[发明专利]一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定方法及系统

权利要求书

1.一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.基于模数转换器捕捉超声波穿过待测介质后接收信号的输出波形和包络图；

B.取接收信号的输出波形和包络图中接收信号的最大值V_max输入裁定模型：

V_thresh＝15％V_max (1)

中计算出裁定值V_thresh；

C.基于裁定值V_thresh从接收信号的输出波形和包络图中确定接收信号的第一局部极值点P₁，第二局部极值点P₂和第三局部极值点P₃；

D.将第一局部极值点P₁，第二局部极值点P₂和第三局部极值点P₃的坐标输入拉格朗日插值模型得到估计二次曲线f(x)；

E.基于二次曲线f(x)根据飞行时间测定模型计算出超声波穿过待测介质的绝对飞行时间。

2.根据权利要求1所述的一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定方法，其特征在于，接收信号的输出波形和包络图中，以输出信号最大的包络交叉点或以输出信号最大的点作为接收信号的最大值V_max。

3.根据权利要求1所述的一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定方法，其特征在于，步骤C包括以下子步骤：

C1.在接收信号的输出波形和包络图的各包络交叉点中，将输出信号第一个大于裁定值V_thresh的包络交叉点确定为第一局部极值点P₁；

C2.根据与第一局部极值点P₁相邻的包络交叉点确定第二局部极值点P₂和第三局部极值点P₃。

4.根据权利要求3所述的一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定方法，其特征在于，C2包括以下子步骤；

C21.找到与第一局部极值点P₁最相邻的左右两侧的包络交叉点；

C22.将小于第一局部极值点P₁的包络交叉点最近的采样点作为第二局部极值点P₂的输出信号，将大于第一局部极值点P₁的包络交叉点最近的采样点作为第三局部极值点P₃的输出信号。

5.根据权利要求1所述的一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定方法，其特征在于，所述拉格朗日插值模型表示为：

其中采样值f(x)是关于时间x的函数，

x_i＝第i局部极值点对应的采样序号*采样间隔时间Δt，i＝1，2，3；y₁为第一局部极值点P₁的输出信号，y₂第二局部极值点P₂的输出信号，y₃第三局部极值点P₃的输出信号。

6.根据权利要求1所述的一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定方法，其特征在于，步骤E包括以下子步骤：

E1.令估计二次曲线f(x)＝0，以计算出的x值作为估计飞行时间t；

E2.对估计飞行时间t进行校准得到超声波穿过待测介质的绝对飞行时间T。

7.根据权利要求6所述的一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定方法，其特征在于，超声波穿过待测介质的绝对飞行时间T依据以下公式校准：

T＝t+t₀ (3)

其中，t₀为捕捉延迟时间。

8.根据权利要求5所述的一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定方法，其特征在于，采样间隔时间Δt取0.5μs。

9.一种适用于气体和液体的超声波飞行时间测定系统，用于权利要求1-8任意一项，其特征在于，包括：采集装置，第一计算装置，局部极值点确定装置，第二计算装置和测定装置；

采集装置基于模数转换器捕捉超声波穿过待测介质后接收信号的输出波形和包络图，并将接收信号的输出波形和包络图发送给第一计算装置和局部极值点确定装置；

第一计算装置提取接收信号的输出波形和包络图中接收信号的最大值V_max并将其输入裁定模型V_thresh＝15％V_max (1)

中计算出裁定值V_thresh，第一计算装置将裁定值V_thresh发送给局部极值点确定装置；

局部极值点确定装置基于裁定值V_thresh从接收信号的输出波形和包络图中确定接收信号的第一局部极值点P₁，第二局部极值点P₂和第三局部极值点P₃；局部极值点确定装置将P₁，P₂和P₃发送给第二计算装置；

第二计算装置将P₁，P₂和P₃的坐标输入拉格朗日插值模型得到估计二次曲线V_max并将估计二次曲线f(x)发送给测定装置；

测定装置基于二次曲线f(x)根据飞行时间测定模型计算出超声波穿过待测介质的绝对飞行时间。