CN106932037B - 一种时差式超声波流量计接收信号波峰序列位置判定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种时差式超声波流量计接收信号波峰序列位置判定方法。静态时，通过峰值保持电路从小到大至最大波峰，依次采样接收信号的静态波峰幅值，通过静态波峰峰值计算出接收信号波峰归属区域，动态时，从接收信号首次达到阈值电压时起，通过峰值保持电路从小到大至最大波峰，依次采样接收信号的动态波峰峰值，通过动态波峰峰值计算出接收信号波峰序列位置判定标识，结合接收信号波峰序列位置判定标识与接收信号波峰归属区域，判断接收信号波峰序列位置。本发明获得首次达到阈值电压的波峰在接收信号中的序列位置，根据该序列位置信息，判断超声波传播时间值的正确性，避免将错误的时间数据用于流量计算，确保时差式超声波流量计的测量准确性。

Description

一种时差式超声波流量计接收信号波峰序列位置判定方法
技术领域
本发明涉及时差式超声波流量计，尤其是涉及一种时差式超声波流量计接收信号波峰序列位置判定方法。
背景技术
随着超声领域研究的不断深入与微电子技术的飞速发展，超声波流量计以其无压损、宽量程、高精度等优异性能和卓越表现在流量计量领域得以广泛应用，其中，时差式超声波流量计以其原理易于实现而得到了最为广泛的应用。
时差式超声波流量计通过测量超声波信号沿同一路径的顺逆流传播时间差来计算流体流量。在时差式超声波流量计测量技术中，超声波传播时间值的正确性是保障计量精度的一个重要因素。超声波传播时间值指的是超声波信号从一个传感器出发，经过管道内传输，被另一个传感器接收这一过程所需要的时间值。
目前市场上存在的时差式超声波流量计的主流计时方法是采用专用计时芯片进行超声波传播时间值测量，在激发传感器的同时计时芯片开始计时，随后微处理器输出一个阈值电压，当接收信号首次达到阈值电压时产生一个脉冲信号，计时芯片将该脉冲信号之后的第一个超声波接收信号过零点时间值作为超声波的传播时间值。
由此可知，在该计时方法中，接收信号首次达到阈值电压的位置对超声波传播时间值的测量至关重要。通过对首次达到阈值电压的波峰在接收信号中的序列位置判断，可以辅助判断得到的超声波传播时间值是否正确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种时差式超声波流量计接收信号波峰序列位置判定方法，通过对静态下和动态下采样获得的接收信号波峰幅值的分析与计算，确定首次大于阈值电压的波峰在接收信号中的序列位置，以此判断测量得到的超声波传播时间值的正确性。
为达到上述目的，本发明采样的技术方案如下：
静态时，通过峰值保持电路从小到大直至最大波峰，依次采样接收信号的静态波峰幅值，通过静态波峰峰值计算出接收信号波峰归属区域，动态时，从接收信号首次达到阈值电压时起，通过峰值保持电路从小到大直至最大波峰，依次采样接收信号的动态波峰峰值，通过动态波峰峰值计算出接收信号波峰序列位置判定标识，结合接收信号波峰序列位置判定标识与接收信号波峰归属区域，判断接收信号波峰序列位置。
所述接收信号波峰序列位置判定标识L是指由正数第m个动态波峰峰值DAm与倒数第n个动态波峰峰值DA’n，要求：m与n之和小于等于动态时获得的波峰幅值总数，通过函数f计算获得的值，即L＝f(DAm，DA’n)。
所述接收信号波峰归属区域是指由第i个静态波峰峰值QAi，i为1、2、…、j-1,与倒数第n个静态波峰峰值QA’n，通过函数f计算获得的值来确定j-1个数值范围。
本发明具有的有益效果是：
本发明可以获得的首次达到阈值电压的波峰在接收信号中的序列位置，根据该序列位置信息，可以判断超声波传播时间值的正确性，避免将错误的时间数据用于流量计算，确保时差式超声波流量计的测量准确性。
附图说明
图1是本发明测量超声波接收信号波峰序列位置的原理框图。
MCU：微处理器，PHC：峰值保持电路，CP1：比较器1，RSFF：RS触发器，US：超声波接收信号，ADC：MCU的模拟信号转数字信号模块，DAC：MCU的数字信号转模拟信号模块，EN-STOP：允许停止计时信号。
图2是本发明在激发脉冲为7个脉冲情况下的静态工作过程时序图。
图3是本发明在激发脉冲为7个脉冲且动态超声波接收信号中第三个波首次达到阈值电压情况下的动态工作过程时序图。
S1-t表示动态超声波接收信号、峰值保持电路输出信号、阈值电压信号与时间的关系，S2-t表示EN-STOP信号与时间的关系，t1表示EN-STOP信号出现的时间点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
静态时，通过峰值保持电路从小到大直至最大波峰，依次采样接收信号的静态波峰幅值，通过静态波峰峰值计算出接收信号波峰归属区域，动态时，从接收信号首次达到阈值电压时起，通过峰值保持电路从小到大直至最大波峰，依次采样接收信号的动态波峰峰值，通过动态波峰峰值计算出接收信号波峰序列位置判定标识，结合接收信号波峰序列位置判定标识与接收信号波峰归属区域，判断接收信号波峰序列位置。
所述接收信号波峰序列位置判定标识L是指由正数第m个动态波峰峰值DAm与倒数第n个动态波峰峰值DA’n，要求：m与n之和小于等于动态时获得的波峰幅值总数，通过函数f计算获得的值，即L＝f(DAm，DA’n)。
所述接收信号波峰归属区域是指由第i个，i为1、2、…、j-1，静态波峰峰值QAi与倒数第n个静态波峰峰值QA’n，通过函数f计算获得的值来确定j-1个数值范围。
所述的峰值保持电路可以实现对输入信号最大值的跟随，具体指的是当输入信号上升时该电路输出能够与输入信号同时上升，并时刻保持与输入信号的幅值相同，当输入信号下降时，该电路能够保持输入信号下降前出现过的最大幅值。
如图1、图2、图3所示，本实施例以七个脉冲激发超声波传感器进行说明。
静态时，US(超声波接收信号)经过PHC(峰值保持电路)后形成如图2所示的峰值保持电路输出信号，MCU(微处理器)通过ADC(MCU的模拟信号转数字信号模块)进行采样，从小到大直至最大依次获取静态超声波接收信号的各个波峰幅值，由第i个(1、2、…、j-1)静态波峰峰值QAm与倒数第n个静态波峰峰值QA’n，通过函数f计算获得的值来确定j-1个数值范围，记作波峰归属区域。
动态时，动态超声波接收信号到达之前，MCU通过DAC(MCU的数字信号转模拟信号模块)输出如图3中所示的阈值电压信号。动态超声波接收信号达到之后，动态超声波接收信号经过PHC(峰值保持电路)后形成如图3所示的峰值保持电路输出信号。动态超声波接收信号与阈值电压信号进行比较，CP1(比较器1)产生一个正脉冲信号，经过RSFF(RS触发器)后形成如图3中t1时刻所示的EN-STOP(允许停止计时信号)。MCU接收到EN-STOP信号之后通过ADC对峰值保持电路输出信号进行采样，从小到大直至最大依次获取动态超声波接收信号的各个波峰幅值，由正数第m个动态波峰峰值DAm与倒数第n个动态波峰峰值DA’n，要求：m与n之和小于等于动态时获得的波峰幅值总数，通过函数f计算获得接收信号波峰序列位置判定标识，即L＝f(DAm，DA’n)。
所述EN-STOP是指接收信号首次达到阈值电压时由比较器输出并经RS触发器保持的一个0V到3V的正脉冲信号。
结合接收信号波峰序列位置判定标识与接收信号波峰归属区域，便可以判断接收信号波峰序列位置。
实施例：
要求：(1)连续7个脉冲信号激励超声波传感器；(2)采用超声波接收信号的第四个正向过零点作为超声波接收信号传播时间值；(3)计算波峰序列位置判定标识时，将所获得的正数第一个动态波峰幅值与倒数第一个动态波峰幅值用以计算；(4)所述的函数f(DAm，DA’n)定义为f＝DAm/DA’n。
首先，获取静态下的七个静态波峰幅值，如表1第二列所示。根据所述的函数f，从小到大依次与最大静态波峰幅值相除，可以得到七个比例系数bilii，i＝1、2、…、7，如表1第三列所示。根据得到的七个比例系数，确定波峰归属区域，确定波峰归属区域时采用如下方法：第1个波峰归属范围为[(3*bili1-bili2)/2，(bili1+bili2)/2)，第i个(i＝2,3,4,5,6)波峰归属范围为[(bili(i-1)+bilii)/2，(bilii+bili(i+1))/2)，第七个波峰归属范围为[(bili6+bili7)/2，1]，如表1第四列所示。
动态时可以分为两种情况分析，第一种情况，动态下获得的动态波峰幅值如表2所示，正数第一个动态波峰幅值与倒数第一个波峰幅值相除得到波峰序列位置判定标识为0.4341，可以知道该值在[0.36115，0.50095)范围内，因此，可以判定此时首次达到阈值电压的是超声波接收信号中的第三个波，即此时所获得的超声波传播时间值是超声波信号中第四个正向过零点时间值，与要求相符，则此次测量所获得的时间值可以用以计算流量值。第二种情况，动态下获得的动态波峰幅值如表3所示，正数第一个动态波峰幅值与倒数第一个波峰幅值相除得到波峰序列位置判定标识为0.5718，可以知道该值在[0.50095，0.64265)范围内，因此，可以判定此时首次达到阈值电压的是超声波接收信号中的第四个波，即此时所获得的超声波传播时间值是超声波信号中第五个正向过零点时间值，与要求不相符，则此次测量所获得的时间值不可以用以计算流量值。
表1
表2
表3
第i个动态波峰幅值 静态波峰幅值(mV) 波峰序列位置判定标识
1 601 601/1051≈0.5718
2 752
3 909
4 1051

Claims (3)

1.一种时差式超声波流量计接收信号波峰序列位置判定方法，其特征在于：静态时，通过峰值保持电路从小到大直至最大波峰，依次采样接收信号的静态波峰幅值，通过静态波峰峰值计算出接收信号波峰归属区域，动态时，从接收信号首次达到阈值电压时起，通过峰值保持电路从小到大直至最大波峰，依次采样接收信号的动态波峰峰值，通过动态波峰峰值计算出接收信号波峰序列位置判定标识，结合接收信号波峰序列位置判定标识与接收信号波峰归属区域，判断接收信号波峰序列位置。
2.根据权利要求1所述的一种时差式超声波流量计接收信号波峰序列位置判定方法，其特征在于：所述接收信号波峰序列位置判定标识L是指由正数第m个动态波峰峰值DAm与倒数第n个动态波峰峰值DA’n，要求：m与n之和小于等于动态时获得的波峰幅值总数，通过函数f计算获得的值，即L＝f(DAm，DA’n)。
3.根据权利要求1所述的一种时差式超声波流量计接收信号波峰序列位置判定方法，其特征在于：所述接收信号波峰归属区域是指由第i个静态波峰峰值QAi，i为1、2、…、j-1，与倒数第n个静态波峰峰值QA’n，通过函数f计算获得的值来确定j-1个数值范围。
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基于使能窗技术的时差式超声波流量计;刘季霖等;《仪器仪表学报》;20090630;第30卷(第6期);第317-318页

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