CN112595373B - 一种超声水表设计方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声水表设计方法，包括：获取通过设计管段的第一流量数据；获取所述设计管段加载的超声波信号数据；基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据；基于所述第一流量数据和第二流量数据获取流量误差特性曲线。本发明可以解决现有技术中设计效率低的技术问题。

Description

一种超声水表设计方法以及系统

技术领域

本发明涉及超声水表技术领域，尤其涉及一种超声水表设计方法以及系统。

背景技术

超声水表设计过程中，存在管道、传感器以及人为因素的影响。水表精度越高，对上述影响量要求就越高。在高精度超声水表设计过程中，流速越小，采集分辨率就越低，影响采样精度，现有技术中在设计超声水表的时候，设计人员在拿到管段之后一般通过重复的实验以及调整管段的尺寸来设计达到符合要求的超声水表，其设计效率低下，而且设计水表稳定性不高，无法设计出高精度的超声水表。

发明内容

本发明提供一种超声水表设计方法，其可以解决现有技术中设计效率低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种超声水表设计方法，包括：

获取通过设计管段的第一流量数据；

获取所述设计管段加载的超声波信号数据；

基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据；

基于所述第一流量数据和第二流量数据获取流量误差特性曲线。

作为上述技术方案的优选，所述获取通过设计管段的第一流量数据包括：读取多组不同流速下通过所述设计管段的实际流量作为第一流量数据。

作为上述技术方案的优选，所述超声波信号数据为超声波时间差，相应的，所述获取所述设计管段加载的超声波信号数据包括：获取所述设计管段上在设定距离之间超声波顺水流传播的第一传播时间，获取所述设计管段上在所述设定距离之间超声波逆水流传播的第二传播时间，基于第一传播时间和第二传播时间计算获得所述超声波时间差，所述基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据包括：基于超声波时间差计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据。

作为上述技术方案的优选，所述超声水表设计方法还包括：获取设计管段的直径以及超声波发射角度，所述基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据包括：根据流速计算公式：v＝(L/2cosQ)*((时间差)/(时间上游*时间下游))计算获得通过所述设计管段水流的流速，其中L为设计管段的直径、Q为超声波发射角度，时间上游为第一传播时间、时间下游为第二传播时间，所述时间差为第一传播时间和第二传播时间之间的差值，根据所述设计管段水流的流速乘以所述设计管段的截面面积获得通过所述设计管段水流的流量作为与所述第一流量数据对应的第二流量数据。

作为上述技术方案的优选，所述流量误差特性曲线为将第二流量数据作为横坐标，并将所述第一流量数据和第二流量数据的误差差值作为纵坐标的曲线，所述基于所述第一流量数据和第二流量数据获得流量误差特性曲线包括：将第一流量数据和第二流量数据之间的差值作为误差差值，将所述第二流量数据作为横坐标，并将所述误差差值作为纵坐标获得流量误差特性曲线。

作为上述技术方案的优选，所述超声水表设计方法还包括：基于所述流量误差特性曲线调整所述设计管段的参数。

作为上述技术方案的优选，所述基于所述流量误差特性曲线调整所述设计管段的参数包括：通过所述流量误差特性曲线的曲线形状判断所述设计管段的设计参数是否达到要求，如判断流量误差特性曲线的曲线形状没有达到要求则调整所述设计管段的设计参数。

本发明另一方面提供了一种超声水表设计系统，包括：

第一获取单元，用于获取通过设计管段的第一流量数据；

第二获取单元，用于获取所述设计管段加载的超声波信号数据；

计算单元，用于基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据；

第三获取单元，用于基于所述第一流量数据和第二流量数据获取流量误差特性曲线。

作为上述技术方案的优选，所述第一获取单元具体用于读取多组不同流速下通过所述设计管段的实际流量作为第一流量数据。

作为上述技术方案的优选，所述超声波信号数据为超声波时间差，所述第二获取单元具体用于获取所述设计管段上在设定距离之间超声波顺水流传播的第一传播时间，获取所述设计管段上在所述设定距离之间超声波逆水流传播的第二传播时间，所述计算单元具体用于基于第一传播时间和第二传播时间计算获得所述超声波时间差

本发明提供一种超声水表设计系统，包括：

第一获取单元，用于获取通过设计管段的第一流量数据；

第二获取单元，用于获取所述设计管段加载的超声波信号数据；

计算单元，用于基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据；

第三获取单元，用于基于所述第一流量数据和第二流量数据获取流量误差特性曲线。

作为上述技术方案的优选，所述第一获取单元具体用于读取多组不同流速下通过所述设计管段的实际流量作为第一流量数据。

作为上述技术方案的优选，所述超声波信号数据为超声波时间差，所述第二获取单元具体用于获取所述设计管段上在设定距离之间超声波顺水流传播的第一传播时间，获取所述设计管段上在所述设定距离之间超声波逆水流传播的第二传播时间，所述计算单元具体用于基于第一传播时间和第二传播时间计算获得所述超声波时间差。

本发明提供的一种超声水表设计方法，其在设计管段上通上水流，并且获得通过设计管段的第一流量数据，通过加载在设计管段上的超声波信号得到通过该设计管段的水流且与第一流量数据对应的第二流量数据，通过第一流量数据和第二流量数据获得流量误差特性曲线，本发明可以将流量误差特性曲线作为设计参考，用于判断超声水表的各设计参数是否满足要求，因此可以提高超声水表的设计效率，而且由于具有误差特性曲线作为设计参考可以提高超声水表设计过程中设计的稳定性，可以用于高精度超声水表的设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1示出了本发明实施例的应用场景示意图；

图2示出了本发明实施例一种超声水表设计方法的流程示意图；

图3示出了本发明实施例一种超声水表设计系统的组成结构示意图；

图4示出了本发明实施例一种流量误差特性曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，图1示出了本发明实施例的应用场景，具体而言，其应用在超声水表的设计过程中。

其至少具有测量台位10、管道20、设计管段30、量筒60,设计管段30与量筒6通过管道20连通，量筒6设置在测量台位10上，并且在设计管段30上设置有第一超声波换能器40和第二超声波换能器50，第一超声波换能器40和第二超声波换能器50与时间转换芯片连接，第一超声波换能器40发出的超声波能被第二超声波换能器50接收到，并且时间转换芯片能够记录读取该过程的传播时间，第二超声波换能器50发出的超声波能被第一超声波换能器40接收到，并且时间转换芯片能够记录读取该过程的传播时间，量筒60上具有液位仪，能够读取量筒60中的水量，该液位仪可以为电子液位仪或是无线信号连接的液位仪。

参加图2所示，本实施例一方面提供了一种超声水表设计方法，包括：

步骤100：获取通过设计管段的第一流量数据；

步骤200：获取所述设计管段加载的超声波信号数据；

步骤300：基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据；

步骤400：基于所述第一流量数据和第二流量数据获取流量误差特性曲线。

本实施例提供的一种超声水表设计方法，其在设计管段30上通上水流，并且获得通过设计管段30的第一流量数据，通过加载在设计管段30上的超声波信号得到通过该设计管段30的水流且与第一流量数据对应的第二流量数据，通过第一流量数据和第二流量数据获得流量误差特性曲线，本实施例可以将流量误差特性曲线作为设计参考，用于判断超声水表的各设计参数是否满足要求，因此可以提高超声水表的设计效率，而且由于具有误差特性曲线作为设计参考可以提高超声水表设计过程中设计的稳定性，可以用于高精度超声水表的设计。

在本实施例的进一步可实施方式中，获取通过设计管段的第一流量数据包括：读取多组不同流速下通过设计管段的实际流量作为第一流量数据。

本实施例中通过读取多组不同流速下通过设计管段的实际流量作为第一流量数据可以提高第一流量数据的准确度。

具体而言，本实施例中将不同水量注入到量筒60中，并且在量筒60上读取每次每一次的注入水量，并将每一次注入的水通过设计管段30排出，举例说明：第一次在量筒60中注入水，读取量筒60第一次注入水量为1吨，第二次在量筒60中注入水，读取量筒60第二次注入水量为2吨，第三次在量筒60中注入水，读取量筒60第三次注入水量为2吨，可以根据需要确定具体的注水次数，以此来确定第一流量数据的数据组数，通过量筒60来量取通过设计管段的流量，将该第一流量数据作为参考数据准确率更加高。

在本实施例的进一步可实施方式中，超声波信号数据为超声波时间差，相应的，获取设计管段加载的超声波信号数据包括：获取设计管段上在设定距离之间超声波顺水流传播的第一传播时间，获取所述设计管段上在所述设定距离之间超声波逆水流传播的第二传播时间，基于第一传播时间和第二传播时间计算获得超声波时间差，基于超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据包括：基于超声波时间差计算获得与第一流量数据对应的第二流量数据。

本实施例中的第二流量数据的获取过程与超声水表通过超声波计量流量的原理相同，因此该设计过程可以更加贴近实际情况，可提升水表设计的精度。

具体而言，在第一次往量筒60里注入水，读取量筒60确定注水量，将水通过设计管段30，第一超声波换能器40发出的超声波到第二超声波换能器50接收到的时间为顺水流传播的第一传播时间，从第二超声波换能器50发出的超声波被第一超声波换能器40接收到的时间为逆水流传播的第二传播时间，第一传播时间和第二传播时间之间的差值为时间差，读取量筒60确定注水量为第一流量数据，通过时间差计算获得第二流量数据，该每一组第二流量数据与每一组第一流量数据依依对应，然后重复上述过程往多次往量筒60里注入不同量的水，可依据具体情况，如需要设计水表精度的高度来确定注入水的次数，注入水的次数越多，也即获取的第一流量数据和第二流量数据的组数越多，可以提高设计的精度。

在本实施例的进一步可实施方式中，所述超声水表设计方法还包括：获取设计管段的直径以及超声波发射角度，所述基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据包括：根据流速计算公式：v＝(L/2cosQ)*((时间差)/(时间上游*时间下游))计算获得通过所述设计管段水流的流速，其中L为设计管段的直径、Q为超声波发射角度，时间上游为第一传播时间、时间下游为第二传播时间，所述时间差为第一传播时间和第二传播时间之间的差值，根据所述设计管段水流的流速乘以所述设计管段的截面面积获得通过所述设计管段水流的流量作为与所述第一流量数据对应的第二流量数据。

本实施例中设计管段的流速计算公式过程简单，需要处理的数据较少，而且计算精度高，同时，该计算公式具有各设计管道的设计参考数据，方便设计过程中确定哪一个设计参考数据没有达到要求，如其公式包含了超声水表设计管段的直径，超声水表设计管段的直径可以确定设计管段的尺寸情况，Q为超声波发射角度可以确定换能器的安装角度情况，因此可以方便设计，提高设计效率。

参见图4所示，在本实施例的进一步可实施方式中，所述流量误差特性曲线为将第二流量数据作为横坐标，并将所述第一流量数据和第二流量数据的误差差值作为纵坐标的曲线，所述基于所述第一流量数据和第二流量数据获得流量误差特性曲线包括：将第一流量数据和第二流量数据之间的差值作为误差差值，将所述第二流量数据作为横坐标，并将所述误差差值作为纵坐标获得流量误差特性曲线。

本实施例中的流量误差特性曲线中将第二流量数据作为横坐标，并且将第一流量数据和第二流量数据之间的差值作为误差差值，将误差差值作为纵坐标可以更加直观地体现第二流量数据与误差的对应情况。

在本实施例的进一步可实施方式中，所述超声水表设计方法还包括：基于所述流量误差特性曲线调整所述设计管段的参数。

本实施例中基于所述流量误差特性曲线调整所述设计管段的参数可以更加有效直接有效地确定超声水表的设计参数情况，并且能够及时调整，提高设计效率，使得设计过程中更有针对性。

具体而言，本实施例中可以根据误差特性曲线判断是否设计管段的直径问题，或是换能器的安装角度问题，又或是设计管段的缩口部分的问题，可以针对上述问题及时做出调整，相对于现有技术通过多次试验来得出设计管段的设计参数，可大大提高设计效率。

在本实施例的进一步可实施方式中，所述基于所述流量误差特性曲线调整所述设计管段的参数包括：通过所述流量误差特性曲线的曲线形状判断所述设计管段的设计参数是否达到要求，如判断流量误差特性曲线的曲线形状没有达到要求则调整所述设计管段的设计参数。

本实施例中过判断曲线形状来确定设计管段的设计参数，其过程更加简单方便，具体而言，其通过曲线形状的拟合也可以通过提取曲率等来判断设计是否达到要求，甚至可以通过肉眼即可判断其设计是否达到要求，因此，该判断过程简单、方便。

举例说明：其可以在控制系统内部存储相应管段情况下符合要求的曲线，在判断过程中将流量误差特性曲线与预先存储的曲线进行形状拟合，根据拟合情况来判断设计情况，另外，可以设置误差区间，即在一定形状的拟合范围内即符合设计要求，另外，在判断设计不符合设计要求的情况下，还可以通过拟合对比情况确定到底是哪一步分设计没有到位，比如某一段拟合情况较差则可以确定设计管段的直径不符合要求等，并且在对比之后输出不符合要求的设计参数情况，可及时针对性调整，进一步提高效率。

参见图3所示，本发明实施例另一方面提供了一种超声水表设计系统，包括：

第一获取单元101，用于获取通过设计管段的第一流量数据；

第二获取单元201，用于获取所述设计管段加载的超声波信号数据；

计算单元301，用于基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据；

第三获取单元401，用于基于所述第一流量数据和第二流量数据获取流量误差特性曲线。

在本实施例的进一步可实施方式中，所述第一获取单元具体用于读取多组不同流速下通过所述设计管段的实际流量作为第一流量数据。

在本实施例的进一步可实施方式中，所述超声波信号数据为超声波时间差，所述第二获取单元具体用于获取所述设计管段上在设定距离之间超声波顺水流传播的第一传播时间，获取所述设计管段上在所述设定距离之间超声波逆水流传播的第二传播时间，所述计算单元具体用于基于第一传播时间和第二传播时间计算获得所述超声波时间差

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种超声水表设计方法，其特征在于，包括：

将设计管段与量筒通过管道连通，并且在设计管段上设置有第一超声波换能器和第二超声波换能器，将第一超声波换能器和第二超声波换能器与时间转换芯片连接，第一超声波换能器发出的超声波能被第二超声波换能器接收到，并且时间转换芯片能够记录读取该过程的传播时间，第二超声波换能器发出的超声波能被第一超声波换能器接收到，并且时间转换芯片能够记录读取该过程的传播时间，量筒上具有液位仪，能够读取量筒中的水量；

获取通过设计管段的第一流量数据；

获取所述设计管段加载的超声波信号数据；

基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据；

基于所述第一流量数据和第二流量数据获取流量误差特性曲线；

所述超声波信号数据为超声波时间差，相应的，所述获取所述设计管段加载的超声波信号数据包括：获取所述设计管段上在设定距离之间超声波顺水流传播的第一传播时间，获取所述设计管段上在所述设定距离之间超声波逆水流传播的第二传播时间，基于第一传播时间和第二传播时间计算获得所述超声波时间差，所述基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据包括：基于超声波时间差计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据。

2.根据权利要求1所述的超声水表设计方法，其特征在于，所述获取通过设计管段的第一流量数据包括：读取多组不同流速下通过所述设计管段的实际流量作为第一流量数据。

3.根据权利要求1所述的超声水表设计方法，其特征在于，所述超声水表设计方法还包括：获取设计管段的直径以及超声波发射角度，所述基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据包括：根据流速计算公式：v＝(L/2cosQ)*((时间差)/(时间上游*时间下游))计算获得通过所述设计管段水流的流速，其中L为设计管段的直径、Q为超声波发射角度，时间上游为第一传播时间、时间下游为第二传播时间，所述时间差为第一传播时间和第二传播时间之间的差值，根据所述设计管段水流的流速乘以所述设计管段的截面面积获得通过所述设计管段水流的流量作为与所述第一流量数据对应的第二流量数据。

4.根据权利要求1所述的超声水表设计方法，其特征在于，所述流量误差特性曲线为将第二流量数据作为横坐标，并将所述第一流量数据和第二流量数据的误差差值作为纵坐标的曲线，所述基于所述第一流量数据和第二流量数据获得流量误差特性曲线包括：将第一流量数据和第二流量数据之间的差值作为误差差值，将所述第二流量数据作为横坐标，并将所述误差差值作为纵坐标获得流量误差特性曲线。

5.根据权利要求1所述的超声水表设计方法，其特征在于，所述超声水表设计方法还包括：基于所述流量误差特性曲线调整所述设计管段的参数。

6.根据权利要求5所述的超声水表设计方法，其特征在于，所述基于所述流量误差特性曲线调整所述设计管段的参数包括：通过所述流量误差特性曲线的曲线形状判断所述设计管段的设计参数是否达到要求，如判断流量误差特性曲线的曲线形状没有达到要求则调整所述设计管段的设计参数。

7.一种超声水表设计系统，其特征在于，包括：

设计管段与量筒，将设计管段与量筒通过管道连通，并且在设计管段上设置有第一超声波换能器和第二超声波换能器，将第一超声波换能器和第二超声波换能器与时间转换芯片连接，第一超声波换能器发出的超声波能被第二超声波换能器接收到，并且时间转换芯片能够记录读取该过程的传播时间，第二超声波换能器发出的超声波能被第一超声波换能器接收到，并且时间转换芯片能够记录读取该过程的传播时间，量筒上具有液位仪，能够读取量筒中的水量；

第一获取单元，用于获取通过设计管段的第一流量数据；

第二获取单元，用于获取所述设计管段加载的超声波信号数据；

计算单元，用于基于所述超声波信号数据计算获得与所述第一流量数据对应的第二流量数据；

第三获取单元，用于基于所述第一流量数据和第二流量数据获取流量误差特性曲线；

所述超声波信号数据为超声波时间差，所述第二获取单元具体用于获取所述设计管段上在设定距离之间超声波顺水流传播的第一传播时间，获取所述设计管段上在所述设定距离之间超声波逆水流传播的第二传播时间，所述计算单元具体用于基于第一传播时间和第二传播时间计算获得所述超声波时间差。

8.根据权利要求7所述的超声水表设计系统，其特征在于，所述第一获取单元具体用于读取多组不同流速下通过所述设计管段的实际流量作为第一流量数据。

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