CN114674384A - 超声波流量计的防错波检测方法、装置、设备及流量计 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种超声波流量计的防错波检测方法、装置、设备及流量计，其中方法包括：控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。本申请实施例提供的超声波流量计的防错波检测方法、装置、设备及流量计，能够克服现有的方案由于出现错波，而导致获取的飞行时间出现错误，使得流量计量出现较大误差的问题。
Description
技术领域
本申请实施例涉及防错波检测技术领域，尤其涉及一种超声波流量计的防错波检测方法、装置、设备及流量计。
背景技术
气体超声波流量计相比于其他种类的流量计具有高精度、宽量程、对涡流不敏感等优势，因此受到越来越多的关注。超声波测量气体流量的方法有多种，包括噪声法、频差法以及时差法等。其中时差法以其不受温度等因素影响的特点，被广泛应用。其中，保证流量计量精度的关键是飞行时间的准确测量，该时差法获取飞行时间的方法是通过分辨出回波信号的特征波，来确定传播信号的到达时间。
目前，为了准确获得回波信号的到达时间，一般可以利用信号处理方法来获取飞行时间，主要包括：阈值法等。常见的阈值法处理过程是预先设定一个阈值，将回波信号首次大于阈值的时刻作为回波信号的到达时间。
但是，由于信号在复杂情况下的变化是非常快速的，该设定的阈值无法跟上回波信号幅值的变化，此时会出现错波，进而导致获取的飞行时间出现错误，使得流量计量出现较大误差。
发明内容
本申请实施例提供一种超声波流量计的防错波检测方法、装置、设备及流量计，以克服现有的方案由于出现错波，而导致获取的飞行时间出现错误，使得流量计量出现较大误差的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种超声波流量计的防错波检测方法，包括：
控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；
通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；
将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。
在一种可能的设计中，所述通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，包括：
通过滤波电路对所述回波信号进行滤波处理，并且通过信号放大电路，对经过滤波处理后的回波信号进行放大处理，得到处理后的回波信号；
通过ADC对所述处理后的回波信号进行采样，得到采样数据；
其中，所述处理后的回波信号用于为ADC提供采样信号。
在一种可能的设计中，所述根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值，包括：
对所述采样数据进行信号幅值分析，得到回波信号幅值；
根据所述回波信号幅值，获取所述采样数据对应的多个特征波的峰值和每个所述特征波的前一波的峰值；
针对每个所述特征波，计算所述特征波的峰值与所述特征波的前一波的峰值的差值，并将计算得到的最大差值对应的所述特征波作为目标特征波；
将所述目标特征波的峰值和所述目标特征波的前一波的峰值的平均值作为所述特征阈值。
在一种可能的设计中，在所述获取所述激励信号对应的回波信号之后，所述方法还包括：
将所述回波信号发送至相位偏移电路，并通过所述相位偏移电路对所述回波信号进行延时保持，得到延时后的回波信号；
将所述特征阈值通过DAC转换，得到转换后的特征阈值；
将所述转换后的特征阈值和所述延时后的回波信号输入到TDC芯片中进行过零检测，得到至少一个过零时间。
在一种可能的设计中，所述将所述转换后的特征阈值和所述延时后的回波信号输入到TDC芯片中进行过零检测，得到至少一个过零时间，包括：
将所述转换后的特征阈值以及由所述相位偏移电路保持的所述回波信号同时输入到TDC芯片中进行过零检测，生成脉冲信号；
根据所述脉冲信号，检测得到至少一个过零时间，所述至少一个过零时间用于确定是否存在错波现象。
在一种可能的设计中，若不存在错波现象，所述方法还包括：
根据所述至少一个过零时间，获取飞行时间，所述飞行时间包括顺流飞行时间和逆流飞行时间；
根据所述顺流飞行时间和逆流飞行时间之间的飞行时间差，利用时差法，得到流速；
根据所述流速以及通道的横截面积，得到流量值。
第二方面，本申请实施例提供一种超声波流量计的防错波检测装置，包括：
超声波收发模块，用于控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；
算法处理模块，用于通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；
写入模块，用于将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。
在一种可能的设计中，所述算法处理模块，具体用于：
通过滤波电路对所述回波信号进行滤波处理，并且通过信号放大电路，对经过滤波处理后的回波信号进行放大处理，得到处理后的回波信号；
通过ADC对所述处理后的回波信号进行采样，得到采样数据；
其中，所述处理后的回波信号用于为ADC提供采样信号。
第三方面，本申请实施例提供一种控制设备，包括：DSP控制模块；所述DSP控制模块，用于：
控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；
通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；
将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。
第四方面，本申请实施例提供一种超声波流量计，包括：如第三方面所述的DSP控制模块、ADC、相位偏移电路、DAC以及TDC芯片；
所述DSP控制模块，用于控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号，并将所述回波信号分别传输至ADC以及相位偏移电路；
所述ADC，用于对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并将所述采样数据传输至所述DSP控制模块；
所述相位偏移电路，用于将所述回波信号传输至所述TDC芯片中；
所述DSP控制模块，还用于根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值，将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入，并将所述特征阈值传输至所述DAC中；
所述DAC，用于将所述特征阈值进行转换，得到转换后的特征阈值，并将所述转换后的特征阈值传输至所述TDC芯片中；
所述TDC芯片，用于同时接收所述转换后的特征阈值以及由所述相位偏移电路保持的所述回波信号，通过过零检测，得到流量值。
本实施例提供的超声波流量计的防错波检测方法、装置、设备及流量计，通过控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；然后通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。由于特征阈值在进行飞行时间检测前被提前输入，大大降低错波的概率，来保证飞行时间的准确测量，进而保证了流量计量的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的超声波流量计的防错波检测方法的场景示意图；
图2为本申请实施例提供的超声波流量计的防错波检测方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的时差法超声波测量原理的示意图；
图4为本申请实施例提供的信号波形设计的示意图；
图5为本申请实施例提供的信噪比较大及较小的回波信号的示意图；
图6为本申请实施例提供的过零检测的示意图；
图7为本申请实施例提供的超声波流量计的防错波检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
目前，超声波在气体流量传播过程中，由于声阻抗较大，能量衰减严重，且在传播过程中，由于流场等因素的干扰，超声波信号会丢失部分信号，使得接收到的回波信号幅值很小，波动剧烈，噪声严重。
为了准确获得回波信号的到达时间，一般可以利用信号处理方法来获取飞行时间，主要包括：阈值法等。常见的阈值法处理过程是预先设定一个阈值，将回波信号首次大于阈值的时刻作为回波信号的到达时间。但是，由于信号在复杂情况下的变化是非常快速的，该设定的阈值无法跟上回波信号幅值的变化，此时会出现错波，进而导致获取的飞行时间出现错误，使得流量计量出现较大误差。
针对上述问题，本申请的技术构思是将阈值电平在进行飞行时间检测前写入，也就是通过获取先验阈值的方法，来保证飞行时间测量的准确性，极大降低错波的风险，可以保证气体流量计量的准确性。
在实际应用中，参见图1所示，图1为本申请实施例提供的超声波流量计的防错波检测方法的场景示意图。可以实现防错波检测的超声波流量计可以包括数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)控制模块、模数转换器(Analog to DigitalConverter，ADC)、相位偏移电路、数字模拟转换器(Digital to analog converter，DAC)以及时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)即TDC芯片。其中，超声波流量计的防错波检测方法的执行主体可以是超声波流量计，具体地，比如DSP控制模块。这里的ADC可以采用高速ADC。
具体地，DSP控制模块包括超声波收发单元和算法处理模块，其中，超声波收发单元主要控制超声换能器的发射与接收，并且控制不同通道测量的切换；算法处理单元主要用来处理经由高速ADC采样得到的回波信号，包括信号的滤波、信号幅值分析、特征阈值的计算等工作；另外，DSP模块会将特征阈值经由DAC转换后输入时间转换芯片(TDC芯片)用来获取飞行时间，并且控制高速ADC的采样和停止，读取转换后的数据，经由算法处理单元进行数据处理工作。
由超声波收发单元输出的回波信号分为两路分析处理，一路信号由高速ADC进行采样处理，采样结束后输出采样数据至DSP控制模块，由算法处理单元计算得到特征阈值；另一路信号由相位偏移电路进行延时保持，等待特征阈值由DAC转换完毕输入时间转换芯片。经由相位偏移电路延时后的信号传入基于过零比较法的时间转换芯片后，由过零比较器产生脉冲信号，开始飞行时间的检测，由于特征阈值在进行飞行时间检测前被提前输入，这样可以保证飞行时间的准确测量。最后，将时间转换芯片输出的飞行时间输入至DSP控制模块进行数据处理以及流量计算等工作，得到精确地流量值。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图2为本申请实施例提供的超声波流量计的防错波检测方法的流程示意图，该方法可以包括：
S201、控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号。
本实施例中，执行主体可以是超声波流量计的防错波检测装置，该超声波流量计的防错波检测装置可以配置在超声波流量计中，该装置可以包括DSP控制模块，用于进行防错波检测，保证获取的飞行时间的准确性，进而能够精准地计算流量。
在实际应用中，DSP控制模块可以包括超声波收发单元，其中超声波收发单元主要控制超声换能器的发射与接收，并且控制不同通道测量的切换。这里的换能器可以将发射单元和接收单元进行互换，即发射单元可以作为接收单元，接收单元可以作为发射单元。
可选的，所述控制发射激励信号，可以包括：通过互为发射和接收的换能器分别发射顺流的激励信号和逆流的激励信号。
本实施例中，时差法的测量原理是：通过一对互为发射和接收换能器发射激励信号，采集超声回波信号，获取传播飞行时间，并计算时间差来计算声速、流速以及流量等信息。
具体地，时差法超声波测量原理：
式(1)和(2)中：tup表示声波在流体中逆流传播的时间；tdown表示声波在流体中顺流传播的时间；Cr表示声波在流体中传播的速度；Vm表示流体的轴向平均流速；φ表示声道角。
利用公式(1)、(2)可以得出流体流速的表达式：
其中，参见图3所示，图3为本申请实施例提供的时差法超声波测量原理的示意图。其中，A和B互为发射单元和接收单元，L表示A和B之间的距离，D为管道的直径。
在实际应用中，基于信号波形的设计，参见图4所示，图4为本申请实施例提供的信号波形设计的示意图。换能器宽带宽(Low Q)与窄带宽(High Q)的波形幅值上升比较：换能器带宽较大、灵敏度较低，其波形幅值的上升速度较快，波与波之间幅值差距大，阈值电平可波动空间大，错波概率会被降低。
在一种可能的设计中，可以对所述回波信号进行滤波和放大处理，得到处理后的回波信号。本实施例在上述实施例的基础上，对回波信号的处理进行了详细说明。可以通过以下步骤实现：
步骤a1、通过滤波电路对所述回波信号进行滤波处理，并且通过信号放大电路，对经过滤波处理后的回波信号进行放大处理，得到处理后的信号。
步骤a2、通过ADC对所述处理后的回波信号进行采样，得到采样数据；
其中，所述两路信号中包括回波信号，所述回波信号用于为ADC提供采样信号。
本实施例中，DSP控制模块控制超声波收发单元发射激励信号，信号在流量计管道中经由气体介质传播后到达接收传感器产生回波信号。由于由换能器直接产生的回波信号其幅值较小，通常在几十到几百毫伏，甚至更小，且可能存在由于电路本身或其他原因导致噪声，因此，需要增加硬件滤波电路以及信号放大电路，对生成的回波信号进行信号处理，得到处理后的回波信号。
其中，回波信号经过硬件滤波(即滤波电路)、放大之后可以通过不同路径进行分析。其中一路被送到高速ADC中进行高速采样，另一路被送到相位偏移电路进行延时保持。
下述实施例对回波信号的分析可以理解为是对上述经过过滤放大后的回波信号即处理后的回波信号进行分析的。
S202、通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值。
本实施例中，这里的ADC可以为高速ADC，通过高速ADC采样到的回波数字信号(即采样数据)，并将其输入DSP控制模块中进行存储和算法处理，得到回波信号对应的特征阈值。
S203、将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。
本实施例中，在开始飞行时间检测前实现了阈值电平的先验写入，大大减小了出现错波的概率，实现了飞行时间的准确测量，保证了流量计量的精度和准确性。其中，飞行时间的确定可以是根据特征阈值与确定的首波(即特征波的第一波)交点后的第一个过零点的时间计算得到的。
本实施例提供的超声波流量计的防错波检测方法，通过控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；然后对所述回波信号进行滤波和放大处理，得到回波信号；再通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。由于特征阈值在进行飞行时间检测前被提前输入，大大降低错波的概率，来保证飞行时间的准确测量，进而保证了流量计量的准确性。
在一种可能的设计中，本实施例在上述实施例的基础上，对S203进行了详细说明。所述根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值，可以通过以下步骤实现：
步骤b1、对所述采样数据进行信号幅值分析，得到回波信号幅值。
步骤b2、根据所述回波信号幅值，获取所述采样数据对应的多个特征波的峰值和每个所述特征波的前一波的峰值。
步骤b3、针对每个所述特征波，计算所述特征波的峰值与所述特征波的前一波的峰值的差值，并将计算得到的最大差值对应的所述特征波作为目标特征波；
步骤b4、将所述特征波的峰值和所述特征波的前一波的峰值的平均值作为所述特征阈值。
本实施例中，首先对所述采样数据进行信号幅值分析，得到回波信号幅值，并将所述采样数据中的回波信号幅值作为先验数据。当芯片发出start(开始)信号后开始计时，当接收到的回波信号的波形幅值大于预设的幅值，则判定为第一波并认为回波信号到来。
为了方便理解，将大于阈值电平的波定义为特征波。通过将ADC采样获取的回波信号幅值作为先验数据，并预定义的特征波，利用特征波峰值与特征波前一波峰值差，由于差值越大，飞行时间的测量就愈准确，因此，可以通过选取差值最大的一对特征波峰值与特征波前一波峰值作为计算特征阈值的数据即将计算得到的最大差值对应的所述特征波作为目标特征波，进而通过计算该对目标特征波的峰值与目标特征波的前一波峰值的平均值，获得特征阈值。
由于回波信号中的特征波已经被确定，因此无需分析全部的回波信号，只需要确定特征波的峰值位置，并分别提取特征波的峰值与前一波的峰值，通过求和取平均的方式计算出均值，将该值设定为阈值电平即特征阈值。
参见图5所示，图5为本申请实施例提供的信噪比较大及较小的回波信号的示意图。从图5分别为信噪比较大及较小的回波信号中可以看出：当回波信号信噪比较大时，波峰之间的峰值差距较大，反之则较小。实际流量测量过程中，由于流量流速、脉动流、噪声等其他因素影响，会使得信号幅值出现波动。此时，如果回波信号信噪比较小，且由于特征波的位置固定，阈值电平极易会跳出特征波与前一波的峰值范围，出现向前或向后错波，造成流量计量的误差。因此，特征波与其前一波的峰值差愈大，飞行时间的测量就愈准确。
在实际应用中，在超声波流量计的防错波检测过程中，在保证信号不失真的情况下，需尽可能满足以下条件：超声激励电压尽可能大、激励波形尽量少、换能器带宽较大。这样会保证回波波形的峰值差别较大的同时有一个较好的信噪比。因此，激励信号的选择提高了回波信号的幅值上升速度，使得特征波与前一波峰值幅值差值较大，阈值电平可波动空间大，错波概率被大大降低。
在一种可能的设计中，在所述获取所述激励信号对应的回波信号之后，所述超声波流量计的防错波检测方法，还可以包括以下步骤：
步骤c1、将所述回波信号发送至相位偏移电路，并通过所述相位偏移电路对所述回波信号进行延时保持，得到延时后的回波信号。
步骤c2、将所述特征阈值通过DAC转换，得到转换后的特征阈值；
步骤c3、将所述转换后的特征阈值和所述延时后的回波信号输入到TDC芯片中进行过零检测，得到至少一个过零时间。
本实施例中，由超声波收发单元输出的回波信号分为两路，一路信号由高速ADC进行采样处理，采样结束后输出采样数据至DSP控制模块，由DSP控制模块的算法处理单元计算得到特征阈值；另一路信号由相位偏移电路进行延时保持，等待特征阈值由DAC转换完毕输入时间转换芯片。
具体地，另一路信号即回波信号由相位偏移电路对信号进行保持，其目的是等待DSP控制模块输出计算好的阈值电平。需要注意的是，由相位偏移电路保持的时间需要精确计算，在保持信号不失真的情况下完成回波信号由采样到阈值电平输出的工作，最后同时输入TDC芯片中进行过零检测，可以检测得到至少一个过零时间。
在一种可能的设计中，参见图6所示，图6为本申请实施例提供的过零检测的示意图。如何实现过零检测，可以通过下述步骤实现：
步骤d1、将所述转换后的特征阈值以及由所述相位偏移电路保持的所述回波信号同时输入到TDC芯片中进行过零检测，生成脉冲信号。
步骤d2、根据所述脉冲信号，检测得到至少一个过零时间，所述至少一个过零时间用于确定是否存在错波现象。
本实施例中，飞行时间的测量是基于时间转换芯片即TDC芯片，首先设置一个阈值电平，当芯片发出start信号后开始计时。当接收到的回波信号的波形幅值大于预设的幅值，则判定为第一波并认为回波信号到来。在经过阈值比较后，阈值电平降为零，TDC芯片对回波信号做过零比较。其中，单次测量可设置多个采样点，得到多个过零时间。通过多个过零时间，可以判断出存在错波现象或是是否大大减小了出现错波的概率等。
具体地，经由DSP控制模块输出的阈值电平的幅值经由DAC完成转换并送到TDC芯片的过零比较器，此时由相位偏移电路进行信号保持的回波信号(即延时保持的回波信号或延时后的回波信号)也被送入TDC芯片中，然后由过零比较器产生脉冲信号，开始飞行时间检测。
在一种可能的设计中，如何确定飞行时间，进而计算得到流量值，可以通过以下步骤实现：
步骤e1、根据所述至少一个过零时间，获取飞行时间，所述飞行时间包括顺流飞行时间和逆流飞行时间。
步骤e2、根据所述顺流飞行时间和逆流飞行时间之间的飞行时间差，利用时差法，得到流速。
步骤e3、根据所述流速以及通道的横截面积，得到流量值。
在实际应用中，单次测量可设置多个采样点，得到多个过零时间，在顺逆流各测取一次，做差得传播时间差。具体地，为保证测量精度，对其进行平均，并将平均后的值作为最终的飞行时间，可以计算顺逆流的飞行时间差。然后通过上述公式(1)至(3)，得到流速，并根据所述流速以及通道的横截面积，得到流量值。
因此，通过对回波信号进行ADC采样和相位保持，在开始飞行时间检测前实现了阈值电平的先验写入，大大减小了出现错波的概率，实现了飞行时间的准确测量，保证了流量计量的精度和准确性。
本申请中，阈值电平在通过过零比较法进行飞行时间检测前就已经被写入，相比与之前检测方法中阈值电平的写入跟不上回波信号幅值的变化，该方法极大降低了错波的风险，保证了流量计量的准确性。
因此，本申请提供的超声波流量计的防错波检测方法，通过将ADC采样获取的回波信号幅值作为先验数据，并基于设计好的特征波，利用特征波峰值与特征波前一波峰值差，通过计算获得特征阈值，经由DAC转换后写入时间转换芯片即TDC芯片，这样保证了特征阈值在开始飞行时间检测前已经被写入，完成了先验阈值的思想，这样可以获得较为准确的飞行时间信息，保证了流量计量的准确性。
为了实现所述超声波流量计的防错波检测方法，本实施例提供了一种超声波流量计的防错波检测装置。参见图7，图7为本申请实施例提供的超声波流量计的防错波检测装置的结构示意图；所述超声波流量计的防错波检测装置，包括：超声波收发模块701，用于控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；算法处理模块702，用于通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；写入模块703，用于将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。
本实施例中，通过超声波收发模块701、算法处理模块702以及写入模块703，用于通过控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；然后通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。由于特征阈值在进行飞行时间检测前被提前输入，大大降低错波的概率，来保证飞行时间的准确测量，进而保证了流量计量的准确性。
本实施例提供的装置，可用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
在一种可能的设计中，所述算法处理模块702，具体用于：通过滤波电路对所述回波信号进行滤波处理，并且通过信号放大电路，对经过滤波处理后的回波信号进行放大处理，得到处理后的回波信号；通过ADC对所述处理后的回波信号进行采样，得到采样数据；其中，所述处理后的回波信号用于为ADC提供采样信号。
在一种可能的设计中，所述算法处理模块702，具体用于：对所述采样数据进行信号幅值分析，得到回波信号幅值；根据所述回波信号幅值，获取所述采样数据对应的多个特征波的峰值和每个所述特征波的前一波的峰值；针对每个所述特征波，计算所述特征波的峰值与所述特征波的前一波的峰值的差值，并将计算得到的最大差值对应的所述特征波作为目标特征波；将所述目标特征波的峰值和所述目标特征波的前一波的峰值的平均值作为所述特征阈值。
在一种可能的设计中，所述装置还包括：延迟保持模块；延迟保持模块，用于将所述回波信号发送至相位偏移电路，并通过所述相位偏移电路对所述回波信号进行延时保持，得到延时后的回波信号；将所述特征阈值通过DAC转换，得到转换后的特征阈值；将所述转换后的特征阈值和所述延时后的回波信号输入到TDC芯片中进行过零检测，得到至少一个过零时间。
在一种可能的设计中，所述延迟保持模块，具体用于：将所述转换后的特征阈值以及由所述相位偏移电路保持的所述回波信号同时输入到TDC芯片中进行过零检测，生成脉冲信号；根据所述脉冲信号，检测得到至少一个过零时间，所述至少一个过零时间用于确定是否存在错波现象。
在一种可能的设计中，所述超声波收发模块701，具体用于：通过互为发射和接收的换能器分别发射顺流的激励信号和逆流的激励信号。
在一种可能的设计中，所述算法处理模块702，还用于：根据所述至少一个过零时间，获取飞行时间，所述飞行时间包括顺流飞行时间和逆流飞行时间；根据所述顺流飞行时间和逆流飞行时间之间的飞行时间差，利用时差法，得到流速；根据所述流速以及通道的横截面积，得到流量值。
为了实现所述超声波流量计的防错波检测方法，本实施例提供了一种控制设备，包括：DSP控制模块；所述DSP控制模块，用于：控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；；通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。
本实施例提供的控制设备，可用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
结合图1所示，为了实现所述超声波流量计的防错波检测方法，本实施例提供了一种超声波流量计，包括：如权利要求9所述的DSP控制模块、ADC、相位偏移电路、DAC以及TDC芯片；所述DSP控制模块，用于控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号，并将所述回波信号分别传输至ADC以及相位偏移电路；所述ADC，用于对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并将所述采样数据传输至所述DSP控制模块；所述相位偏移电路，用于将所述回波信号传输至所述TDC芯片中；所述DSP控制模块，还用于根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值，将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入，并将所述特征阈值传输至所述DAC中；所述DAC，用于将所述特征阈值进行转换，得到转换后的特征阈值，并将所述转换后的特征阈值传输至所述TDC芯片中；所述TDC芯片，用于同时接收所述转换后的特征阈值以及由所述相位偏移电路保持的所述回波信号，通过过零检测，得到流量值。
本实施例提供的超声波流量计，可用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，本实施例此处不再赘述。
本申请提供的超声波流量计的超声波流量计，通过将ADC采样获取的回波信号幅值作为先验数据，并基于设计好的特征波，利用特征波峰值与特征波前一波峰值差，通过计算获得特征阈值，经由DAC转换后写入时间转换芯片即TDC芯片，这样保证了特征阈值在开始飞行时间检测前已经被写入，完成了先验阈值的思想，这样可以获得较为准确的飞行时间信息，保证了流量计量的准确性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种超声波流量计的防错波检测方法，其特征在于，包括：
控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；
通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；
将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，包括：
通过滤波电路对所述回波信号进行滤波处理，并且通过信号放大电路，对经过滤波处理后的回波信号进行放大处理，得到处理后的回波信号；
通过ADC对所述处理后的回波信号进行采样，得到采样数据；
其中，所述处理后的回波信号用于为ADC提供采样信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值，包括：
对所述采样数据进行信号幅值分析，得到回波信号幅值；
根据所述回波信号幅值，获取所述采样数据对应的多个特征波的峰值和每个所述特征波的前一波的峰值；
针对每个所述特征波，计算所述特征波的峰值与所述特征波的前一波的峰值的差值，并将计算得到的最大差值对应的所述特征波作为目标特征波；
将所述目标特征波的峰值和所述目标特征波的前一波的峰值的平均值作为所述特征阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取所述激励信号对应的回波信号之后，所述方法还包括：
将所述回波信号发送至相位偏移电路，并通过所述相位偏移电路对所述回波信号进行延时保持，得到延时后的回波信号；
将所述特征阈值通过DAC转换，得到转换后的特征阈值；
将所述转换后的特征阈值和所述延时后的回波信号输入到TDC芯片中进行过零检测，得到至少一个过零时间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述转换后的特征阈值和所述延时后的回波信号输入到TDC芯片中进行过零检测，得到至少一个过零时间，包括：
将所述转换后的特征阈值以及由所述相位偏移电路保持的所述回波信号同时输入到TDC芯片中进行过零检测，生成脉冲信号；
根据所述脉冲信号，检测得到至少一个过零时间，所述至少一个过零时间用于确定是否存在错波现象。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若不存在错波现象，所述方法还包括：
根据所述至少一个过零时间，获取飞行时间，所述飞行时间包括顺流飞行时间和逆流飞行时间；
根据所述顺流飞行时间和逆流飞行时间之间的飞行时间差，利用时差法，得到流速；
根据所述流速以及通道的横截面积，得到流量值。
7.一种超声波流量计的防错波检测装置，其特征在于，包括：
超声波收发模块，用于控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；
算法处理模块，用于通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；
写入模块，用于将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述算法处理模块，具体用于：
通过滤波电路对所述回波信号进行滤波处理，并且通过信号放大电路，对经过滤波处理后的回波信号进行放大处理，得到处理后的回波信号；
通过ADC对所述处理后的回波信号进行采样，得到采样数据；
其中，所述处理后的回波信号用于为ADC提供采样信号。
9.一种控制设备，其特征在于，包括：DSP控制模块；所述DSP控制模块，用于：
控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号；
通过ADC对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值；
将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入。
10.一种超声波流量计，其特征在于，包括：如权利要求9所述的DSP控制模块、ADC、相位偏移电路、DAC以及TDC芯片；
所述DSP控制模块，用于控制发射激励信号，并获取所述激励信号对应的回波信号，并将所述回波信号分别传输至ADC以及相位偏移电路；
所述ADC，用于对所述回波信号进行采样，得到采样数据，并将所述采样数据传输至所述DSP控制模块；
所述相位偏移电路，用于将所述回波信号传输至所述TDC芯片中；
所述DSP控制模块，还用于根据所述采样数据，确定所述回波信号的特征阈值，将所述特征阈值在通过TDC芯片获取飞行时间之前写入，并将所述特征阈值传输至所述DAC中；
所述DAC，用于将所述特征阈值进行转换，得到转换后的特征阈值，并将所述转换后的特征阈值传输至所述TDC芯片中；
所述TDC芯片，用于同时接收所述转换后的特征阈值以及由所述相位偏移电路保持的所述回波信号，通过过零检测，得到流量值。
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|---|---|---|---|
| CN202011428966.7A CN114674384A (zh) | 2020-12-09 | 2020-12-09 | 超声波流量计的防错波检测方法、装置、设备及流量计 |
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| CN (1) | CN114674384A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106871980A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-06-20 | 合肥工业大学 | 基于相邻峰值最大差值的气体超声流量计间歇式激励和信号处理方法和系统 |
| CN109696217A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-04-30 | 金卡智能集团股份有限公司 | 用于超声波燃气表计量数据的调整方法 |
| CN110987102A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-10 | 上海中核维思仪器仪表有限公司 | 一种高抗干扰高精度气体超声流量计及其测量方法 |
-
2020
- 2020-12-09 CN CN202011428966.7A patent/CN114674384A/zh active Pending
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