CN113758543A - 基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法 - Google Patents
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Abstract
基于包络阈值‑峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法，通过计算上行、下行回波信号包络阈值对应时间之差绝对值ΔThr和上行、下行回波信号峰值之差绝对值ΔPeak，然后通过条件|ΔPeak‑ΔThr|与触发移波点数NHW的大小关系判断本次计算时间差是否可靠，如果存在跳波现象，可以通过上行、下行回波峰值前第4个波的幅值大小判断条件进行移波，消除跳波问题，本发明能够对时间差测量的可靠性进行判断，在时间差测量不可靠时，通过移波处理，可以得到真实的时间差测量值；本发明能够解决在复杂不稳定的工况下，如气流不稳、不同压力、现场震动等场合，对超声波回波信号特征有一定影响状况下出现跳波的问题，从而保证流量计在计量应用场合的稳定性和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域中的流量测量方法，特别涉及一种基于包 络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法。
背景技术
超声波流量计相较于其他仪表在准确度、重复性、量程比、可靠性、 稳定性、压力损失、日常维护等方面有明显的优势，目前已经大量应用 于贸易计量应用场合，在西气东输管道等场合已经使用超声波流量计作 为主要贸易交接计量仪表。
目前超声波计量大多产品仅适用于常压环境，无法适应高压应用场 合，在高压环境中管道压力、气体流态变化会引起超声波回波信号波形 特征的变化，导致时间差测量出现周期跳动甚至错乱，使得流量计量不 稳定和不可靠，所以，寻求一种能够稳定可靠测量方法对于超声波流量 计的发展有着至关重要的意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于包 络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法，能够对时间差测量 的可靠性进行判断，在时间差测量不可靠时，通过移波处理，得到真实 的时间差测量值；本发明能够解决在复杂不稳定的工况下，如气流不稳、 不同压力、现场震动等场合，对超声波回波信号特征有一定影响状况下 出现跳波的问题，从而保证流量计在计量应用场合的稳定性和可靠性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法，包括 以下步骤：
(1)、采集上行、下行回波信号并放大；
对采集的上行、下行回波信号，基于峰值软放到目标幅值VT进行同 比放大；
(2)、计算上行、下行峰值对应时间之差的绝对值ΔPeak，计算上 行、下行包络阈值对应时间之差的绝对值ΔThr，计算|ΔPeak-ΔThr|；
具体为：
获取放大后的上行、下行回波信号的包络信号，计算放大后的上行、 下行包络阈值在包络信号上对应的时间，上行记为TUpThr，下行记为 TDownThr；
计算放大后的上行、下行包络阈值对应时间之差的绝对值，记为 ΔThr，ΔThr＝|TUpThr-TDownThr|；
计算放大后的上行、下行回波峰值对应的时间，上行记为TUpPeak， 下行记为TDownPeak；
计算放大后的上行、下行峰值对应时间之差的绝对值，记为ΔPeak， ΔPeak＝|TUpPeak-TDownPeak|；
(3)、判断|ΔPeak-ΔThr与触发移波点数NHW的大小关系，确认时 间差DTOF计算是否可靠，最终确定可靠的时间差DTOF；
具体为：判断|ΔPeak-ΔThr与触发移波点数NHW的大小关系，如果|ΔPeak-ΔThr|≤NHW，则本次时间差DTOF计算可靠；如果 |ΔPeak-ΔThr|＞NHW，则认为本次时间差DTOF计算不可靠，出现跳波；
如果时间差DTOF计算可靠，那么，上行、下行回波阈值触发波的 后过零点之差记为时间差DTOF；
如果时间差DTOF计算不可靠出现跳波，则计算上行、下行峰值前 第4个波幅值，上行峰值前第4个波的幅值为VUpBW4，下行峰值前第4 个波的幅值为VDownBW4，如果VUpBW4≥VDownBW4，则上行回波前移一个 周期，上行回波阈值触发前移1个波，如果VUpBW4＜VDownBW4，下行回 波前移一个周期，下行回波阈值触发前移1个波，上行、下行回波阈值 触发波后过零点之差即为时间差DTOF，该值为消除跳波影响的可靠的 时间差DTOF。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳 定测量方法，该方法能够解决在复杂工况场合引起回波特征变化情况下， 导致计算的时间差出现以回波信号周期时间为单位的固定偏差，从而解 决因时间差测量错误导致的流量计量数据不准确和不稳定问题；本发明 方法能够通过预设的跳波判断条件检测到跳波现象，并通过移波方法解 决跳波问题，进而使得所测量的时间差准确、稳定，保证超声波流量计 在计量应用场合的测量数据准确可靠，避免计量数据偏差过大，引起贸 易纠纷。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
参照图1，基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方 法，包括以下步骤：
(1)采集上行、下行回波信号并放大
对采集的上行、下行回波信号，基于峰值软放到目标幅值VT进行同 比放大，VT的典型取值为5V，也可以是除典型值外的其他幅值。
(2)、计算上行、下行峰值对应时间之差的绝对值ΔPeak，计算上 行、下行包络阈值对应时间之差的绝对值ΔThr，计算|ΔPeak-ΔThr|；
获取放大后的上行、下行回波信号的包络信号，获取包络信号方法 为将回波信号的各个波的极大值点进行连线，得到回波信号的包络信号； 本发明取回波包络信号方法不局限于所述方法，其他取回波信号包络的 方法也适用于本方法，比如：希尔伯特变换法取信号包络的方法等。
计算放大后的上行、下行包络阈值Thr在包络信号上对应的时间， 上行记为TUpThr，下行记为TDownThr，其中，包络阈值Thr的典型取值为 1.2v，也可以是除典型值外的其他幅值。
计算放大后的上行、下行包络阈值对应时间之差的绝对值，记为 ΔThr，ΔThr＝|TUpThr-TDownThr|。
计算放大后的上行、下行回波峰值对应的时间，上行记为TUpPeak， 下行记为TDownPeak。
计算放大后的上行、下行峰值对应时间之差的绝对值，记为ΔPeak， ΔPeak＝|TUpPeak-TDownPeak|。
(3)、判断|ΔPeak-ΔThr|与触发移波点数NHW的大小关系，确认时 间差DTOF计算是否可靠，最终确定可靠的时间差DTOF；
判断|ΔPeak-ΔThr|与触发移波点数NHW的大小关系，如果 |ΔPeak-ΔThr|≤NHW，则本次时间差DTOF计算可靠，如果 |ΔPeak-ΔThr|>NHW，则认为本次时间差DTOF计算不可靠，出现跳波， 其中，触发移波点数NHW的经验取值为回波周期点数*0.75。
如果时间差DTOF计算可靠，那么，上行、下行回波阈值触发波的 后过零点之差记为时间差DTOF。
如果出现跳波，则计算上行、下行峰值前第4个波幅值，上行峰值 前第4个波的幅值为VUpBW4，下行峰值前第4个波的幅值为VDownBW4， 如果VUpBW4≥VDownBW4，则上行回波前移一个周期，上行回波阈值触发 前移1个波，如果VUpBW4＜VDownBW4，下行回波前移一个周期，下行回 波阈值触发前移1个波，上行、下行回波阈值触发波后过零点之差即为 时间差DTOF，该值为消除跳波影响的可靠的时间差DTOF。
综上所述，本发明能够解决在复杂工况场合引起回波特征变化情况 下，导致计算的时间差出现跳波问题，提高时间差测量的稳定性和可靠 性，保证超声波流量计在计量应用场合的测量数据稳定可靠。
Claims (6)
1.基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、采集上行、下行回波信号并放大；
步骤(2)、计算上行、下行峰值对应时间之差的绝对值ΔPeak，计算上行、下行包络阈值对应时间之差的绝对值ΔThr，计算
步骤(3)、判断|ΔPeak-ΔThr|与触发移波点数NHW的大小关系，确认时间差DTOF计算是否可靠，最终确定可靠的时间差DTOF。
2.根据权利要求1所述的基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法，其特征在于，
所述的步骤(1)具体为：对采集的上行、下行回波信号，基于峰值软放到目标幅值VT进行同比放大。
3.根据权利要求1所述的基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法，其特征在于，
所述的步骤(2)具体为：
获取放大后的上行、下行回波信号的包络信号，计算放大后的上行、下行包络阈值在包络信号上对应的时间，上行记为TUpThr，下行记为TDownThr；
计算放大后的上行、下行包络阈值对应时间之差的绝对值，记为ΔThr，ΔThr＝|TUpThr-TDownThr|；
计算放大后的上行、下行回波峰值对应的时间，上行记为TUpPeak，下行记为TDownPeak；
计算放大后的上行、下行峰值对应时间之差的绝对值，记为ΔPeak，ΔPeak＝|TUpPeak-TDownPeak|。
4.根据权利要求3所述的基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法，其特征在于，
获取包络信号方法为：将回波信号的各个波的极大值点进行连线，得到回波信号的包络信号，或者通过希尔伯特变换法取信号包络。
5.根据权利要求1所述的基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法，其特征在于，
所述的步骤(3)具体为：
判断|ΔPeak-ΔThr|与触发移波点数NHW的大小关系，如果|ΔPeak-ΔThr|≤NHW，则本次时间差DTOF计算可靠，如果|ΔPeak-ΔThr|>NHW，则认为本次时间差DTOF计算不可靠，出现跳波；
如果时间差DTOF计算可靠，那么，上行、下行回波阈值触发波的后过零点之差记为时间差DTOF；
如果时间差DTOF计算不可靠出现跳波，则计算上行、下行峰值前第4个波幅值，上行峰值前第4个波的幅值为VUpBW4，下行峰值前第4个波的幅值为VDownBW4，如果VUpBW4≥VDownBW4，则上行回波前移一个周期，上行回波阈值触发前移1个波，如果VUpBW4<VDownBW4，下行回波前移一个周期，下行回波阈值触发前移1个波，上行、下行回波阈值触发波后过零点之差即为时间差DTOF，该值为消除跳波影响的可靠的时间差DTOF。
6.根据权利要求5所述的基于包络阈值-峰值法的超声波流量计时间差稳定测量方法，其特征在于，
触发移波点数NHW的经验取值为回波周期点数*0.75。
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