CN109470320B - 一种超声波水表阶跃滤波方法 - Google Patents

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Abstract

一种超声波水表阶跃滤波方法，该方法对超声波水表的顺、逆流时差值进行首波跃变滤波，首先，获取超声波在水中逆流传播时间t逆和超声波在水中顺流传播时间t顺，计算当前时刻的顺、逆流时差值Δti；其次，设置最大时差阈值ΔTmax，以及相邻时差的差值阈值ΔTdmax；对当前时差值和相邻时差值进行判断，循环查找首波跃变阶数n；对当前时刻的时差值进行滤波。本发明弥补了普通滤波算法的不足，能够兼顾温度反算与正反向同时计量的情况；有效的减少因杂质、气泡、污垢、过载流量导致的超声波首波跃变、幅值下降，以致计量精度受到影响。

Description

一种超声波水表阶跃滤波方法
技术领域
本发明属超声波水表计量技术领域，特别涉及一种超声波水表阶跃滤波方法。
背景技术
超声波换能器浸泡在水中结垢后对换能器接收信号幅值影响特别大，当水中混杂气泡时，超声波在不同介质中的传播速度受影响，换能器的接收信号幅值也会有较大变化，这就会间接导致超声波接收信号发生整体错位，即首波发生跃变，严重影响计量精确度。所以对于长期使用于计量的超声波水表，既要保证计量精度，又要保证使用可靠性，保障用户利益。要保证在使用年限内的计量准确度，急需一种能够避免首波跃变保证计量精度的方法。
超声波水表基表由于加工及系统环境因素，静水下顺逆流时间并不能完全遵循t顺≤t逆的关系，采样到的顺流时间t顺与逆流时间t逆在一定范围内跳动，而时差Δt将会存在正负交替变化。因此，使用t顺≤t逆的判断依据进行首波跃变滤波将会带来问题；同时，反向流计量与正向计量同时存在的超声波水表越来越广泛应用，因此无法使用以上判据进行滤波。
使用跃变调整首波检测阈值的方法，能够有效的解决因首波跃变带来的计量误差，但存在一个较为严重的缺陷，即当增加或减小首波检测阈值后，超声波传播顺逆流传播绝对时间将变大或变小。虽然采用时差法原理计量对流速并无影响，但对于无温度传感器超声波水表而言，此方法无法有效解决温度反算问题。因此，一种针对无温度传感器超声波水表正向、反向计量的首波跃变滤波解决方法呼之欲出。
首波跃变现象非常普遍，因此选择一种合适的过滤方法至关重要。
发明内容
本发明目的是为弥补现有技术缺陷，提供一种简单易懂，节省硬件成本，保证计量精度的超声波水表阶跃滤波方法。
本发明的技术方案是：
一种超声波水表阶跃滤波方法，该方法对超声波水表的顺、逆流时差值进行首波跃变滤波。
进一步地，首波跃变滤波包括以下步骤：
S1、获取超声波在水中逆流传播时间t逆和超声波在水中顺流传播时间t顺，计算当前时刻的顺、逆流时差值Δti，填入时差FIFO缓冲区；
S2、设置最大时差阈值ΔTmax，以及相邻时差的差值阈值ΔTdmax；
S3、对当前时差值和相邻时差值按照下述公式进行判断，当其中之一符合时，发生首波跃变；
Figure BDA0001851381250000021
其中，i表示当前时刻，i-1表示当前时刻之前一时刻，Δti-1表示当前时刻之前一时刻的顺、逆流时差值；
S4、使用迭代循环检测方法，循环查找首波跃变阶数n；
S5、根据前述首波跃变阶数n，对当前时刻的时差值进行滤波，采用下述公式获取滤波后的当前时差值Δti′；
Δt′i＝Δti+n×To
其中：To表示一个波形宽度的时间，
Figure BDA0001851381250000022
f表示超声波水表的换能器中心频率。
进一步地，步骤S1中，对当前时刻的顺、逆流时差值Δti进行零漂补偿处理，得到校准时差，之后填入时差FIFO缓冲区。
进一步地，步骤S4中，首波跃变阶数n的取值范围是n∈(-5，5)。
进一步地，步骤S4中，循环查找首波跃变阶数n的具体方法为：对于当前时刻i，从n＝-5开始进行查找，当满足以下全部条件时，当前n的取值为首波跃变阶数；
Figure BDA0001851381250000031
本发明的有益效果：
本发明弥补了普通滤波算法的不足，能够兼顾温度反算与正反向同时计量的情况。
本发明有效的减少因杂质、气泡、污垢、过载流量导致的超声波首波跃变、幅值下降，以致计量精度受到影响。
本发明从算法角度改进计量精度，实时简单，节省硬件成本，提升超声水表计量可靠性。
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是静水原始时差散点图。
图2是滤波前时差散点图。
图3是滤波后时差散点图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示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。
一种超声波水表阶跃滤波方法，该方法对超声波水表的顺、逆流时差值进行首波跃变滤波，包括以下步骤：
S1、获取超声波在水中逆流传播时间t逆和超声波在水中顺流传播时间t顺，计算当前时刻的顺、逆流时差值Δti，进行零漂补偿处理，得到校准时差，之后填入时差FIFO缓冲区；
S2、设置最大时差阈值ΔTmax，以及相邻时差的差值阈值ΔTdmax；
S3、对当前时差值和相邻时差值按照下述公式进行判断，当其中之一符合时，发生首波跃变；
Figure BDA0001851381250000041
其中，i表示当前时刻，i-1表示当前时刻之前一时刻，Δti-1表示当前时刻之前一时刻的顺、逆流时差值；
S4、使用迭代循环检测方法，循环查找首波跃变阶数n；
首波跃变阶数n的取值范围是n∈(-5，5)，循环查找首波跃变阶数n的具体方法为：对于当前时刻i，从n＝-5开始进行查找，当满足以下全部条件时，当前n的取值为首波跃变阶数；
Figure BDA0001851381250000042
S5、根据前述首波跃变阶数n，对当前时刻的时差值进行滤波，采用下述公式获取滤波后的当前时差值Δti′；
Δt′i＝Δti+n×To
其中：To表示一个波形宽度的时间，
Figure BDA0001851381250000051
f表示超声波水表的换能器中心频率。
本滤波方法既能满足时差因首波跃变的影响带来的误差，同时又能满足反向计量的首波跃变滤波处理，不区分正反向计量，同理，顺流与逆流时间可通过此滤波方法滤波，达到温度反算的目的与准确度，本发明简单明了，无需任何前提条件，使用简单可靠，能够有效去除首波跃变影响，节省硬件成本，提高产品质量。
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 (4)

1.一种超声波水表阶跃滤波方法，其特征在于：该方法对超声波水表的顺、逆流时差值进行首波跃变滤波；首波跃变滤波包括以下步骤：
S1、获取超声波在水中逆流传播时间t逆和超声波在水中顺流传播时间t顺，计算当前时刻的顺、逆流时差值Δti，填入时差FIFO缓冲区；
S2、设置最大时差阈值ΔTmax，以及相邻时差的差值阈值ΔTdmax；
S3、对当前时差值和相邻时差值按照下述公式进行判断，当其中之一符合时，发生首波跃变；
Figure FDA0002551040520000011
其中，i表示当前时刻，i-1表示当前时刻之前一时刻，Δti-1表示当前时刻之前一时刻的顺、逆流时差值；
S4、使用迭代循环检测方法，循环查找首波跃变阶数n；
S5、根据前述首波跃变阶数n，对当前时刻的时差值进行滤波，采用下述公式获取滤波后的当前时差值Δti′；
Δt′i＝Δti+n×To
其中：To表示一个波形宽度的时间，
Figure FDA0002551040520000012
f表示超声波水表的换能器中心频率。
2.根据权利要求1所述的一种超声波水表阶跃滤波方法，其特征在于步骤S1中，对当前时刻的顺、逆流时差值Δti进行零漂补偿处理，得到校准时差，之后填入时差FIFO缓冲区。
3.根据权利要求1所述的一种超声波水表阶跃滤波方法，其特征在于步骤S4中，首波跃变阶数n的取值范围是n∈(-5，5)。
4.根据权利要求3所述的一种超声波水表阶跃滤波方法，其特征在于步骤S4中，循环查找首波跃变阶数n的具体方法为：对于当前时刻i，从n＝-5开始进行查找，当满足以下全部条件时，当前n的取值为首波跃变阶数；
Figure FDA0002551040520000021
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