CN113758543B - 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，基于峰值软件放大到目标幅值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，基于峰值软件放大到目标幅值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 (5)
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ΔPeak-ΔThr|；
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；
所述的步骤(1)具体为：对采集的上行、下行回波信号，基于峰值软件放大到目标幅值VT进行同比放大。
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(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|。
3.根据权利要求2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。
4.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。
5.根据权利要求4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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