CN109029602B - 基于超声波的流量测量方法及流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声波的流量测量方法及流量计，所述测量方法包括：步骤S1：设置超声波出射信号的频率f₀；步骤S2：根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算FFT采样频率和混频基准信号f_r；步骤S3：对超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号；步骤S4：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱；步骤S5：根据所述功率谱计算得到流速v；步骤S6：检测v是否大于Q*v_max，其中Q小于1；步骤S7：如果v>Q*v_max，则根据流速v计算流量；步骤S8：如果v≤Q*v_max，则设置v_max＝Q*v_max，返回步骤S2。通过发明提高了低流速下的流量测量精度。

Description

基于超声波的流量测量方法及流量计

技术领域

本发明涉及流量测量技术领域，更具体地，涉及一种基于超声波的流量测量方法及流量计。

背景技术

多普勒超声波流量计应用声学多普勒效应，根据反射声波和发射声波之间的频率差，即多普勒频移来计算被测液体的流速和流量。多普勒超声波流量计具有流速响应快，对流体压力、密度等因素不敏感，无零点偏移等优点，但是在低流速情况下，多普勒超声波流量计测量精度较低，测量误差较大。

在运用FFT算法(快速傅里叶变换)进行多普勒信号频谱分析的流量计中，往往通过提高FFT频谱分辨率的方法提高测量精度，但是在满足多普勒信号采样频率的前提下，只能通过提高采样点数来提高FFT频谱分辨率，这样不仅增加了软件处理的工作，也要消耗更多的硬件存储空间和计算单元，从而增加了软硬件开销，不利于成本控制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于超声波的流量测量方法及流量计，以提高低流速下的流量测量精度。

一种基于超声波的流量测量方法，包括：

步骤S1：设置超声波出射信号的频率f₀；

步骤S2：根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算FFT采样频率和混频基准信号f_r，

其中，采用以下公式计算所述FFT采样频率f_s：

f_s＝4f_d，

c为超声波在水中传播速度，θ为声波入射角；

采用以下公式计算所述混频基准信号f_r：

f_r＝f₀-f_c，f_c＝f_d；

步骤S3：对超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号；

步骤S4：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱；

步骤S5：根据所述功率谱计算得到流速v；

步骤S6：检测v是否大于Q*v_max，其中Q小于1；

步骤S7：如果v>Q*v_max，则根据流速v计算流量；

步骤S8：如果v≤Q*v_max，则设置v_max＝Q*v_max，返回步骤S2。

可选地，步骤S2还包括：设置测量次数x为初始值，其中，所述初始值为0；

步骤S7包括：

步骤S71：记录流速v至流速组，设置x＝x+1；

步骤S72：判断x是否达到预定测量次数，其中，当x达到预定测量次数时，执行步骤S73，当未达到所述预定测量次数时，返回步骤S3；

步骤S73：计算所述流速组中所有v的平均值，并根据所述平均值计算所述流量。

可选地，在步骤S3中，以1/2倍的所述FFT采样频率fs对超声波回波信号进行模数采样处理。

可选地，在步骤S2之前，所述方法还包括：

步骤S9：向超声发射换能器发送PWM信号，所述PWM信号的频率为所述出射信号的频率。

可选地，在步骤S7中，采用以下公式计算所述流量：

所述流量＝流水截面积*v，其中流水截面积为已知量。

可选地，在步骤S5中，根据所述功率谱计算计算所述流速v包括：

选取功率谱上幅值最大的点的频率作为计算多普勒频移信号f′₁，则多普勒回波信号的频率f₁为f₁＝f_r+f′₁；

采用以下公式计算所述流速v，

一种基于超声波的流量计，所述流量计包括：

中心处理模块以及分别与所述中心处理模块连接的超声接收换能器和模数转换芯片；

所述超声接收换能器用于接收超声波回波信号；

所述模数转换芯片用于对所述超声波回波信号进行模数采样；

所述中心处理模块用于执行以下步骤计算得到流速v：

步骤S1：设置超声波出射信号的频率f₀；

步骤S2：根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算混频基准信号f_r以及FFT采样频率，其中，采用以下公式计算所述FFT采样频率f_s：

f_s＝4f_d，

c为超声波在水中传播速度,θ为声波入射角；

采用以下公式计算所述混频基准信号fr：

f_r＝f₀-f_c，f_c＝f_d；

步骤S3：控制所述模数转换芯片对所述超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号；

步骤S4：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱；

步骤S5：根据所述功率谱计算得到流速v；

步骤S6：检测v是否大于Q*v_max，其中Q小于1；

步骤S7：如果v>Q*v_max，则根据v计算流量；

步骤S8：如果v≤Q*v_max，则设置v_max＝Q*v_max，返回步骤S2。

可选地，所述中心处理模块执行的步骤S2还包括：设置测量次数x为初始值，其中，所述初始值为0；

执行的步骤S7还包括：

步骤S71：记录v至流速组，设置x＝x+1；

步骤S72：判断x是否达到预定测量次数，其中，当x达到预定测量次数时，执行步骤S73，当未达到所述预定测量次数时，返回步骤S3；

步骤S73：计算所述流速组中所有v的平均值，并根据所述平均值计算所述流量。

可选地，还包括：与所述中心处理模块连接的超声发射换能器；

所述中心处理模块还用于在执行步骤S2之前，向所述超声发射换能器发送PWM信号，所述PWM信号的频率为所述出射信号的频率；

所述超声发射换能器用于根据所述PWM信号生成并发射所述超声波出射信号。

可选地，还包括：信号处理电路，所述信号处理电路连接在所述超声接收换能器与所述模数转换芯片之间，用于在所述模数转换芯片采样之前对所述超声波回波信号进行滤波和放大。

与现有技术相比，本发明提供的基于超声波的流量测量方法及流量计，至少实现了如下的有益效果：

1)在不增加硬件开销的前提下，提高了流量计在低流速情况下的测量精度。

2)通过对流量平均值的计算进一步提高了流量计算精度以及频谱分辨率。

当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例基于超声波的流量测量方法的一种流程图；

图2是本发明实施例中换能器发射的声波入射角示意图。

图3是本发明实施例基于超声波的流量计的一种结构示意图；

图4是本发明实施例基于超声波的流量计的另一种结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

如图1所示是本发明实施例基于超声波的流量测量方法的一种流程图，具体包括以下步骤：

步骤100：开始。

步骤101：设置超声波出射信号的频率。

步骤102：根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算FFT采样频率和混频基准信号f_r，其中，采用以下公式计算所述FFT采样频率f_s：f_s＝4f_d，c为超声波在水中传播速度，θ为声波入射角；f_d为多普勒频移；f_max为最大流速下的回波频率。具体地，如图2所示，声波入射角θ为超声发射换能器H发射的超声波与被测液体流速v之间的夹角，其中，超声发射换能器可以由中心处理模块控制，也可以由中心处理模块之外的其他控制器控制。

采用以下公式计算所述混频基准信号f_r：f_r＝f₀-f_c，f_c＝f_d，f_c为混频信号的中频基准频率。

步骤103：对超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号。

步骤104：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱。

步骤105：根据所述功率谱计算得到流速v。

具体地，根据所述功率谱计算计算所述流速v包括：

选取功率谱上幅值最大的点的频率作为计算多普勒频移信号f′₁，则多普勒回波信号的频率f₁为f₁＝f_r+f′₁；

采用以下公式计算所述流速v，

需要说明的是：则在超声波多普勒流量计的测量范围0～v_max内，包含流速信息的多普勒频移范围0～f_d，即为ADC需要采样的对象；混频后的中频信号范围为f_d～2f_d，即为FFT采样及算法分析的对象。

根据采样定理，FFT采样频率至少为被采样信号频率的两倍，则令FFT的采样频率f_s＝4f_d，采样点数为N，则FFT算法进行频谱分析的频谱分辨率为

假设根据FFT算法功率谱得到的幅值最大点为f′₁，则多普勒回波信号为f₁+f_r+f′₁根据公式可以得到本次测量的流速v。

进一步，当超声波发射频率f₀不变时，频谱分辨率f_h与流速分辨率v_h呈正比关系。

步骤106：检测v是否大于Q*v_max，其中Q小于1；如果是，执行步骤107；否则，执行步骤109。

需要说明的是，Q理论上凡小于1的数均可以，均可以提高分辨率。在应用中，当Q为1/2可操作性更强，应用也最多。

步骤107：根据流速v计算流量。

具体地，采用以下公式计算所述流量：

所述流量＝流水截面积*v，其中流水截面积为已知量。

步骤108：结束。

步骤109：设置v_max＝Q*v_max，返回执行步骤102。

本发明实施例提供的基于超声波的流量测量方法，中心处理模块设置超声波出射信号的频率f₀，根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算FFT采样频率和混频基准信号f_r，对超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号；将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱，根据所述功率谱计算得到流速v；如果流速v小于或等于Q*v_max，其中Q小于1，则重新对最大流速v_max进行设置，从而保证了本申请流量计算的精度。

实施例2

步骤200：开始。

步骤201：设置超声波出射信号的频率。

步骤202：设置测量次数x为初始值，其中，所述初始值为0；根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算FFT采样频率和混频基准信号f_r，其中，采用以下公式计算所述FFT采样频率f_s：f_s＝4f_d，

c为超声波在水中传播速度，θ为声波入射角；

采用以下公式计算所述混频基准信号f_r：f_r＝f₀-f_c，f_c＝f_d。

步骤203：以1/2倍的所述FFT采样频率f_s对超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号。

步骤204：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱。

步骤205：根据所述功率谱计算得到流速v。

步骤206：检测流速v是否大于Q*v_max，其中Q小于1；如果是，执行步骤207；否则，执行步骤212。

步骤207：记录流速v至流速组，设置x＝x+1。

步骤208：判断x是否达到预定测量次数；如果是，执行步骤209；否则，执行步骤203。

具体地，预定测量次数可以根据流量测量精度通过标定确定，比如，预定测量次数为：10～100之间的值。

步骤209：计算所述流速组中所有流速v的平均值。

具体地，采用以下公式计算所述平均值

具体地，x为测量次数，测量次数可以达到预定测量次数，预定测量次数可以根据流量测量精度通过标定确定，比如，预定测量次数为：10～100之间的值。

步骤210：根据所述平均值计算流量。

具体地，采用以下公式计算所述流量：

所述流量＝流水截面积*

其中流水截面积为已知量。

步骤211：结束。

步骤212：设置v_max＝Q*v_max，返回执行步骤202。

本发明实施例提供的基于超声波的流量测量方法，当流速v小于Q*v_max时，将每次计算得到的流速记录到流速组中，并在记录次数达到预设定测量次数后，计算流速组中所有流速v的平均值，并根据平均值计算流量，从而进一步保证了流量的测试精度。

实施例3

步骤300：开始。

步骤301：设置超声波出射信号的频率。

步骤302：向超声发射换能器发送PWM信号，所述PWM信号的频率为所述出射信号的频率。

步骤303：设置测量次数x为初始值，其中，所述初始值为0；根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算FFT采样频率和混频基准信号f_r，其中，采用以下公式计算所述FFT采样频率f_s：f_s＝4f_d，

c为超声波在水中传播速度，θ为声波入射角；

采用以下公式计算所述混频基准信号f_r：f_r＝f₀-f_c，f_c＝f_s。

步骤304：以1/2倍所述FFT采样频率f_s对超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号。

步骤305：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱。

步骤306：根据所述功率谱计算得到流速v。

步骤307：检测流速v是否大于Q*v_max，Q小于1；如果是，执行步骤308；否则，执行步骤313。

步骤308：记录流速v至流速组，设置x＝x+1。

步骤309：判断x是否达到预定测量次数；如果是，执行步骤310；否则，执行步骤304。

具体地，预定测量次数可以根据流量测量精度通过标定确定，比如，预定测量次数为：10～100之间的值。

步骤310：计算所述流速组中所有流速v的平均值。

步骤311：根据所述平均值计算流量。

步骤312：结束。

步骤313：设置v_max＝Q*v_max，返回执行步骤303。

本发明实施例提供的基于超声波的流量测量方法，中心处理模块可以只接收超声波回波信号，可以发射完出射信号后，再接收此出射信号的回波信号，即中心处理模块向超声发射换能器发送PWM信号，所述PWM信号的频率为所述出射信号的频率。通过中心处理模块控制信号的发送与接收进一步保证了流量计算的精度。

实施例4

针对上述方法实施例，本发明还提供了一种基于超声波的流量计，如图3所示，所述流量计包括：中心处理模块以及分别与所述中心处理模块连接的超声接收换能器和模数转换芯片；所述超声接收换能器用于接收超声波回波信号；所述模数转换芯片用于对所述超声波回波信号进行模数采样；所述中心处理模块用于执行以下步骤计算得到流速v：

步骤S1：设置超声波出射信号的频率f₀。

步骤S2：根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算混频基准信号f_r以及FFT采样频率，

其中，采用以下公式计算所述FFT采样频率fs：

f_s＝4f_d，

c为超声波在水中传播速度，θ为声波入射角；

采用以下公式计算所述混频基准信号f_r：

f_r＝f₀-f_c，f_c＝f_d。

步骤S3：控制所述模数转换芯片对所述超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号。

步骤S4：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱。

步骤S5：根据所述功率谱计算得到流速v。

步骤S6：检测v是否大于Q*v_max，其中Q小于1。

步骤S7：如果v>Q*v_max，则根据v计算流量。

步骤S8：如果v≤Q*v_max，则设置v_max＝Q*v_max，返回步骤S2。

进一步，所述中心处理模块执行的步骤S2还包括：设置测量次数x为初始值，其中，所述初始值为0；

执行的步骤S7还包括：

步骤S71：记录v至流速组，设置x＝x+1。

步骤S72：判断x是否达到预定测量次数，其中，当x达到预定测量次数时，执行步骤S73，当未达到所述预定测量次数时，返回步骤S3。

步骤S73：计算所述流速组中所有v的平均值，并根据所述平均值计算所述流量。

进一步，本发明的一个实施例中，所述中心处理模块可以以1/2倍的所述FFT采样频率f_s对超声波回波信号进行模数采样处理。

更进一步，本发明的另一实施例中，如图4所示，所述流量计还可以包括：

与所述中心处理模块连接的超声发射换能器；

所述中心处理模块还用于在执行步骤S2之前，向所述超声发射换能器发送PWM信号，所述PWM信号的频率为所述出射信号的频率；

所述超声发射换能器用于根据所述PWM信号生成并发射所述超声波出射信号。

进一步，本发明的一个实施例中，所述流量计还可以包括：信号处理电路，所述信号处理电路连接在所述超声接收换能器与所述模数转换芯片之间，用于在所述模数转换芯片采样之前对所述超声波回波信号进行滤波和放大。

进一步，本发明的另一个实施例中，所述流量计还可以包括：信号放大电路，所述信号放大电路连接在所述中心处理模块与所述超声发射换能器之间，用于对所述中心处理模块发送的PWM信号进行放大。

结合上述实施例，下面通过具体实施例对本发明基于超声波的流量测量方法及流量计进行详细介绍：

(1)首先通过流量计的中心控制模块产生频率为f₀＝1M的PWM信号，PWM信号经过信号放大电路放大，驱动超声发射换能器向水中发射超声波，由超声接收华能器对反射声波信号进行接收，并通过信号处理电路对信号进行放大滤波处理。

(2)将处理过的回波信号送入模数转换芯片进行采样，若多普勒超声波流量计测量的最大流速为v_max＝6m/s，超声波的入射角θ＝10°，则根据公式

可以得到回波信号的最大频率为：

其中c＝1500m/s，为常温下声波在水中的传播速度。

(3)由上可得多普勒频移为f_d＝f_max-f₀＝1.008×10⁶-1×10⁶＝8k，令混频信号的中频基准频率f_c＝f_d＝8k，则混频基准信号为f_r＝f₀-f_d＝1×10⁶-8×10³＝992×10³，则经过混频后，得到的中频信号f′＝f_c+f_d＝2f_d＝16k，即为最大流速v_max时混频后得到的多普勒频移信号。同样的，可以计算得到当流速为0时，混频后的多普勒频移信号为f′₀＝f_d＝8k，即包含流速信息的多普勒信号频移范围为0～8k，为模数转换芯片采样对象，经过混频的中频频率范围为8k～16k，为FFT算法频谱分析的对象。

(4)根据采样定理，令f_s＝4f_d＝32k，ADC采样点数N＝4096，则FFT算法频谱分析的频谱分辨率为

根据公式

可以得到多普勒超声波流量计的流速分辨率v_h：

(5)假设经过FFT算法的频谱分析，得到功率谱上功率最大点的频率为f′₁＝15k，则多普勒回波信号频率为f₁＝f_r+f′₁＝992×10³+15×10³＝1.007×10⁶，可以得到流速v₁：

由于

则重复以上步骤，采样计算x次，得到平均流速值

根据公式流量＝流水截面积*

即可以得到测量的流量值Q。

(6)如果经过FFT算法频谱分析，得到功率谱上的功率最大点f′₁＝9k，则根据第(5)步的方法，可以得到回波信号为f₁＝1.001×10⁶，流速v₁≈0.76m/s，由于v₁＜3m/s，为了提高测量精度，我们进入第二阶测量。

(7)根据第(2)步的方法，当v_max≤3m/s时，其最大回波频率f_max≈1.004×10⁶，则其多普勒频移f_d＝1.004×10⁶-1×10⁶＝4k，令混频信号的中频基准信号f_c＝f_d＝4k，则混频基准信号f_r＝1×10⁶-4×10³＝996×10³，混频后得到的中频信号f′＝2f_d＝8k。

当流速为0时，混频后的多普勒频移信号为f′₀＝f_d＝4k，则包含流速信息的多普勒信号频移范围为0～4k，为模数转换芯片采样对象，经过混频的中频频率范围为4k～8k，为FFT算法频谱分析的对象。令FFT采样频率f_s＝4f_d＝16k，采样点数N＝4096，则FFT算法频谱分析的频谱分辨率为且流量计的流速分辨率

可以看到，在保持模数转换芯片采样点数N不变，不增加FFT算法计算规模的情况下，相对于第一阶采样，第二阶采样的流速分辨率约增加了一倍，有效提高了低流速时流量计的分辨率和采样精度。

(8)根据FFT算法频谱分析的结果以及步骤(5)的方法，得到本次测量的流速v₂，保持第二阶的采样参数不变，连续采样并求得平均值流速

依据公式(9)得到流量值Q。

进一步，如果两阶测量不能满足设备的精度需求，则可以在v₂＜1.5m/s

时，进入第三阶测量，进一步提高在更小流速下的测量精度和分辨率。

通过上述实施例可知，本发明提供的基于超声波的流量测量方法及流量计，至少实现了如下的有益效果：

1)在不增加硬件开销的前提下，提高了流量计在低流速情况下的测量精度。

2)通过对流量平均值的计算进一步提高了流量计算精度以及频谱分辨率。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于超声波的流量测量方法，其特征在于，包括：

步骤S1：设置超声波出射信号的频率f₀；

步骤S2：根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算FFT采样频率和混频基准信号f_r，

其中，采用以下公式计算所述FFT采样频率f_s：

f_s＝4f_d，f_d＝f_max-f₀，

c为超声波在水中传播速度，θ为声波入射角，f_d为多普勒频率，f_max为最大回波频率；

采用以下公式计算所述混频基准信号f_r：

f_r＝f₀-f_c，f_c＝f_d，f_c为中频基准频率；

步骤S3：对超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号；

步骤S4：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱；

步骤S5：选取功率谱上幅值最大的点的频率作为计算多普勒频移信号f′₁，则多普勒回波信号的频率f₁为f₁＝f_r+f′₁；

采用以下公式计算所述流速v，

步骤S6：检测v是否大于Q*v_max，其中Q小于1；

步骤S7：如果v>Q*v_max，则根据流速v计算流量；

步骤S8：如果v≤Q*v_max，则设置v_max＝Q*v_max，返回步骤S2。

2.根据权利要求1所述的基于超声波的流量测量方法，其特征在于，

步骤S2还包括：设置测量次数x为初始值，其中，所述初始值为0；

步骤S7包括：

步骤S71：记录流速v至流速组，设置x＝x+1；

步骤S72：判断x是否达到预定测量次数，其中，当x达到预定测量次数时，执行步骤S73，当未达到所述预定测量次数时，返回步骤S3；

步骤S73：计算所述流速组中所有v的平均值，并根据所述平均值计算所述流量。

3.根据权利要求1或2所述的基于超声波的流量测量方法，其特征在于，在步骤S3中，以1/2倍的所述FFT采样频率f_s对超声波回波信号进行模数采样处理。

4.根据权利要求1或2所述的基于超声波的流量测量方法，其特征在于，在步骤S2之前，所述方法还包括：

步骤S9：向超声发射换能器发送PWM信号，所述PWM信号的频率为所述出射信号的频率。

5.根据权利要求1所述的基于超声波的流量测量方法，其特征在于，在步骤S7中，采用以下公式计算所述流量：

所述流量＝流水截面积*v，其中流水截面积为已知量。

6.一种基于超声波的流量计，其特征在于，所述流量计包括：

中心处理模块以及分别与所述中心处理模块连接的超声接收换能器和模数转换芯片；

所述超声接收换能器用于接收超声波回波信号；

所述模数转换芯片用于对所述超声波回波信号进行模数采样；

所述中心处理模块用于执行以下步骤计算得到流速v：

步骤S1：设置超声波出射信号的频率f₀；

步骤S2：根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算混频基准信号f_r以及FFT采样频率，其中，采用以下公式计算所述FFT采样频率f_s：

f_s＝4f_d，f_d＝f_max-f₀，

c为超声波在水中传播速度,θ为声波入射角，f_d为多普勒频率，f_max为最大回波频率；

采用以下公式计算所述混频基准信号f_r：

f_r＝f₀-f_c，f_c＝f_d，f_c为中频基准频率；

步骤S3：控制所述模数转换芯片对所述超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号；

步骤S4：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱；

步骤S5：选取功率谱上幅值最大的点的频率作为计算多普勒频移信号f′₁，则多普勒回波信号的频率f₁为f₁＝f_r+f′₁；

采用以下公式计算所述流速v，

步骤S6：检测v是否大于Q*v_max，其中Q小于1；

步骤S7：如果v>Q*v_max，则根据v计算流量；

步骤S8：如果v≤Q*v_max，则设置v_max＝Q*v_max，返回步骤S2。

7.根据权利要求6所述的基于超声波的流量计，其特征在于，所述中心处理模块执行的步骤S2还包括：设置测量次数x为初始值，其中，所述初始值为0；

执行的步骤S7还包括：

步骤S71：记录v至流速组，设置x＝x+1；

步骤S72：判断x是否达到预定测量次数，其中，当x达到预定测量次数时，执行步骤S73，当未达到所述预定测量次数时，返回步骤S3；

步骤S73：计算所述流速组中所有v的平均值，并根据所述平均值计算所述流量。

8.根据权利要求6所述的基于超声波的流量计，其特征在于，还包括：与所述中心处理模块连接的超声发射换能器；

所述中心处理模块还用于在执行步骤S2之前，向所述超声发射换能器发送PWM信号，所述PWM信号的频率为所述出射信号的频率；

所述超声发射换能器用于根据所述PWM信号生成并发射所述超声波出射信号。

9.根据权利要求6所述的基于超声波的流量计，其特征在于，还包括：信号处理电路，所述信号处理电路连接在所述超声接收换能器与所述模数转换芯片之间，用于在所述模数转换芯片采样之前对所述超声波回波信号进行滤波和放大。

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