CN107677395A - 大口径流量检定系统及检定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径流量检定系统及检定方法，包括：摄像模块，摄像模块通过拍摄被检表的显示屏，获得被检表累积显示值的视频数据；视频采集模块，其连接于摄像模块，获取被检表累积显示值的视频数据，并将其转换为数字信号；数据处理模块，数据处理模块一面与摄像模块连接，获取被检表累积显示值的视频数据，另一面与视频采集模块连接，对数字信号进行处理，获得被检表在检测期间的流量。应用本发明提供的大口径流量检定系统，可以在不改变原有系统的基础上，单加一个小型的数据采集系统，对原系统无干扰，因此节约了大型流量装置技术改造所花费的成本，并且准确度很高，完全可以满足实际应用的需要。

Description

大口径流量检定系统及检定方法

技术领域

本发明属于计量领域，更具体地，涉及一种大口径流量检定系统及检定方法。

背景技术

大口径流量检定系统主要应用于大口径热能表的流量检定装置，大口径热能表流量检定装置同大口径水流量装置相似，按照检验方法分类，可分为三类：启停法检定装置、换向器法检定装置和标准表法检定装置。

从流量检测的角度而言，流量装置都可以叫做“启停法”装置，区别在于检测开始点和结束点的水是否在流动。一般启停法流量装置检测流量时，实验的起始和终止点是靠阀门开启和关闭状态作为实验节点，在试验开始前和试验结束后，水处于静止状态；但是，由于大口径装置其流量较大，如果采用此形式，在关闭阀门时，水流对阀门产生冲击力较大，同时产生的震动对装置的牢固程度产生影响，因此大口径流量装置一般不采用启停法，常常采用换向器法或者标准表法。

换向器法是一种依靠换向器装置改变水流方向方式进行流量检测的方法，其实验节点是以换向器将水流换入标准器和换出标准器的时刻作为依据。此方法，无论试验前后还是试验过程中，水始终保持流动状态，因此，也可以称为动态检测方法。

标准表法是一种直接比较法，它是在实验过程中直接比较被检定的大口径热能表和标准流量计之间的累积体积相对误差是否符合要求的方法。此方法，无论试验前后还是试验过程中，水也是保持流动状态。因此，标准表法也是一种动态检测方法，但是采用标准表法装置进行检定时，无法在较短时间内同时采集多表位数据。

动态检测方法检测流量计时，由于流量计可以输出电流、脉冲信号，因此通过电信号情况，可以判定流量计是否符合要求，而大口径热能表是从大口径水表演变而来，其多数不具备输出电信号功能，或者输出的电信号所代表的累积体积分辨率较低，不适用于流量检测时短时间内得出结论，因此产生无法检验的情况。因此，有必要提供一种大口径流量检定系统。

发明内容

本发明的目的是在不改变原有系统的基础上，单加一个小型的数据采集系统，对原系统无干扰，提高经济效益。

根据本发明的一方面，提出了一种大口径流量检定系统，该系统包括：摄像模块，所述摄像模块通过拍摄被检表的显示屏，获得被检表累积显示值的视频数据；视频采集模块，其连接于摄像模块，获取所述被检表累积显示值的视频数据，并将其转换为数字信号；数据处理模块，所述数据处理模块一面与所述摄像模块连接，获取被检表累积显示值的视频数据，另一面与所述视频采集模块连接，对所述数字信号进行处理，获得被检表在检测期间的流量。

优选地，所述视频采集模块通过AV传输线连接于所述摄像模块。

优选地，所述数据处理模块通过USB延长线分别与所述摄像模块和所述视频采集模块连接。

优选地，所述被检表包括：大口径水表、大口径热能表和准确度不高于1％的流量计。

优选地，所述大口径热能表通过超声波时差法测定流量，最短在0.5秒进行一次显示数值刷新。

优选地，所述摄像模块包括至少一个摄像头，所述摄像头的帧频不少于30fps。

优选地，一个所述摄像头同时检测1—6个所述被检表。

根据本发明的另一方面，提出了一种大口径流量检定方法，该方法包括如下步骤：1)打开所述大口径流量检定系统，调整遮光罩和所述摄像头的位置及焦距，使得所述被检表的液晶显示屏的显示数字清晰可见，并检测软件界面监控点的状态；2)检测到被检表一次刷屏后，开始检测，此时所述大口径流量检定系统检测到所述软件界面监控点的状态发生变化，激活摄像头进行照片拍摄，并存储为第一照片；3)检测结束后，重复步骤2)的工作，将所述摄像头在检测结束时拍摄的照片存储为第二照片；4)所述视频采集模块将所述第一照片和所述第二照片的累积显示值的视频数据转换为数字信号，计算所述被检表在检测期间的流量，利用标准表在检测期间的流量，计算所述被检表的相对误差。

优选地，获取所述标准表的数值包括如下步骤：通过VFW技术瞬时捕获所述标准表的数字视频，并保存在文件中；读取数字视频，手动输入所述标准器的数值。

优选地，所述软件界面监控点的状态变化包括：模拟指示灯的颜色变化或鼠标点击事件。

本发明的有益效果在于：

1)经济优势：大口径流量装置是一种较为昂贵和复杂的系统，装置的硬件人员和软件人员并不相关联，检测软件多数根据硬件情况拼装而成。一旦出现升级改造情况，开发公司很有可能因技术人员变动，或者购买的相关硬件产品停销而无法实现升级改造，因此必须更换新系统，其费用将过于昂贵。大口径流量检定系统在不改变原有系统的基础上，单加一个小型的数据采集系统，对原系统无干扰，因此产生的经济费用较小；

2)准确度高：本发明提出的大口径流量检定系统，目前测试结果，单台数据采集，在100秒的检测时间条件下，其标准不确定度不超过0.11％；三台数据采集的不确定度不超过为0.15％，拍摄延迟时间最大不超过0.5秒；

3)拓展能力强:通过图像识别技术，将屏幕上标准器数值识别，从而形成新的检测系统，原系统只作为硬件控制使用，这样可以添加任何新的功能，且能跨平台使用。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的大口径流量检定系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明的大口径流量检定方法的流程图。

图3示出了根据本发明的一个实施例的检测系统软件界面。

图4示出了根据本发明的一个实施例的流量数据采集系统动态测量法的取值界面。

图5示出了根据本发明的一个实施例的摄像头抓拍的机械式水表图。

图6示出了根据本发明的一个实施例的检测过程中摄像抓拍的超声波式仪表图。

附图标记说明

1、摄像模块；2、视频采集模块；3、数据处理模块。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例1

图1示出了根据本发明的大口径流量检定系统的结构示意图。

如图1所示，本实施例提供了一种大口径流量检定系统，该系统包括：摄像模块1，摄像模块1通过拍摄被检表的显示屏，获得被检表累积显示值的视频数据；视频采集模块2，其连接于摄像模块1，将被检表累积显示值的视频数据转换为数字信号；数据处理模块3，其连接于视频采集模块2，对数字信号进行处理，获得被检表在检测期间的流量。

其中，大口径流量检定系统的硬件部分包括：至少1个摄像头、50米连接线、视频卡和带有2个USB接口的电脑，电脑本身无摄像头；系统的编程软件为Visual Basic 6.0，适用于WindowsXP及以上系统，目前软件可以进行距离50米的视频传输。

大口径流量检定系统的摄像模块1一般采用家用摄像头，其摄像分辨率按照640×480设计，使用较为广泛，市场也较为容易购买；视频采集模块2的硬件为视频卡，又称视频采集卡或者视频捕捉卡，可以将摄像头获得的被检表累积显示值的视频数据转换为数字信号。

采用天敏视频卡US2000作为辅助设备，进行数据采集扩展，该视频卡属于便携式USB视频采集卡，USB为2.0接口，接口宽带480MB/S，带有2路AV视频输入。其能够支持VB、VC++、Dephi、DirectShow、OpenCV、Labview等软件开发。

本领域技术人员应当理解，视频卡也可以采用PCI接口形式，产品厂家不仅限天敏公司；所采用的摄像头只要有摄像功能，且帧频超过30帧，图像传输速率高于100MB/s的产品即可。

本发明在不改变原有系统的基础上，单加一个小型的数据采集系统，对原系统无干扰，提高经济效益。

作为优选方案，数据处理模块3通过USB延长线分别与摄像模块1和视频采集模块2连接。

具体地，视频卡通过USB连接线连接于电脑，视频卡将被检表累积显示值的视频数据转换成电脑可辨别的数字信号，然后通过USB连接线将数字信号传送至电脑，用作后续的处理。

作为优选方案，被检表包括：大口径水表、大口径热能表和准确度不高于1％的流量计。

具体地，这些被检表检测的都是大型流量装置，要求标准不确定度(意义相当于准确度)不能超过0.2％，而不确定度多数是经过长时间的调试、测试得到的，如果对这些大型流量装置进行技术改造的话，势必将改变现有硬件和软件，可能将重新进行测试和调试；而开发公司对流量装置的评定方式知之甚少，经常出现“不知道还要检测这个”的问题，常常在装置改造后使得参数不达标。因此，在本发明中，我们考虑在不改变原有系统的基础上，通过单加一个小型的大口径流量检定系统，对被检表进行检定。

大口径热能表检定装置检测流量时，对于被检表未带有流量输出信号时，只能采用启停法进行检测，从而造成装置的损伤巨大；对于带有脉冲输出信号，且采用标准表法装置进行检定时，无法在较短时间内同时采集多表位数据。

流量检定系统是否对被检表进行检测，归根到底依赖于被检表的条件。流量检测的主要结论是示值相对误差，也就是被检表能否正确的显示出在一定时间内，某一个恒定流量下的累积体积値。这就要求被检流量产品必须存在显示功能，即：累积体积。因此如果在检定开始和检定结束时能够采集到被检表的累积显示值，就能实现对被检表的检测。

作为优选方案，大口径热能表通过超声波时差法测定流量，最短在0.5秒进行一次显示数值刷新。

具体地，一般大口径热能表，其流量工作原理采用超声波时差法，属于电子式流量仪表，最短在0.5秒进行一次显示数值的刷新，将0.5秒内的体积进行计算，累加并显示在液晶屏上。

作为优选方案，摄像模块1包括至少一个摄像头，摄像头的帧频不少于30fps。

具体地，摄像头的众多参数中，其中一个参数为“帧频”，不同的显示分辨率，其帧频值也不同，对于常规640×480的分辨率，其帧频为25帧或者30帧，也就是1秒刷新30次，因此，其刷新频率高于大口径热能表的显示刷新频率，因此在较短时间内可以准确截取被检表的显示画面。

摄像头的选取要求如下：1)图像格式为BMP或者JPG形式；2)输出方式为USB传输或者AV线传输；3)图像传输信号为YUV/RGB/MJPG(仅适用于单台位)；4)彩色制式为PAL或者NTSC；5)摄像头传感器wei CMOS或者CCD；6)摄像头分辨率为3640×480；7)帧频最少为30帧。

作为优选方案，视频采集模块2通过AV传输线连接于摄像模块1，其中，AV传输线为75-3铜芯铜网同轴线。

作为优选方案，一个摄像头同时检测1—6个被检表。

采用标准表法装置进行检定时，无法在较短时间内同时采集多表位数据，而利用本发明提出的大口径流量检定系统，其利用一个摄像头最多可同时对6个被检表进行检测，即该系统的单表位可加装表的数量最大可以达到6台；另外，该检定系统可以形成单摄像头多表位系统或者多摄像头多表位系统，并拓展在水、气、油等装置上使用，随着人工智能以及计算机视觉的发展，引入图像识别技术，大大提高了对被检表的检定效率。

实施例2

图2示出了根据本发明的大口径流量检定方法的流程图。

如图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种大口径流量检定方法，该方法包括如下步骤：1)打开大口径流量检定系统，调整遮光罩和摄像头的位置及焦距，使得被检表的液晶显示屏的显示数字清晰可见，并检测软件界面监控点的状态；2)检测到被检表一次刷屏后，开始检测，此时大口径流量检定系统检测到软件界面监控点的状态发生变化，激活摄像头进行照片拍摄，并存储为第一照片；3)检测结束后，重复步骤2)的工作，将摄像头在检测结束时拍摄的照片存储为第二照片；4)视频采集模块将第一照片和第二照片的累积显示值的视频数据转换为数字信号，计算被检表在检测期间的流量，利用标准表在检测期间的流量，计算被检表的相对误差。

作为优选方案，软件界面监控点的状态变化包括：模拟指示灯的颜色变化或鼠标点击事件。

作为优选方案，获取标准表的数值包括如下步骤：通过VFW技术瞬时捕获标准表的数字视频，并保存在文件中；读取数字视频，手动输入所述标准器的数值。

该大口径流量检定系统的开发工具为Microsoft Visual Studio Basic(简称VB)，VB是Windows应用程序开发工具，虽然它是较老的面向对象的开发工具，但VB提供了大量的控件以及Windows系统的编程接口Windows API，这为实现各种功能Windows应用程序带来便利，减少了编程人员的工作量，也简化程序设计过程，从而有效的提高了应用程序的运行效率和可靠性，软件大小仅720kB，并具有良好的兼容性，可以在Win7、Win8、Win10不同版本的Windows系统下运行。

VB在WindowsXP或WIN7系统下开发图像采集功能，主要使用VFW技术。VFW是微软提供的数字视频软件包，它能使应用程序通过数字化设备从传统的模拟视频源到数字化的数字剪辑，其一个关键思想是播放时不需要专用硬件。

VFW主要由6个功能模块组成，本发明主要采用的是AVICAP.dll模块，该模块包含执行视频捕获的函数，为AVI文件的I/O处理和视频、音频设备驱动程序提供一个高级接口。

AVICAP的窗口类在捕获视频方面具有一定的优势，该类能直接访问视频区，而不需要生成中间文件，因而实时性很强，效率也较高，另外，它还可以将数字视频捕获到一个文件中。但AVICAP的窗口类对摄像头的调用有一定要求，即摄像时的分辨率640×480，摄像头的图像格式为YUV、YUYV、RGB等格式。

软件可以将标准器的开始质量值与结束质量值通过屏幕图像识别直接读取出来，屏幕监测采用Windows API的GetDC和GetPixel函数。

应用示例

本应用示例提供了一种大口径流量检定系统，该系统包括：摄像模块，摄像模块通过拍摄被检表的显示屏，获得被检表累积显示值的视频数据；视频采集模块，其连接于摄像模块，将被检表累积显示值的视频数据转换为数字信号；数据处理模块，其连接于视频采集模块，对数字信号进行处理，获得被检表在检测期间的流量；其中，视频采集模块通过AV传输线连接于摄像模块；数据处理模块通过USB延长线分别与摄像模块和视频采集模块连接；摄像模块包括至少一个摄像头，摄像头的帧频不少于30fps；一个摄像头可同时检测1—6个被检表。

被检表包括：大口径水表、大口径热能表和准确度不高于1％的流量计，其中，大口径热能表通过超声波时差法测定流量，最短在0.5秒进行一次显示数值刷新。

大口径流量检定系统对被检表的检测包括如下步骤：1)打开大口径流量检定系统，调整遮光罩和所述摄像头的位置及焦距，使得被检表的液晶显示屏的显示数字清晰可见，并检测软件界面监控点的状态，其中，监控点的状态变化包括模拟指示灯的颜色变化或鼠标点击事件；2)检测到被检表一次刷屏后，开始检测，此时大口径流量检定系统检测监控点的状态发生变化，激活摄像头进行照片拍摄，并存储为第一照片；3)检测结束后，重复步骤2)的工作，将摄像头在检测结束时拍摄的照片存储为第二照片；4)视频采集卡通过模式识别，将第一照片和第二照片的累积显示值的视频数据转换为数字信号，计算被检表在检测期间的流量，通过屏幕图像识别直接读取标准表的数值，进而计算被检表的误差。

图3示出了根据本发明的一个实施例的检测系统软件界面。图4示出了根据本发明的一个实施例的流量数据采集系统动态测量法的取值界面。图5示出了根据本发明的一个实施例的摄像头抓拍的机械式水表图。图6示出了根据本发明的一个实施例的检测过程中摄像抓拍的超声波式仪表图。

本应用示例在北京计量检测科学研究院水表实验室中进行，水表综合实验台是一台换向器质量法流量检测装置，主要检测DN50mm以下水表和热量表的部分型式评价实验，装置通过机械按钮进行换向器的换入换出操作，同时检测系统的软件在“换向”上的量器或者水箱的模拟提示灯的颜色会随之改变颜色。

图3是检测系统软件界面，图4是流量数据采集系统动态测量法的取值界面，此软件可以将标准器的开始质量值与结束质量值通过屏幕图像识别直接读取出来，形成检测系统。图5是摄像头抓拍的机械式水表图，获得的远传冷水水表的试验记录如表1所示。

表1

其中，表1中标准体积是由大口径流量检定系统的标准表获得的检测期间的水体体积，而体积值则是被检表在检测期间水体体积。

检测开始时，换向器换入到量器内，量器模拟灯呈现绿色，水箱为红色，此时大口径流量检定系统，捕捉摄像头画面，且提示信息为开始值；检测结束时，换向器换出量器，换入至水箱，量器为红色，水箱为绿色，此时大口径流量检定系统捕捉画面，且提示信息为结束值。

被检表测得的体积值V_示值表示为：

V_示值＝V_结束-V_开始 (1)

其中，V_结束为检测结束时的被检表示数，V_开始为检测结束时的被检表示数。

示值相对误差δ表示为：

其中，V_示值为被检表在检测期间测得的体积值，V_标准为标准表在检测期间测得的体积值。

图6是检测过程中摄像抓拍的超声波式仪表图，获得的超声波热能表的试验记录如表2所示。

表2

图6是检测过程中摄像抓拍的超声波式仪表图，大口径热能表的流量工作原理为超声波时差法，属于电子式流量仪表，最短在0.5秒进行一次显示数值的刷新，将0.5秒内的体积进行计算，累加显示在液晶屏上，获得的超声波热能表的试验记录如表2所示。

被检表测得的体积值V_示值用公式(1)计算获得，示值相对误差由公式(2)计算获得。

本发明的应用示例提供的大口径流量检定系统的优点在于：

1)经济优势：大口径流量装置是一种较为昂贵和复杂的系统，装置的硬件人员和软件人员并不相关联，检测软件多数根据硬件情况拼装而成。一旦出现升级改造情况，开发公司很有可能因技术人员变动，或者购买的相关硬件产品停销而无法实现升级改造，因此必须更换新系统，其费用将过于昂贵。大口径流量检定系统在不改变原有系统的基础上，单加一个小型的数据采集系统，对原系统无干扰，因此产生的经济费用较小；

2)准确度高：本发明提出的大口径流量检定系统，目前测试结果，单台数据采集，在100秒的检测时间条件下，其标准不确定度不超过0.11％；三台数据采集的不确定度不超过为0.15％，拍摄延迟时间最大不超过0.5秒；

3)拓展能力强:通过图像识别技术，将屏幕上标准器数值识别，从而形成新的检测系统，原系统只作为硬件控制使用，这样可以添加任何新的功能，且能跨平台使用。

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种大口径流量检定系统，其特征在于，包括：

摄像模块，所述摄像模块通过拍摄被检表的显示屏，获得被检表累积显示值的视频数据；

视频采集模块，其连接于摄像模块，获取所述被检表累积显示值的视频数据，并将其转换为数字信号；

数据处理模块，所述数据处理模块一面与所述摄像模块连接，获取被检表累积显示值的视频数据，另一面与所述视频采集模块连接，对所述数字信号进行处理，获得被检表在检测期间的流量。

2.根据权利要求1所述的大口径流量检定系统，其中，所述视频采集模块通过AV传输线连接于所述摄像模块。

3.根据权利要求1所述的大口径流量检定系统，其中，所述数据处理模块通过USB延长线分别与所述摄像模块和所述视频采集模块连接。

4.根据权利要求1所述的大口径流量检定系统，其中，所述被检表包括：大口径水表、大口径热能表和准确度不高于1％的流量计。

5.根据权利要求4所述的大口径流量检定系统，其中，所述大口径热能表通过超声波时差法测定流量，最短在0.5秒进行一次显示数值刷新。

6.根据权利要求1所述的大口径流量检定系统，其中，所述摄像模块包括至少一个摄像头，所述摄像头的帧频不少于30fps。

7.根据权利要求6所述的大口径流量检定系统，其中，一个所述摄像头同时检测1—6个所述被检表。

8.一种大口径流量检定方法，利用权利要求1-7任一所述的大口径流量检定系统，该方法包括如下步骤：

1)打开所述大口径流量检定系统，调整遮光罩和所述摄像头的位置及焦距，使得所述被检表的液晶显示屏的显示数字清晰可见，并检测软件界面监控点的状态；

2)检测到被检表一次刷屏后，开始检测，此时所述大口径流量检定系统检测到所述软件界面监控点的状态发生变化，激活摄像头进行照片拍摄，并存储为第一照片；

3)检测结束后，重复步骤2)的工作，将所述摄像头在检测结束时拍摄的照片存储为第二照片；

4)所述视频采集模块将所述第一照片和所述第二照片的累积显示值的视频数据转换为数字信号，计算所述被检表在检测期间的流量，利用标准表在检测期间的流量，计算所述被检表的相对误差。

9.根据权利要求8所述的大口径流量检定方法，其中，获取所述标准表的数值包括如下步骤：

通过VFW技术瞬时捕获所述标准表的数字视频，并保存在文件中；

读取数字视频，手动输入所述标准器的数值。

10.根据权利要求8所述的大口径流量检定方法，其中，所述软件界面监控点的状态变化包括：模拟指示灯的颜色变化或鼠标点击事件。