CN117740091A - 一种超声波流量计的时间差计算方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超声波流量计的时间差计算方法和系统，该方法包括：确定在超声波流量计中超声波在顺流和逆流两种情况下的飞行时间；获取所述超声波在传输的过程所平移的周期的数量n；确定逆流情况下第m个周期的第一飞行时间，并根据平移的周期的数量确定顺流情况下的所述第m个周期对应的周期的第二飞行时间；根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差。通过本申请解决了相关技术中存在对发送和接收超声波存在的时间差无法精确计算的问题，从而提高了时间差计算的精度，进一步有利于流量计控制精度的提高。
Description
技术领域
本申请涉及到流量计领域，具体而言，涉及一种超声波流量计的时间差计算方法和系统。
背景技术
在信号系统中，当波形从正半周向负半周转换时或者从负半周向正半周转换时，需要经过零位，此时对零位的检测就成为过零检测。
过零检测在很多系统中起到了重要的作用。以流量计为例，图1是根据相关技术中的流量计的结构示意图，如图1所示，将两个相同的组件(超声波发射和接收装置)通过热接的形式固定在一起，形成可供被测量液体流动的空腔。通过两端发射和接收超声波的时间差计算出液体的流速。
在计算流速的时候，会发送和接收超声波，图2是根据相关技术中的超声波采集过程中过零信号的示意图，如图2所示，在采集超声波信号时，需检测达到阈值要求后的第一个零点以生成脉冲信号，图2下方的深色线表示阈值，当超过阈值之后就需要检测超过阈值之后的第一个过零点，在图2中圆圈圈起来的点为需要检测的过零点。
由于超声波的接收和发射之间存在一定的距离，因此，通常情况下发送和接收超声波之间存在时间差Δt。在相关技术中并没有一种精确计算时间差的方案，这导致了在需要时间差的计算中存在误差，例如，这会导致检测到的过零点存在误差。
发明内容
本申请实施例提供了一种超声波流量计的时间差计算方法和系统，以至少解决相关技术中存在对发送和接收超声波存在的时间差无法精确计算的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种超声波流量计的时间差计算方法，包括：确定在超声波流量计中超声波在顺流和逆流两种情况下的飞行时间；获取所述超声波在传输的过程所平移的周期的数量n；确定逆流情况下第m个周期的第一飞行时间，并根据平移的周期的数量确定顺流情况下的所述第m个周期对应的周期的第二飞行时间；根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差。
进一步地，确定第一飞行时间和所述第二飞行时间并根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定所述飞行时间差包括：计算tm与t(m-n)’之间的差值，并根据tm与t(m-n)’之间的差值的确定飞行时间差，其中，tm是逆流情况下第m个周期的超声波飞行时间，t(m-n)’是顺流情况下第(m-n)个周期的超声波的飞行时间。
进一步地，在飞行时间差小于所述超声波周期的情况下，所述n为0；在确保飞行时间差大于n倍的超声波信号周期的情况下，n为最大取值；如果所述超声波发生了向后平移，则n为正值，如果所述超声波发生了向前平移，则n为负值。
进一步地，根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差包括：在m选择多个值的情况下，计算选择多个值之后的每个m的值对应的飞行时间差，将多个m值对应的飞行时间差的平均值作为确定的飞行时间差。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种超声波流量计的时间差计算系统，包括：第一确定模块，用于确定在超声波流量计中超声波在顺流和逆流两种情况下的飞行时间；获取模块，用于获取所述超声波在传输的过程所平移的周期的数量n；第二确定模块，用于确定逆流情况下第m个周期的第一飞行时间，并根据平移的周期的数量确定顺流情况下的所述第m个周期对应的周期的第二飞行时间；第三确定模块，用于根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差。
进一步地，所述第二确定模块，用于计算tm与t(m-n)’之间的差值；所述第三确定模块，用于根据tm与t(m-n)’之间的差值的确定飞行时间差，其中，tm是逆流情况下第m个周期的超声波飞行时间，t(m-n)’是顺流情况下第(m-n)个周期的超声波的飞行时间。
进一步地，在飞行时间差小于所述超声波周期的情况下，所述n为0；在确保飞行时间差大于n倍的超声波信号周期的情况下，n为最大取值；如果所述超声波发生了向后平移，则n为正值，如果所述超声波发生了向前平移，则n为负值。
进一步地，所述第三确定模块用于：在m选择多个值的情况下，计算选择多个值之后的每个m的值对应的飞行时间差，将多个m值对应的飞行时间差的平均值作为确定的飞行时间差。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现上述的方法步骤。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中，该计算机指令被处理器执行时实现上述的方法步骤。
在本申请实施例中，采用了确定在超声波流量计中超声波在顺流和逆流两种情况下的飞行时间；获取所述超声波在传输的过程所平移的周期的数量n；确定逆流情况下第m个周期的第一飞行时间，并根据平移的周期的数量确定顺流情况下的所述第m个周期对应的周期的第二飞行时间；根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差。通过本申请解决了相关技术中存在对发送和接收超声波存在的时间差无法精确计算的问题，从而提高了时间差计算的精度，进一步有利于流量计控制精度的提高。
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是根据相关技术中的流量计的结构示意图；
图2是根据相关技术中的超声波采集过程中过零信号的示意图；
图3是根据本申请实施例中的超声波流量计存在时间差的示意图；
图4是根据本申请实施例中的超声波流量计中存在时间差的波形示意图一；
图5是根据本申请实施例的超声波流量计中计算时间差的示意图一；
图6是根据本申请实施例中的超声波流量计中存在时间差的波形示意图二；
图7是根据本申请实施例的超声波流量计中计算时间差的示意图二；以及，
图8是根据本申请实施例的超声波流量计的时间差计算方法的流程图。
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。
图3是根据本申请实施例中的超声波流量计存在时间差的示意图，如图3所示，对于接收的回波，需检测达到阈值要求后的第一个零点以生成脉冲信号，其中上方的横线为设定的阈值，黑色圈起来的点为第一个过零点。由于流速快慢或者水流中含有小气泡，检测到的过零点可能是第二个超声波或者第三个超声波，存在一个周期的差距；也可能没有存在一个周期的差距，在图3中示出的情况是存在一个周期的情况。因此，以下实施方式中，将分为两种情况进行情况，其中，情况一是没有超出一个周期的情况，情况二是超出一个周期的情况。
情况一
图4是根据本申请实施例中的超声波流量计中存在时间差的波形示意图一，如图4所示，超声波换能器A和B分别在顺流和逆流时作为超声波发送器和接收器。正常情况下顺流和逆流接收的超声波之间存在飞行时间差Δt，在图4中虚线是顺流时发送和接收的超声波的波形示意，实线是逆流时发送和接收的超声波示意。
图5是根据本申请实施例的超声波流量计中计算时间差的示意图一，如图5所示，虚线波形为顺流时发送的和接收的超声波信号，发送和接收波形之间存在时间差t1、t2、t3、t4和t5；实线波形为逆流时发送的和接收的超声波信号，发送和接收波形之间存在时间差t1’、t2’、t3’、t4’和t5’。由于超声波波形具有周期性，取中间三个周期计算飞行时间差Δt，用t2’减t2、t3’减t3、t4’减t4即可求出三组飞行时间差，然后将三组飞行时间差求平均已提高精确度。
情况二
由于流速快慢或者水流中含有小气泡，达到设定阈值后检测到的过零点可能是第二个超声波或者第三个超声波，存在一个周期的差距。图6是根据本申请实施例中的超声波流量计中存在时间差的波形示意图二，如图6所示，此时顺流和逆流接收的超声波，顺流和逆流接收超声波的时间差为T。
在图6中，顺流和逆流的飞行时间差T明显大于一个周期，此时出现顺流接收到的波形向前跳动一个周期。图7是根据本申请实施例的超声波流量计中计算时间差的示意图二，在图7中示出了，顺流和逆流发送、接收的超声波，在计算顺流和逆流飞行时间差时将不能按照t2’减t2、t3’减t3、t4’减t4来计算，此时接收到的顺流超声波向前平移了一个周期，则用t2’减t3、t3’减t4、t4’减t5即可算出Δt。
通过上述两种情况可知，在计算前，首先判断超声波是否存在向前或向后跳动一个周期，若超声波不存在前后跳动一个周期的情况，则用t2’减t2、t3’减t3、t4’减t4即可算出Δt；若向前平移了一个周期，则用t2’减t3、t3’减t4、t4’减t5即可算出Δt；若向后平移了一个周期，则用t2’减t1、t3’减t2、t4’减t3即可算出Δt，用此方法来避免信号跳动的影响，达到去虚影的目的。
有时候超声波信号也可能存在向前或向后跳动两、三个周期等多个周期的情况，此情况下，用类似的方法同样可以达到去除虚影的目的。
综上，在本实施例提供了一种方案，该方案被称作是超声波流量计的时间差计算方案，图8是根据本申请实施例的超声波流量计的时间差计算方法的流程图，如图8所示，下面对图8中的方法所涉及到的步骤进行说明。
步骤S102，确定在超声波流量计中超声波在顺流和逆流两种情况下的飞行时间；
步骤S104，获取所述超声波在传输的过程所平移的周期的数量n；
步骤S106，确定逆流情况下第m个周期的第一飞行时间，并根据平移的周期的数量确定顺流情况下的所述第m个周期对应的周期的第二飞行时间；
步骤S108，根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差。
例如，可以计算tm与t(m-n)’之间的差值，其中，tm是逆流情况下第m个周期的超声波飞行时间，t(m-n)’是顺流情况下第(m-n)个周期的超声波的飞行时间；根据tm与t(m-n)’之间的差值的确定飞行时间差。
在一个可选的实施方式中，在飞行时间差小于所述超声波周期的情况下，所述n为0；在确保飞行时间差大于n倍的超声波信号周期的情况下，n为最大取值。
需要注意的是，如果所述超声波发生了向后平移，则n为正值，如果所述超声波发生了向前平移，则n为负值。
通过上述步骤解决了相关技术中存在对发送和接收超声波存在的时间差无法精确计算的问题，从而提高了时间差计算的精度，进一步有利于流量计控制精度的提高。
在上述步骤S108中，计算飞行时间差可以包括多种方法。即根据tm与t(m-n)’之间的差值的确定飞行时间差包括：m可以取小于流量计此次测量过程中所发射的超声信号周期数量的任意一个值；例如，流量计在此次测量过程中一共发射了100个周期的超声波信号，此时，m可以取大于n并且小于100的任意值，如果m取5，则说明将第5个周期的差值作为飞行时间差。
在另一个可选的实施方式中，可以m可以选择多个值，此时计算选择多个值之后的每个m的值对应的飞行时间差，将多个m值对应的飞行时间差的平均值作为确定的飞行时间差。
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)、FLASH记忆体(包括但是不限于NOR Flash、NAND Flash)等存储技术。
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。该系统被称为超声波流量计的时间差计算系统，该系统包括：第一确定模块，用于确定在超声波流量计中超声波在顺流和逆流两种情况下的飞行时间；获取模块，用于获取所述超声波在传输的过程所平移的周期的数量n；第二确定模块，用于确定逆流情况下第m个周期的第一飞行时间，并根据平移的周期的数量确定顺流情况下的所述第m个周期对应的周期的第二飞行时间；第三确定模块，用于根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差。
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。
可选地，所述第二确定模块，用于计算tm与t(m-n)’之间的差值；所述第三确定模块，用于根据tm与t(m-n)’之间的差值的确定飞行时间差，其中，tm是逆流情况下第m个周期的超声波飞行时间，t(m-n)’是顺流情况下第(m-n)个周期的超声波的飞行时间。
可选地，在飞行时间差小于所述超声波周期的情况下，所述n为0；在确保飞行时间差大于n倍的超声波信号周期的情况下，n为最大取值；如果所述超声波发生了向后平移，则n为正值，如果所述超声波发生了向前平移，则n为负值。
可选地，所述第三确定模块用于：在m选择多个值的情况下，计算选择多个值之后的每个m的值对应的飞行时间差，将多个m值对应的飞行时间差的平均值作为确定的飞行时间差。
通过上述实施方式解决了相关技术中存在对发送和接收超声波存在的时间差无法精确计算的问题，从而提高了时间差计算的精度，进一步有利于流量计控制精度的提高。
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)
1.一种超声波流量计的时间差计算方法，其特征在于，包括：
确定在超声波流量计中超声波在顺流和逆流两种情况下的飞行时间；
获取所述超声波在传输的过程所平移的周期的数量n；
确定逆流情况下第m个周期的第一飞行时间，并根据平移的周期的数量确定顺流情况下的所述第m个周期对应的周期的第二飞行时间；
根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定第一飞行时间和所述第二飞行时间并根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定所述飞行时间差包括：
计算tm与t(m-n)’之间的差值，并根据tm与t(m-n)’之间的差值的确定飞行时间差，其中，tm是逆流情况下第m个周期的超声波飞行时间，t(m-n)’是顺流情况下第(m-n)个周期的超声波的飞行时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
在飞行时间差小于所述超声波周期的情况下，所述n为0；在确保飞行时间差大于n倍的超声波信号周期的情况下，n为最大取值；
如果所述超声波发生了向后平移，则n为正值，如果所述超声波发生了向前平移，则n为负值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差包括：
在m选择多个值的情况下，计算选择多个值之后的每个m的值对应的飞行时间差，将多个m值对应的飞行时间差的平均值作为确定的飞行时间差。
5.一种超声波流量计的时间差计算系统，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定在超声波流量计中超声波在顺流和逆流两种情况下的飞行时间；
获取模块，用于获取所述超声波在传输的过程所平移的周期的数量n；
第二确定模块，用于确定逆流情况下第m个周期的第一飞行时间，并根据平移的周期的数量确定顺流情况下的所述第m个周期对应的周期的第二飞行时间；
第三确定模块，用于根据所述第一飞行时间和所述第二飞行时间确定飞行时间差。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述第二确定模块，用于计算tm与t(m-n)’之间的差值；
所述第三确定模块，用于根据tm与t(m-n)’之间的差值的确定飞行时间差，其中，tm是逆流情况下第m个周期的超声波飞行时间，t(m-n)’是顺流情况下第(m-n)个周期的超声波的飞行时间。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
在飞行时间差小于所述超声波周期的情况下，所述n为0；在确保飞行时间差大于n倍的超声波信号周期的情况下，n为最大取值；
如果所述超声波发生了向后平移，则n为正值，如果所述超声波发生了向前平移，则n为负值。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第三确定模块用于：
在m选择多个值的情况下，计算选择多个值之后的每个m的值对应的飞行时间差，将多个m值对应的飞行时间差的平均值作为确定的飞行时间差。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现权利要求1至4任一项所述的方法步骤。
10.一种可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中，该计算机指令被处理器执行时实现权利要求1至4任一项所述的方法步骤。
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