A (ja) * 1998-07-06 2000-01-21 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency 航走体放射雑音からのドップラ周波数検出による航走体速度検出装置及びその方法
US20070293759A1 (en) * 2004-09-03 2007-12-20 Nephros, Inc. Doppler Flow Measurement Apparatus
CN103728464A (zh) * 2014-01-02 2014-04-16 方世良 一种用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法
CN104677437A (zh) * 2015-02-12 2015-06-03 延安大学 一种超声波液相流量精确化测量方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000019192A (ja) * 1998-07-06 2000-01-21 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency 航走体放射雑音からのドップラ周波数検出による航走体速度検出装置及びその方法
US20070293759A1 (en) * 2004-09-03 2007-12-20 Nephros, Inc. Doppler Flow Measurement Apparatus
CN103728464A (zh) * 2014-01-02 2014-04-16 方世良 一种用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法
CN104677437A (zh) * 2015-02-12 2015-06-03 延安大学 一种超声波液相流量精确化测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOXIAO DONG等: "Oil-water two-phase flow velocity measurement with continuous wave ultrasound Doppler", 《CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE》 *
赵琨: "USB接口超声多普勒血流仪PC外置盒", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111566456A (zh) * 2018-01-23 2020-08-21 京瓷株式会社 流体测定装置、流体测定方法以及程序
CN109632025A (zh) * 2019-01-18 2019-04-16 泰华智慧产业集团股份有限公司 针对声学多普勒流量计的流速的数据处理方法
CN109632025B (zh) * 2019-01-18 2020-05-12 泰华智慧产业集团股份有限公司 针对声学多普勒流量计的流速的数据处理方法
CN110763869A (zh) * 2019-10-12 2020-02-07 天健创新（北京）监测仪表股份有限公司 多普勒流速仪数据处理方法、系统、介质及计算机设备
CN110763869B (zh) * 2019-10-12 2021-09-28 天健创新（北京）监测仪表股份有限公司 多普勒流速仪数据处理方法、系统、介质及计算机设备
CN113806946A (zh) * 2021-09-22 2021-12-17 北京美科华仪科技有限公司 依据标准流速分布图修正垂线流速的方法
CN113806946B (zh) * 2021-09-22 2023-06-30 北京美科华仪科技有限公司 依据标准流速分布图修正垂线流速的方法
CN114384272A (zh) * 2022-01-21 2022-04-22 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种变压器油流测速方法与装置
CN114384272B (zh) * 2022-01-21 2023-05-23 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种变压器油流测速方法与装置
CN114740220A (zh) * 2022-04-08 2022-07-12 武汉新烽光电股份有限公司 一种基于超声波多普勒测量线流速的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106290977B (zh) 2020-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106290977A (zh) 用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法
US6067861A (en) Method and apparatus for ultrasonic doppler velocimetry using speed of sound and reflection mode pulsed wideband doppler
US4162630A (en) Measurement and reconstruction of three-dimensional fluid flow
EP2366097B1 (en) Ultrasonic flow meter and method of measuring a flow rate
CN108490068A (zh) 超声平面波扫描式多相流可视化测量装置
RU2010127782A (ru) Устройство и способ контроля трубопровода с использованием ультразвуковых волн двух разных типов
Carcreff et al. A linear model approach for ultrasonic inverse problems with attenuation and dispersion
CN104777328A (zh) 一种可听声测量气体流速的系统及测量方法
CN100405022C (zh) 超声波流速分布计及流量计、超声波流速分布及流量测定方法
CN114994175B (zh) 模态分解双谱分析的空耦超声应力检测装置及方法
CN107102166A (zh) 超声多普勒多相流流速分布检测设备
CN102288235A (zh) 一种双道混合型超声波流量计及测量方法
CN100504311C (zh) 使用超声波传感器阵列确定管道内的流体速度的设备和方法
CN107389974B (zh) 气液弹状流结构流速声电双模态测量方法
CN107860822B (zh) 一种混合质量超声在线非侵入式检测方法
US6262942B1 (en) Turbulence-resolving coherent acoustic sediment flux probe device and method for using
CN109188016B (zh) 油气水三相流分相流速声电双模态测量方法
CN107632167B (zh) 基于超声脉冲多普勒与电学多传感器的两相流流速测量方法
CN114740220B (zh) 一种基于超声波多普勒测量线流速的方法
Bastos et al. Spectrum of Doppler ultrasound signals from nonstationary blood flow
Ameran et al. Multiphase flow velocity measurement of chemical processes using electrical tomography: A review
CN105300654B (zh) 一种低速风洞内的超声精确测距系统
KR101826917B1 (ko) 다중 채널 초음파를 이용한 장거리 배관 진단 방법
CN107907591A (zh) 多组分固液两相混合物组分浓度的超声检测系统和方法
CN103197320B (zh) 船在纵摇情况下利用海底回波理论测量船速的方法

Legal Events

Date Code Title Description
DD01 Delivery of document by public notice

Addressee: Nanjing Hydraulic Research Institute, Ministry of Water Resources & Ministry of Transport & National

Document name: Notification to Make Rectification

C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant