CN112711969A - 一种用于超声波流量计的可变间隔采样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于超声波流量计的可变间隔采样方法，属于超声波流量计技术领域，所述采样方法包括如下步骤：一种用于超声波流量计的可变间隔采样方法，所述采样方法包括如下步骤：S1、生成固定时间间隔t1；S2、生成可变时间间隔t2；S3、信号采样，在t1+t2时间，对输入信号进行采样，得到一个采样数据；重复上述S1、S2和S3过程，可以获得多个采样数据；S4、采样数据滤波，通过软件滤波算法滤除采样结果中的噪声。本发明提供的用于超声波流量计的间隔采样方法采样周期采用可变时间间隔采样，可以有效抑制不同频率的干扰，大幅降低采样信号的误差波动幅度，使得流量计量结果更稳定。

Description

一种用于超声波流量计的可变间隔采样方法
技术领域
本发明属于超声波流量计技术领域，尤其涉及一种用于超声波流量计的可变间隔采样方法。
背景技术
超声波流量计是一种利用超声波在气体或液体中顺流逆流的时差来测量流体流速与流量的仪表。与传统机械式流量计相比，超声波流量计具有体积小、压损小、精度高的优点，流量信号采集电子化，无机械部件磨损，因此，相对于传统的流量计，超声波流量计的使用寿命也更长。但是现有的超声波流量计多采用固定周期间隔采样法(如图1所示)，上述采样方法易受到外界的信号干扰(包括工频干扰，其他固定频率干扰等)以及系统自身的干扰(如放大器低频噪声干扰等)，导致采样数据跳变大、测量精度与测量稳定性大幅降低。特别是当干扰信号频率接近采样频率的整数倍时，采样结果将呈现出长周期的干扰噪声，软件的平均算滤波法难以滤除此干扰。对于常用的采样频率1Hz、2Hz、5Hz、10Hz等，工频干扰50Hz会对采样结果造成明显的周期性影响。对于其他的采样频率，也有可能受到与其相关(整数倍)频率的干扰信号影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种用于超声波流量计的可变间隔采样方法，可有效抑制不同频率的干扰，降低采样信号的误差波动幅度，使测量结果更加稳定。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种用于超声波流量计的可变间隔采样方法，所述可变间隔采样方法包括如下步骤：
S1、生成固定时间间隔t1，通过采样系统的定时器获得固定时间间隔；
S2、生成可变时间间隔t2，通过软件或硬件的方式获得可变时间间隔；
S3、信号采样，在t1+t2时间，对输入信号进行采样，得到一个采样数据；
重复上述S1、S2和S3过程，可以获得多个采样数据。
S4、采样数据滤波，通过软件滤波算法滤除采样数据中的噪声。
其中一个实施例中，所述可变时间间隔为随机时间间隔。
其中一个实施例中，所述随机时间间隔通过随机数生成函数或硬件随机数生成器来获得。
其中一个实施例中，所述可变时间间隔为增量时间间隔。
其中一个实施例中，所述增量时间间隔以第一预设时间增量T从T/n增加到nT，当到达nT后，再从nT减小到T/n；n为正整数，T为固定时间间隔。
其中一个实施例中，，所述增量时间间隔以第一预设时间增量从nT减小到T/n，当到达T/n后，再从T/n增加到nT；n为正整数，T为固定时间间隔。
由于以上技术方案的实施，本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点和有益效果：由于采用了可变时间间隔对输入信号进行采样，从而将固定频率干扰导致的采样数据中的长周期低频率采样噪声转换为相对较高频率的采样噪声，进而可以有效抑制不同频率的干扰，还可大幅降低采样信号的误差波动幅度，使得超声波流量计量结果更稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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。
图1为现有技术中固定时间间隔采样及其采样结果示意图；
图2为本发明实施例2随机时间间隔采样及其采样结果示意图；
图3为实施例2可变时间间隔采样法的采样步骤流程框图；
图4为实施例1中采用固定时间间隔采样方法进行采样的模拟测试结果图；
图5为实施例2中采用可变时间间隔采样技术进行采样的模拟测试结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和实施例附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明的各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。为了保持本申请实施例的以下说明清楚且简明，本申请省略了已知功能和已知部件的详细说明。
在现有的超声波流量计设计中，通常采用的固定时间间隔采样法，上述采样法易受到外界的信号干扰(包括工频干扰，其他固定频率干扰等)以及系统自身的干扰(如放大器低频噪声干扰等)，
导致采样数据跳变大，测量精度与测量稳定性降低。
如图1所示，图1为现有技术中典型的固定周期间隔采样的示意图。当采样信号受到固定频率干扰时，其采样数据将随着采样信号作周期性的变化。若采样信号频率为Fs，干扰信号频率接近nFs(n＝正整数，即干扰频率接近采样频率的整数倍)时，采样数据将呈现出软件难以处理的长周期行变化(即变化周期较长，软件的平均算法难以滤除此干扰)。对于常用的采样信号频率1Hz、2Hz、5Hz和10Hz，工频干扰50Hz将对采样数据造成明显的周期性影响。对于其他采样信号频率，也有可能受到与其相关(即nFs)频率的干扰信号影响。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种用于超声波流量计的可变间隔采样方法，所述采样方法包括如下步骤：
S1、生成固定时间间隔t1，通过采样系统的定时器获得固定时间间隔。
S2、生成可变时间间隔t2，通过软件或硬件的方式产生可变时间间隔。可变时间间隔可以是随机时间间隔、增量时间间隔或者其他变化规律的时间间隔。
S3、信号采样，在t1+t2时间，对被检测的信号进行采样，得到采样数据；
重复上述S1、S2和S3过程，获得多个采样数据。
S4、采样数据滤波，通过软件滤波算法滤除采样数据中的噪声。
以下分别以固定采样间隔采样方法和随机采样间隔方法作为例，通过模拟测试系统获得超声波流量计的测试结果，以此来对比不同采样方法超声波流量计获得的采样结果。
实施例1
本实施例采用固定时间间隔对输入信号进行采样。
采用固定时间间隔为100ms，采样10次采样结果取10次平均值运算后输出最终测试结果。
固定时间间隔采样方法的具体步骤如下：
S1、生成固定时间间隔t0，使用系统定时器(对定时器的类型不做限定，例如是MCU的Tn定时器)产生100ms的固定时间间隔t0；
S2、信号采样，在t0时间，对输入信号进行采样，获得采样数据。重复S1～S2过程10次，获得10个采样数据；
S3、采样数据滤波，对S2中获得的10个采样数据进行平均值运算(采样数据滤波)，获得滤波后的测试结果，如图4所示。
本实施例中，输入信号为预期电压信号，模拟工频干扰信号的频率为50Hz±1Hz，模拟电源干扰信号频率为10Hz，模拟系统干扰信号频率为0.1-1Hz，固定频率干扰的实际信号为模拟工频干扰信号、模拟电源干扰信号和模拟系统干扰信号的叠加。
本实施例的采样过程及采样结果的示意图如图1所示，从图中可以看出，固定时间间隔采样获得的采样结果具有长周期低频率的特点。
实施例2
本实施例以随机时间间隔为例，通过模拟系统对超声波流量计的采样结果进行测试。
可变时间间隔为：固定时间t150ms，外加0～100ms的随机时间间隔t2，具体步骤如下：
S1、生成固定时间间隔t1，使用系统定时器(对定时器的类型不做限定，例如是MCU的Tn定时器)产生50ms的固定时间间隔t1。
S2、生成随机时间间隔t2，使用软件随机数函数(例如C程序中的函数rand()产生0～100ms之间的随机时间间隔t2；
S3、信号采样，在t1+t2时间，对输入信号进行采样，获得采样数据。重复S1～S3过程10次，获得10个采样数据。
S4、采样数据滤波，对S3中获得的10个采样数据进行平均值运算(采样数据滤波)，获得滤波后的测试结果，如图5所示。
本实施例中，输入信号为预期电压信号，模拟工频干扰信号的频率为50Hz±1Hz，模拟电源干扰信号频率为10Hz，模拟系统干扰信号频率为0.1-1Hz，固定频率干扰的实际信号为模拟工频干扰信号、模拟电源干扰信号和模拟系统干扰信号的叠加。
本实施例的采样过程及采样结果的示意图如图2所示，从图中可以看出，相对于固定时间间隔采样，随机时间间隔采样获得的采样结果的周期更短，频率更高。
模拟测试结果比对
对比模拟测试结果图4和图5可知，随机时间间隔采样能够有效抑制不同频率的干扰，大幅降低采样信号的误差波动幅度，使得测量结果更加稳定。
综上，本发明实施例2中的技术方案相对于现有技术具有如下有益效果：
随机时间间隔采样能，够有效抑制不同频率的干扰，大幅降低采样数据的误差波动幅度，使得测量结果更加稳定。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于超声波流量计的可变间隔采样方法，其特征在于，所述采样方法包括如下步骤：
S1、生成固定时间间隔t1，通过采样系统的定时器获得固定时间间隔t1；
S2、生成可变时间间隔t2，通过软件或硬件的方式获得可变时间间隔t2；
S3、信号采样，在t1+t2时间，对输入信号进行采样，得到一个采样数据；重复上述S1、S2和S3过程，可以获得多个采样数据；
S4、采样数据滤波，通过软件滤波算法滤除采样结果中的噪声。
2.根据权利要求1所述的可变间隔采样方法，其特征在于，所述可变时间间隔为随机时间间隔。
3.根据权利要求2所述的可变间隔采样方法，其特征在于，所述随机时间间隔通过随机数生成函数或硬件随机数生成器来获得。
4.根据权利要求1所述的可变间隔采样方法，其特征在于，所述可变时间间隔为增量时间间隔。
5.根据权利要求4所述的可变间隔采样方法，其特征在于，所述增量时间间隔以第一预设时间增量T从T/n增加到nT，当到达nT后，再从nT减小到T/n；n为正整数，T为固定时间间隔。
6.根据权利要求4所述的可变间隔采样方法，其特征在于，所述增量时间间隔以第一预设时间增量T从nT减小到T/n，当到达T/n后，再从T/n增加到nT；n为正整数，T为固定时间间隔。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101806832A (zh) * 2010-04-15 2010-08-18 南京邮电大学 一种低频率信号的频率测量方法
CN106405230A (zh) * 2016-08-23 2017-02-15 北京德威特继保自动化科技股份有限公司 频率测量方法和装置

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