CN111650397A - 超声波回波信号的处理方法、装置、流量计及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种超声波回波信号的处理方法、装置、流量计及存储介质，涉及信号处理技术领域。该方法包括：判断每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量；若每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数小于或等于最小允许数量，则采用预设参数对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，使得从增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量；利用采样的多个数据在预设约定区间内的个数大于最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据。该方式可以使计算出的液体流速准确度得到提高。
Description
技术领域
本申请涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种超声波回波信号的处理方法、装置、流量计及存储介质。
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中的流体流速的监测需求越来越大。根据声学多普勒效应，通过计算超声波回波信号与超声波发波信号之间的频率差，即利用多普勒频移来计算被测液体的流速。
目前，在计算被测液体的流速之前，都需要对接收到的超声波回波模拟信号进行增益放大处理。然而，现有技术在对超声波回波模拟信号进行增益放大时，存在放大后的超声波回波模拟信号幅值太小或者幅值超量程的现象。这些现象都会导致超声波回波数字信号不精准，进而使通过超声波回波数字信号计算出的液体的流速准确度不高。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种超声波回波信号的处理方法、装置、流量计及存储介质，可以提高超声波回波数字信号的精准度，进而使计算出的液体的流速准确度得到提高。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种超声波回波信号的处理方法，所述方法包括：
判断每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量；
若所述每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数小于或等于所述最小允许数量，则采用预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，使得从增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量；
利用采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据。
可选地，所述采用预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，包括：
根据所述超声波回波数字信号中超出所述预设约定区间的个数，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节。
可选地，所述根据所述超声波回波数字信号中超出所述预设约定区间的个数，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，包括：
比较所述超声波回波数字信号中小于所述预设约定区间的最小值的第一数据个数，和大于所述预设约定区间的最大值的第二数据个数；
根据比较结果，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节。
可选地，所述预设参数包括：第一预设参数；所述根据比较结果，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，包括：
若所述第一数据个数大于所述第二数据个数，则采用所述第一预设参数，对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益放大调节。
可选地，所述预设参数包括：第二预设参数；所述根据比较结果，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，包括：
若所述第一数据个数小于所述第二数据个数，则采用所述第二预设参数，对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益缩小调节。
可选地，所述利用采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据，包括：
根据预设的采样深度，以及预设的采样频率，确定预设约定区间的个数，所述采样深度的值为大于1的整数；
根据所述预设约定区间的个数，对所述超声波回波数字信号进行超频采样滤波处理；
根据超频采样滤波处理所得到的数据，计算所述流速数据。
可选地，所述根据所述超频采样滤波处理所得到的数据，计算所述流速数据，包括：
采用正交同源双路调制方式，对所述超频采样滤波处理所得到的数据进行调制；
根据调制后的数据计算所述流速数据。
第二方面，本申请实施例还提供了一种超声波回波信号的处理装置，所述装置包括：
判断模块，用于判断每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量；
调节模块，用于若所述每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数小于或等于所述最小允许数量，则采用预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，使得从增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量；
计算模块，用于利用采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据。
可选地，所述调节模块，具体用于：
根据所述超声波回波数字信号中超出所述预设约定区间的个数，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节。
可选地，所述调节模块，还具体用于：
比较所述超声波回波数字信号中小于所述预设约定区间的最小值的第一数据个数，和大于所述预设约定区间的最大值的第二数据个数；
根据比较结果，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节。
可选地，所述预设参数包括：第一预设参数；所述调节模块，还具体用于：
若所述第一数据个数大于所述第二数据个数，则采用所述第一预设参数，对所述超声波回波数字信号对应的超声波回拨模拟信号进行增益放大调节。
可选地，所述预设参数包括：第二预设参数；所述调节模块，还具体用于：
若所述第一数据个数小于所述第二数据个数，则采用所述第二预设参数，对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益缩小调节。
可选地，所述计算模块，具体用于：
根据预设的采样深度，以及预设的采样频率，确定预设约定区间的个数，所述采样深度的值为大于1的整数；
根据所述预设约定区间的个数，对所述超声波回波数字信号进行超频采样滤波处理；
根据超频采样滤波处理所得到的数据，计算所述流速数据。
可选地，所述计算模块，还具体用于：
采用正交同源双路调制方式，对所述超频采样滤波处理所得到的数据进行调制；
根据调制后的数据计算所述流速数据。
第三方面，本申请实施例提供了一种流量计，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当流量计运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行上述第一方面的超声波回波信号的处理方法的步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种存储介质，所述计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面的超声波回波信号的处理方法的步骤。
本发明的有益效果是：
本发明实施例提供的一种超声波回波信号的处理方法、装置、流量计及存储介质，判断每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量；若每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数小于或等于最小允许数量，则采用预设参数对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，使得从增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量；利用采样的多个数据在预设约定区间内的个数大于最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据。采用本申请实施例提供的上述超声波回波信号的处理方法，当从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数小于或等于预设的最小允许数量时，可以采用预设参数对增益调节器中的增益倍数进行调节，使该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号通过调节后的增益调节器，得到的超声波回波数字信号中采样的多个数据在该预设约定区间内的个数大于预设最小允许数量，提高了超声波回波数字信号的精准度，进而使计算出的液体的流速准确度得到提高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种流量计的硬件构架的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种超声波回波信号的处理方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种超声波回波信号的处理方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的又一种超声波回波信号的处理方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的一种正方向速度下已调信号的信号图；
图6为本申请实施例提供的一种负方向速度下已调信号的信号图；
图7为本申请实施例提供的一种超声波回波信号的处理装置的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种超声波回波信号的处理装置的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的又一种超声波回波信号的处理装置的结构示意图；
图10为本申请实施例提供的一种流量计的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
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。
为对本申请所提供的超声波回波信号的处理方法进行清楚的解释，首先对执行超声波回波信号的处理方法的流量计的硬件架构进行解释说明。
图1为本申请实施例提供的一种流量计的硬件构架的结构示意图，下述实施例中的超声波回波信号的处理方法应用于该流量计内，其可由流量计内的处理器10实现，该流量计具体可以为多普勒流量计。如图1所示，该流量计包括：处理器10、压力传感器20、第一数字模拟转换器30、功率放大器40、超声波发波传感器50、超声波接收传感器60、增益调节器70、模拟数字转换器80以及第二数字模拟转换器90，其中，处理器10分别与压力传感器20、第一数字模拟转换器30、模拟数字转换器80以及第二数字模拟转换器90连接，用于控制压力传感器20采集被测流体的液位数据、控制第一数字模拟转换器30将数字信号转换成模拟信号(一定周期的正弦波信号)、控制模拟数字转换器80将放大后的超声波回波模拟信号转换成放大后的超声波回波数字信号以及控制第二数字模拟转换器90将数字电压数值转换成模拟电压数值。
第一数字模拟转换器30通过功率放大器40与超声波发波传感器50连接，其中，功率放大器40用于将第一数字模拟转换器30输出的模拟信号进行放大，超声波发波传感器50将放大后的模拟信号转换成超声波发波模拟信号并将其发出；超声波接收传感器60通过增益调节器70与模拟数字转换器80连接，其中，超声波接收传感器60用于接收超声波回波模拟信号，增益调节器70用于将该超声波回波模拟信号进行增益放大，并将放大后的超声波回波模拟信号传输给模拟数字转换器80；增益调节器70还与第二数字模拟转换器90连接，用于根据第二数字模拟转换器90的输出模拟电压数值，调节自身的增益倍数。
如下结合流量计的硬件结构以多个示例，对本申请所提供的超声波回波信号的处理方法进行解释说明，具体参见下述。
图2为本申请实施例提供的一种超声波回波信号的处理方法的流程示意图，如图2所示，该方法可以包括：
S201、判断每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量。
具体的，预设约定区间和模拟数字转换器80的位数有关，具体的约定区间范围可以根据实际情况进行限定，本申请实施例以12位的模拟数字转换器80为例进行说明，12位的模拟数字转换器80的采样数据区间为(0-4095)，假设超声波回波数字信号的约定区间为模拟数字转换器80全量程的四分之一至四分之三，则约定区间为(1023-3071)。
在约定区间设定好后，可以对从模拟数字转换器80输出的超声波回波数字信号进行采样，采样的点数可以为1024个，也可以为其他多个，在此处不对其进行限定，1024个采样点对应的数据可以用如下形式进行表示：Bdata0、Bdata1、Bdata2、Bdata3、Bdata4、Bdata5……Bdata1023。根据每个采样点对应的数据，可以确定出在预设约定区间内的采样点的个数，然后通过液位偏差(MaxPoffset)以及液位偏差(MaxPoffset)所在区间与超声波回波数字信号采样的点的个数在约定区间内的最小允许数量(AppDataNum)之间的关系，如表1所示，对该超声波回波数字信号进行判断。
表1
其中，上述液位偏差可以通过如下步骤进行获取，在对超声波回波数字信号进行采样时，可以根据压力传感器20采集到的多组液位数据，确定出液位偏差。其中，压力传感器20可以采集1024组液位数据，也可以采集其他多个液位数据，在此不对液位数据的个数进行限定，1024组液位数据可以用如下形式进行表示：Pdata0、Pdata1、Pdata2、Pdata3、Pdata4、Pdata5……Pdata1023，先对上述1024个液位数据进行平方和，再开根号，得到液位数据标准差(SUMPdata)：
然后对液位数据标准差(SUMPdata)求平均，得到液位数据标准差的平均值(AVGPdata)：
再分别求1024个液位数据中的最大值MaxPdata、最小值MinPdata：
MaxPdata＝MAX(Pdata0,Pdata1,Pdata2,Pdata3……Pdata1023)
MinPdata＝MIN(Pdata0,Pdata1,Pdata2,Pdata3……Pdata1023)
最后求取液位偏差(MaxPoffset)：
MaxPoffset＝MAX((MaxPdata-AVGPdata),(AVGPdata-MinPdata))
S202、若每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在该预设约定区间内的个数小于或等于最小允许数量，则采用预设参数对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，使得从增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量。
具体的，若对模拟数字转换器80输出的超声波回波数字信号进行采样得到的多个数据在上述的预设约定区间内的个数大于预设的最小允许数量，则直接根据该超声波回波数字信号，计算该液体的流速数据；若对模拟数字转换器80输出的超声波回波数字信号进行采样得到的多个数据在上述的预设约定区间内的个数小于或等于预设的最小允许数量，则可以通过调节第二数字模拟转换器90的输出模拟电压数值，进而调节增益调节器70的增益倍数。利用调节后的增益调节器70，将该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号再进行一次增益调节，对增益调节后得到的超声波回波模拟信号再进行一次判断，以此类推，最后使增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在该预设约定区间内的个数大于预设的最小允许数量。
其中，增益调节器70的增益(Gain)与第二数字模拟转换器90的输出模拟电压数值(VDAC2)之间的关系如下：
Gain＝VDAC2*KGAIN
式中，KGAIN为增益放大系数，通常为80DB/V。
S203、利用采样的多个数据在预设约定区间内的个数大于最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据。
具体的，当从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数大于最小允许数量时，相当于该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节的增益倍数是符合要求的，采用该增益倍数放大后的超声波回波数字信号进行计算，得到液体的流速数据。并且，若采样次数达到预设的最大采样次数，则可以利用最后一次增益调节得到的超声波回波数字信号进行计算，该采样次数可以提前预设，本申请实施例中的采样次数以10次为例进行说明，对增益调节X次后得到的超声波回波数字信号进行采样，在判断从该超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量之前，需要将X与10进行比较，如果X小于10，则继续判断从该超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量；如果X大于或等于10，则直接根据该超声波回波数字信号进行计算，得到液体的流速数据。
综上所述，本申请提供的超声波回波信号的处理方法中，判断每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量；若每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数小于或等于最小允许数量，则采用预设参数对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，使得从增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量；利用采样的多个数据在预设约定区间内的个数大于最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据。采用本申请实施例提供的上述超声波回波信号的处理方法，当从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数小于或等于预设的最小允许数量时，可以采用预设参数对增益调节器中的增益倍数进行调节，使该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号通过调节后的增益调节器，得到的超声波回波数字信号中采样的多个数据在该预设约定区间内的个数大于预设最小允许数量，提高了超声波回波数字信号的精准度，进而使计算出的液体的流速准确度得到提高。
可选地，上述采用预设参数对超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，包括：根据超声波回波数字信号中超出预设约定区间的个数，采用预设参数对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节。
具体的，根据预设约定区间，可以知道从超声波回波数字信号中采样的多个数据，有几个数据在上述预设约定区间内，根据在该超声波回波数字信号的采样总点数，可知计算出有多少个采样点对应的数据没在该预设约定区间内。例如，从超声波回波数字信号中采样1024个点，其中，有500个点对应的数据在预设约定区间内，则对应的有524个点对应的数据超出该预设约定区间。最后通过调节第二数字模拟转换器90输入的数字电压数值(预设参数)，相当于控制第二数字模拟转换器90输出的模拟电压数值(VDAC2)，对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节。
图3为本申请实施例提供的另一种超声波回波信号的处理方法的流程示意图，如图3所示，该方法可以包括：
S301、比较超声波回波数字信号中小于预设约定区间的最小值的第一数据个数，和大于该预设约定区间的最大值的第二数据个数。
具体的，在已知从超声波回波数字信号中采样的多个数据中超出预设约定区间的个数情况下，可以从超出的个数中，得到出小于预设约定区间的最小值的第一数据个数，和大于该预设约定区间的最大值的第二数据个数。
举例来说，已知预设约定区间(1023-3071)，从超声波回波数字信号中采样的多个数据中超出预设约定区间的个数为524，其中，在这524个采样点中，将小于该预设约定区间内的最小值(1023)的采样点的个数作为第一数据个数，将大于该预设约定区间内的最大值(3071)的采样点的个数作为第二数据个数。
S302、若第一数据个数大于第二数据个数，则采用第一预设参数，对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益放大调节。
具体的，当小于该预设约定区间内的最小值(1023)的采样点的个数(第一数据个数)大于该预设约定区间内的最大值(3071)的采样点的个数(第二数据个数)，说明此时的增益调节器70的增益倍数太小，需要将增益调节器70的增益倍数放大，则通过增大第二数字模拟转换器90输入的数字电压数值，进而放大增益调节器70的增益倍数，增益调节器70采用放大后的增益倍数对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号再次进行增益放大调节。
S303、若第一数据个数小于第二数据个数，则采用第二预设参数，对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益缩小调节。
具体的，当小于该预设约定区间内的最小值(1023)的采样点的个数(第一数据个数)小于该预设约定区间内的最大值(3071)的采样点的个数(第二数据个数)，说明此时的增益调节器70的增益倍数太大，需要将增益调节器70的增益倍数缩小，则通过减小第二数字模拟转换器90输入的数字电压数值，进而减小增益调节器70的增益倍数，增益调节器70采用减小后的增益倍数对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号再次进行增益缩小调节。
可以看出，通过对增益调节器70中的增益倍数进行调节，可以使超声波回波数字信号采样的多个数据在预设约定区间内的个数大于预设的最小允许数量，提高了该超声波回波数字信号的精度，进而使计算出的液体流速更精确。
图4为本申请实施例提供的又一种超声波回波信号的处理方法的流程示意图，其中，上述S203、利用采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据，包括：
S401、根据预设的采样深度，以及预设的采样频率，确定预设约定区间的个数，采样深度的值为大于1的整数。
具体的，处理器10可以根据预设的采样深度n，对模拟数字转换器80输出的超声波回波数字信号在预设约定区间进行采样，一共可以采样n个点的数据，其中，采样深度n的值为大于1的整数，可以为4096。再根据将预设的采样频率提高的倍数(例如32倍)，可以将采样深度提高到32n，即可以确定出在预设约定区间内，对超声波回波数字信号采样32n个点的数据。
S402、根据预设约定区间的个数，对该超声波回波数字信号进行超频采样滤波处理。
具体的，在确定对增益调节后的多次采样后得到的超声波回波数字信号在该预设约定区间内的采样点的个数为32n后，可以用以下的形式表示该超声波回波数字信号采样点处的数据：Sdata0、Sdata1、Sdata2、Sdata3、Sdata4、Sdata5……Sdata32n-1。可以对获取到的采样点处的数据进行超频采样滤波处理：首先对获取到的32n个数据进行分组，可以分为n组，每组中的32个数据如下表示：第1组数据为：Sdata0、Sdata1、Sdata2、……Sdata31；第2组数据为：Sdata32、Sdata33、Sdata34……Sdata63；……；第n组数据为：Sdata31n、Sdata31n+1、Sdata31n+2……Sdata31n+31。然后对每组中的数据按照从小到大或从大到小的顺序进行排序，排序后的数据如下表示：第1组数据为：Ldata0、Ldata1、Ldata2……Ldata31；第2组数据为：Ldata32、Ldata33、Ldata34……Ldata63；……；第n组数据为：Ldata31n、Ldata31n+1、Ldata31n+2……Ldata31n+31。最后对重新排序后的n组数据进行组内筛选，也就相当于进行滤波处理，可以求取每组中的中间多个数据的和，如可以求取每组数据中的中间16个数据的和，得到n个数据(Cdatan-1),即：Cdata0,Cdata1,Cdata2,Cdata3,Cdata4,Cdata5,……Cdatan-1。
其中：Cdata0＝Ldata8+Ldata9+Ldata10+……Ldata23
Cdata1＝Ldata40+Ldata41+Ldata42+……Ldata55
……
Cdatan-1＝Ldata31n+8+Ldata31n+9+……Ldata31n+23
再分别对获得到的n个数据(Cdatan-1)求平均，得到平均后的n个数据(Zdatan-1)，可以用如下形式进行表示：Zdata0、Zdata1、Zdata2、Zdata3、Zdata4、Zdata5……Zdatan-1。相当于将获得到的n个数据(Cdatan-1)向右平移四位，即：Zdata0＝Cdata0右移4位；Zdata1＝Cdata1右移4位；……；Zdatan-1＝Cdatan-1右移4位。通过采用超频采样滤波技术，可以提高采样深度，减小超声波回波数字信号的噪声，提高了超声波回波数字信号的精度，进而使计算出的液体流速更精确。
S403、根据超频采样滤波处理所得到的数据，计算流速数据。
具体的，通过超频采样滤波处理后，可以得到新的超声波回波数字信号，可以采用正交同源双路调制技术，对上述新的超声波回波数字信号进行调制，也就是说，将上述新的超声波回波数字信号分为两路进行IQ调制，形成I路已调信号、Q路已调信号。其中，在I路中的载波频率与超声波发波传感器50发出的超声波发波信号频率相同，在Q路中的载波频率与在I路中的载波频率相同，相位相差90度。图5为本申请实施例提供的一种正方向速度下已调信号的信号图，如图5所示，I路已调信号501在Q路已调信号502之前。图6为本申请实施例提供的一种负方向速度下已调信号的信号图，如图6所示，I路已调信号601在Q路已调信号602之后。
在得到I路已调信号以及Q路已调信号之后，可以分别对两路已调信号进行采样，其中，采样的个数为n，此处以n为4096为例，则I路中采样得到的数据可以用以下形式进行表示：IFdata0、IFdata1、IFdata2、IFdata3、IFdata4、IFdata5……IFdata4095，并对I路已调信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)，获取对应数据的幅值：IAdata0、IAdata1、IAdata2、IAdata3、IAdata4、IAdata5……IAdata4095。同理，Q路中采样得到的数据可以用以下形式进行表示：QFdata0、QFdata1、QFdata2、QFdata3、QFdata4、QFdata5……QFdata4095，并对Q路已调信号进行快速傅里叶变换(FFT)，获取对应数据的幅值：QAdata0、QAdata1、QAdata2、QAdata3、QAdata4、QAdata5……QAdata4095。在得到IQ路4096个数据的幅值后，处理器将对应位置处的IQ路数据的幅值进行求平均运算，即：
IQAdata0＝(IAdata0+QAdata0)/2
IQAdata1＝(IAdata1+QAdata1)/2
IQAdata2＝(IAdata2+QAdata2)/2
……
IQAdata4095＝(IAdata4095+QAdata4095)/2
其中，当IQAdata0、IQAdata1、IQAdata2、IQAdata3、IQAdata4、IQAdata5……IQAdata4095中全部数据小于IQAgate(IQAgate为常数，等于36000000)时，可以认为当前的液体流速为0，当有数据大于或等于IQAgate时，找出最大的数据(MSdata)以及该数据对应的位置(PSdata)，即：MSdata＝MAX(IQAdata0,IQAdata1,IQAdata2,IQAdata3……IQAdata4095)
根据最大的数据(MSdata)对应的位置(PSdata)，可以通过下式计算相应的最大流速：
式中，MAXSpeed为液体的最大流速，fs为采样率，C为超声波在水中的速度(1500m/s)，f为超声波发波信号频率(如1MHZ)，n为快速傅里叶算法采样的点数(如4096)，cosA为角度修正系数。
根据液体的最大流速(MAXSpeed)，可以通过下式计算出该液体的平均流速：
AVGSpeed＝MAXSpeed*Q
式中，AVGSpeed为液体的平均流速，Q为转换因子(0.75)。
从上述的内容可知，利用正交同源双路调制方式对超声波回波数字进行调制，不仅可以计算出液体的流速，还可以判断出该流速的方向，并且，计算出的液体的流速精度高，在利用该流速计算出的流量数据更准确，稳定性更好。
图7为本申请实施例提供的一种超声波回波信号的处理装置的结构示意图，如图7所示，该装置可以包括：
判断模块701，用于判断每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量；
调节模块702，用于若每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在该预设约定区间内的个数小于或等于所述最小允许数量，则采用预设参数对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，使得从增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量；
计算模块703，用于利用采样的多个数据在预设约定区间内的个数大于最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据。
可选地，调节模块702，具体用于：
根据该超声波回波数字信号中超出该预设约定区间的个数，采用预设参数对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节。
图8为本申请实施例提供的另一种超声波回波信号的处理装置的结构示意图，如图8所示，调节模块702包括：比较模块801、第一调节模块802以及第二调节模块803，其中：
比较模块801，用于比较超声波回波数字信号中小于预设约定区间的最小值的第一数据个数，和大于该预设约定区间的最大值的第二数据个数。
第一调节模块802，用于若第一数据个数大于第二数据个数，则采用第一预设参数，对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益放大调节。
第二调节模块803，用于若第一数据个数小于第二数据个数，则采用第二预设参数，对该超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益缩小调节。
图9为本申请实施例提供的又一种超声波回波信号的处理装置的结构示意图，如图9所示，计算模块603包括：确定模块901、处理模块902以及第一计算模块903，其中：
确定模块901，用于根据预设的采样深度，以及预设的采样频率，确定预设约定区间的个数，该采样深度的值为大于1的整数；
处理模块902，用于根据预设约定区间的个数，对该超声波回波数字信号进行超频采样滤波处理；
第一计算模块903，用于根据超频采样滤波处理所得到的数据，计算所述流速数据。
可选地，计算模块603，还具体用于：
采用正交同源双路调制方式，对超频采样滤波处理所得到的数据进行调制；
根据调制后的数据计算流速数据。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
图10为本申请实施例提供的一种流量计的结构示意图，如图10所示，该流量计可以包括：处理器1001、存储介质1002和总线1003，存储介质1002存储有处理器1001可执行的机器可读指令，当流量计运行时，处理器1001与存储介质1002之间通过总线1003通信，处理器1001执行机器可读指令，以执行上述超声波回波信号的处理方法的步骤。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
需要说明的是，处理器1001与存储介质1002均可集成于图1中流量计的处理器10中，存储介质1002也可以是单独的外部存储器，即与处理器1001相连，设置于流量计中。
可选地，本申请还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述超声波回波信号的处理方法的步骤。
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，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元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，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。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。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超声波回波信号的处理方法，其特征在于，所述方法包括：
判断每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量；
若所述每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数小于或等于所述最小允许数量，则采用预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，使得从增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量；
利用采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述采用预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，包括：
根据所述超声波回波数字信号中超出所述预设约定区间的个数，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述根据所述超声波回波数字信号中超出所述预设约定区间的个数，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，包括：
比较所述超声波回波数字信号中小于所述预设约定区间的最小值的第一数据个数，和大于所述预设约定区间的最大值的第二数据个数；
根据比较结果，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述预设参数包括：第一预设参数；所述根据比较结果，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，包括：
若所述第一数据个数大于所述第二数据个数，则采用所述第一预设参数，对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益放大调节。
5.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述预设参数包括：第二预设参数；所述根据比较结果，采用所述预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，包括：
若所述第一数据个数小于所述第二数据个数，则采用所述第二预设参数，对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益缩小调节。
6.根据权利要求1-5中任一所述的处理方法，其特征在于，所述利用采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据，包括：
根据预设的采样深度，以及预设的采样频率，确定预设约定区间的个数，所述采样深度的值为大于1的整数；
根据所述预设约定区间的个数，对所述超声波回波数字信号进行超频采样滤波处理；
根据超频采样滤波处理所得到的数据，计算所述流速数据。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，所述根据所述超频采样滤波处理所得到的数据，计算所述流速数据，包括：
采用正交同源双路调制方式，对所述超频采样滤波处理所得到的数据进行调制；
根据调制后的数据计算所述流速数据。
8.一种超声波回波信号的处理装置，其特征在于，所述装置包括：
判断模块，用于判断每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在预设约定区间内的个数是否大于预设的最小允许数量；
调节模块，用于若所述每次从超声波回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数小于或等于所述最小允许数量，则采用预设参数对所述超声波回波数字信号对应的超声波回波模拟信号进行增益调节，使得从增益调节后的超声回波数字信号中采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量；
计算模块，用于利用采样的多个数据在所述预设约定区间内的个数大于所述最小允许数量的超声波回波数字信号进行计算，得到流速数据。
9.一种流量计，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当流量计运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1-7任一所述超声波回波信号的处理方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-7任一所述超声波回波信号的处理方法的步骤。
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