[发明专利]一种提高低流速流体流量测量精度的方法

说明书

本发明提供一种提高低流速流体流量测量精度的方法，通过超声波换能器接收端获取回波信号，在处理分析后获得信号的幅度和能量的大小；再建立基于极值动力学优化算法的RBF神经网络模型，将超声波回波信号幅度和能量的大小用于训练基于极值动力学优化算法的RBF神经网络模型，获得神经网络的基函数中心和权值；计算超声波频率偏移量，通过训练好的神经网络获得流体超声波频率偏移量；获取低流速流体流量，根据低流速情况下的流体模型得到流速公式，进而获得流体流量。本发明可以解决流体流速过低引起的流量测量不精准的问题，使低流速情况下的流量测量结果更精确，实时性强，稳定性高。

技术领域

本发明涉及流量测量精度技术领域，尤其涉及一种提高低流速流体流量测量精度的方法。

背景技术

流体在低流速情况下流动是工业生产和环境中不可避免的现象，流体在低流速情况下的流量也是非常重要的一个数据，这将直接影响工业生产成本和效率，提高流体在低流速情况下的流量测量精度是急需要解决的问题。

根据查阅的资料，低流速流体的流量不易测量，流速越低，流量测量精度越低，这是由于跟流速有关的参数都会因为流速低而变得很微弱，使得测量困难，难以精确分析相关参数。现在的文献中也提出了流体在低流速情况下的流量测量方法，利用超声波来测量低流速流体流量，再使用频谱细化方法分析回波信号频谱，可以提高低流速情况下的流体流量测量精度，常用的细化方法有ZOOM-FFT(复调制频谱细化方法)，小波变换细化方法，有的文献会增加超声波通道数，还有的文献会将频谱细化方法和神经网络结合起来，这些方法虽然能让流量测量精度有一定的提高，但是依旧存在不可忽视的问题，比如处理时间过长，硬件设计对信号的处理有一定的影响，以及计算量较大，都会降低流量测量的精度和实时性。

科氏流量计具有很高的测量精度，尤其能测量带有颗粒的流体，但是价格昂贵，性价比不高。本发明采用科氏流量计作为参考基准。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种提高低流速流体流量测量精度的方法，旨在解决在低流速情况下流体流量测量精度不够高的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种提高低流速流体流量测量精度的方法，包括如下步骤：

步骤a.获取超声波回波信号，对超声波回波信号进行处理分析获得信号的幅度和能量的大小；

步骤b.建立基于极值动力学优化算法的RBF神经网络模型，将步骤a得到的信号幅度和能量的大小用于训练基于极值动力学优化算法的RBF神经网络模型，获得神经网络的基函数中心和权值；

步骤c.计算超声波频率偏移量，将获得的超声波回波信号经过处理分析后，得到信号的幅度和大小，再输入训练好的神经网络获得流体超声波频率偏移量f_fluid；

步骤d.获取低流体流量，根据低流速情况下的流体模型得到流速公式，进而获得流体流量。

进一步的技术方案是，所述步骤a中，使用超声波换能器对带颗粒液体管道进行测量。

进一步的技术方案是，从步骤c获取了超声波频率偏移量后，通过下式计算流体流量：

式中，f₁为超声波换能器发射端发射频率，f_s为超声波到达流体中非液态粒子时的频率，f_r为超声波换能器接收端接收频率，υ_c为超声波在流体中的初始流速，υ_fluid为流体流速，θ超声波换能器发射端与流体垂直横截面的角度，σ超声波换能器接收端与流体垂直横截面的角度；

将上述两式左右两边分别相乘可得：