[发明专利]一种准确测量气体超声流量计信号传播时间的方法

说明书

本发明涉及一种准确测量气体超声流量计信号传播时间的方法，包括下列步骤：在产生发射信号时开始采集接收端信号并将其数字化；找出接收信号的基准电压：通过采集接收信号的一段基准电压并求平均值来作为信号的过零点值；对所有波峰值由大到小排序找出最大的几个峰值，对于这几个波峰值提取各个波峰对应的在整个采集点中的位置信息的值，并且对这几个峰值对应的位置信息i的值由小到大排序生成向量；准确找到作为判断接收信号到达时刻过零点的位置，得到信号到达时刻的特征点；计算信号最终的传播时间。

技术领域

本发明属于流量测量技术领域。

背景技术

超声流量计是通过检测流体流动对超声波传播影响以测量流量的速度式仪表，起源于上世纪30年代。超声流量计种类广泛，按照测量原理可以分为传播速度差法(时差法、频差法、相差法)、多普勒法、噪声法和波束偏移法等。时差法适用于几乎所有可以传播声波的流体，因此在整个流量计行业备受重视。准确识别超声接收信号的到达时刻，是时差法超声流量计研发中的重要问题。由于气体超声波流量计信号较弱，当管道内气体流速较大时，信号衰减较严重且波动较大，易受噪声影响，因此很难做到精准测量。

目前时差法超声流量计的设计方案主要有模拟方案和数字方案两种。模拟方案采用模拟式的超声信号处理技术，只需要通过简单的阈值比较、计时得出超声顺逆流传播时间及其时间差即可完成流量测量工作，其中大部分流量计采用双阈值触发法，配合高精度计时芯片实现对传播时间的精确测量。但测量过程中温度等的影响使接收信号包络形状发生变化，导致中大流速测量时接收信号的触发电平错波现象严重，测量结果误差较大。数字方案主要对采集到的接收信号进行处理和分析，通过算法等措施计算信号的传播时间。数字方案能有效识别干扰信号及波形抖动，测量准确度高，纠错及抗干扰能力强，即使在极为严苛的工况下也能提供精确可靠的测量结果。

发明内容

本发明提供一种基于数字信号处理的准确测量气体超声流量计信号传播时间的方法，将其命名为特征峰值提取法,该方法通过采集不同流速下的接收信号，找出顺逆流接收信号较大几个峰值的相对位置，以此为基础进行算法处理，最终准确识别信号到达时刻的特征点。技术方案如下：

一种准确测量气体超声流量计信号传播时间的方法，包括下列步骤：

步骤一：在产生发射信号时开始采集接收端信号并将其数字化，建立一个一维的向量U：

U＝[u₁，u₂，…，u_n]

其中u_i，i∈[1,2,…,N]，代表接收信号各个采样点的幅值，i表示单个采样点在整个采集点N中的位置信息，识别接收信号的各个波峰值,即信号波形的各个极大值；

步骤二：找出接收信号的基准电压：通过采集接收信号的一段基准电压并求平均值来作为信号的过零点值U_z；

步骤三：对步骤一提取的所有波峰值由大到小排序找出最大的几个峰值，对于这几个波峰值提取各个波峰对应的在整个采集点中的位置信息i的值，并且对这几个峰值对应的位置信息i的值由小到大排序生成向量P，向量P中的元素排列顺序为[P1,P2,P3,P4,P5,P6，……]；

步骤四：找到作为判断接收信号到达时刻过零点的位置，得到为信号到达时刻的特征点：找到P1位置对应的采样点u_p1之后幅值小于等于U_z的采样点U_z2，同时提取其前一个采样点U_z1，在两个采样点之间进行线性插值，然后找到幅值等于过零点值U_z对应的位置信息i的采样点，此时的位置信息i的值对应的采样点即作为信号到达时刻的特征点P_g。

步骤五：计算信号最终的传播时间。

附图说明

图1特征峰值提取法示意图