CN116952318A - 超声水表的流量计量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流量计量技术领域，公开了一种超声水表的流量计量方法，包括以下步骤：持续采集流量；判断数据是否异常；修正异常采样波形，得到修正时间差；对比修正时间差与检测数据集，判断是正常数据还是异常数据；使用预设补偿因子对修正时间差数据进行精度补偿；根据时间差数据计算得到当前流量值。本发明可针对时差法流量计量中出现的时间差计算“错波”问题进行实时判定及解决，从而实现流量的准确计量，提高超声水表计量可靠性及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及超声水表流量计量技术领域，尤其涉及一种超声水表的流量计量方法。
背景技术
超声水表大多采用时差法进行流量计量，时差法的原理是检索上下游采样波形相关结果最大值的位置索引，根据索引值及采样频率求得上下游绝对飞行时间之差，进而求得当前流量。
受限于采样频率的限制及管道内流量或温度发生变化，原始上下游采样波形会发生相位变化，进而造成相关结果最大值位置索引与当前流量状态下的真实相关结果最大值位置索引不符，进而导致时间差计算出现“错波”的情况，“错波”时间差与真实时间差相差一个采样周波的时间，这种情况会引起超声水表流量计量出错，影响产品可靠性及稳定性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种超声水表的流量计量方法，可针对时差法流量计量中出现的时间差计算“错波”问题进行实时判定及解决，从而实现流量的准确计量，提高超声水表计量可靠性及稳定性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。
一种超声水表的流量计量方法，包括以下步骤。
S1，超声水表保存出厂检定时的n组正常采样波形与时间差数据。
S2，超声水表数据采集模块持续采集流量，获取采样波形及时间差数据并记录。超声水表异常判定模块根据获取的采样信息判断数据是否异常。
S2-1，对比当前时间差与检测数据集中n组时间差的均值，判断其是否相差超过一个采样周波的时间：若未超过，则判定当前时间差数据为正常数据，跳转步骤S5；否则判定当前时间差数据为待检数据，运行下一步。
其中检测数据集由当前记录的i组采样波形与时间差数据与超声水表保存出厂检定时的正常采样波形与时间差数据中的前n-i组数据构成；i小于等于n。
S2-2，对比当前采样波形的首波采样点位置与检测数据集中n组采样波形的首波采样点位置均值：若其相差小于两个采样点，则判定此时流量状态未发生突变，待检数据为异常数据，运行步骤S3；否则判定此时流量状态发生突变，待检数据为正常数据，进行步骤S5。
S3，针对不同设计寿命的超声水表，超声水表异常修正模块选择不同方法修正异常采样波形，计算得到修正时间差数据。
对比修正时间差与检测数据集中n组时间差的均值，判断其是否相差超过一个采样周波的时间：若未超过，则判定修正时间差数据为正常数据，跳转步骤S4；否则判定修正时间差数据为待检数据。
对比待检数据对应采样波形的首波采样点位置与检测数据集中n组采样波形的首波采样点位置均值：若其相差小于两个采样点，则判定待检数据为异常数据，继续运行步骤S3；否则判定待检数据为正常数据，进行步骤S4。
S4，超声水表计量补偿模块使用预设补偿因子对修正时间差数据进行精度补偿，得到补偿时间差数据。
S5，超声水表流量计量模块根据时间差数据计算得到当前流量值。
进一步地，所述步骤S2-1中，通过阈值检测法获取采样信号幅值最大值，之后将采样信号幅值最大值乘以阈值因子，确定采样波形首波采样点位置i。
进一步地，所述步骤S3中：针对设计寿命小于等于预设值的超声水表，通过超声水表异常修正模块控制超声水表数据采集模块以减小发射脉冲数、削减采样波形下降沿的方式重新采集当前流量，获取修正采样波形及修正时间差数据；针对设计寿命大于预设值的超声水表，通过超声水表异常修正模块控制超声水表数据采集模块以增添止逆波的方式采集当前流量或对异常采样波形进行重采样，获取修正采样波形及修正时间差数据。
进一步地，所属步骤S4中，在超声水表出厂检定时将设计量程区间划分为多个子量程区间，对于各子量程区间，针对不同修正方法分别预设补偿因子，存入超声水表计量补偿模块。
本发明的有益技术效果：可针对因相位变化而引起的上下游波形相关最大值位置索引异常，进而导致时间差计算相差一个采样周波的问题进行实施判定；并针对不同设计使用寿命的超声水表，选择不同的解决方案，实现不同产品的差异化处理，通过添加止逆波、波形重采样、削减信号下降沿及减小发射脉冲数等方法，对异常时间差数据进行重新计算，对所得的修正时间差进行精度补偿，最后进行流量计算，既解决了时间差计算“错波”问题，又保证了数据精度；最终提高超声水表计量可靠性及稳定性。
附图说明
图1为本发明的模块流程图。
图2为本发明的总体流程图。
图3为本发明实施例中异常点及正常点的采样波形。
图4为本发明实施例1中的改变发射脉冲前后的波形对比图。
图5为本发明实施例2中的增添止逆波后的修正波形。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例：参照附图1和附图2，一种超声水表的流量计量方法，包括以下步骤。
S1，超声水表在出厂前保存流量检定的20组正常采样波形和时间差数据，时间差数据如下表1所示。
表1：正常时间差数据，
| 记录序号i | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 时间差 (ns) | 0.21 | 1.05 | 0.16 | 0.25 | 0.53 | 1.45 | 1.06 | 0.27 | 0.16 | 0.95 |
| 记录序号i | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 时间差 (ns) | 0.88 | 0.17 | 0.38 | 0.69 | 0.18 | 0.90 | 0.59 | 0.00 | 0.17 | 0.25 |
S2，在15℃、2500 L/h的条件下，使用超声水表数据采集模块对管段内流量状态进行实时采集，获取上下游采样波形；将上下游采样波形进行互相关运算，求得相关结果最大值的位置索引，进而计算得出时间差数据；持续采集30组时间差数据如下表2所示。超声水表异常判定模块根据如下表2所示的采样时间差数据来判断数据是否异常。
表2：采集序号与时间差数据，
| 采集序号i | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 时间差 (ns) | 439.34 | 445.83 | 446.87 | 447.54 | 448.45 | 446.74 | 450.03 | 444.87 | 445.45 | 447.25 |
| 采集序号i | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 时间差 (ns) | 446.34 | 446.67 | 450.19 | 948.15 | 444.34 | 447.41 | 446.25 | 445.09 | 441.94 | 452.24 |
| 采集序号i | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 |
| 时间差 (ns) | 445.60 | 445.11 | 446.65 | 945.07 | 451.35 | 447.43 | 945.86 | 950.01 | 951.27 | 945.34 |
当采集序号为1时，此时超声水表所记录的采样波形与时间差数据为空，即i=0，因此检测数据集完全由超声水表保存出厂检定时的正常采样波形与时间差数据的20组数据构成。判断当次采集时间差数据T1 (i = 1)与检测数据集中的时间差均值T1-jc是否相差一个采样周波的时间Tc。p=fs / f0；Tc=Tsp；其中fs为超声水表的采样频率，本实施例中为8MHz；f0为信号发射频率，本实施例中为2 MHz；p为一个采样周波的点数，本实施例为4；Ts为采样周期，本实施例为125 ns；Tc为一个采样周波的时间，本实施例为500 ns。
经计算，第一组采集时间差T1 (i = 1)与检测数据集中的时间差均值T1-jc相差438.83 ns，小于一个采样周波的时间500 ns，因此判定T1为正常数据。
当采集序号为14时，此时超声水表所记录的采样波形与时间差数据i=13，因此检测数据集包括13组采集时间差数据以及7组超声水表保存出厂检定时的正常采样波形与时间差数据。计算第14组采集时间差T14与检测数据集中的时间差均值T14-jc相差657.76 ns，大于一个采样周波的时间500 ns，因此判定T14为待检异常数据。
针对第14组待检异常数据，使用阈值检测法检测其采样波形W14的首波位置Pw14，参照附图3，波形首波位置Pw14为68，第13组正常数据采样波形首波位置同样为68，继续求得检测数据集中波形首波位置均值Pw14-jc为67.5，并未相差两个或以上采样点，故此时管段内流量状态未发生突变，因此可判定待检异常数据为异常数据，继续进行步骤S3。
针对此异常时间差数据T14提供两个实施例以进一步解释本发明。
实施例1：S3，针对设计使用寿命小于10年的超声水表，本实施例1采用减小发射脉
冲数的方式对当前流量状态进行重采集，参照附图4，原始异常波形W14的发射脉冲数为20，
经过修正后的重采集波形的发射脉冲数为12。使用修正波形进行时间差计算，求得修正时
间差为430.25 ns；计算与检测数据集中时间差均值T14-jc对比相差157.86 ns，结果
表明修正时间差数据为正常时间差数据，继续进行步骤S4。
S4，由于降低发射脉冲数会一定程度上降低采样信号信噪比，致使计算精度下降，因此需对修正时间差数据进行精度补偿。本实施例1中，在超声水表设计量程区间内，划分子量程区间及其补偿因子如下表3所示。
表3：划分子量程区间及其补偿因子，
| 子量程区间 | 0 ~ Q2 | Q2 ~ 0.75 Q3 | 0.75 Q3 ~ Q3 | Q3 ~ Q4 | Q4以上 |
| 补偿因子 | 1.078 | 1.052 | 1.037 | 1.020 | 1.011 |
选择0.75 Q3 ~ Q3流量区间的补偿因子，求得最终补偿时间差为446.17 ns。
S5，使用异常时间差数据T14求得瞬时流量为5533 L/h，远大于当前真实流量；将补
偿时间差代入流量计量模块，求得补偿瞬时流量为2549 L/h，符合当前流量状态。
实施例2：S3，针对设计使用寿命大于10年的超声水表，本实施例2采用增加止逆波
的方式对当前流量状态进行重采样，参照附图5，增添止逆波后的采样波形在后半段出现第
二个波峰，这样可以提高上下游采样波形的区分度，进而提高相关结果最大值位置索引的
精确度。使用修正波形进行时间差计算，求得修正时间差为438.13 ns，计算修正时间差
与检测数据集中时间差均值T14-jc对比相差165.74 ns，结果表明修正时间差数据为正常时
间差数据，继续进行步骤S4。
S4，同样对增添止逆波后的修正时间差数据进行精度补偿。本实施例2中，在超声水表设计量程区间内，划分子量程区间及其补偿因子如下表4所示。
表4：划分子量程区间及其补偿因子，
| 子量程区间 | 0 ~ Q2 | Q2 ~ 0.75 Q3 | 0.75 Q3 ~ Q3 | Q3 ~ Q4 | Q4以上 |
| 补偿因子 | 1.036 | 1.024 | 1.017 | 1.009 | 1.005 |
选择0.75 Q3 ~ Q3流量区间的补偿因子，求得最终补偿时间差为445.57 ns。
S5，使用异常时间差数据T14求得瞬时流量为5533 L/h，远大于当前真实流量；将补偿时间差代入流量计量模块，求得补偿瞬时流量为2536 L/h，符合当前流量状态。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。
Claims (4)
1.一种超声水表的流量计量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，超声水表保存出厂检定时的n组正常采样波形与时间差数据；
S2，超声水表数据采集模块持续采集流量，获取采样波形及时间差数据并记录；
超声水表异常判定模块根据获取的采样信息判断数据是否异常：
S2-1，对比当前时间差与检测数据集中n组时间差的均值，判断其是否相差超过一个采样周波的时间：若未超过，则判定当前时间差数据为正常数据，跳转步骤S5；否则判定当前时间差数据为待检数据，运行下一步；
其中检测数据集由当前记录的i组采样波形与时间差数据与超声水表保存出厂检定时的正常采样波形与时间差数据中的前n-i组数据构成；i小于等于n；
S2-2，对比当前采样波形的首波采样点位置与检测数据集中n组采样波形的首波采样点位置均值：若其相差小于两个采样点，则判定此时流量状态未发生突变，待检数据为异常数据，运行步骤S3；否则判定此时流量状态发生突变，待检数据为正常数据，进行步骤S5；
S3，针对不同设计寿命的超声水表，超声水表异常修正模块选择不同方法修正异常采样波形，计算得到修正时间差数据；
对比修正时间差与检测数据集中n组时间差的均值，判断其是否相差超过一个采样周波的时间：若未超过，则判定修正时间差数据为正常数据，跳转步骤S4；否则判定修正时间差数据为待检数据；
对比待检数据对应采样波形的首波采样点位置与检测数据集中n组采样波形的首波采样点位置均值：若其相差小于两个采样点，则判定待检数据为异常数据，继续运行步骤S3；否则判定待检数据为正常数据，进行步骤S4；
S4，超声水表计量补偿模块使用预设补偿因子对修正时间差数据进行精度补偿，得到补偿时间差数据；
S5，超声水表流量计量模块根据时间差数据计算得到当前流量值。
2.根据权利要求1所述的一种超声水表的流量计量方法，其特征在于，所述步骤S2-2中确定采样波形首波采样点位置的方法为：
通过阈值检测法获取采样信号幅值最大值；
用采样信号幅值最大值乘以阈值因子，得到采样波形首波采样点位置。
3.根据权利要求1所述的一种超声水表的流量计量方法，其特征在于，所述步骤S3中：针对设计寿命小于等于预设值的超声水表，通过超声水表异常修正模块控制超声水表数据采集模块以减小发射脉冲数、削减采样波形下降沿的方式重新采集当前流量，获取修正采样波形及修正时间差数据；针对设计寿命大于预设值的超声水表，通过超声水表异常修正模块控制超声水表数据采集模块以增添止逆波的方式采集当前流量或对异常采样波形进行重采样，获取修正采样波形及修正时间差数据。
4.根据权利要求1所述的一种超声水表的流量计量方法，其特征在于，在超声水表出厂检定时将设计量程区间划分为多个子量程区间，对于各子量程区间，针对不同修正方法分别预设补偿因子，存入超声水表计量补偿模块。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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