[发明专利]一种超声回波传播时间测量方法

权利要求书

1.一种流体中超声波传播时间测量方法，换能器发射端发射超声波信号，换能器接收端接收超声回波信号；其特征在于，包括：

步骤1、将流体的流速范围划分为m个流速分布区间V₁，V₂，…，V_m，为每个流速分布区间设置一个对应的用于进行相关运算的基波信号，因此有m个基波信号R₁，R₂，…，R_m，所有基波信号的初始值均为零，m为正整数；流体处于静态时，提取基波信号并存储为静态基波信号R₀；超声波传播时间包括顺流传播时间和逆流传播时间，顺流和逆流的传播时间分别测量，对应于划分的m个流速分布区间，顺流和逆流各自存储m个基波信号；

步骤2、动态测量开始后，一个完整的测量过程需要执行一次顺流测量和一次逆流测量，在顺流测量中使用为顺流测量存储的m个基波信号，在逆流测量中使用为逆流测量存储的m个基波信号；顺流测量和逆流测量的过程相同，包括如下步骤3～6；

步骤3、先将当前流速下超声回波信号S(t)与静态基波信号R₀作互相关运算，根据互相关运算峰值得到当前流速下的超声传播时间T₁；用得到的超声传播时间T₁进行流速估计，得到估计流速v₁；

步骤4、确定估计流速v₁所处的流速分布区间V_i，在各基波信号中搜索V_i对应的基波信号R_i，如果该基波信号R_i为零，则执行步骤5；否则，执行步骤6；

步骤5、针对当前流速下超声回波信号S(t)，提取基波信号，将基波信号R_i更新为提取的基波信号；然后利用当前流速下超声回波信号S(t)与更新后的基波信号R_i进行互相关运算，根据互相关运算峰值得到超声传播时间T₂，T₂取代T₁作为当前流速下超声传播时间，单次测量完成；

步骤6、将当前流速下超声回波信号S(t)与基波信号Ri作互相关运算，得到超声传播时间T₃，T₃取代T₁作为当前流速下超声传播时间，单次测量完成。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基波信号的提取过程为：

a.依据超声波在管径中的声程L和流体中超声波传播速度C0，采用经验公式估计回波信号到达时间t_s；

b.对换能器接收端采样的原始超声回波信号的离散点S(k)加时间矩形窗，k＝1..P，P为总采样点数，窗内的超声回波信号记为S′(k)；时间矩形窗的起点N₀为：从预估的回波信号到达时间t_s向时间零点移动一段预设时长Δ；时间矩形窗的长度为预设长度；

c.利用预设的能量约束条件λ确定初始基准点位置k₀；其中，0＜λ＜1；具体为：

①搜索时间矩形窗内信号最大值点对应位置点，记为k_p，计算k_p到时间矩形窗起始点N₀间的信号能量

②以N₀点为起始点向k_p点搜索，针对每个被搜索到的位置k_λ，判断是否满足当找到第一个满足条件的k_λ时，停止搜索；

③再以k_λ点为起始点向k_p方向搜索最近的负过零点，如果负过零点落在两个离散点之间，则采用多项式拟合得到精确的负过零点位置记为k₀，作为所述初始基准点位置；

d.从初始基准点位置k₀向时间轴零点移动5π/K₀，到达位置k₁，将k₁作为超声回波信号到达时刻，将接收的整个超声回波信号向时间零点平移k₁，得到基波信号，结束基波信号的获取流程。