CN113899417A - 一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法、系统及装置 - Google Patents
一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法、系统及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法、系统及装置，属于计量仪表技术领域。本发明通过前端采样系统，获取顺流、逆流方向采样序列，通过二次插值、余弦插值计算获得超声波绝对飞行时间、相对飞行时间，实现超声波水表流量计量，从而有效减小由于超声波换能器温度影响的零漂特性，保证更高的计量精度和更低的始动流量，从而提高流体流量测定的可靠性；另外，计算模型中应用无关超声波速度，可避免因温度传感器器件差异影响的批量生产一致性问题，提高生产效率，以及提高避免运行过程中误差一致性。
Description
技术领域
本发明涉及计量仪表技术领域，特别涉及一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法、系统及装置。
背景技术
超声波水表计量原理是通过超声波在水中顺、逆流传播速度差，通过采样前端电路分析计算出超声波的飞行时差，依据流体力学基础，进一步计算出流体的流量。与传统的机械式水表相比，超声波水表具有高精度、量程比宽、始动流量低、压损小、使用寿命长、无机械磨损等优势。并且依靠超声波水表测量特点，可实时监测管网运行状态，配合能源管理系统合理利用水资源分配；
超声波测量方式是根据顺、逆流传播速度差测量流速，在水中传播速度很快，由于测量管段、换能器尺寸差异、温度性能及电子器件差异，导致超声波水表在静态水中的飞行时差不为零，而最小流量点的同样存在飞行时差。如果超声波水表一致性较差，会产生不同条件下的零点漂移，所述零点偏移会导致误差超过计量精度要求，从而导致流体流量测定的可靠性降低；
超声波在不同温度、不同密度的水中传播速度不同，即使对超声波速度进行温度补偿，也会因测温器件性能差异、流体介质差异导致超声波水表在生产过程中和运行过程中存在计量批量一致性问题，从而进一步导致流体流量测定的可靠性降低。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法、系统及装置。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法，所述方法包括：
分别获取顺流方向的第一采样序列，以及逆流方向的第二采样序列；
对所述第一采样序列和所述第二采样序列进行二次插值；
分别获取所述第一采样序列的最大值点，以及所述第二采样序列的最大值点；
分别获取由所述第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及所述第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列；
分别遍历所述第一回波序列和所述第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置所述索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得所述索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列；
获取所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性；
根据所述相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间；
根据所述相对飞行时间，计算瞬时流量。
可选的，所述对所述第一采样序列和所述第二采样序列进行二次插值包括：
对于任意三个点P1(X1，F(Y1))，P2(X2，F(Y2))，P3(X3，F(Y3))，满足条件抛物线：
X1＜X2＜X3且F(X2)≥F(X1)且F(X2)≥F(X3)；则：
其中，m(x)表示二次插值函数，P1、P2、P3是满足条件抛物线上的3个点。
可选的，所述分别获取由所述第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及所述第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列包括：
所述最大值满足以下条件：
其中，X2+δ表示达到极大值时的点。
可选的，所述分别遍历所述第一回波序列和所述第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置所述索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得所述索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列之后，所述方法还包括：
分别获取顺流方向的绝对飞行时间Tup，以及逆流方向的绝对飞行时间Tdn。
可选的，所述根据所述相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间包括：
通过以下公式，获取所述相对飞行时间：
其中，ε表示偏移量，FFrequency表示采样频率，ΔT表示相对飞行时间，m表示所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性。
可选的，所述根据所述相对飞行时间，计算瞬时流量包括：
通过以下公式，计算所述瞬时流量：
其中，Q瞬表示瞬时流量，T表示ΔT/(Tup*Tdn)，η标表示标定时水的动力粘度，ρ表示工作条件时水的密度，ρ标表标定时水的密度，η表示工作条件时水的动力粘度。
第二方面，提供了一种基于深度采样的超声波水表流量计量系统，所述系统包括：
至少包括前端采样系统，所述前端采样系统包括多个采样相关设备、测量管段、瞬时流量计算器以及相关运算器，所述多个采样相关设备设置于所述测量管段的两侧；其中：
所述多个采样相关设备分别获取所述测量管段所对应的顺流方向的第一采样序列，以及逆流方向的第二采样序列；
所述相关运算器用于：
对所述第一采样序列和所述第二采样序列进行二次插值；
分别获取所述第一采样序列的最大值点，以及所述第二采样序列的最大值点；
分别获取由所述第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及所述第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列；
分别遍历所述第一回波序列和所述第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置所述索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得所述索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列；
获取所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性；
根据所述相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间；
所述瞬时流量计算器用于根据所述相对飞行时间，计算瞬时流量。
可选的，所述相关运算器具体用于：
对于任意三个点P1(X1，F(Y1))，P2(X2，F(Y2))，P3(X3，F(Y3))，满足条件抛物线：
X1＜X2＜X3且F(X2)≥F(X1)且F(X2)≥F(X3)；则：
其中，m(x)表示二次插值函数，P1、P2、P3是满足条件抛物线上的3个点。
可选的，所述相关运算器具体用于：
所述最大值满足以下条件：
其中，X2+δ表示达到极大值时的点。
可选的，所述相关运算器具体用于：
分别获取顺流方向的绝对飞行时间Tup，以及逆流方向的绝对飞行时间Tdn。
可选的，所述相关运算器具体用于：
通过以下公式，获取所述相对飞行时间：
其中，ε表示偏移量，FFrequency表示采样频率，ΔT表示相对飞行时间，m表示所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性。
可选的，所述瞬时流量计算器具体用于：
通过以下公式，计算所述瞬时流量：
其中，Q瞬表示瞬时流量，T表示ΔT/(Tup*Tdn)，η标表示标定时水的动力粘度，ρ表示工作条件时水的密度，ρ标表标定时水的密度，η表示工作条件时水的动力粘度。
第三方面，提供了一种基于深度采样的超声波水表流量计量装置，所述装置包括：
插值模块，用于对第一采样序列和第二采样序列进行二次插值；
采样模块，用于分别获取所述第一采样序列的最大值点，以及所述第二采样序列的最大值点；
处理模块，用于分别获取由所述第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及所述第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列；
索引模块，用于分别遍历所述第一回波序列和所述第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置所述索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得所述索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列；
所述处理模块还用于获取所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性；
所述处理模块还用于根据所述相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间；
所述处理模块还用于根据所述相对飞行时间，计算瞬时流量。
可选的，所述插值模块具体用于：
对于任意三个点P1(X1，F(Y1))，P2(X2，F(Y2))，P3(X3，F(Y3))，满足条件抛物线：
X1＜X2＜X3且F(X2)≥F(X1)且F(X2)≥F(X3)；则：
其中，m(x)表示二次插值函数，P1、P2、P3是满足条件抛物线上的3个点。
可选的，所述处理模块具体用于：
所述最大值满足以下条件：
其中，X2+δ表示达到极大值时的点。
可选的，所述处理模块还用于：
分别获取顺流方向的绝对飞行时间Tup，以及逆流方向的绝对飞行时间Tdn。
可选的，所述处理模块还具体用于：
通过以下公式，获取所述相对飞行时间：
其中，ε表示偏移量，FFrequency表示采样频率，ΔT表示相对飞行时间，m表示所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性。
可选的，所述处理模块还具体用于：
通过以下公式，计算所述瞬时流量：
其中，Q瞬表示瞬时流量，T表示ΔT/(Tup*Tdn)，η标表示标定时水的动力粘度，ρ表示工作条件时水的密度，ρ标表标定时水的密度，η表示工作条件时水的动力粘度。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
1、通过前端采样系统，获取顺流、逆流方向采样序列，通过二次插值、余弦插值计算获得超声波绝对飞行时间、相对飞行时间，实现超声波水表流量计量，从而有效减小由于超声波换能器温度影响的零漂特性，保证更高的计量精度和更低的始动流量，从而提高流体流量测定的可靠性；
2、另外，计算模型中应用无关超声波速度，可避免因温度传感器器件差异影响的批量生产一致性问题，提高生产效率，以及提高避免运行过程中误差一致性。
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是本发明实施例提供的一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种基于深度采样的超声波水表流量计量系统示意图；
图3是本发明实施例提供的一种顺流采样序列示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
参照图1所示，提供了一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法，方法包括：
101、分别获取顺流方向的第一采样序列，以及逆流方向的第二采样序列；
102、对第一采样序列和第二采样序列进行二次插值；
103、分别获取第一采样序列的最大值点，以及第二采样序列的最大值点；
104、分别获取由第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列；
105、分别遍历第一回波序列和第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列；
106、获取第一回波信号序列和第二回波信号序列的相关性；
107、根据相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间；
108、根据相对飞行时间，计算瞬时流量。
可选的，对第一采样序列和第二采样序列进行二次插值包括：
对于任意三个点P1(X1，F(Y1))，P2(X2，F(Y2))，P3(X3，F(Y3))，满足条件抛物线：
X1＜X2＜X3且F(X2)≥F(X1)且F(X2)≥F(X3)；则：
其中，m(x)表示二次插值函数，P1、P2、P3是满足条件抛物线上的3个点。
可选的，分别获取由第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列包括：
最大值满足以下条件：
其中，X2+δ表示达到极大值时的点。
可选的，分别遍历第一回波序列和第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列之后，方法还包括：
分别获取顺流方向的绝对飞行时间Tup，以及逆流方向的绝对飞行时间Tdn。
可选的，根据相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间包括：
通过以下公式，获取相对飞行时间：
其中，ε表示偏移量，FFrequency表示采样频率，ΔT表示相对飞行时间，m表示第一回波信号序列和第二回波信号序列的相关性。
可选的，根据相对飞行时间，计算瞬时流量包括：
通过以下公式，计算瞬时流量：
其中，Q瞬表示瞬时流量，T表示ΔT/(Tup*Tdn)，η标表示标定时水的动力粘度，ρ表示工作条件时水的密度，ρ标表标定时水的密度，η表示工作条件时水的动力粘度。
步骤1：建立前端采样系统，获取顺流采样序列UPsequence[N]和逆流采样序列DOWNsequence[N](N＝256，512，1024)，前端采样系统包括超声波换能器、测量管段、低阻抗序列信号发生器、增益比较器、抗混叠滤波器、高速模数转换器、相关运算器。
步骤1.2：通过前端采样系统中的低阻抗序列信号发生器，对超声波换能器施加n(n＝3，4，5…)个和超声波换能器频率一样的激励脉冲信号。首先对Up顺流方向换能器施加n个激励脉冲信号，Dn逆流方向换能器接收回波信号。
步骤1.3：前端采样系统设置接收窗口开启时间T准备时间(40μs～50μs)，当时间到达T准备时间，前端采样系统开启增益比较器、抗混叠滤波器等待接收Up方向回波信号。
步骤1.4：在步骤1.3基础上，前端采样系统设置信号采样频率FFrequency(3.4MHz～8MHz)、采样持续时间TCapture(30μs～40μs)，并开启高速模数转换器取得顺流采样序列UPsequence[N]。
步骤1.5：同理变换方向，执行步骤1.2、1.3、1.4取得逆流方向采样序列DOWNsequence[N]。
步骤2：结合超声波信号在顺流、逆流传播的采样序列，前端采样系统中的相关运算器进行顺流方向绝对飞行时间TUPabs、逆流方向绝对飞行时间TDOWNabs计算。
步骤2的处理过程如下：对序列UPsequence[N]进行二次插值，以便找到每个激励回波信号的峰值点。对于任意三个点P1(X1，F(Y1))，P2(X2，F(Y2))，P3(X3，F(Y3))，满足X1＜X2＜X3且F(X2)≥F(X1)且F(X2)≥F(X3)，则有唯一抛物线m通过三点：
由计算公式(1)可得，m(x)达到极值点时得x可表示为：
对序列UPsequence[N]进行遍历查找，找到所有z满足UPsequence[Z]≥UPsequence[Z-1]且UPsequence[Z]≥UPsequence[Z+1]。再次对UPsequence[Z-1]，UPsequence[Z]，UPsequence[Z+1]进行插值。由计算公式(1)、(2)可得出：
步骤2.1：根据步骤2找到回波信号的最大幅值，插值之后处理运算后，回波峰值点组成的序列为Lobemax[Z]，有回波的最大幅值：
UPsequencemax＝max(Lobemax[Z])；(5)
步骤2.2：设定检测阈值，使用回波最大幅值的一定比例作为检测某一特定激励回波的阈值，检测阈值记作AmpThres,固定比例为η，则：
AmpThres＝ηUPsequencemax；(6)
步骤2.3：计算顺流方向绝对飞行时间，记作Tup。假定锁定的回波是第k个激励脉冲的回波，遍历Lobemax[Z]找到距离阈值最近的回波幅值的索引Zk，即认为此时找到的回波就是第k个激励脉冲的回波，Tup计算公式：
步骤2.4：同理变换方向，执行步骤2、步骤2.1、步骤2.2、步骤2.3获得逆流方向绝对飞行时间，记作Tdown。
步骤3：相对飞行时间ΔT计算，根据步骤1获取顺流采样序列UPsequence[N]和逆流采样序列DOWNsequence[N]，计算两个方向序列的相关结果：
步骤3.1：找到M[m]的最大值点索引m’:
m’＝argmax(M[m])；(9)
步骤3.2：对M[m’-1]，M[m’]，M[m’+1]进行余弦插值，找到插值后极值点对m’的偏移量记作ε，则：
偏移量计算公式
步骤3.3：根据步骤3.2中的计算公式(10)、(11)计算相对飞行时间：
步骤4：根据上述步骤中获得的ΔT、Tup、Tdown计算流体传播的线平均速度V线，其中L是超声波传输距离，C是超声波传输速度，计算公式如下：
由计算公式(13)、(14)可得：
步骤5：瞬时流量记作Q瞬，计算公式如下：
Q瞬＝3600*S*V面；(16)
其中S表示超声波水表测量管段的横截面积，单位是㎡，V面是流体流经横截面积S的面平均速度，单位是m/s，瞬时流量Q瞬单位是m3/h。
V线与V面存在
关系，其中Re是雷诺系数，流量修正系数k是关于Re的函数，则Q瞬可整理成：
Q瞬＝3600*T/B；(17)
其中B＝2*f(Re)/(S*L),T＝ΔT/(Tup*Tdown)。
步骤6：根据步骤5，建立标定温度下的函数关系模型B＝F(T)。
步骤7：工作状况与标定状态下的流量转换，依据流体力学中的雷诺数相似原则，建立等式关系。由Re＝Re标可建立等式模型：
上述计算公式中，η标是标定温度下的动力粘度，η是工作状态下的动力粘度，ρ标是标定温度下水的密度，ρ是工作状态下水的密度。
由计算公式(18)可知，工作状态下的
最终修正后超声波水表瞬时流量计算公式如下：
超声波水表包含主控制器和前端采样系统。其中前端采样系统框架如图2所示，具体实施步骤如下：
(1)首先超声波水表初始化完成，设置运行参数，其中包括前端采样系统配置参数，其中各配置参数如下：
T准备时间＝50μs；
FFrequency＝4MHz；
TCapture＝30μs。
(2)控制前端采样系统，对顺流方向换能器施加n(n＝10)个周期为1MHz的激励脉冲，激励电压为3V。
(3)为延长电池使用寿命，主控制器需要控制前端采样系统进入低功耗睡眠状态，等待定时时间T准备时间计时完成。
(4)如(3)，在定时器计数完成，主控制控制前端采样系统开启增益比较器、滤波器、数模转换器进行深度高速采样，对获取的采样信号进行快速傅里叶变换，得到采样序列UPsequence[N]＝{8，-8，-24，32，69，-65,-137，117…}，其中序列长度N的值是256，顺流采样序列示意图如图3所示。
(5)同理，如(1)、(2)、(3)、(4)，主控制器控制前端采样系统获取逆流方向采样序列，DOWNsequence[N]＝{-15，-17，53，47，-109，-90，195，162…}。
(6)对序列UPsequence[N]进行遍历，寻找所有满足UPsequence[i]≥UPsequence[i-1]且UPsequence[i]≥UPsequence[i+1]，然后再对UPsequence[i-1]、UPsequence[i]、UPsequence[i+1]进行插值计算。利用计算公式(2)、(3)，回波峰值点组成的序列Lobemax＝{69，239，444，565，672，756…}。
(7)设定阈值检测系数η，UPsequencemax为回波峰值中最大值，由UPsequence[N]可得出回波峰值最大值是945，则检测系数η值为0.08，锁定第一个回波信号为检测波，该激励回波的幅值相对回波峰值最大值比例固定且处于回波幅值上升速度最快区间。
(8)如(7)，锁定的回波是第1个激励脉冲的回波，在设定好阈值之后，遍历Lobemax[i]找到距离阈值最近的回波幅值的索引1，根据计算公式(7)δi＝0.25341μs，则顺流方向绝对飞行时间Tup＝55.25341μs。
(9)同理，对序列DOWNsequence[N]进行同样计算方法，获取逆流方向绝对飞行时间Tdown＝55.75341μs。
(10)在获取到的采样序列UPsequence[N]和DOWNsequence[N]基础上，根据计算公式(10)、(11)、(12)计算得到ΔT＝0.4576676648657μs。
(11)如上述步骤，根据查表法可知在20℃时，水的密度和动力粘度分别是η标＝1.003754Pa*S，ρ标＝1.0037Kg/m3，进一步为简化计算步骤，可生成密度关于温度的曲线函数，ρ＝f(t)；动力粘度关于温度的曲线函数η＝f(t)，其中t是超声波水表当前的工作温度。
(12)计算瞬时流量Q，根据计算公式(17)、(18)、(19)，可得出超声波瞬时流量Q＝3.099m3/h，则累计流量
实施例二提供了一种基于深度采样的超声波水表流量计量系统，系统包括：
至少包括前端采样系统，前端采样系统包括多个采样相关设备、测量管段、瞬时流量计算器以及相关运算器，多个采样相关设备设置于测量管段的两侧；其中：
多个采样相关设备分别获取测量管段所对应的顺流方向的第一采样序列，以及逆流方向的第二采样序列；
相关运算器用于：
对第一采样序列和第二采样序列进行二次插值；
分别获取第一采样序列的最大值点，以及第二采样序列的最大值点；
分别获取由第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列；
分别遍历第一回波序列和第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列；
获取第一回波信号序列和第二回波信号序列的相关性；
根据相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间；
瞬时流量计算器用于根据相对飞行时间，计算瞬时流量。
可选的，相关运算器具体用于：
对于任意三个点P1(X1，F(Y1))，P2(X2，F(Y2))，P3(X3，F(Y3))，满足条件抛物线：
X1＜X2＜X3且F(X2)≥F(X1)且F(X2)≥F(X3)；则：
其中，m(x)表示二次插值函数，P1、P2、P3是满足条件抛物线上的3个点。
可选的，相关运算器具体用于：
最大值满足以下条件：
其中，X2+δ表示达到极大值时的点。
可选的，相关运算器具体用于：
分别获取顺流方向的绝对飞行时间Tup，以及逆流方向的绝对飞行时间Tdn。
可选的，相关运算器具体用于：
通过以下公式，获取相对飞行时间：
其中，ε表示偏移量，FFrequency表示采样频率，ΔT表示相对飞行时间，m表示第一回波信号序列和第二回波信号序列的相关性。
可选的，瞬时流量计算器具体用于：
通过以下公式，计算瞬时流量：
其中，Q瞬表示瞬时流量，T表示ΔT/(Tup*Tdn)，η标表示标定时水的动力粘度，ρ表示工作条件时水的密度，ρ标表标定时水的密度，η表示工作条件时水的动力粘度。
实施例三提供了一种基于深度采样的超声波水表流量计量装置，装置包括：
插值模块，用于对第一采样序列和第二采样序列进行二次插值；
采样模块，用于分别获取第一采样序列的最大值点，以及第二采样序列的最大值点；
处理模块，用于分别获取由第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列；
索引模块，用于分别遍历第一回波序列和第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列；
处理模块还用于获取第一回波信号序列和第二回波信号序列的相关性；
处理模块还用于根据相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间；
处理模块还用于根据相对飞行时间，计算瞬时流量。
可选的，插值模块具体用于：
对于任意三个点P1(X1，F(Y1))，P2(X2，F(Y2))，P3(X3，F(Y3))，满足条件抛物线：
X1＜X2＜X3且F(X2)≥F(X1)且F(X2)≥F(X3)；则：
其中，m(x)表示二次插值函数，P1、P2、P3是满足条件抛物线上的3个点。
可选的，处理模块具体用于：
最大值满足以下条件：
其中，X2+δ表示达到极大值时的点。
可选的，处理模块还用于：
分别获取顺流方向的绝对飞行时间Tup，以及逆流方向的绝对飞行时间Tdn。
可选的，处理模块还具体用于：
通过以下公式，获取相对飞行时间：
其中，ε表示偏移量，FFrequency表示采样频率，ΔT表示相对飞行时间，m表示第一回波信号序列和第二回波信号序列的相关性。
可选的，处理模块还具体用于：
通过以下公式，计算瞬时流量：
其中，Q瞬表示瞬时流量，T表示ΔT/(Tup*Tdn)，η标表示标定时水的动力粘度，ρ表示工作条件时水的密度，ρ标表标定时水的密度，η表示工作条件时水的动力粘度。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
需要说明的是：上述实施例提供的基于深度采样的超声波水表流量计量系统和装置在执行基于深度采样的超声波水表流量计量方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统和装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的基于深度采样的超声波水表流量计量方法、系统和装置实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法，其特征在于，所述方法包括：
分别获取顺流方向的第一采样序列，以及逆流方向的第二采样序列；
对所述第一采样序列和所述第二采样序列进行二次插值；
分别获取所述第一采样序列的最大值点，以及所述第二采样序列的最大值点；
分别获取由所述第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及所述第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列；
分别遍历所述第一回波序列和所述第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置所述索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得所述索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列；
获取所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性；
根据所述相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间；
根据所述相对飞行时间，计算瞬时流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一采样序列和所述第二采样序列进行二次插值包括：
对于任意三个点P1(X1，F(Y1))，P2(X2，F(Y2))，P3(X3，F(Y3))，满足条件抛物线：
X1＜X2＜X3且F(X2)≥F(X1)且F(X2)≥F(X3)；则：
其中，m(x)表示二次插值函数，P1、P2、P3是满足条件抛物线上的3个点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别获取由所述第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及所述第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列包括：
所述最大值满足以下条件：
其中，X2+δ表示达到极大值时的点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分别遍历所述第一回波序列和所述第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置所述索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得所述索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列之后，所述方法还包括：
分别获取顺流方向的绝对飞行时间Tup，以及逆流方向的绝对飞行时间Tdn。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间包括：
通过以下公式，获取所述相对飞行时间：
其中，ε表示偏移量，FFrequency表示采样频率，ΔT表示相对飞行时间，m表示所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述相对飞行时间，计算瞬时流量包括：
通过以下公式，计算所述瞬时流量：
其中，Q瞬表示瞬时流量，T表示ΔT/(Tup*Tdn)，η标表示标定时水的动力粘度，ρ表示工作条件时水的密度，ρ标表标定时水的密度，η表示工作条件时水的动力粘度。
7.一种基于深度采样的超声波水表流量计量系统，其特征在于，所述系统至少包括前端采样系统，所述前端采样系统包括多个采样相关设备、测量管段、瞬时流量计算器以及相关运算器，所述多个采样相关设备设置于所述测量管段的两侧；其中：
所述多个采样相关设备分别获取所述测量管段所对应的顺流方向的第一采样序列，以及逆流方向的第二采样序列；
所述相关运算器用于：
对所述第一采样序列和所述第二采样序列进行二次插值；
分别获取所述第一采样序列的最大值点，以及所述第二采样序列的最大值点；
分别获取由所述第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及所述第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列；
分别遍历所述第一回波序列和所述第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置所述索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得所述索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列；
获取所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性；
根据所述相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间；
所述瞬时流量计算器用于根据所述相对飞行时间，计算瞬时流量。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述相关运算器具体用于：
通过以下公式，获取所述相对飞行时间：
其中，ε表示偏移量，FFrequency表示采样频率，ΔT表示相对飞行时间，m表示所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述瞬时流量计算器具体用于：
通过以下公式，计算所述瞬时流量：
其中，Q瞬表示瞬时流量，T表示ΔT/(Tup*Tdn)，η标表示标定时水的动力粘度，ρ表示工作条件时水的密度，ρ标表标定时水的密度，η表示工作条件时水的动力粘度。
10.一种基于深度采样的超声波水表流量计量设备，其特征在于，所述设备包括：
插值模块，用于对第一采样序列和第二采样序列进行二次插值；
采样模块，用于分别获取所述第一采样序列的最大值点，以及所述第二采样序列的最大值点；
处理模块，用于分别获取由所述第一采样序列的最大值点组成的第一回波序列，以及所述第二采样序列的最大值点组成的第二回波序列；
索引模块，用于分别遍历所述第一回波序列和所述第二回波序列，获取距离阈值最近的回波幅值的索引，设置所述索引所指示的回波为回波信号序列对应的回波，分别获得所述索引所指示的第一回波信号序列和第二回波信号序列；
所述处理模块还用于获取所述第一回波信号序列和所述第二回波信号序列的相关性；
所述处理模块还用于根据所述相关性计算，进行余弦插值，获取相对飞行时间；
所述处理模块还用于根据所述相对飞行时间，计算瞬时流量。
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| CN202111123921.3A CN113899417A (zh) | 2021-09-24 | 2021-09-24 | 一种基于深度采样的超声波水表流量计量方法、系统及装置 |
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11241934A (ja) * | 1998-02-26 | 1999-09-07 | Ultrasonic Eng Co Ltd | 超音波流量計 |
| JP2000206133A (ja) * | 1998-11-10 | 2000-07-28 | Babcock Hitachi Kk | 音響式流速計測装置 |
| WO2012059104A1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-05-10 | Syddansk Universitet | Method for determining time-of-flight (tof) in ultrasound measurements |
| CN110799810A (zh) * | 2017-06-27 | 2020-02-14 | 萨基姆通讯能源及电信联合股份公司 | 用于测量流体速度的方法 |
| CN111220222A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-02 | 成都千嘉科技有限公司 | 一种超声波燃气表流量的测定算法 |
| US20200182667A1 (en) * | 2018-12-08 | 2020-06-11 | Diehl Metering Gmbh | Method for evaluating measurement data sequences of an ultrasonic flow measuring device and ultrasonic flow measuring device |
-
2021
- 2021-09-24 CN CN202111123921.3A patent/CN113899417A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11241934A (ja) * | 1998-02-26 | 1999-09-07 | Ultrasonic Eng Co Ltd | 超音波流量計 |
| JP2000206133A (ja) * | 1998-11-10 | 2000-07-28 | Babcock Hitachi Kk | 音響式流速計測装置 |
| WO2012059104A1 (en) * | 2010-11-02 | 2012-05-10 | Syddansk Universitet | Method for determining time-of-flight (tof) in ultrasound measurements |
| CN110799810A (zh) * | 2017-06-27 | 2020-02-14 | 萨基姆通讯能源及电信联合股份公司 | 用于测量流体速度的方法 |
| US20200182667A1 (en) * | 2018-12-08 | 2020-06-11 | Diehl Metering Gmbh | Method for evaluating measurement data sequences of an ultrasonic flow measuring device and ultrasonic flow measuring device |
| CN111220222A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-06-02 | 成都千嘉科技有限公司 | 一种超声波燃气表流量的测定算法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张鄂: "《现代设计方法》", 31 October 1990, 西安交通大学出版社 * |
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