[发明专利]一种基于零点分析的时差式超声波流量计测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是超声波流量计测量方法，特别是涉及一种基于零点分析的时差式超声波流量计测量方法。

背景技术

超声波流量计无可动部件，可以实现非接触高精度测量，具有量程宽、无压损、溯源性好、成本对口径变动不敏感等优点，可用于测量圆管、方涵、明渠等各种断面中液体或气体流量的测量，尤其在中大管径流量测量方面具有明显优势。

超声波流量计发展至今，在众多种测量方法中，时差法超声波流量计具有测量方式简单和计量精度高等优点，一直备受关注。时差法超声波流量计其原理是根据超声波信号顺流传播时间和逆流传播时间之差来计算流速，从而计算出流量。

目前，时差式超声波流量计都是采用基于阈值比较方式来获得流体中顺逆流超声波传播时间。时差法超声波流量计工作原理如图1所示，这是一个有压管道的流量测量示意图，其中“CPU”控制整个测量过程，“发射电路”用于向换能器发射脉冲驱动信号，“信号收发转换电路”控制各换能器工作在发射状态还是接收状态，“滤波放大电路”滤除接收波形中噪声并调整波形幅值大小，之后一路送给“阈值比较电路”用于确定超声传播时间，另一路送给“A/D转换”对波形进行数字量化并提供给CPU作进一步处理。

超声波换能器A和B为同一声路中的一对换能器，当其中一个用作发射换能器时，另一个则作为接收换能器。如图所示，当超声波顺流从换能器A发出到换能器B收到所经历的时间则为顺流传播时间Tu，当超声波逆流从换能器B发出到换能器A收到所经历的时间则为逆流传播时间Td。

超声波信号在流体中传播，顺流时传播速度较逆流时传播速度快，相应的其顺流传播时间Tu就较逆流传播时间Td短，从而顺逆流方向声波信号传播时间存在差值（即时差）。时差法超声波流量计就是根据流体流速与时差存在线性关系原理进行测量的，只要准确测定顺逆流时间，就可求出瞬时流速：

V=L2cosα×(1Tu-1Td)]]>公式1

其中α为流速与超声波传播路径的夹角，如果所测断面面积为S，进而可以求出该断面的瞬时流量：

Q＝V×S

从公式1中可看出，时差式超声波流量计的关键是如何得到准确的顺逆流传播时间。

在图2(a)中，横坐标轴为时间t，纵坐标轴为超声波接收信号幅值V，在通常所用的阈值比较法中，顺逆流传播时间T是从向发射换能器发出脉冲驱动信号时起，到接收换能器所接收信号首次切割阈值电平时止，所经历的时间。

而目前在实际测量过程中，由于复杂的外界环境会影响接收到的超声波信号，会使超声波接收信号幅值发生波动，轻的会使传播时间的测量产生误差，严重的可能测不到传播时间，如果出现较大的干扰，还会使测量出现错误；其具体容易出现的以下3种情况：

①如果噪声干扰强烈，噪声幅值大于阈值，传播计数将被提前终止，得到错误的传播时间，如图2(b)所示；

②如果超声波接收信号变的过弱，最大幅值处在阈值以下时，传播计数将会溢出，无法测得准确的传播时间，如图2(c)所示；

③如果超声波接收信号有波动，阈值电压首次与接收信号切割时刻点会发生漂移，导致传播时间测量不准确，从而影响时差式超声波流量计的动态计量精度。如图2(d)所示，因信号波动，阈值均有可能在a、b、c等处首次与超声波接收信号切割，得到不同的传播时间。

本发明的目的就是要找到一种新的方法，解决现有技术上不足。

发明内容

为克服现有技术上的不足，本发明目的是在于提供一种基于零点分析的时差式超声波流量计测量方法，在信号较弱、波动较大以及干扰强烈的情况下，都能检测到零点，准确测量出超声波信号在流体中的顺逆流传播时间，极大地提高了时差法超声波流量计的计量精度，彻底解决现有阈值比较法带来的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：