CN110579251A - 流量测量方法、装置、系统、电子设备及可读存储介质 - Google Patents

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CN110579251A CN201910879469.XA CN201910879469A CN110579251A CN 110579251 A CN110579251 A CN 110579251A CN 201910879469 A CN201910879469 A CN 201910879469A CN 110579251 A CN110579251 A CN 110579251A
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李磊
唐兰贵
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Abstract

本发明涉及一种流量测量方法、装置、系统、电子设备及可读存储介质，在获取到待测液面反射回的反射波后，将反射波与IQ信号进行IQ调制，以便后续在计算得到流速的数值后，还可以根据接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向，基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。由于所测得的流速不仅包括数值，还包括方向，因此，再将流速应用到后续测流量时，得到的结果更为准确。

Description

流量测量方法、装置、系统、电子设备及可读存储介质
技术领域
本申请属于水利工程领域，具体涉及一种流量测量方法、装置、系统、电子设备及可读存储介质。
背景技术
随着科学技术的发展，人们对雨水、污水、中水、河道、湖泊、道路等市政与水利领域的水流量监测需求越来越大。当需要监测水流量时，一般需要先获取待测水流量的流速。
在现有技术中，一般是控制雷达传感器向流体发送探测波(超声波)，然后获取流体反射回来的反射波，通过分析探测波与反射波来计算流速。然而，上述计算流速的方式所得到的流速只是一个单纯的数字，从而使得后续基于流速所监测到的水流量误差较大。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种流量测量方法、装置、电子设备及可读存储介质，使得测得的流速包括流速的方向。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种流量测量方法，应用于流量测量系统的处理器，所述流量测量系统还包括雷达传感器、混频组件、频率合成器，所述雷达传感器安装于待测流体的上方，所述方法包括：控制所述频率合成器生成探测波信号，以使所述雷达传感器获取到所述探测波信号后生成探测波，并将所述探测波以与所述待测流体呈预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的反射波；获取所述混频组件将所述反射波与调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的反射波数据；基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速；基于接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向，基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。由于最后所测得的流速不仅包括数值，还包括方向，因此，再将流速应用到后续测流量时，得到的结果更为准确。
结合第一方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述频率合成器持续性生成预设频率的探测波信号，所述处理器的采样深度为m×n，采样频率为m×fs，m与n为正整数，所述基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速，包括：对采样频率为m×fs，采样次数为m×n次所得到的m×n个所述反射波数据进行滤波，得到采样频率为fs的n个滤波数据；将n个所述滤波数据进行快速傅里叶变换，得到n个傅里叶数据；对所述n个傅里叶数据的幅值求方差后乘以预设的门限因子，得到预估门限阈值；当存在至少一个傅里叶数据的幅值大于所述预估门限阈值时，获取所述至少一个傅里叶数据中的最大值；基于公式计算得到最大流速，其中，所述MSpeed为所述最大流速，PSdata为所述最大值对应的点位，fs为采样率，C为光速，f为所述预设频率，n为快速傅里叶算法点数，cosA为角度修正系数，A为所述预设角度；基于公式ASpeed＝MSpeed×G，计算得到所述流速，其中，ASpeed为所述流速，G为转换因子。通过阈值估算法来计算流速，可以准确分辨零流速和非零流速，后续在用流速计算流量时，得到的结果也更为准确。
结合第一方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述方法还包括：当所述傅里叶数据的幅值均小于或等于所述预估门限阈值时，确定所述流速为0。
结合第一方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述对所述采样频率为m×fs，采样次数为m×n次所得到的m×n个所述反射波数据进行滤波，得到采样频率为fs的n个滤波数据，包括：针对每次采样所获取到的m×n个反射波数据按照m个数据一组进行累加求平均运算，得到n个所述滤波数据。通过超频滤波采样算法把原始反射波数据处理为滤波数据，可以提高滤波数据的信噪比，降低滤波数据的噪声的幅值，后续在使用滤波数据来计算流速时，可以提高所测得的流速的准确性和稳定性。
结合第一方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述频率合成器持续性生成预设频率的探测波信号，所述方法还包括：在t1时间点控制所述频率合成器将重新生成的探测波信号与动态信号进行调制，得到动态探测波信号，以使所述雷达传感器生成动态探测波，并将所述动态探测波以所述预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的动态反射波，所述动态信号持续m周期；获取所述混频组件将所述动态反射波与所述调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的动态反射波数据；记录获取到的所述动态反射波数据的数量为m个时的时间点t2；基于公式计算得到所述动态反射波射向所述待测流体的路程的距离，其中，D为所述距离，C为光速。
结合第一方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量，包括：基于公式计算得到0-t时间段所述待测流体的流量，其中，ASpeed为所述流速，Q为0-t时间段的流量，S为所述待测流体的过水面积(待测流体的横截面积，其中，过水面积所在的平面与待测流体的流速方向垂直)，S＝L×H1，H1为所述待测流体的液面高度，L为根据实际情况预估的承载所述待测流体的载体的长度，H1＝H2-D×sinA，D为所述距离，H2为所述雷达传感器距离所述载体底面的高度，A为所述预设角度。
第二方面，本申请实施例提供一种流量测量装置，应用于流量测量系统的处理器，所述流量测量系统还包括雷达传感器、混频组件、频率合成器，所述雷达传感器安装于待测流体的上方，所述装置包括：控制模块，用于控制所述频率合成器生成探测波信号，以使所述雷达传感器获取到所述探测波信号后生成探测波，并将所述探测波以与所述待测流体呈预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的反射波；获取模块，用于获取所述混频组件将所述反射波与调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的反射波数据；计算模块，用于基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速，基于接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向；所述计算模块，还用于基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。
结合第二方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述频率合成器持续性生成预设频率的探测波信号，所述处理器的采样深度为m×n，采样频率为m×fs，m与n为正整数；所述计算模块，用于对采样频率为m×fs，采样次数为m×n次所得到的m×n个所述反射波数据进行滤波，得到采样频率为fs的n个滤波数据；将n个所述滤波数据进行快速傅里叶变换，得到n个傅里叶数据；对所述n个傅里叶数据的幅值求方差后乘以预设的门限因子，得到预估门限阈值；当存在至少一个傅里叶数据的幅值大于所述预估门限阈值时，获取所述至少一个傅里叶数据中的最大值；基于公式计算得到最大流速，其中，所述MSpeed为所述最大流速，PSdata为所述最大值对应的点位，fs为采样率，C为光速，f为所述预设频率，n为快速傅里叶算法点数，cosA为角度修正系数，A为所述预设角度；基于公式ASpeed＝MSpeed×G，计算得到所述流速，其中，ASpeed为所述流速，G为转换因子。
结合第二方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述计算模块，还用于当所述傅里叶数据的幅值均小于或等于所述预估门限阈值时，确定所述流速为0。
结合第二方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述计算模块，用于针对每次采样所获取到的m×n个反射波数据按照m个数据一组进行累加求平均运算，得到n个所述滤波数据。
结合第二方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述频率合成器持续性生成预设频率的探测波信号，所述装置还包括调制模块、记录模块；所述调制模块，用于在t1时间点控制所述频率合成器将重新生成的探测波信号与动态信号进行调制，得到动态探测波信号，以使所述雷达传感器生成动态探测波，并将所述动态探测波以所述预设角度将射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的动态反射波，所述动态信号持续m周期；所述获取模块，还用于获取所述混频组件将所述动态反射波与所述调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的动态反射波数据；所述记录模块，用于记录获取到的所述动态反射波数据的数量为m个时的时间点t2；所述计算模块，还用于基于公式计算得到所述动态反射波射向所述待测流体的路程的距离，其中，D为所述距离，C为光速。
结合第二方面实施例，在一种可能的实施方式中，所述计算模块，还用于基于公式计算得到0-t时间段所述待测流体的流量，其中，ASpeed为所述流速，Q为0-t时间段的流量，S为所述待测流体的过水面积，S＝L×H1，H1为所述待测流体的液面高度，L为根据实际情况预估的承载所述待测流体的载体的长度，H1＝H2-D×sinA，D为所述距离，H2为所述雷达传感器距离所述载体底面的高度，A为所述预设角度。
第三方面，本申请实施例还提供一种流量测量系统，包括处理器、雷达传感器、混频组件、频率合成器，所述处理器与所述频率合成器以及所述混频组件连接，所述雷达传感器与所述频率合成器及所述混频组件连接，所述雷达传感器安装于待测流体的上方；所述处理器，用于控制所述频率合成器生成探测波信号；所述雷达传感器，用于获取所述探测波信号后生成探测波，并将所述探测波以与所述待测流体呈预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的反射波；所述混频组件，用于获取所述反射波，并将所述反射波与调制信号进行IQ调制，得到包括I信号及Q信号的反射波数据；所述处理器，用于基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速，还用于基于接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向；基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。
第四方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：存储器和处理单元，所述存储器和所述处理单元连接；所述存储器用于存储程序；所述处理单元调用存储于所述存储器中的程序，以执行上述第一方面实施例和/或结合第一方面实施例的任一种可能的实施方式提供的方法。
第五方面，本申请实施例还提供一种非易失性计算机可读取存储介质(以下简称可读存储介质)，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机运行时执行上述第一方面实施例和/或结合第一方面实施例的任一种可能的实施方式提供的方法。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本申请的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
图1A示出了本申请实施例提供的一种流量测量系统的结构示意图。
图1B示出了本申请实施例提供的一种流量测量系统的结构示意图。
图2示出了本申请实施例提供的包括流量测量系统的雷达探头的安装示意图。
图3示出了本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
图4示出了本申请实施例提供的一种流量测量方法的流程图之一。
图5示出了本申请实施例提供的一种流量测量方法的流程图之二。
图6示出了本申请实施例提供的一种流量测量装置的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
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定义和解释。同时，本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
此外，现有技术中常用的流量测量方法所测得的流速只是一个单纯的数字，无法测得流速的正负方向，当后续用测得的流速计算流体的流量时，若某个时刻的流速的方向与大多数时刻的流速的方向不一致(例如，相反)，将会导致最终得到的流体流量的值偏大，无形当中增大了所测得的流量的误差。
值得指出的是，上述缺陷的发现过程以及在下文中本申请实施例针对上述缺陷所提出的解决方案，都应该是申请人在本申请过程中对本申请做出的贡献。
为了解决上述缺陷，本申请实施例提供一种流量测量方法、装置、系统、电子设备及计算机可读存储介质，使得测得的流速不仅包括流速的数值，还包括流速的方向，以便后续测量得到的流量更为准备。该技术可采用相应的软件、硬件以及软硬结合的方式实现。以下对本申请实施例进行详细介绍。
首先，参照图1A来描述用于实现本申请实施例中的流量测量方法的流量测量系统10。该系统包括处理器11、雷达传感器12、混频组件13、频率合成器14。处理器11与频率合成器14以及混频组件13连接，雷达传感器12与频率合成器14以及混频组件13连接。
流量测量系统10可以设置于雷达探头内，雷达探头安装于待测流体的上方，与待测流体的水平面呈预设角度A，用于测量待测流体的速度。例如在本申请实施例中，可以将A调整到45度。
针对流量测量系统10中的各个不同的部件，其所起到的作用不同。
其中，处理器11，用于控制频率合成器14生成探测波信号，例如，控制频率合成器14以预设频率生成探测波信号；
雷达传感器12，用于获取探测波信号，并生成探测波，并将探测波按照上述预设角度射向待测流体，以及接收待测流体反射的反射波；
混频组件13，用于获取反射波，并将反射波与调制信号进行IQ调制，得到包括I信号及Q信号的反射波数据；
处理器11，用于基于反射波数据的数值，计算得到待测流体的流速，还用于基于接收到I信号与Q信号的先后关系，确定流速方向；
处理器11，还用于基于流速以及流速方向，计算待测流体的流量。
值得指出的是，混频组件13内至少包括两个混频器，分别为混频器1以及混频器2。雷达传感器12向混频组件13传递反射波时，可以通过功率分配器(图中未示出)进行传递。功率分配器将反射波均分成两路，并传递给混频组件13。混频器1将混频组件13接收到的一路反射波与I信号进行调制，得到包括I信号的反射波数据，混频器2将混频组件13接收到的另一路反射波与Q信号进行调制，得到包括Q信号的反射波数据。
其中，I信号与Q信号均为调制信号。本实施例中，I信号与Q信号均与探测波信号同频同源。其中，I信号与探测波信号频率相同，相位相同；Q信号与探测波信号频率相同，相位滞后90度。I信号与Q信号合称为正交IQ信号。
作为一种可选的实施方式，正交IQ信号可以预先保存在混频组件13内，且让混频器1能够获取到I信号，让混频器2能够获取到Q信号，以便混频器后续在获取到反射波时可以对反射波进行调制。
作为另一种可选的实施方式，请参看图1B，流量测量系统10还可以包括功率分配器15(与前文出现的功率分配器非同一个)以及移相器16。其中，频率合成器14通过功率分配器15与雷达传感器12连接，功率分配器15通过移相器16与混频组件13连接。此时，功率分配器15接收到频率合成器14生成的两路探测波信号后，将其中一路探测波信号传递给雷达传感器12，将另一路传递给移相器16。移相器16接收功率分配器15传递的探测波信号后，通过移相，生成正交的IQ信号。I信号与探测波信号频率相同，相位相同；Q信号与探测波信号频率相同，相位滞后90°。后续，移相器16将IQ信号传递给混频组件13。
可选的，作为一种可选的实施方式，流量测量系统10还可以包括可变增益放大器。雷达传感器12通过可变增益放大器与混频组件13连接。可变增益放大器用于放大反射波信号，并将放大后的反射波信号传递给混频组件13。
在可变增益放大器内预先保存有信号的增益放大表(如表1)。在增益放大表中，定义有信号所属的数值范围与增益的放大倍数对应关系。可变增益放大器在获取到反射波信号后，根据反射波信号的数值所属的范围，找到该反射波应该放大的增益倍数，使得可变增益放大器可以根据信号的实际情况对信号的增益进行动态调整，避免因信号数值过小而使得信号无法被检测到的情况发生，提高最后所得到的流速的精确度。
表1
信号数值 增益倍数
0-511 35DB
512-1023 30DB
1024-1535 25DB
1536-2047 20DB
2048-2559 15DB
2560-3071 10DB
3072-3583 5DB
3584-4095 0DB
此外，在一种可选的实施方式中，频率合成器14生成的探测波信号为持续性的。在这种实施方式下，处理器11，还用于在t1时间点控制频率合成器14将重新生成的探测波信号与动态信号进行调制，得到动态探测波信号，所述动态信号持续m周期；
雷达传感器12，还用于获取动态探测波信号生成动态探测波，并将动态探测波按照上述预设角度的方向射向待测流体，以及接收待测流体反射的动态反射波；
混频组件13，用于获取动态反射波，并将动态反射波与调制信号进行IQ调制，得到包括I信号及Q信号的动态反射波数据；
处理器11，用于获取动态反射波数据，并记录获取到的所述动态反射波数据的数量为m个时的时间点t2；
处理器11，还用于基于公式计算得到所述动态反射波射向所述待测流体的路程的距离，其中，D为所述距离，C为光速。
此外，在一种可选的实施方式中，处理器11，还用于基于公式计算得到0-t时间段待测流体的流量，其中，ASpeed为流速，Q为0-t时间段的流量，S为待测流体的过水面积，S＝L×H1，H1为待测流体的液面高度，L为根据实际情况预估的承载待测流体的载体的长度，H1＝H2-D×sinA，D为所述距离，H2为雷达传感器12距离载体底面的高度(即图2中的安装高度)，A为预设角度。
此外，请参看图3，本申请实施例提供一种电子设备100，可以包括处理单元110、存储器120。
应当注意，图3所示的电子设备100的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，电子设备100也可以具有其他组件和结构。
处理单元110、存储器120以及其他可能出现于电子设备100的组件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，处理单元110、存储器120以及其他可能出现的组件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。
电子设备100可以是上述流量测量系统10所包括的任一部件，例如为上述处理器11。
存储器120用于存储程序，例如当电子设备100为处理器11时，存储器120存储有后文出现的流量测量方法对应的程序或者后文出现的流量测量装置。可选的，当存储器120内存储有流量测量装置时，流量测量装置包括至少一个可以以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器120中的软件功能模块。可选的，流量测量装置所包括软件功能模块也可以固化在电子设备100的操作系统(operating system，OS)中。
处理单元110用于执行存储器120中存储的可执行模块，例如当电子设备100为处理器11时，处理单元110执行流量测量装置包括的软件功能模块或计算机程序。当处理单元110在接收到执行指令后，可以执行计算机程序，例如执行：控制所述频率合成器14生成探测波信号，以使所述雷达传感器12获取到所述探测波信号后生成探测波，并将所述探测波以与所述待测流体呈预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的反射波；获取所述混频组件13将所述反射波与调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的反射波数据；基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速；基于接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向；基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。
当然，本申请实施例任一实施例所揭示的方法都可以应用于处理单元110中，或者由处理单元110实现。
下面将针对本申请所提供的流量测量方法进行介绍。
请参阅图4，本申请实施例提供一种应用于上述流量测量系统10的处理器11的流量测量方法，包括以下步骤。
步骤S110：控制频率合成器生成探测波信号，以使雷达传感器获取到探测波信号后生成探测波，并将探测波以与待测流体呈预设角度射向待测流体及接收待测流体反射的反射波。
于本申请实施例中，探测波信号可以为24Ghz的正弦波或者余弦波。
步骤S120：获取所述混频组件将所述反射波与调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的反射波数据。
雷达传感器接收到反射波后，通过功率分配器将反射波均分成两路传递给混频组件，以便混频组件对两路反射波进行IQ调制，得到的包括I信号及Q信号的反射波数据。其中，所述调制信号与所述探测波信号同源，因此，包括I信号的反射波数据或者包括Q信号的反射波数据包含有发射波与反射波之间的频偏信息。
步骤S130：基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速。
值得指出的是，频率合成器持续性生成预设频率的探测波信号。
于本申请实施例中，假设处理器的内部模拟数字转换器(ADC)的采样深度为n(即处理器每计算一次流速，需要采集n次数据)，假设处理器在每次采集数据时采集m×n个数据(采样频率为m×fs，)，那么处理器每计算一次流速所采集到的反射波数据的数量为m×n个。
在计算流速时，处理器先采用超频滤波采样算法来把数据处理为滤波数据。具体如下。
假设m为64，在处理器以64×fs的频率采集64n个原始反射波数据(原始值)后，先按照64个数据一组将64×n个数据分为n组。后续，处理器再将n组中每一组所包括的64个原始值累加求平均，得到n个滤波数据，其中，每次采样所得到的滤波数据为当次采样所得到的原始反射波数据的平均值。
通过上述超频滤波采样算法把原始反射波数据处理为滤波数据(平均值)，可以提高滤波数据的信噪比，降低滤波数据的噪声的幅值，后续在使用滤波数据来计算流速时，可以提高所测得的流速的准确性和稳定性。
于本申请实施例中，在得到滤波数据后，处理器通过阈值估算法来计算流速，具体如下。
将n个滤波数据中的每个滤波数据进行快速傅里叶变换(FFT)，得到n个傅里叶数据。后续处理器对这n个傅里叶数据的幅值求方差后乘以预设的门限因子，得到预估门限阈值。其中，于本申请实施例中，门限因子的值可以为10。值得注意的是，每个傅里叶数据的所对应的点位的数值与该傅里叶数据所对应的幅值不是同一个概念。
在得到门限阈值后，处理器将上述n个傅里叶数据的幅值分别与门限阈值进行比较。
作为一种可选的实施方式，当处理器确定存在至少一个傅里叶数据的幅值大于预估门限阈值时，确定流速不为0。此时，处理器从大于预估门限阈值的傅里叶数据幅值中获取最大值MSpeed。后续，处理器基于公式计算得到最大流速。其中，MSpeed为最大流速，PSdata为n个傅里叶数据中的幅值最大值所对应的点位，fs为采样频率，C为光速，f为预设频率，n为快速傅里叶算法点数，cosA为角度修正系数，A为所述预设角度。于本申请实施例中，fs可以为4000，f可以为24GHz，n可以为4096，A可以为45度。
在得到最大流速后，处理器可以基于公式ASpeed＝MSpeed×G，计算得到流速，其中，ASpeed为流速，可以视为待测流体的平均流速，G为转换因子。于本申请实施例中，G可以为0.75。
作为另一种可选的实施方式，当处理器确定上述n个傅里叶数据的幅值均小于或等于预估门限阈值时，判断流速为0。
在本申请实施例中，通过阈值估算法来计算流速，可以准确分辨零流速和非零流速，后续在用流速计算流量时，得到的结果也更为准确。
步骤S140：基于接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向。
其中，当I信号在Q信号之前时，待测流体的流速方向与图2中的水流方向相同，定义为正流速，当I信号在Q信号之后时，待测流体的流速方向与图2中的水流方向相反，定义为负流速。
在得到流速后，可以基于流速(此处包括流速的方向与流速的数值)测得流体的流量。当然，在此之前，需要先测得雷达传感器所发射的探测波在射向待测流体时所经过的路程的距离D。
请参看图5，下面将针对计算距离D所包括的步骤进行介绍。
步骤S150：在t1时间点控制所述频率合成器将重新生成的探测波信号与动态信号进行调制，得到动态探测波信号，以使所述雷达传感器生成动态探测波，并将所述动态探测波以所述预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的动态反射波，所述动态信号持续m周期。
由于频率合成器生成的探测波信号为持续性的，因此，处理器在测得流速后，可以控制重新生成的探测波信号与动态信号进行调制，得到动态探测波信号。
其中，动态调制信号在每个周期内的频率不断发生变化。可选的，动态调制信号在每个周期内频率的变动范围可以为0-2GHz，且动态调制信号持续m个周期。也就是说，需要将m个周期的动态调制信号调制到发射波内，得到动态发射波。
后续，雷达传感器将动态发射波以预设角度射向待测流体，并接收到动态反射波。
步骤S160：获取所述混频组件将所述动态反射波与所述调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的动态反射波数据。
步骤S160与步骤S120类似，此处不再赘述。
步骤S170：记录获取到的所述动态反射波数据的数量为m个时的时间点t2。
步骤S180：基于公式计算得到所述动态反射波射向所述待测流体的路程的距离，其中，D为距离，C为光速。
步骤S190：基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。
在得到距离D后，作为一种可选的实施方式，处理器可以基于距离D以及流速C(此处包括流速的方向与流速的数值)计算流体的流量。下面将对计算流体的流量的过程进行介绍。
处理器可以基于公式计算得到0-t时间段待测流体的流量，其中，ASpeed为所述流速，Q为0-t时间段的流量，S为待测流体的过水面积，S＝L×H1，H1为待测流体的液面高度，L为根据实际情况预估的承载待测流体的载体的长度，H1＝H2-D×sinA，D为所述距离，H2为所述雷达传感器距离所述载体底面的高度(即图2中的安装高度)，A为预设角度。
由于在计算流体流量时，把流速的速度也考虑在内，因此，当0-t时间段内的某一时刻的流速的方向为负方向时，计算所得到的该时刻所产生的流量为负值。因此，相较于未考虑流速的方向所计算得到的流量，本实施例最后所得到的流量Q更接近待测流体在0-t时间段所产生的流量的真实值。也就是说，通过本实施例所测得的流量Q更准确。
本申请实施例所提供的一种流量测量方法，在获取到待测液面反射回的反射波后，将反射波与IQ信号进行IQ调制，以便后续在计算得到流速的数值后，还可以根据接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向。由于最后所测得的流速不仅包括数值，还包括方向，因此，再将流速应用到后续测流量时，得到的结果更为准确。
如图6所示，本申请实施例还提供一种流量测量装置400，应用于流量测量系统的处理器。流量测量装置400可以包括：控制模块410、获取模块420以及计算模块430。
控制模块410，用于控制频率合成器生成探测波信号，以使雷达传感器获取到所述探测波信号后生成探测波，并将所述探测波以与所述待测流体呈预设角度射向待测流体及接收所述待测流体反射的反射波；
获取模块420，用于获取混频组件将所述反射波与调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的反射波数据；
计算模块430，用于基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速，基于接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向；
计算模块430，用于基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。
可选的，所述频率合成器持续性生成探测波信号，所述处理器的采样深度为m×n，采样频率为m×fs，m与n为正整数。所述计算模块430，用于对采样频率为m×fs，采样次数为m×n次所得到的m×n个所述反射波数据进行滤波，得到采样频率为fs的n个滤波数据；将n个所述滤波数据进行快速傅里叶变换，得到n个傅里叶数据；对所述n个傅里叶数据的幅值求方差后乘以预设的门限因子，得到预估门限阈值；当存在至少一个傅里叶数据的幅值大于所述预估门限阈值时，获取所述至少一个傅里叶数据中的最大值；基于公式计算得到最大流速，其中，所述MSpeed为所述最大流速，PSdata为所述最大值对应的点位，fs为采样率，C为光速，f为所述预设频率，n为快速傅里叶算法点数，cosA为角度修正系数，A为所述预设角度；基于公式ASpeed＝MSpeed×G，计算得到所述流速，其中，ASpeed为所述流速，G为转换因子。
可选的，所述计算模块430，还用于当所述傅里叶数据的幅值均小于或等于所述预估门限阈值时，确定所述流速为0。
可选的，所述计算模块430，用于针对每次采样所获取到的m×n个反射波数据按照m个数据一组进行累加求平均运算，得到n个滤波后的数据。
可选的，所述频率合成器持续性生成预设频率的探测波信号，所述装置还包括调制模块、记录模块。
所述调制模块，用于在t1时间点控制所述频率合成器将重新生成的探测波信号与动态信号进行调制，得到动态探测波信号，以使所述雷达传感器生成动态探测波，并将所述动态探测波以所述预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的动态反射波，所述动态信号持续m周期；
所述获取模块420，还用于获取所述混频组件将所述动态反射波与所述调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的动态反射波数据；所述记录模块，用于记录获取到的所述动态反射波数据的数量为m个时的时间点t2；
所述计算模块430，还用于基于公式计算得到所述动态反射波射向所述待测流体的路程的距离，其中，D为所述距离，C为光速。
可选的，所述计算模块430，还用于基于公式计算得到0-t时间段所述待测流体的流量，其中，ASpeed为所述流速，Q为0-t时间段的流量，S为所述待测流体的过水面积，S＝L×H1，H1为所述待测流体的液面高度，L为根据实际情况预估的承载所述待测流体的载体的长度，H1＝H2-D×sinA，D为所述距离，H2为所述雷达传感器距离所述载体底面的高度，A为所述预设角度。
本申请实施例所提供的流量测量装置400，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
此外，本申请实施例还提供一种可读存储介质，该可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机运行时，执行如上述的流量测量方法所包含的步骤。
综上所述，本发明实施例提出的流量测量方法、装置、系统、电子设备及可读存储介质，在获取到待测液面反射回的反射波后，将反射波与IQ信号进行IQ调制，以便后续在计算得到流速的数值后，还可以根据接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向。由于最后所测得的流速不仅包括数值，还包括方向，因此，再将流速应用到后续测流量时，得到的结果更为准确。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，笔记本电脑,服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流量测量方法，其特征在于，应用于流量测量系统的处理器，所述流量测量系统还包括雷达传感器、混频组件、频率合成器，所述雷达传感器安装于待测流体的上方，所述方法包括：
控制所述频率合成器生成探测波信号，以使所述雷达传感器获取到所述探测波信号后生成探测波，并将所述探测波以与所述待测流体呈预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的反射波；
获取所述混频组件将所述反射波与调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的反射波数据；
基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速；
基于接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向；
基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率合成器持续性生成预设频率的探测波信号，所述处理器的采样深度为m×n，采样频率为m×fs，m与n为正整数，所述基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速，包括：
对采样频率为m×fs，采样次数为m×n次所得到的m×n个所述反射波数据进行滤波，得到采样频率为fs的n个滤波数据；
将n个所述滤波数据进行快速傅里叶变换，得到n个傅里叶数据；
对所述n个傅里叶数据的幅值求方差后乘以预设的门限因子，得到预估门限阈值；
当存在至少一个傅里叶数据的幅值大于所述预估门限阈值时，获取所述至少一个傅里叶数据中的最大值；
基于公式计算得到最大流速，其中，MSpeed为所述最大流速，PSdata为所述最大值对应的点位，fs为采样率，C为光速，f为所述预设频率，n为快速傅里叶算法点数，cosA为角度修正系数，A为所述预设角度；
基于公式ASpeed＝MSpeed×G，计算得到所述流速，其中，ASpeed为所述流速，G为转换因子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述傅里叶数据的幅值均小于或等于所述预估门限阈值时，确定所述流速为0。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述采样频率为m×fs，采样次数为m×n次所得到的m×n个所述反射波数据进行滤波，得到采样频率为fs的n个滤波数据，包括：
针对每次采样所获取到的m×n个反射波数据按照m个数据一组进行累加求平均运算，得到n个滤波数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率合成器持续性生成预设频率的探测波信号，所述方法还包括：
在t1时间点控制所述频率合成器将重新生成的探测波信号与动态信号进行调制，得到动态探测波信号，以使所述雷达传感器生成动态探测波，并将所述动态探测波信号以所述预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的动态反射波，所述动态信号持续m周期；
获取所述混频组件将所述动态反射波与所述调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的动态反射波数据；
记录获取到的所述动态反射波数据的数量为m个时的时间点t2；
基于公式计算得到所述动态反射波射向所述待测流体的路程的距离，其中，D为所述距离，C为光速。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量，包括：
基于公式计算得到0-t时间段所述待测流体的流量，其中，ASpeed为所述流速，Q为0-t时间段的流量，S为所述待测流体的过水面积，S＝L×H1，H1为所述待测流体的液面高度，L为根据实际情况预估的承载所述待测流体的载体的长度，H1＝H2-D×sinA，D为所述距离，H2为所述雷达传感器距离所述载体底面的高度，A为所述预设角度。
7.一种流量测量装置，其特征在于，应用于流量测量系统的处理器，所述流量测量系统还包括雷达传感器、混频组件、频率合成器，所述雷达传感器安装于待测流体的上方，所述装置包括：
控制模块，用于控制所述频率合成器生成探测波信号，以使所述雷达传感器获取到所述探测波信号后生成探测波，并将所述探测波以与所述待测流体呈预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的反射波；
获取模块，用于获取所述混频组件将所述反射波与调制信号进行IQ调制后得到的包括I信号及Q信号的反射波数据；
计算模块，用于基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速，基于接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向所述计算模块，还用于基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。
8.一种流量测量系统，其特征在于，包括处理器、雷达传感器、混频组件、频率合成器，所述处理器与所述频率合成器以及所述混频组件连接，所述雷达传感器与所述频率合成器及所述混频组件连接，所述雷达传感器安装于待测流体的上方；
所述处理器，用于控制所述频率合成器生成探测波信号；
所述雷达传感器，用于获取所述探测波信号生成探测波，并将所述探测波以与所述待测流体呈预设角度射向所述待测流体及接收所述待测流体反射的反射波；
所述混频组件，用于获取所述反射波，并将所述反射波与调制信号进行IQ调制，得到包括I信号及Q信号的反射波数据；
所述处理器，用于基于所述反射波数据的数值，计算得到所述待测流体的流速，还用于基于接收到所述I信号与所述Q信号的先后关系，确定流速方向；
所述处理器，还用于基于所述流速以及所述流速方向，计算所述待测流体的流量。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理单元，所述存储器和所述处理单元连接；
所述存储器用于存储程序；
所述处理单元调用存储于所述存储器中的程序，以执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机运行时执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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