CN111351958A - 时延检测方法及装置、流体速度测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种时延检测方法及装置、流体速度测量方法及系统，其中，时延检测方法种包括：接收发送端发送的激励信号，作为接收信号；计算接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期；以与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准；基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延，其根据一个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值选定计算时延的基准，相比于现有技术中通过固定的比较电平选定基准的方法来说，大大提高了检测的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤指一种基于弱信号环境的呼叫转移方法、装置及系统。
背景技术
在使用超声波测量流体速度时，通常在管道流动方向的上游侧和下游侧配置一对超声波换能器，如图1所示，在管道流动方向上设有超声波换能器A和超声波换能器B，两者之间的直线距离为L，连线与管道流动方向之间的夹角为
在测量过程中，通过测量正反两次超声波在流体中的传输时间TD和TU，利用其时间差Δt＝TD-TU，实现流体速度
的计算，其中，超声波由超声波换能器A发射至超声波换能器B的时间为TU，超声波由超声波换能器B发射至超声波换能器A的时间为TD，测试精度主要由Δt＝TD-TU的精度决定。
在计算超声波传输时间的过程中，在超声波换能器一般以固定的比较电平来恢复接收信号，计算超声波的传输时间，但是，由于外界条件(气流速度，匹配情况等)的变化，使得同样的激励信号，超声波换能器(接收端)接收到的信号的幅度会发生无法预估的变化，进而在不同环境下测量得到的时延时间不一致，如图2所示，在两次不同的环境下，发送端发送相同的激励信号，接收端接收到的信号后，根据处理后的接收信号计算得到的时延时间TA和TB不一致，导致计算得到时间差Δt与真实时间差之间存在超声波周期的变化，进而无法准确的计算出流体的流速。
发明内容
本发明的目的是提供一种时延检测方法及装置、流体速度测量方法及系统，有效解决现有技术中由于时延检测不准，导致流体速度测量不精确的技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种时延检测方法，包括：
接收发送端发送的激励信号，作为接收信号；
计算所述接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期；
以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准；
基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与所述结束基准计算得到时延。
在本技术方案中，根据一个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值选定计算时延的基准，相比于现有技术中通过固定的比较电平选定基准的方法来说，大大提高了检测的精确度。在实际应用中，外界条件的变化虽然会影响接收信号的幅值，但是不会影响各周期峰谷差值相对大小，即激励信号中峰谷差值最大的位置与接收信号中峰谷差值最大的位置是一致的，是以，采用本技术方案中的方法检测延，采用相同的方法分别在激励信号和接收信号中选定时延计算的初始基准和结束基准，保证了检测结果不受外界环境的影响，不会出现得到的时延与实际时延存在超声波周期的误差的现象。
进一步优选地，计算所述接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期，进一步包括：
对所述接收信号分别进行波峰检测和波谷检测；
对所述接收信号进行采样得到采样信号；
对所述采样信号进行模数转换，得到各周期的峰值和谷值；
计算所述采样信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量；
根据计算结果，得到接收信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
在本技术方案中，对采样得到的采样信号进行数模转换得到各周期的波峰电平和波谷电平，以此计算峰谷值，进而计算相邻周期峰谷差值的变化量，精确的得到接收信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
进一步优选地，接收发送端发送的激励信号，作为接收信号之后，包括：
对所述接收信号进行处理得到方波信号；
以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准，具体为：以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在所述方波信号中选定一上升沿作为时延检测的结束基准。
在本技术方案中，在计算相邻周期峰谷差值的变化量的同时，对接收信号进行处理得到对应的方波信号，便于找到时延检测的结束基准。
进一步优选地，在步骤对所述接收信号进行处理得到方波信号中，具体为：采用过零比较的方法对所述接收信号进行处理得到方波信号。
在本技术方案中，使用过零比较的方法得到方波信号，简单方便。
进一步优选地，以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准，具体为：以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在所述方波信号中选定下一个一上升沿作为时延检测的结束基准。
在本技术方案中，为了简化处理流程，选定方波信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期的下一个上升沿作为结束基准。
本发明还提供了一种流体速度测量方法，其特征在于，包括：
采用上述时延检测方法分别检测超声波在流体中来回两次传输的时间；
根据来回两次传输的时间计算流体速度V；
其中，TU和TD分别表示超声波在流体中来回传输的时间，L表示超声波在流体中传输的距离，
表示超声波传输方向与流体方法之间的夹角。
在本技术方案中，使用时延检测方法精确得到超声波在流体中来回两次传输的时间，进而提高流体速度的计算精度。
本发明还提供了一种时延检测装置，包括：
信号接收模块，用于接收发送端发送的激励信号，作为接收信号；
处理模块，用于计算所述信号接收模块接收到的接收信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期；用于根据与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准，及用于基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与所述结束基准计算得到时延。
在本技术方案中，处理模块根据一个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值选定计算时延的基准，相比于现有技术中通过固定的比较电平选定基准的方法来说，大大提高了检测的精确度。在实际应用中，外界条件的变化虽然会影响接收信号的幅值，但是不会影响各周期峰谷差值相对大小，即激励信号中峰谷差值最大的位置与接收信号中峰谷差值最大的位置是一致的，是以，采用本技术方案中的方法检测延，采用相同的方法分别在激励信号和接收信号中选定时延计算的初始基准和结束基准，保证了检测结果不受外界环境的影响，不会出现得到的时延与实际时延存在超声波周期的误差的现象。
进一步优选地，所述时延检测装置中还包括：
波峰检测模块，用于对所述接收信号进行波峰检测；
波谷检测模块，用于对所述接收信号进行波谷检测；
所述处理模块中包括：
采样单元，用于对所述接收信号进行采样得到采样信号；
模数转换单元，用于对所述采样信号进行模数转换，根据所述波峰检测模块检测的波峰和波谷检测模块检测的波谷得到各周期的峰值和谷值；
计算单元，用于计算所述采样信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量；
比较单元，根据计算单元的计算结果得到接收信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
在本技术方案中，模数转换单元对采样得到的采样信号进行数模转换得到各周期的波峰电平和波谷电平，以此计算单元计算峰谷值，进而计算相邻周期峰谷差值的变化量，精确的得到接收信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
进一步优选地，所述时延检测装置中还包括：用于对所述信号接收模块接收到的接收信号进行处理得到方波信号的比较模块；
在所述处理模块中，以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在所述方波信号中选定一上升沿作为时延检测的结束基准。
在本技术方案中，处理模块在计算相邻周期峰谷差值的变化量的同时，对接收信号进行处理得到对应的方波信号，便于找到时延检测的结束基准。
本发明还提供了一种流体速度测量系统，包括上述时延检测装置，还包括分设于流体两侧、与所述时延检测装置连接的超声波换能器，所述超声波换能器通过切换工作模式实现超声波信号的发送和接收，完成超声波在流体中来回两次传输；
所述延迟检测装置中的处理模块还用于根据来回两次传输的时间计算流体速度V；
其中，TU和TD分别表示超声波在流体中来回传输的时间，L表示超声波在流体中传输的距离，
表示超声波传输方向与流体方法之间的夹角。
在本技术方案中，流体速度测量系统使用时延检测方法精确得到超声波在流体中来回两次传输的时间，进而提高流体速度的计算精度。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施例，对时延检测方法及装置、流体速度测量方法及系统的特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为现有技术中在管道流动方向的上游侧和下游侧配置一对超声波换能器的结构示意图；
图2为现有技术中两次不同的环境下接收端根据接收信号计算时延的流程示意图；
图3为本发明中时延检测方法一种实施方式流程示意图；
图4为本发明中时延检测方法另一种实施方式流程示意图；
图5为本发明中时延检测方法另一种实施方式流程示意图；
图6为本发明中时延检测装置一种实施方式流程示意图；
图7为本发明中时延检测装置另一种实施方式流程示意图；
图8为本发明中时延检测装置另一种实施方式流程示意图；
图9为本发明一实例中时延检测电路图。
附图标号说明：
100-时延检测装置，110-信号接收模块，120-处理模块，121-采样单元，122-模数转换单元，123-计算单元，124-比较单元，130-波峰检测模块，140-波谷检测模块，150-比较模块。
具体实施例
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施例。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施例。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
如图3所示为本发明提供的时延检测方法一种实施方式流程示意图，从图中可以看出，在该时延检测方法中包括：
S10接收发送端发送的激励信号，作为接收信号；
S20计算接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期；
S30以与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准；
S40基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。
在本实施方式中，时延检测具体检测的是发送端发送的激励信号在某一介质中传输达到接收端的时间，传输介质可以为任意的介质，如，水、空气等。发送端在生成激励信号后进行发送，在介质中传输中到达接收端，激励信号为根据发送端的频率生成的方波信号，该方波信号中方波的根据实际情况设定,在几个到几十个之间均可。发送端和接收端可以为任意的信号收发装置，如，发送端为超声波发生器，接收端为超声波接收器等，这里不做限定，只要能够实现本实施方式的目的都包括在保护范围内。在一实例中，发送端和接收端均为超声波换能器，切换工作模式后工作在超声波发生模式或超声波接收模式，作为发送端或接收端使用，当超声波换能器作为发送端使用时，根据超声波换能器的频率产生一定数量的方波信号，作为激励信号。
接收端在接收到发送端发送的激励信号后，依次计算每个信号周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并计算两个相邻周期的峰谷差值的变化量，具体，可以将后一周期的峰谷差值减去前一周期的峰谷差值得到变化量，也可以将前一周期的峰谷差值减去后一周期的峰谷差值得到变化量。之后，根据相邻两周期的峰谷差值的变化量得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期，具体，当变化量由后一周期的峰谷差值减去前一周期的峰谷差值计算得到，选定与前一周期峰谷值变化量最大的周期；当变化量由前一周期的峰谷差值减去后一周期的峰谷差值计算得到，则选定与前一周期峰谷值变化量最大的周期。由于两个相邻周期的峰谷差值的变化量可能为正也可能为负，是以，在选定与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期时，对计算得到的变化量取绝对值得到绝对变化量再进行比较，得到与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期。
在接收信号中选定了与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期后，根据该周期选定一时延检测的结束基准，以此基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。结束基准的选定可以根据实际情况进行设定，可以选定为与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期的后一个波峰处，也可以选定为与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期的后两个波谷处，甚至可以选定为与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期的前一个零点处，只要是基于预设的规则进行选定即可，这里不做具体限定。为了精确计算结果，激励信号中预先选定的初始基准与接收信号中结束基准的选定方法相同，即同样根据与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期进行选定。
在本实施方式中，基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延，相比于现有技术中通过固定的比较电平选定基准的方法来说，时延检测的结果不会受外界环境的影响，大大提高了时延检测的精度。
在其他实施方式中，为了进一步提高时延检测的精度，在计算接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值之前，对接收信号进行滤波及放大操作，将杂波滤除，并将滤波后的接收信号进行放大，便于后续峰谷差值的计算和比较。
对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，如图4所示，该时延检测方法包括：
S10接收发送端发送的激励信号，作为接收信号；
S21对接收信号分别进行波峰检测和波谷检测；
S22对接收信号进行采样得到采样信号；
S23对采样信号进行模数转换，得到各周期的峰值和谷值；
S24计算采样信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量；
S25根据计算结果，得到接收信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期；
S30以与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准；
S40基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。
在本实施方式中，接收端在接收到发送端发送的激励信号后，分别对接收信号的波峰和波谷进行检测，得到峰值电平和谷值电平；之后对采样信号(依次采样接收信号中周期信号)进行数模转换，将采样信号中每个周期的峰值和谷值进行记录，并依次计算每个信号周期内波峰和波谷之间的峰谷差值；之后根据每个周期的峰谷差值计算相邻周期的峰谷差值的变化量，最后根据相邻两周期的峰谷差值的变化量得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。在接收信号中选定了与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期后，根据该周期选定一时延检测的结束基准，以此基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。在其他实施方式中，预先设定一预设幅值，接收到接收信号之后，将其与预设幅值进行比较，保留幅值大于预设幅值的信号，依次采样进行峰谷差值的计算，根据保留的信号比较出与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
在一实例中，使用波峰检测器对接收信号的波峰进行检测；在检测波谷时，使用反相器对接收信号进行反向后使用波峰检测器对其进行波峰检测，实现接收信号波谷的检测。检测到接收信号的波峰和波谷，并使用采样电路对接收信号进行采样得到采样信号后，使用模数转换器对采样信号进行模数转换。对于波峰检测器、反相器、采样电路及模数转换器的具体形式这里不作限定，只要能够实现本实例的目的即可。
对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，如图5所示，该时延检测方法包括：
S10接收发送端发送的激励信号，作为接收信号；
S50对接收信号进行处理得到方波信号；
S20计算接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期；
S30以与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准；
S40基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。
在本实施方式中，接收端在接收到发送端发送的激励信号后，随即对接收信号进行过零比较，将其恢复为方波信号，为后续提供采样时钟及产生时延参考；与此同时，分别对接收信号的波峰和波谷进行检测，得到峰值电平和谷值电平，接着对接收信号进行采样并对采样信号进行数模转换，将采样信号中每个周期的峰值和谷值进行记录，之后依次计算每个信号周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，进而根据每个周期的峰谷差值计算相邻周期的峰谷差值的变化量，最后根据相邻两周期的峰谷差值的变化量得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。在接收信号中选定了与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期后，在方波信号中选定一上升沿作为时延检测的结束基准，以此基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。在其他实施方式中，对接收信号进行过零比较后恢复得到方波信号后，针对每个方波信号中的上升沿测量时延并进行保存；在采样后，根据计算得到的峰谷差值从保存的时延信息中选定需要的时延信息。另外，预先设定一预设幅值，接收到接收信号之后，将其与预设幅值进行比较，保留幅值大于预设幅值的信号，之后再依次采样进行峰谷差值的计算，根据保留的信号比较出与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
对于方波信号中上升沿的选定，可以根据实际情况进行设定，如，在一实例中，以与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在方波信号中选定下一个一上升沿作为时延检测的结束基准；又如，以与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在方波信号中选定前一个一上升沿作为时延检测的结束基准。
本发明还提供了一种流体速度测量方法，在测量之前，在管道流动方向的上游侧和下游侧配置一对超声波换能器，通过切换超声波换能器的工作模式(超声波发射模式和超声波接收模式)控制超声波在两个超声波换能器之间来回传输两次，在两次传输过程中，采用上述实施方式中的时延检测方法分别检测超声波在流体中传输的时间TD和TU，假定TD＞TU，流体速度V为；
其中，L表示超声波在流体中传输的距离(两个超声波换能器之间的直线距离)，
表示超声波传输方向与流体方法之间的夹角。其使用时延检测方法精确得到超声波在流体中来回两次传输的时间，大大提高了流体速度的计算精度。
本发明还提供了一种时延检测装置，如图6所示，在该时延检测装置100中包括：相互连接的信号接收模块110和处理模块120，其中，信号接收模块110用于接收发送端发送的激励信号，作为接收信号；处理模块120用于计算信号接收模块110接收到的接收信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期；用于根据与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准，及用于基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。
在本实施方式中，时延检测具体检测的是发送端发送的激励信号在某一介质中传输达到接收端的时间，传输介质可以为任意的介质，如，水、空气等。发送端在生成激励信号后进行发送，在介质中传输中到达接收端。时延检测装置100在计算时延时，从接收端中得到接收信号之后，处理模块120对其进行处理，从接收信号中选定时延检测的结束基准，进而计算得到时延。具体，激励信号为根据发送端的频率生成的方波信号，该方波信号中方波的根据实际情况设定,在几个到几十个之间均可。发送端和接收端可以为任意的信号收发装置，如，发送端为超声波发生器，接收端为超声波接收器等，这里不做限定，只要能够实现本实施方式的目的都包括在保护范围内。在一实例中，发送端和接收端均为超声波换能器，切换工作模式后工作在超声波发生模式或超声波接收模式，作为发送端或接收端使用，当超声波换能器作为发送端使用时，根据超声波换能器的频率产生一定数量的方波信号，作为激励信号。
信号接收模块110在接收到发送端发送的激励信号后，处理模块120依次计算每个信号周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并计算两个相邻周期的峰谷差值的变化量，具体，可以将后一周期的峰谷差值减去前一周期的峰谷差值得到变化量，也可以将前一周期的峰谷差值减去后一周期的峰谷差值得到变化量。之后，根据相邻两周期的峰谷差值的变化量得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期，具体，当变化量由后一周期的峰谷差值减去前一周期的峰谷差值计算得到，选定与前一周期峰谷值变化量最大的周期；当变化量由前一周期的峰谷差值减去后一周期的峰谷差值计算得到，则选定与前一周期峰谷值变化量最大的周期。由于两个相邻周期的峰谷差值的变化量可能为正也可能为负，是以，在选定与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期时，对计算得到的变化量取绝对值得到绝对变化量再进行比较，得到与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期。
在接收信号中选定了与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期后，处理模块120根据该周期选定一时延检测的结束基准，以此基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。结束基准的选定可以根据实际情况进行设定，可以选定为与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期的后一个波峰处，也可以选定为与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期的后两个波谷处，甚至可以选定为与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期的前一个零点处，只要是基于预设的规则进行选定即可，这里不做具体限定。为了精确计算结果，激励信号中初始基准与接收信号中结束基准的选定方法相同，即同样根据与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期进行选定。
在本实施方式中，基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延，相比于现有技术中通过固定的比较电平选定基准的方法来说，时延检测的结果不会受外界环境的影响，大大提高了时延检测的精度。在其他实施方式中，为了进一步提高时延检测的精度，在计算接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值之前，对接收信号进行滤波及放大操作，将杂波滤除，并将滤波后的接收信号进行放大，便于后续峰谷差值的计算和比较。
对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，如图7所示，时延检测装置100中除了包括相互连接的信号接收模块110和处理模块120之外，还包括：用于对接收信号进行波峰检测的波峰检测模块130及用于对接收信号进行波谷检测的波谷检测模块140。处理模块120中包括：采样单元121、与采样单元121连接的模数转换单元122、与模数转换单元122连接的计算单元123及与计算单元123连接的比较单元124，其中，采样单元121用于对接收信号进行采样得到采样信号；模数转换单元122用于对采样信号进行模数转换，根据波峰检测模块130检测的波峰和波谷检测模块140检测的波谷得到各周期的峰值和谷值；计算单元123用于计算采样信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量；比较单元124根据计算单元123的计算结果得到接收信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
在本实施方式中，信号接收模块110在接收到发送端发送的激励信号后，波峰检测模块130和波谷检测模块140分别对接收信号的波峰和波谷进行检测，得到峰值电平和谷值电平；之后模数转换单元122对采样单元121采样得到的采样信号进行数模转换，将采样信号中每个周期的峰值和谷值进行记录，以此计算单元123依次计算每个信号周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并根据每个周期的峰谷差值计算相邻周期的峰谷差值的变化量，最后比较单元124根据相邻两周期的峰谷差值的变化量得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。在接收信号中选定了与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期后，根据该周期选定一时延检测的结束基准，以此基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。在其他实施方式中，预先设定一预设幅值，接收到接收信号之后，将其与预设幅值进行比较，保留幅值大于预设幅值的信号，依次采样进行峰谷差值的计算，根据保留的信号比较出与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
在一实例中，波峰检测模块130具体为一波峰检测器，通过该波峰检测器对接收信号的波峰进行检测；波谷检测模块140中包括一反相器及一波峰检测器，在检测波谷时，使用反相器对接收信号进行反向后使用波峰检测器对其进行波峰检测，实现接收信号波谷的检测。检测到接收信号的波峰和波谷，并使用采样电路对接收信号进行采样得到采样信号后，使用模数转换器对采样信号进行模数转换。对于波峰检测器、反相器、采样电路及模数转换器的具体形式这里不作限定，只要能够实现本实例的目的即可。在其他实例中，可以使用其他方式对接收信号的波峰和波谷进行检测，这里不做具体限定。
对上述实施方式进行改进得到本实施方式，在本实施方式中，如图8所示，时延检测装置100中除了包括信号接收模块110、处理模块120、波峰检测模块130及波谷检测模块140之外，还包括用于对信号接收模块110接收到的接收信号进行处理得到方波信号的比较模块150。处理模块120中包括：采样单元121、与采样单元121连接的模数转换单元122、与模数转换单元122连接的计算单元123及与计算单元123连接的比较单元124，其中，采样单元121用于对接收信号进行采样得到采样信号；模数转换单元122用于对采样信号进行模数转换，根据波峰检测模块130检测的波峰和波谷检测模块140检测的波谷得到各周期的峰值和谷值；计算单元123用于计算采样信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量；比较单元124根据计算单元123的计算结果得到接收信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
在本实施方式中，信号接收模块110在接收到发送端发送的激励信号后，比较模块150随即对接收信号进行过零比较，将其恢复为方波信号，为后续提供采样时钟及产生时延参考；与此同时，波峰检测模块130和波谷检测模块140分别对接收信号的波峰和波谷进行检测，得到峰值电平和谷值电平；之后模数转换单元122对采样单元121采样得到的采样信号进行数模转换，将采样信号中每个周期的峰值和谷值进行记录，以此计算单元123依次计算每个信号周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并根据每个周期的峰谷差值计算相邻周期的峰谷差值的变化量，最后比较单元124根据相邻两周期的峰谷差值的变化量得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。在接收信号中选定了与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期后，根据该周期选定一时延检测的结束基准，以此基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延。在其他实施方式中，为了进一步提高时延检测的精度，在计算接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值之前，对接收信号进行滤波及放大操作，将杂波滤除，并将滤波后的接收信号进行放大，便于后续峰谷差值的计算和比较。在其他实施方式中，比较模块150对接收信号进行过零比较后恢复得到方波信号后，针对每个方波信号中的上升沿测量时延并进行保存；采样单元121在采样后，根据计算得到的峰谷差值从保存的时延信息中选定需要的时延信息。另外，预先设定一预设幅值，接收到接收信号之后，将其与预设幅值进行比较，保留幅值大于预设幅值的信号，之后再依次采样进行峰谷差值的计算，根据保留的信号比较出与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
对于方波信号中上升沿的选定，可以根据实际情况进行设定，如，在一实例中，以与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在方波信号中选定下一个一上升沿作为时延检测的结束基准；又如，以与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在方波信号中选定前一个一上升沿作为时延检测的结束基准。
在一实例中，如图9所示，时延检测装置中包括：用于对接收信号进行放大的运算放大器Q1，用于对接收信号进行滤波的RC滤波电路(包括相互并联的电阻R1和电容C2)，与运算放大器Q1和RC滤波电路输出端连接的过零比较器Q2，与运算放大器Q1和RC滤波电路输出端连接的电压跟随器Q3，与电压跟随器Q3输出端连接的反相器Q4，与反相器Q4的输出端连接的波峰检测器Q5，与电压跟随器Q3输出端连接的峰值检测器Q6及处理模块。
在工作过程中，运算放大器Q1和RC滤波电路对接收信号进行放大和滤波后，过零比较器Q2对放大和过滤后的接收信号进行过零比较恢复得到方波信号；反相器Q4对电压跟随器Q3输出的信号进行取反后，波峰检测器Q5对其进行峰值检测，实现对放大和过滤后的接收信号的波谷检测；波峰检测器Q6实现对放大和过滤后的接收信号的波峰检测。完成了波峰和波谷检测之后，处理模块滤波和放大后的接收信号进行采样和数模转换，将采样信号中每个周期的峰值和谷值进行记录，并依次计算每个信号周期内波峰和波谷之间的峰谷差值及根据每个周期的峰谷差值计算相邻周期的峰谷差值的变化量，最后比较单元根据相邻两周期的峰谷差值的变化量得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。在选定了与前一周期/后一周期峰谷值绝对变化量最大的周期后，根据该周期选定一时延检测的结束基准，以此基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与结束基准计算得到时延
本发明还提供了一种流体速度测量系统，包括上述时延检测装置，还包括分设于流体两侧、与时延检测装置连接的超声波换能器，超声波换能器通过切换工作模式实现超声波信号的发送和接收，完成超声波在流体中来回两次传输。延迟检测装置在检测到超声波在流体中传输的时间TD和TU，假定TD＞TU，流体速度V为：
其中，TU和TD分别表示超声波在流体中来回传输的时间，L表示超声波在流体中传输的距离，
表示超声波传输方向与流体方法之间的夹角。其使用时延检测方法精确得到超声波在流体中来回两次传输的时间，大大提高了流体速度的计算精度。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种时延检测方法，其特征在于，包括：
接收发送端发送的激励信号，作为接收信号；
计算所述接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期；
以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准；
基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与所述结束基准计算得到时延。
2.如权利要求1所述的时延检测方法，其特征在于，计算所述接收信号中每个周期内波峰和波谷之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期，进一步包括：
对所述接收信号分别进行波峰检测和波谷检测；
对所述接收信号进行采样得到采样信号；
对所述采样信号进行模数转换，得到各周期的峰值和谷值；
计算所述采样信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量；
根据计算结果，得到接收信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
3.如权利要求1或2所述的时延检测方法，其特征在于，接收发送端发送的激励信号，作为接收信号之后，包括：
对所述接收信号进行处理得到方波信号；
以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准，具体为：以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在所述方波信号中选定一上升沿作为时延检测的结束基准。
4.如权利要求3所述的时延检测方法，其特征在于，在步骤对所述接收信号进行处理得到方波信号中，具体为：采用过零比较的方法对所述接收信号进行处理得到方波信号。
5.如权利要求3所述的时延检测方法，其特征在于，以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准，具体为：以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在所述方波信号中选定下一个一上升沿作为时延检测的结束基准。
6.一种流体速度测量方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求1-5任意一项所述的时延检测方法分别检测超声波在流体中来回两次传输的时间；
根据来回两次传输的时间计算流体速度V；
其中，TU和TD分别表示超声波在流体中来回传输的时间，L表示超声波在流体中传输的距离，
表示超声波传输方向与流体方法之间的夹角。
7.一种时延检测装置，其特征在于，包括：
信号接收模块，用于接收发送端发送的激励信号，作为接收信号；
处理模块，用于计算所述信号接收模块接收到的接收信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，依次计算相邻周期峰谷差值的变化量，得到与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期；用于根据与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，选定一时延检测的结束基准，及用于基于发送端激励信号中预先选定的初始基准与所述结束基准计算得到时延。
8.如权利要求7所述的时延检测装置，其特征在于，所述时延检测装置中还包括：
波峰检测模块，用于对所述接收信号进行波峰检测；
波谷检测模块，用于对所述接收信号进行波谷检测；
所述处理模块中包括：
采样单元，用于对所述接收信号进行采样得到采样信号；
模数转换单元，用于对所述采样信号进行模数转换，根据所述波峰检测模块检测的波峰和波谷检测模块检测的波谷得到各周期的峰值和谷值；
计算单元，用于计算所述采样信号中每个周期内峰值和谷值之间的峰谷差值，并依次计算相邻周期峰谷差值的变化量；
比较单元，根据计算单元的计算结果得到接收信号中与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期。
9.如权利要求7或8所述的时延检测装置，其特征在于，所述时延检测装置中还包括：用于对所述信号接收模块接收到的接收信号进行处理得到方波信号的比较模块；
在所述处理模块中，以所述与前一周期/后一周期峰谷值变化量最大的周期为基准，在所述方波信号中选定一上升沿作为时延检测的结束基准。
10.一种流体速度测量系统，其特征在于，包括如权利要求7-9任意一项所述的时延检测装置，还包括分设于流体两侧、与所述时延检测装置连接的超声波换能器，所述超声波换能器通过切换工作模式实现超声波信号的发送和接收，完成超声波在流体中来回两次传输；
所述延迟检测装置中的处理模块还用于根据来回两次传输的时间计算流体速度V；
其中，TU和TD分别表示超声波在流体中来回传输的时间，L表示超声波在流体中传输的距离，
表示超声波传输方向与流体方法之间的夹角。
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