CN109470890B - 一种超声仪表的动态监测修正算法 - Google Patents

一种超声仪表的动态监测修正算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声仪表的动态监测修正算法,所述的超声仪表包括位于流体介质上游的第一超声波换能器和位于流体介质下游的第二超声波换能器，两个超声波换能器能够相互收发超声波信号，所述的动态监测修正算法包括以下步骤：当第一超声波发生器和第二超声波发生器的计数波为等值跳变时，保持阈值信号不变；当第一超声波发生器和第二超声波发生器的计数波为非等值跳变时，调整阈值信号。本发明的超声仪表的动态监测修正算法，能够实现对超声仪表的超声检测误差进行修正，使得检测结果更加准确，稳定性高。

Description

一种超声仪表的动态监测修正算法
技术领域
本发明属于超声波计量仪表技术领域，具体涉及一种超声仪表的动态监测修正算法。
背景技术
时差法是作为超声波计量仪表的主要方法之一，其原理就是通过测量超声波信号在流体介质中顺流传播时间和逆流传播时间之差来计算流速，但是，很长一段时间后，换能器的接收部分会出现结垢现象，并且上下游的换能器结垢程度还不一样，通常情况下下游的换能器结垢程度要比上游的换能器结垢程度要严重的多，从而导致出现计量偏差过大和计量稳定性问题。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中存在的计量偏差过大和计量稳定性问题，提供一种超声仪表的动态监测修正算法，能够实现对超声仪表的超声检测误差进行修正，使得检测结果更加准确，稳定性高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超声仪表的动态监测修正算法,所述的超声仪表包括位于流体介质上游的第一超声波换能器和位于流体介质下游的第二超声波换能器，两个超声波换能器能够相互收发超声波信号，所述的动态监测修正算法包括以下步骤：
第一超声波换能器向第二超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第二超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Va-1<VP≤Va，其中，Va表示所述的超声波电信号第a个波的峰值电压，Va-1表示所述的超声波电信号第a-1个波的峰值电压，a为正整数；
第二超声波换能器向第一超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第一超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Vb-1<VP≤Vb，其中，Vb表示所述的超声波电信号第b个波的峰值电压，Vb-1表示所述的超声波电信号第b-1个波的峰值电压，b为正整数；
当所述的超声波电信号出现信号衰减，导致Va+n-1'<VP≤Va+n'且Vb+n-1'<VP≤Vb+n'时，Va+n-1'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+n-1个波的峰值电压，Va+n'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+n个波的峰值电压，Vb+n-1'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+n-1个波的峰值电压，Vb+n'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+n个波的峰值电压，n为0或正整数；保持所述的阈值电压VP不变；
当所述的超声波电信号出现信号衰减，导致Va+x-1'<VP≤Va+x'且Vb+y-1'<VP≤Vb+y'时，Va+x-1'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+x-1个波的峰值电压，Va+x'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+x个波的峰值电压，Vb+y-1'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+y-1个波的峰值电压，Vb+y'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+y个波的峰值电压，x为0或正整数，y为0或正整数，x≠y；调整所述的阈值电压VP，使得Va-1+i'<VP'≤Va+i'且Vb-1+i'<VP'≤Vb+i'，其中，Va-1+i'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a-1+i个波的峰值电压，Va+i'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+i个波的峰值电压，Vb-1+i'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b-1+i个波的峰值电压，Vb+i'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+i个波的峰值电压，i为0或正整数，VP'表示调整后的阈值电压。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的超声仪表的动态监测修正算法，针对计量仪表长期工作状态的动态修正，调整由于超声波换能器长时间工作状态下，结垢引起的接收信号减弱，导致监测触发波形跳转到下一个波引起计量上的偏差，以及当出现上下游的波数非等值跳变的情况下引起的计量偏差，通过调整设定检测电平值，从而达到动态修正的效果。
附图说明
图1是本发明的超声仪表的原理简图；
图2是本发明的超声仪表的第一超声波换能器的信号波形图，其中，图(a)是未结垢时的电压信号随时间变化的波形图，图(b)为结垢后的电压信号随时间变化的波形图；
图3是本发明的超声仪表的第二超声波换能器的信号波形图，其中，图(c)是未结垢时的电压信号随时间变化的波形图，图(d)为结垢后的电压信号随时间变化的波形图。
具体实施方式
参照图1，一种超声仪表的动态监测修正算法,所述的超声仪表包括位于流体介质上游的第一超声波换能器和位于流体介质下游的第二超声波换能器，两个超声波换能器能够相互收发超声波信号。
参照图2中的图a，在未结垢时，第一超声波换能器发送15个方波脉冲信号，第二超声波换能器接收到15个信号转换为电信号，由于经过介质传递的原因，信号不再是方波脉冲信号，大致为前半段依次递增的正弦或余弦信号，设定一阈值电压VP，正好与第2个波相交，从第一超声波换能器发出信号开始计时，一直到第2个波与阈值电压VP相交的位置，记录时间为ΔTUP。
参照图2中的图b，在长时间使用而导致结构后，第一超声波换能器发送15个方波脉冲信号，第二超声波换能器接收到15个信号转换为电信号，由于第二超声波换能器出现结垢，而导致接收到的信号减弱，因此，阈值电压VP无法与第2个波相交，只能与第3个波相交，从第一超声波换能器发出信号开始计时，一直到第3个波与阈值电压VP相交的位置，记录时间为ΔTUP'。
参照图3中的图c，在未结垢时，第二超声波换能器发送15个方波脉冲信号，第一超声波换能器接收到15个信号转换为电信号，由于经过介质传递的原因，信号不再是方波脉冲信号，大致为前半段依次递增的正弦或余弦信号，设定一阈值电压VP，正好与第3个波相交，从第一超声波换能器发出信号开始计时，一直到第3个波与阈值电压VP相交的位置，记录时间为ΔTDN。
参照图3中的图d，在长时间使用而导致结构后，第二超声波换能器发送15个方波脉冲信号，第一超声波换能器接收到15个信号转换为电信号，由于第一超声波换能器出现结垢，而导致接收到的信号减弱，因此，阈值电压VP无法与第3个波相交，只能与第4个波相交，从第一超声波换能器发出信号开始计时，一直到第4个波与阈值电压VP相交的位置，记录时间为ΔTDN'。
因此，由于结垢的原因，会导致ΔTUP≠ΔTUP'；同样的原理，由第二超声波换能器发出的超声波信号，逆流而上，由于结构的的原因，最后也会导致ΔTDN≠ΔTDN'。如果上游和下游的换能器结垢程度相同的情况下，即图2和图3所示的情况，上下游均跳变了1个波，ΔTUP-ΔTDN＝ΔTUP'-ΔTDN'，这样就不会有计数误差；但是，实际情况时下游的换能器结垢程度要比上游的换能器结垢程度要严重，上下游有可能其中一个跳变了1个波、另外一个没有跳变，因此导致ΔTUP-ΔTDN P≠ΔTUP'-ΔTDN'，所以，采用传统的时差法来计算流速，会存在严重的误差。
本发明中，通过动态监测修正算法对超声仪表进行修正，具体包括以下步骤：
一种超声仪表的动态监测修正算法,所述的超声仪表包括位于流体介质上游的第一超声波换能器和位于流体介质下游的第二超声波换能器，两个超声波换能器能够相互收发超声波信号，所述的动态监测修正算法包括以下步骤：
第一超声波换能器向第二超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第二超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Va-1<VP≤Va，其中，Va表示所述的超声波电信号第a个波的峰值电压，Va-1表示所述的超声波电信号第a-1个波的峰值电压，a为正整数；
第二超声波换能器向第一超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第一超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Vb-1<VP≤Vb，其中，Vb表示所述的超声波电信号第b个波的峰值电压，Vb-1表示所述的超声波电信号第b-1个波的峰值电压，b为正整数；
当所述的超声波电信号出现信号衰减，导致Va+n-1'<VP≤Va+n'且Vb+n-1'<VP≤Vb+n'时，Va+n-1'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+n-1个波的峰值电压，Va+n'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+n个波的峰值电压，Vb+n-1'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+n-1个波的峰值电压，Vb+n'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+n个波的峰值电压，n为0或正整数；保持所述的阈值电压VP不变；
当所述的超声波电信号出现信号衰减，导致Va+x-1'<VP≤Va+x'且Vb+y-1'<VP≤Vb+y'时，Va+x-1'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+x-1个波的峰值电压，Va+x'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+x个波的峰值电压，Vb+y-1'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+y-1个波的峰值电压，Vb+y'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+y个波的峰值电压，x为0或正整数，y为0或正整数，x≠y；调整所述的阈值电压VP，使得Va-1+i'<VP'≤Va+i'且Vb-1+i'<VP'≤Vb+i'，其中，Va-1+i'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a-1+i个波的峰值电压，Va+i'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+i个波的峰值电压，Vb-1+i'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b-1+i个波的峰值电压，Vb+i'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+i个波的峰值电压，i为0或正整数，VP'表示调整后的阈值电压。
实施例1：
一种超声仪表的动态监测修正算法,所述的超声仪表包括位于流体介质上游的第一超声波换能器和位于流体介质下游的第二超声波换能器，两个超声波换能器能够相互收发超声波信号，其特征在于，所述的动态监测修正算法包括以下步骤：
第一超声波换能器向第二超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第二超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Va-1<VP≤Va，其中，Va表示所述的超声波电信号第a个波的峰值电压，Va-1表示所述的超声波电信号第a-1个波的峰值电压，a＝2。
第二超声波换能器向第一超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第一超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Vb-1<VP≤Vb，其中，Vb表示所述的超声波电信号第b个波的峰值电压，Vb-1表示所述的超声波电信号第b-1个波的峰值电压，b＝3。
当所述的超声波电信号出现信号衰减，导致Va+n-1'<VP≤Va+n'且Vb+n-1'<VP≤Vb+n'时，Va+n-1'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+n-1个波的峰值电压，Va+n'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+n个波的峰值电压，Vb+n-1'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+n-1个波的峰值电压，Vb+n'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+n个波的峰值电压，n＝1。
在未结垢前，上游发送的超声波信号，下游得到的超声波信号是第2个波为计数波，下游发送的超声波信号，上游得到的超声波信号是第3个波为计数波；在出现结垢以后，上游发送的超声波信号，下游得到的超声波信号是第3个波为计数波，下游发送的超声波信号，上游得到的超声波信号是第4个波为计数波；因此，在结构以后，上下游均出现了一个计数波的跳变，最终ΔTUP-ΔTDN＝ΔTUP'-ΔTDN'，计数不会出现误差，所以保持所述的阈值电压VP不变。
实施例2：
一种超声仪表的动态监测修正算法,所述的超声仪表包括位于流体介质上游的第一超声波换能器和位于流体介质下游的第二超声波换能器，两个超声波换能器能够相互收发超声波信号，其特征在于，所述的动态监测修正算法包括以下步骤：
第一超声波换能器向第二超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第二超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Va-1<VP≤Va，其中，Va表示所述的超声波电信号第a个波的峰值电压，Va-1表示所述的超声波电信号第a-1个波的峰值电压，a＝2。
第二超声波换能器向第一超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第一超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Vb-1<VP≤Vb，其中，Vb表示所述的超声波电信号第b个波的峰值电压，Vb-1表示所述的超声波电信号第b-1个波的峰值电压，b＝3。
当所述的超声波电信号出现信号衰减，导致VP>Va'且Vb-1'<VP≤Vb'，Va'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a个波的峰值电压，Vb-1'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b-1个波的峰值电压，Vb'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b个波的峰值电压。VP与第二超声波发生器接收的第3个波相交，即上游发出的超声波信号，下游接收到后，原来是第2个波相交，现在是第3个波相交，发生了1个波的跳变；而下游发出的超声波信号，上游接收到后，还是原来的第3个波相交，没有发生跳变。导致ΔTUP-ΔTDN P≠ΔTUP'-ΔTDN'，出现了一个波的误差。

Claims (1)

1.一种超声仪表的动态监测修正算法,所述的超声仪表包括位于流体介质上游的第一超声波换能器和位于流体介质下游的第二超声波换能器，两个超声波换能器能够相互收发超声波信号，其特征在于，所述的动态监测修正算法包括以下步骤：
第一超声波换能器向第二超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第二超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Va-1<VP≤Va，其中，Va表示所述的超声波电信号第a个波的峰值电压，Va-1表示所述的超声波电信号第a-1个波的峰值电压，a为正整数；
第二超声波换能器向第一超声波换能器发送方波脉冲的超声波信号，第一超声波换能器接收到超声波信号后转换为超声波电信号，将所述的超声波电信号与预设的阈值电压VP进行比较，Vb-1<VP≤Vb，其中，Vb表示所述的超声波电信号第b个波的峰值电压，Vb-1表示所述的超声波电信号第b-1个波的峰值电压，b为正整数；
当所述的超声波电信号出现信号衰减，导致Va+n-1'<VP≤Va+n'且Vb+n-1'<VP≤Vb+n'时，Va+n-1'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+n-1个波的峰值电压，Va+n'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+n个波的峰值电压，Vb+n-1'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+n-1个波的峰值电压，Vb+n'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+n个波的峰值电压，n为0或正整数；保持所述的阈值电压VP不变；
当所述的超声波电信号出现信号衰减，导致Va+x-1'<VP≤Va+x'且Vb+y-1'<VP≤Vb+y'时，Va+x-1'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+x-1个波的峰值电压，Va+x'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+x个波的峰值电压，Vb+y-1'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+y-1个波的峰值电压，Vb+y'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+y个波的峰值电压，x为0或正整数，y为0或正整数，x≠y；调整所述的阈值电压VP，使得Va-1+i'<VP'≤Va+i'且Vb-1+i'<VP'≤Vb+i'，其中，Va-1+i'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a-1+i个波的峰值电压，Va+i'表示第二超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第a+i个波的峰值电压，Vb-1+i'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b-1+i个波的峰值电压，Vb+i'表示第一超声波换能器接收的所述的超声波电信号在出现信号衰减后的第b+i个波的峰值电压，i为0或正整数，VP'表示调整后的阈值电压。
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