CN112284469A - 一种超声波水表的零点漂移的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声波水表的零点漂移的处理方法，超声波水表主要包括采集时间的换能器与换能器电连接的处理器，处理器被编程以执行相应的数据处理和逻辑控制。本发明能实现在低流量时可以输出一个稳定的值，在零流量时，可以消除外部干扰和水表自身的不稳定性，防止水表零点漂移。

Description

一种超声波水表的零点漂移的处理方法
技术领域
本发明属于水表技术领域，具体涉及处理超声波水表零点漂移的方法。
背景技术
零点漂移是指超声波水表在校准过后，由于超声波水表自身原因或者其他外界干扰的情况下导致水表发生自走的现象。
目前，现有的超声波水表的量程比越来越高，对芯片和换能器的精度要求也越来越高，但是芯片配合换能器过后，采集到的时间值始终有一定的波动，而且有的波动量相对于始动流量不可忽略，现有的算法都是将其测量的值直接加入计算，这样很可能在一定时间内，水表发生自走现象，即所谓的零点漂移。
由于超声波的低始动和零漂本来就是一对矛盾的存在，而且换能器和芯片配合测量出来的时间值的波动量无法有效的控制，所以一种方式是降低量程比，提高始动。另外一种方式就是消除短时间内的波动量。
为了提高水表的稳定性，保证测量范围内的准确度，需要水表有一个冗余度，水表零点测量本来就是波动值，我们只需要设定合理范围，在零点测量除去突变量，这样就可以让水表保持在稳定的状态。
为了提高超声波测量的稳定性和量程比，就必须消除时间值波动的干扰。
发明内容
本发明的目的是提供一种超声波水表在零点漂移的处理方法，实现消除换能器与时间测量芯片配合时产生波动量，防止水表出现零漂，提高水表的稳定性。
本发明的超声波零流量的处理方法，包括：
超声波水表在通水水流静止的状态下，记录一定的时间，得到原始的测量时间数据个数N'个，并对这N'个数据进行平均处理，得到一个基准值B。
根据不同的表型，不同口径的超声波水表始动流量不一致，通过始动流量的值，计算出基准的波动量△b，由于测量芯片与换能器配合，采集的时间量是一个随机波动的值，所以测量在静止状态下时间值的变化曲线，再根据测量信号的采样频率，确定计算数据个数的最合适的n值。
设置一个取值窗口(Q1～Qn)，窗口的长度为n(是根据不同的表型来确定的)，计量得到的第一个时间值T1，判断T1的值是否大于B±△b，如果大于B±△b，那么Q1＝T1。如果T1的值在B±△b区间内，那么就判断该时间是一个而然波动量，不计入取值窗口。
当T1大于B±△b，把T1计入取值窗口中。读取时间值T2，如果T2的值是在B±△b区间以内，那么判断T2不计入取值窗口，同时取值窗口中Q1的值归零。如果T2在区间B±△b以外，那么Q2＝T2。
当记录第n个数据时，如果第1个数据至第n-1个数据连续都在区间B±△b以外，那么T1至Tn-1依次赋值给Q1至Qn-1，当Tn在B±△b以外，那么Qn＝Tn,可以计算出一个平均的测量时间值Tavg＝(Q1+.....+Qn)/n；当Tn在B±△b以内，那么此时判断，这一串数据是一个零点干扰，Q1～Qn全部置零，等待下一个测量时间数据来临，继续填充Q1至Qn。
其中取值窗口n的大小和基准值B、△b以及是通过下列方式取得：
第一步：给定一只初始的超声波水表，使水表管道充满水并保持静止状态，记录一段时间内T，采集到的时间值，绘制成时间曲线，并记下数据个数N'。时间T的确定与超声波水表口径来确定。
第二步：把采集到的时间值全部相加再除以N'得到基准值B。
第三步：观察再根据绘制的时间变化曲线，分析时间值的波动量，得出n的值，既保证计量要求又满足消除干扰要求。
第四步：根据超声波水表的口径，得出超声波水表的始动流量，根据始动计算出需要的平均计量时间值B'。那么就可以得出(B'-B)/2＝△b。
本发明能实现在低流量时可以输出一个稳定的值，在零流量时，可以消除外部干扰和水表自身的不稳定性，防止水表零点漂移。
附图说明
图1为本发明的超声波水表处理流程图。
图2为未实施算法处理时的时间波形图。
图3为本发明实施零点算法过后的时间波形图。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施例，对本发明做进一步详细阐述。
超声波水表主要包括采集时间的换能器与换能器电连接的处理器，处理器被编程以执行相应的数据处理和逻辑控制。本发明所述的零点漂移的处理方法即可以被编程写入处理器，通过处理器执行数据处理和逻辑控制。
实施例1：
第一步，给定一只初始的DN25超声波水表，使水表管道充满水并保持静止状态，记录60S，采集到的时间值，利用绘图软件绘制成时间曲线，并记下数据个数N'为240个，其为原始的测量时间数据个数。
第二步：把采集到的240个时间值全部相加再除以240得到基准值B为550ps。
第三步：由于测量芯片与换能器配合，采集的时间量是一个随机波动的值，所以根据绘制的在静止状态下时间值的变化曲线，再根据测量信号的采样频率，分析时间值的波动量，确定计算数据个数的最合适的n值，得出n＝10，这样既保证计量要求又满足消除干扰要求。第四步：根据超声波水表的口径，得出超声波水表的始动流量，根据始动流量计算出需要的平均计量时间值B'＝750ps。那么就可以得出△b＝(B'-B)/2为100ps。
在以上取得了取值窗口n的大小、基准值B以及△b后，即可：
设置一个取值窗口(Q1～Qn)，窗口的长度n为10，计量得到的第一个时间值T1，判断T1的值是否大于550±100ps ps，如果在550±100ps以外，那么Q1＝T1。如果T1的值在550±100ps区间内，那么就判断该时间是一个而然波动量，不计入取值窗口。
当T1大于550±100ps，把T1计入取值窗口中。读取时间值T2，判断T2的值是否在550±100ps区间以内，若是，那么判断T2不计入取值窗口，同时取值窗口中Q1的值归零。如果T2在区间550±100ps以外，那么Q2＝T2。
当记录第10个数据时，如果第1个数据至第9个数据连续都在区间550±100ps以外，那么T1至T9依次赋值给Q1至Q9，当Tn在550±100ps以外，那么Q10＝T10,可以计算出一个平均的测量时间值Tavg＝(Q1+.....+Q10)/10，该值即为消除了零点漂移的值；当Tn在550±100ps以内，那么此时判断，这一串数据是一个零点干扰，Q1～Q10全部置零，等待下一个测量时间数据来临，继续填充Q1至Q10。
在得到平均测量的时间值后，最后,再根据公式，计算超声波水表的流量。
从图2和图3的比较可以看出，实施本发明的零点漂移处理方法过后的时间波形的波动(大概0—900ps)明显小于未实施本方法处理的时间波形的上下波动(约350-700ps)。由此说明在零流量超声波水表无论是自身产生的不稳定性或者外部的干扰，都可以得到一个稳定值，提高了超声波水表的稳定性，有效防止水表零点漂移。

Claims (3)

1.一种超声波水表的零点漂移的处理方法，其特征在于，包括：
(1)获取测量基准值B
超声波水表在通水水流静止的状态下，记录一段时间，得到原始的测量时间数据个数N'个，并对这N'个数据进行平均处理，得到一个基准值B；
(2)确定基准的波动量△b和计算最合适的测量时间数据个数n
根据不同的表型，不同口径的超声波水表始动流量，通过始动流量的值，计算出基准的波动量△b；测量在静止状态下时间值的变化曲线，再根据测量信号的采样频率，确定计算测量的时间数据个数的最合适值n；
(3)设置一个取值窗口Q1～Qn，取值窗口的长度为n，用来存放测量的时间数据，计量第1个数据，得到第一个时间值T1，判断T1的值是否大于B±△b，如果大于B±△b，那么Q1＝T1；如果T1的值在B±△b区间内，那么就判断该时间是一个而然波动量，不计入取值窗口；
当T1大于B±△b，把T1计入取值窗口中Q1＝T1，然后计量第2个数据，获取第二个时间数据值T2，如果T2的值是在B±△b区间以内，那么判断T2不计入取值窗口，同时取值窗口中Q1的值归零，如果T2在区间B±△b以外，那么Q2＝T2；
(4)当计量到第n个数据时，如果第1个数据至第n-1个数据连续都在区间B±△b以外，那么T1至Tn-1依次赋值给Q1至Qn-1，当Tn在B±△b以外，那么Qn＝Tn,计算出一个平均的测量时间值Tavg＝(Q1+.....+Qn)/n；当Tn在B±△b以内，那么此时判断，这一串数据是一个零点干扰，Q1～Qn全部置零，等待下一个测量时间数据来临，继续依次填充Q1至Qn。
2.根据权利要求1所述的超声波水表的零点漂移的处理方法，其特征在于，所述测量基准值B的具体获取方法是：给定一只初始的超声波水表，使水表管道充满水并保持静止状态，记录一段时间T内，采集到的时间值，绘制成时间变化曲线，并记下原始的测量时间数据个数N'，把采集到的时间值全部相加再除以N'得到测量基准值B，其中时间T由超声波水表口径来确定。
3.根据权利要求1或2所述的超声波水表的零点漂移的处理方法，其特征在于，所述△b是通过下列方式取得：根据超声波水表的口径，得出超声波水表的始动流量，根据始动计算出需要的平均计量时间值B'，然后得出(B'-B)/2＝△b。
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