CN114440996A - 一种基于超声的流量测量方法和系统 - Google Patents

一种基于超声的流量测量方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于超声的流量测量方法和系统，发送第一脉冲信号；获取第二超声波片接收到的脉冲信号，根据发送第一脉冲信号的时间和接收到脉冲信号的时间确定第一脉冲信号从第一超声波片到达第二超声波片的第一时间；发送第二脉冲信号；获取第一超声波片接收到的脉冲信号，根据发送第二脉冲信号的时间和第一超声拨片接收到脉冲信号的时间确定第二脉冲信号从第二超声波片达到第一超声波片的第二时间；计算得到液体的流量。通过本申请解决了解决现有技术中的超声波流量计无法满足精度要求的问题，从而提供了一种能够进行小流量测量，在一定程度上保证了测量的精确度。

Description

一种基于超声的流量测量方法和系统
技术领域
本申请涉及到流量测量领域，具体而言，涉及一种基于超声的流量测量方法和系统。
背景技术
现有技术中的超声流量计一般应用在自来水或者燃气中。
通用自来水流量计市场保有量大，借助现有铁质水管，斜向外置安装2只探头，自来水中流量计无法实现高精度的小流量测量。
燃气超声流量计等气体管道流量计与自来水超声流量计类似，也是借助原气体管道，斜向外置外置安装2只甚至多只探头完成超声波测定，管道直径粗，检测装置体积大，探头多，也无法实现小流量测量。
小流量的流量计主要应用于芯片制造、制药和食品加工等行业，解决高精度小流量、极低介质污染、小体积的设计需求。现有技术中的超声波流量计无法满足精度的要求。
发明内容
本申请实施例提供了一种基于超声的流量测量方法和系统，以至少解决现有技术中的超声波流量计无法满足精度要求的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种基于超声的流量测量方法，包括：生成第一脉冲信号，并通过第一超声波片发送用超声波的频率发送所述第一脉冲信号；获取第二超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第一脉冲信号的时间和接收到脉冲信号的时间确定所述第一脉冲信号从所述第一超声波片到达所述第二超声波片的第一时间，其中，所述第一脉冲信号的传播方向与液体流动方向相同；生成第二脉冲信号，并通过所述第二超声波片用所述超声波的频率发送所述第二脉冲信号；获取所述第一超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第二脉冲信号的时间和所述第一超声拨片接收到脉冲信号的时间确定所述第二脉冲信号从所述第二超声波片达到所述第一超声波片的第二时间，其中，所述第二脉冲信号的传播方向与所述液体流动方向相反；根据所述第一时间、所述第二时间、所述第一超声波片与所述第二超声波片之间的距离和所述液体流动所在的管道的横截面积计算得到所述液体的流量。
进一步地，获取所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号包括：接收到回波信号，其中，所述回波信号为阻尼震荡电信号；对所述回波信号进行放大；将放大后的回波信号输入比较器中，将所述回波信号与用于比较的偏置电压进行比较得到第二方波信号，其中，所述第二方波信号为作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号，所述第一超声波片或者所述第二超声波片发送的脉冲信号为第一方波信号。
进一步地，将所述回波信号与用于比较的偏置电压进行比较得到第二方波信号之后，所述方法还包括：判断所述第二方波信号中是否存在虚影，其中，所述虚影为所述第一方波信号与所述第二方波信号相比所存在的不同的方波；将所述第二方波信号中的虚影进行消除，并将消除所述虚影之后的第二方波信号作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号。
进一步地，判断所述第二方波信号中是否存在虚影包括：获取两次接收到的所述第二方波信号；获取第一次接收到的第二方波信号中连续N个上升沿的时刻，其中，第11时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第1N时刻为第N个上升沿的时刻；获取第二次接收到的第二方波信号中的连续N个上升沿的时刻；，其中，第21时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第2N时刻为第N个上升沿的时刻；判断所述第1M时刻和所述第2M时刻之间的差值是否小于等于阈值，如果小于等于阈值在确定所述第二方波信号中不存在虚影，如果大于所述阈值则确定所述第二方波信号中存在虚影，其中，M为大于1并且小于N的自然数。
进一步地，将所述第二方波信号中的虚影进行消除包括：将所述第1M时刻与所述21时刻到所述第2N时刻中的各个时刻进行比较；从所述21时刻到所述2N时刻中与所述第1M时刻最接近的时刻；将所述第2M时刻的值更新为所述最接近的时刻的值，并用于后续计算。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种基于超声的流量测量系统，包括：第一生成模块，用于生成第一脉冲信号，并通过第一超声波片发送用超声波的频率发送所述第一脉冲信号；第一获取模块，用于获取第二超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第一脉冲信号的时间和接收到脉冲信号的时间确定所述第一脉冲信号从所述第一超声波片到达所述第二超声波片的第一时间，其中，所述第一脉冲信号的传播方向与液体流动方向相同；第二生成模块，用于生成第二脉冲信号，并通过所述第二超声波片用所述超声波的频率发送所述第二脉冲信号；第二获取模块，用于获取所述第一超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第二脉冲信号的时间和所述第一超声拨片接收到脉冲信号的时间确定所述第二脉冲信号从所述第二超声波片达到所述第一超声波片的第二时间，其中，所述第二脉冲信号的传播方向与所述液体流动方向相反；计算模块，用于根据所述第一时间、所述第二时间、所述第一超声波片与所述第二超声波片之间的距离和所述液体流动所在的管道的横截面积计算得到所述液体的流量。
进一步地，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：接收到回波信号，其中，所述回波信号为阻尼震荡电信号；对所述回波信号进行放大；将放大后的回波信号输入比较器中，将所述回波信号与用于比较的偏置电压进行比较得到第二方波信号，其中，所述第二方波信号为作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号，所述第一超声波片或者所述第二超声波片发送的脉冲信号为第一方波信号。
进一步地，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：判断所述第二方波信号中是否存在虚影，其中，所述虚影为所述第一方波信号与所述第二方波信号相比所存在的不同的方波；将所述第二方波信号中的虚影进行消除，并将消除所述虚影之后的第二方波信号作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号。
进一步地，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：获取两次接收到的所述第二方波信号；获取第一次接收到的第二方波信号中连续N个上升沿的时刻，其中，第11时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第1N时刻为第N个上升沿的时刻；获取第二次接收到的第二方波信号中的连续N个上升沿的时刻；，其中，第21时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第2N时刻为第N个上升沿的时刻；判断所述第1M时刻和所述第2M时刻之间的差值是否小于等于阈值，如果小于等于阈值在确定所述第二方波信号中不存在虚影，如果大于所述阈值则确定所述第二方波信号中存在虚影，其中，M为大于1并且小于N的自然数。
进一步地，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：将所述第1M时刻与所述21时刻到所述第2N时刻中的各个时刻进行比较；从所述21时刻到所述2N时刻中与所述第1M时刻最接近的时刻；将所述第2M时刻的值更新为所述最接近的时刻的值，并用于后续计算。
在本申请实施例中，采用了生成第一脉冲信号，并通过第一超声波片发送用超声波的频率发送所述第一脉冲信号；获取第二超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第一脉冲信号的时间和接收到脉冲信号的时间确定所述第一脉冲信号从所述第一超声波片到达所述第二超声波片的第一时间，其中，所述第一脉冲信号的传播方向与液体流动方向相同；生成第二脉冲信号，并通过所述第二超声波片用所述超声波的频率发送所述第二脉冲信号；获取所述第一超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第二脉冲信号的时间和所述第一超声拨片接收到脉冲信号的时间确定所述第二脉冲信号从所述第二超声波片达到所述第一超声波片的第二时间，其中，所述第二脉冲信号的传播方向与所述液体流动方向相反；根据所述第一时间、所述第二时间、所述第一超声波片与所述第二超声波片之间的距离和所述液体流动所在的管道的横截面积计算得到所述液体的流量。通过本申请解决了现有技术中的超声波流量计无法满足精度要求的问题，从而提供了一种能够进行小流量测量，在一定程度上保证了测量的精确度。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的超声波管路设计的示意图。
图2是根据本申请实施例的超声波片结构设置的示意图。
图3是根据本申请实施例的交替驱动电路的示意图。
图4是根据本申请实施例的放大整形电路的原理示意图。
图5是根据本申请实施例的整形放大电路工作波形示意图。
图6是根据本申请实施例的虚影产生原因示意图。
图7是根据本申请实施例的虚影处理算法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中，超声波传播的方向与液体流动方向相同或者相反。在该条件的约束下，可以有多种管路设计，在本实施例中就提供了其中一种。
图1是根据本申请实施例的超声波管路设计的示意图，如图1所示，该超声波管路中包括两个超声波片1，超声波片1通过耦合剂2耦合到管路3上，管路3可以为去离子PFA材料管路，两个超声波片1可以为PZT超声压电陶瓷片A和PZT超声压电陶瓷片B。
图1所示为U形管道，流入流出为同侧，也可以为Z型管道，流入流出在两侧设置，根据超声流量计的实际安装需求选择管道类型。
该管道内有流动的被测液体，超声压电陶瓷片A和超声压电陶瓷片B成对工作，通过耦合剂紧贴在管道两侧的端面上，陶瓷片的中心线重合安装。当A为发送B为接收时，超声波传播速度为声速叠加流速所得数值；当A为接收B为发送时，超声波传播速度为声速减掉流速说得数值。将换向前后两次获得的结果相减，去除声速，获得的结果正比于流速。
推算被测液体流量过程如下：
两个PZT间距离为L，正向飞行时间为T1，反向飞行时间为T2，管道直径为D,假设T1>T2，其中，
Figure BDA0003504254660000051
Figure BDA0003504254660000052
V1＝V声速+V流速
V2＝V声速-V流速
Figure BDA0003504254660000053
Figure BDA0003504254660000054
由于PFA塑料的特性，对超声波传输的损耗较大，需要采用特征频率为2MHz的超声流量计专用压电陶瓷片作为发送和接收元件。该类压电陶瓷片材质较脆，为了将陶瓷片可靠压接在断面上，保持对中，同时能够引出信号，在本实施例中提供了图2的结构。
在图2示出的结构中包括：包括：超声压电陶瓷片1、液体流出口的管路3、端面5、定位架(图中为截面)4、护套线缆6、线缆出口7、压片8、后盖9、腔体10，如图2所示，管路、压电陶瓷片、定位架、压片、腔体及后盖等组件的中心线皆重合。
管路内径可以为4mm、6mm、8mm等，不限于以上尺寸。在端面和压电陶瓷接触区域施加超声波耦合剂。定位架是一个中空的环状塑料部件，外径与腔体内径相等，内径与超声压电陶瓷片外径相等，高度应低于压电片厚度，安装至腔体后与压片不接触，防止压片压紧陶瓷片的功能失效。压片也为塑料材质，压片上预留导线引出的通道，与后盖接触。后盖外侧上有便于夹持的缺口，后盖与腔体之间采用螺纹连接，旋紧后盖后，压电陶瓷片即被可靠压接在端面上。压电陶瓷信号引出导线为护套线，护套直径与出线孔直径相等，旋紧后盖后，腔体具备防溅水功能。
基于本实施例中超声波流量计，在本实施例中提供了一种基于超声的流量测量方法，下面对该方法中的步骤进行说明。
步骤S10，生成第一脉冲信号，并通过第一超声波片发送用超声波的频率发送所述第一脉冲信号；
步骤S20，获取第二超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第一脉冲信号的时间和接收到脉冲信号的时间确定所述第一脉冲信号从所述第一超声波片到达所述第二超声波片的第一时间，其中，所述第一脉冲信号的传播方向与液体流动方向相同；
步骤S30，生成第二脉冲信号，并通过所述第二超声波片用所述超声波的频率发送所述第二脉冲信号；
步骤S40，获取所述第一超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第二脉冲信号的时间和所述第一超声拨片接收到脉冲信号的时间确定所述第二脉冲信号从所述第二超声波片达到所述第一超声波片的第二时间，其中，所述第二脉冲信号的传播方向与所述液体流动方向相反；
步骤S50，根据所述第一时间、所述第二时间、所述第一超声波片与所述第二超声波片之间的距离和所述液体流动所在的管道的横截面积计算得到所述液体的流量。
在上述步骤中，根据脉冲信号来得到超声波的飞行时间，考虑到超声波传播方向与液体流动方向相同或者相反，这种测量飞行时间的方式比较精确，因此，通过本实施例中的该方法解决了现有技术中的超声波流量计无法满足精度要求的问题，从而提供了一种能够进行小流量测量，在一定程度上保证了测量的精确度。
在上述方法中，第一超声波片和第二超声片之间的发送和接收需要进行切换，本实施例中提供了一种交替驱动电路，图3是根据本申请实施例的交替驱动电路的示意图，如图3所示，在该电路中，交替驱动电路主要负责将功率放大器输出的脉冲信号传输给相应超声压电陶瓷片，并将与之相对的另一个超声压电陶瓷片连接至接收电路。具体切换过程如下：
逻辑电路通过控制模拟开关，将PZTA连接至功率放大器，并控制脉冲发生器输出发送脉冲序列至功率放大器，此时模拟开关将PZTB连接至接收电路，等待回波的到达，回波到达后经由逻辑电路解算和分析飞行时间。
经过上述过程，完成一次PZTA发送，PZTB接收的工作过程。下一步进行翻转切换：与上述过程类似，逻辑电路通过控制模拟开关，将PZTB连接至功率放大器，并控制脉冲发生器输出发送脉冲序列至功率放大器，此时模拟开关将PZTA连接至接收电路，等待回波的到达，回波到达后经由逻辑电路解算和分析飞行时间。至此完成一次切换过程。本超声流量计将重复以上步骤进行连续测量。
接收到的脉冲信号可能比较微弱，为了保证测量准确，还可以增加信号放大功能。即获取所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号可以包括：接收到回波信号，其中，所述回波信号为阻尼震荡电信号；对所述回波信号进行放大；将放大后的回波信号输入比较器中，将所述回波信号与用于比较的偏置电压进行比较得到第二方波信号，其中，所述第二方波信号为作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号，所述第一超声波片或者所述第二超声波片发送的脉冲信号为第一方波信号。
在上述步骤中涉及到放大整形电路，整形放大电路功能主要是将接收压电陶瓷片产生的微弱电信号进行受控的放大和整形，最终输出一路方波序列，以便于超声流量计逻辑电路解算和分析飞行时间。超声回波信号异常微弱，并伴有干扰，需要在特定时间段对信号进行放大和整形处理，图4是根据本申请实施例的放大整形电路的原理示意图，如图4所示，输入的回波信号为微弱的阻尼振荡电信号，经过程控开关后，可以选择性允许特定时间段的信号通过至后续电路，对于微弱的回波信号需要使用LNA低噪声放大器电路，该部分电路使用低噪声高带宽的集成运算放大器构建，也可以采用超声前置模拟电路专用芯片片内LNA放大器，不局限一种放大器。信号经过LNA放大后，送入可编程增益放大器电路(PGA)进行进一步放大，该部分可以根据逻辑电路的控制策略进行放大倍数的编程，放大倍数范围为0～21dB，此时信号幅度大幅提高，作为比较器的一路输入信号送入比较器进行比较处理，比较器另一输入信号为可编程基准电压源产生，作为比较偏置电压，该偏置电压的参考0电位从回波信号到达之前一段时间内的平均电压决定，根据实际需要可以调整该电压源的电压值，以达到较好的比较效果，输出稳定的方波序列，至后续运算处理电路。
对于输出方波序列，图5是根据本申请实施例的整形放大电路工作波形示意图，如图5所示，该图这个示出了：为噪声干扰信号51、比较器偏置电压参考0电位获得处52、比较器偏置电压53、回波阻尼电信号54、比较器输出方波序列55。
工作原理正如上述电路介绍中所述，由于超声流量计在设计的时候就固定了测量管路的长度，在声速不发生剧烈变化的前提下，声音发出到接收的时间相对确定，忽略掉流速变化带来的微小时差，回波总是在特定时间出现在接收压电陶瓷片上，而不会在时间轴上出现大的位移可以按照一套预定的控制时序进行信号处理，将每次回波放大整形分为A、B、C区域。在A区，程控开关关闭，可以将回波有效范围外的干扰信号忽略；在紧接着到来的B区进行多次采样平均获得一个较为稳定的电平，可以有效代表回波信号的0点电位，该电位与可编程基准电源共同产生比较器所需的偏置电压，当放大的回波信号被输送至比较器时，超过该偏置电压的信号在紧接着的反向过零后输出方波高电平，在正向过零后输出低电平，如此操作产生与回波阻尼振荡信号相位一致的方波信号，一遍后续逻辑电路采处理和分析。
本实施例中可以通过检测软件来进行处理，检测软件运行在嵌入式微处理器上，通过辅助逻辑电路控制其他组件工作，完成超声流量计的采集和运算工作。与通用超声流量计一样，本法明所述超声流量计也包括飞行时间计算、流量换算及报警输出等功能，但是由于FPA材质管路的对信号的衰减，回波信号微弱，经过上述高倍率的放大后，回波信号存在幅度稳定性较差的问题，整形后方波序列信号存在可能虚影现象，导致飞行时间计算出现严重的偏差。
图6是根据申请实施例的虚影产生原因示意图，如图6所示，当回波阻尼振荡信号经过放大后不可避免产生抖动，当比较器偏置电压设定好后，会出现输出方波序列变化的现象，上图中61为幅度变大的信号，62为幅度未变大的信号，两次信号放大整形后产生的方波序列分别为63和64，可见63和64有明显的区别，64比63多出了两个方波信号，如65所指，即为虚影，在示波器上观察明显。
为了简便，63信号作为一个方波序列，只绘制了2个方波，实际中可能为5个左右的方波序列，不限于此数目。
即在本实施中，还可以判断是否存在虚影，将所述回波信号与用于比较的偏置电压进行比较得到第二方波信号之后，所述方法还包括：判断所述第二方波信号中是否存在虚影，其中，所述虚影为所述第一方波信号与所述第二方波信号相比所存在的不同的方波；将所述第二方波信号中的虚影进行消除，并将消除所述虚影之后的第二方波信号作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号。
判断是否存在虚影的方式有很多种，例如，判断所述第二方波信号中是否存在虚影包括：获取两次接收到的所述第二方波信号；获取第一次接收到的第二方波信号中连续N个上升沿的时刻，其中，第11时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第1N时刻为第N个上升沿的时刻；获取第二次接收到的第二方波信号中的连续N个上升沿的时刻；，其中，第21时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第2N时刻为第N个上升沿的时刻；判断所述第1M时刻和所述第2M时刻之间的差值是否小于等于阈值，如果小于等于阈值在确定所述第二方波信号中不存在虚影，如果大于所述阈值则确定所述第二方波信号中存在虚影，其中，M为大于1并且小于N的自然数。
消除虚影的方式也有很多种，例如，将所述第二方波信号中的虚影进行消除包括：将所述第1M时刻与所述21时刻到所述第2N时刻中的各个时刻进行比较；从所述21时刻到所述2N时刻中与所述第1M时刻最接近的时刻；将所述第2M时刻的值更新为所述最接近的时刻的值，并用于后续计算。
下面结合附图对上述算法进行说明，图7是根据本申请实施例的虚影处理算法的流程图，如图7所示，当接收到一次方波序列后，逻辑电路对该序列中的若干个方波出现在发送脉冲后的时间进行计算，获得各个方波上升沿时刻，第1个上升沿记做T1，第二个上升沿记做T2，依次类推，一般获得5个左右的方波上升沿时间即可完成该算法，将这些时刻值T1～T5储存下来。
相对于第一次方波序列，收到第二次方波序列，进行类似上述过程的计算，获得T1～T5数值。以5个方波序列为例，采用T3作为典型值，将第二次方波序列的T3与上次存储的T3数值进行比较，如果发现变化很小，则是正常测试过程，没有发生虚影，再重新进行该循环；如果发现T3数值变化较大，则从第二次方波序列T1～T5中比对，判断哪一个数值与上一次采集的T3接近，则更新为本次测量的T3数值，使用更新过的T3数值进行后续计算，能去掉虚影对飞行时间的影响。
获得了准确的飞行时间，即可进行准确的流量计算，并可以完成其他流量计的附加功能，例如流量结果变送，高低流量报警等。
在上述实施例中，可以采用如下的计时模块来进行计时。飞行时间计算模块，也就是皮秒计时模块，可以将飞行时间(皮秒量级)转化为数字量。换算过程如下：该模块连接有一路8MHz有源晶体振荡器，提供时钟基准参考，在每次上电后，模块自动完成10个时钟周期的计时校准(时长1/8uS*10＝1.25uS)，获得精确的最小计时单位的时间值，例如在10个时钟周期内，计时器数值为10000，则最小计时单位为1.25uS/10000＝125pS。当皮秒计时模块获得开始信号后(上升沿有效)，开始计数累加，获得停止信号后(上升沿有效)停止计数累加，用计数值*125pS即为飞行时间。
在本实施例中，提供一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行以上实施例中的方法。
上述程序可以运行在处理器中，或者也可以存储在存储器中(或称为计算机可读介质)，计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
这些计算机程序也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤，对应与不同的步骤可以通过不同的模块来实现。
该本实施例中就提供了这样的一种装置或系统。该系统被称为一种基于超声的流量测量系统，包括：第一生成模块，用于生成第一脉冲信号，并通过第一超声波片发送用超声波的频率发送所述第一脉冲信号；第一获取模块，用于获取第二超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第一脉冲信号的时间和接收到脉冲信号的时间确定所述第一脉冲信号从所述第一超声波片到达所述第二超声波片的第一时间，其中，所述第一脉冲信号的传播方向与液体流动方向相同；第二生成模块，用于生成第二脉冲信号，并通过所述第二超声波片用所述超声波的频率发送所述第二脉冲信号；第二获取模块，用于获取所述第一超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第二脉冲信号的时间和所述第一超声拨片接收到脉冲信号的时间确定所述第二脉冲信号从所述第二超声波片达到所述第一超声波片的第二时间，其中，所述第二脉冲信号的传播方向与所述液体流动方向相反；计算模块，用于根据所述第一时间、所述第二时间、所述第一超声波片与所述第二超声波片之间的距离和所述液体流动所在的管道的横截面积计算得到所述液体的流量。
该系统或者装置用于实现上述的实施例中的方法的功能，该系统或者装置中的每个模块与方法中的每个步骤相对应，已经在方法中进行过说明的，在此不再赘述。
例如，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：接收到回波信号，其中，所述回波信号为阻尼震荡电信号；对所述回波信号进行放大；将放大后的回波信号输入比较器中，将所述回波信号与用于比较的偏置电压进行比较得到第二方波信号，其中，所述第二方波信号为作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号，所述第一超声波片或者所述第二超声波片发送的脉冲信号为第一方波信号。
又例如，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：判断所述第二方波信号中是否存在虚影，其中，所述虚影为所述第一方波信号与所述第二方波信号相比所存在的不同的方波；将所述第二方波信号中的虚影进行消除，并将消除所述虚影之后的第二方波信号作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号。
可选地，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：获取两次接收到的所述第二方波信号；获取第一次接收到的第二方波信号中连续N个上升沿的时刻，其中，第11时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第1N时刻为第N个上升沿的时刻；获取第二次接收到的第二方波信号中的连续N个上升沿的时刻；，其中，第21时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第2N时刻为第N个上升沿的时刻；判断所述第1M时刻和所述第2M时刻之间的差值是否小于等于阈值，如果小于等于阈值在确定所述第二方波信号中不存在虚影，如果大于所述阈值则确定所述第二方波信号中存在虚影，其中，M为大于1并且小于N的自然数。
可选地，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：将所述第1M时刻与所述21时刻到所述第2N时刻中的各个时刻进行比较；从所述21时刻到所述2N时刻中与所述第1M时刻最接近的时刻；将所述第2M时刻的值更新为所述最接近的时刻的值，并用于后续计算。
通过上述实施例解决了现有技术中的超声波流量计无法满足精度要求的问题，从而提供了一种能够进行小流量测量，在一定程度上保证了测量的精确度。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于超声的流量测量方法，其特征在于，包括：
生成第一脉冲信号，并通过第一超声波片发送用超声波的频率发送所述第一脉冲信号；
获取第二超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第一脉冲信号的时间和接收到脉冲信号的时间确定所述第一脉冲信号从所述第一超声波片到达所述第二超声波片的第一时间，其中，所述第一脉冲信号的传播方向与液体流动方向相同；
生成第二脉冲信号，并通过所述第二超声波片用所述超声波的频率发送所述第二脉冲信号；
获取所述第一超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第二脉冲信号的时间和所述第一超声拨片接收到脉冲信号的时间确定所述第二脉冲信号从所述第二超声波片达到所述第一超声波片的第二时间，其中，所述第二脉冲信号的传播方向与所述液体流动方向相反；
根据所述第一时间、所述第二时间、所述第一超声波片与所述第二超声波片之间的距离和所述液体流动所在的管道的横截面积计算得到所述液体的流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号包括：
接收到回波信号，其中，所述回波信号为阻尼震荡电信号；
对所述回波信号进行放大；
将放大后的回波信号输入比较器中，将所述回波信号与用于比较的偏置电压进行比较得到第二方波信号，其中，所述第二方波信号为作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号，所述第一超声波片或者所述第二超声波片发送的脉冲信号为第一方波信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述回波信号与用于比较的偏置电压进行比较得到第二方波信号之后，所述方法还包括：
判断所述第二方波信号中是否存在虚影，其中，所述虚影为所述第一方波信号与所述第二方波信号相比所存在的不同的方波；
将所述第二方波信号中的虚影进行消除，并将消除所述虚影之后的第二方波信号作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，判断所述第二方波信号中是否存在虚影包括：
获取两次接收到的所述第二方波信号；
获取第一次接收到的第二方波信号中连续N个上升沿的时刻，其中，第11时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第1N时刻为第N个上升沿的时刻；
获取第二次接收到的第二方波信号中的连续N个上升沿的时刻；，其中，第21时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第2N时刻为第N个上升沿的时刻；
判断所述第1M时刻和所述第2M时刻之间的差值是否小于等于阈值，如果小于等于阈值在确定所述第二方波信号中不存在虚影，如果大于所述阈值则确定所述第二方波信号中存在虚影，其中，M为大于1并且小于N的自然数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述第二方波信号中的虚影进行消除包括：
将所述第1M时刻与所述21时刻到所述第2N时刻中的各个时刻进行比较；
从所述21时刻到所述2N时刻中与所述第1M时刻最接近的时刻；
将所述第2M时刻的值更新为所述最接近的时刻的值，并用于后续计算。
6.一种基于超声的流量测量系统，其特征在于，包括：
第一生成模块，用于生成第一脉冲信号，并通过第一超声波片发送用超声波的频率发送所述第一脉冲信号；
第一获取模块，用于获取第二超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第一脉冲信号的时间和接收到脉冲信号的时间确定所述第一脉冲信号从所述第一超声波片到达所述第二超声波片的第一时间，其中，所述第一脉冲信号的传播方向与液体流动方向相同；
第二生成模块，用于生成第二脉冲信号，并通过所述第二超声波片用所述超声波的频率发送所述第二脉冲信号；
第二获取模块，用于获取所述第一超声波片接收到的脉冲信号，根据发送所述第二脉冲信号的时间和所述第一超声拨片接收到脉冲信号的时间确定所述第二脉冲信号从所述第二超声波片达到所述第一超声波片的第二时间，其中，所述第二脉冲信号的传播方向与所述液体流动方向相反；
计算模块，用于根据所述第一时间、所述第二时间、所述第一超声波片与所述第二超声波片之间的距离和所述液体流动所在的管道的横截面积计算得到所述液体的流量。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：
接收到回波信号，其中，所述回波信号为阻尼震荡电信号；
对所述回波信号进行放大；
将放大后的回波信号输入比较器中，将所述回波信号与用于比较的偏置电压进行比较得到第二方波信号，其中，所述第二方波信号为作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号，所述第一超声波片或者所述第二超声波片发送的脉冲信号为第一方波信号。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：
判断所述第二方波信号中是否存在虚影，其中，所述虚影为所述第一方波信号与所述第二方波信号相比所存在的不同的方波；
将所述第二方波信号中的虚影进行消除，并将消除所述虚影之后的第二方波信号作为所述第一超声波片和所述第二超声波片接收到的脉冲信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：
获取两次接收到的所述第二方波信号；
获取第一次接收到的第二方波信号中连续N个上升沿的时刻，其中，第11时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第1N时刻为第N个上升沿的时刻；
获取第二次接收到的第二方波信号中的连续N个上升沿的时刻；，其中，第21时刻为第一个上升沿的时刻，依次类推，第2N时刻为第N个上升沿的时刻；
判断所述第1M时刻和所述第2M时刻之间的差值是否小于等于阈值，如果小于等于阈值在确定所述第二方波信号中不存在虚影，如果大于所述阈值则确定所述第二方波信号中存在虚影，其中，M为大于1并且小于N的自然数。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一获取模块和所述第二获取模块用于：
将所述第1M时刻与所述21时刻到所述第2N时刻中的各个时刻进行比较；
从所述21时刻到所述2N时刻中与所述第1M时刻最接近的时刻；
将所述第2M时刻的值更新为所述最接近的时刻的值，并用于后续计算。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116625444A (zh) * 2023-03-13 2023-08-22 宁夏隆基宁光仪表股份有限公司 一种超声波水表特征波自适应及流量修正的方法

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