时差式超声气体流量计的流速计量方法技术

本公开的实施例公开了时差式超声气体流量计的流速计量方法。该方法的一具体实施方式包括：获取上游超声波换能器和下游超声波换能器的姿态信息；获取超声波信号从上游超声波换能器到下游超声波换能器的传播距离；通过互功率谱密度函数和相干函数确定时间差，其中，时间差是上游超声波信号的渡越时间与下游超声波信号的渡越时间之差；基于希尔伯特变换对上游超声波信号和下游超声波信号进行分析，确定可变阈值；基于可变阈值，确定上游超声波信号的渡越时间与下游超声波信号的渡越时间；根据传播距离、姿态信息、时间差和上游超声波信号的渡越时间和下游超声波信号的渡越时间确定流量计检测的介质的流速。该实施方式实现了对介质流速的准确计算。介质流速的准确计算。介质流速的准确计算。

【技术实现步骤摘要】
时差式超声气体流量计的流速计量方法


[0001]本公开的实施例涉及流量计领域，具体涉及时差式超声气体流量计的流速计量方法。

技术介绍

[0002]超声波气体流量计已经逐渐地应用到工业和生活等众多领域。举例来说，超声波气体流量计可以对天然气、水处理中的氯气以及多组分气体的流量进行测量。
[0003]现有的超声波气体流量计往往采用时差法计算。作为示例，通常采用双阈值比较法来判定时差法超声波流量计的流量测量，上述方法的重点在于计算信号到过阈值点的准确时间。但是，上述方法存在容易受到噪声干扰。当回波信号的起始点幅度较低或者两个非常接近的最大值点时，难以识别。从而影响到测量数值的精确度。
[0004]作为另一示例，也可以通过设置变比阈值，找出特征点来确定回波信号位置的方法，进而根据回波信号的峰值和相应的回波信号的峰值计算阈值比例系数。但是，当流速变化较快时，回波能量积分的变化速度容易受到气体中噪音的干扰，导致特征点的变化存在不稳定性，进而影响测量数值的精确度。
[0005]作为再一示例，还可以通过在时域上采用互相关法计算超声波信号的渡越时间，该方法能够较好解决上两述存在的问题。但是，互相关法需要插值提高精度，寻找合适的参考信号，而且计算量较大。
[0006]相应地，本领域需要一种新的方法来确定时差式超声波气体流量计的流量。

技术实现思路

[0007]本
技术实现思路
部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本
技术实现思路
部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
[0008]本公开的一些实施例提出了时差式超声气体流量计的流速计量方法、装置、电子设备和计算机可读介质，来解决以上
技术介绍
部分提到的技术问题。
[0009]本公开的一些实施例提供了一种时差式超声气体流量计的流速计量方法，该方法包括：获取上游超声波换能器和下游超声波换能器的姿态信息；获取超声波信号从上游超声波换能器到下游超声波换能器的传播距离；通过互功率谱密度函数和相干函数确定时间差，其中，上述时间差是上游超声波信号的渡越时间与下游超声波信号的渡越时间之差；基于希尔伯特变换对上述上游超声波信号和上述下游超声波信号进行分析，确定可变阈值；基于上述可变阈值，确定上述上游超声波信号的渡越时间与上述下游超声波信号的渡越时间；根据上述传播距离、上述姿态信息、上述时间差和上述上游超声波信号的渡越时间和上述下游超声波信号的渡越时间确定上述流量计检测的介质的流速。
[0010]在一些实施例中，上述流速是通过如下公式确定的：在一些实施例中，上述流速是通过如下公式确定的：其中，v表
示上述流量计检测的介质的流速；L表示上述传播距离；θ表示上述上游超声波换能器和上述下游超声波换能器与所载介质的管壁的夹角；ΔT表示时间差；T
u
表示上述上游超声波信号的渡越时间；T
d
表示上述下游超声波信号的渡越时间。
[0011]在一些实施例中，上述通过互功率谱密度函数和相干函数确定时间差，包括：获取上游回波信号和下游回波信号；通过互相关函数确定上述上游回波信号和上述下游回波信号在时域下的相关程度；上述上游回波信号和上述下游回波信号在时域下的互相关函数为：
[0012]其中，t表示选取的时刻；τ表示上述上游回波信号和上述下游回波信号的时间延迟；表示上述上游回波信号和上述下游回波信号在时间延迟τ时刻的相关程度；x(t)表示上述上游回波信号或者上述下游回波信号在t时刻的振幅；y(t+τ)表示上述下游回波信号或者上述上游回波信号在t+τ时刻的振幅；T表示采样的周期；对于离散时间，上述相关函数转换成：
[0013]其中，m表示选取的离散时刻；n表示上述下游回波信号和上述上游回波信号离散的时间延迟；N表示离散采样的周期。
[0014]在一些实施例中，上述通过互功率谱密度函数和相干函数确定时间差，包括：上述上游回波信号和上述下游回波信号的互功率谱密度函数为：其中，e-j2πωτ
表示复变函数；互功率谱密度函数表示为复形式，复极坐标形式如下：
[0015]其中，Im[P
xy
(ω)]表示互功率谱密度函数的虚数数值部分；Re[P
xy
(ω)]表示互功率谱密度函数的实数数值部分；j表示虚数；上述上游回波信号和下游回波信号在频域上的相关性是通过如下公式确定的：
[0016]其中，γ
2xy
(ω)为幅度平方相干是功率谱密度的函数，表示上游回波信号和下游回波信号在频域上的相关性又叫相关系数，最大值为1；P
x
(ω)表示x的自功率谱密度函数；P
y
(ω)表示y的自功率谱密度函数；其中，w
m
表示当取值最大时，w的取值；ω
m
也表示信号频率，此时上游回波信号和下游回波信号的相位差为θ
xy
(w
m
)，根据互功率谱相位与频率的关系，该相位差可由三角函数关系得到；根据如下公式确定上述时间差：
[0017]在一些实施例中，上述基于上述可变阈值，确定上游超声波信号的渡越时间与下游超声波信号的渡越时间，包括：上述可变阈值是通过如下公式确定的：δ＝0.1max(A(t))；其中，δ表示可变阈值；A(t)表示上游回波信号或下游回波信号的包络线；其中，上述A(t)是通过如下公式确定的：其中，x(t)表示上游或下游的信号：上述X(t)是通过如下公式确定的：
[0018]其中，表示x(t)和1/πt的卷积，其公式为：其中，H[x(t)]表示x(t)的希尔伯特变换。
[0019]在一些实施例中，上述基于上述可变阈值，确定上游超声波信号的渡越时间与下游超声波信号的渡越时间，包括：确定上述上游回波信号或者上述下游回波信号包络线上升阶段的极大值；通过以下公式确定局部最大值点：nn0＝O+δ；其中，nn0表示局部最大值点Z0的纵坐标；δ表示可变阈值；O表示可变阈值与局部极大值纵坐标的最小差值；其中，所述O是通过如下公式确定的：O＝min(|δ-nn
i
|)，其中，nn
i
表示第i个局部极大值Z
i
的纵坐标；通过对所述局部最大值点Z0相邻的两个采样点S-1
，S
+1
，三个点进行抛物线插值处理，得到峰值；将所述峰值确定为上游特征点或者下游特征点S
p
(m
p
,n
p
)；根据以下公式确定上述上游回波信号或者上述下游回波信号的渡越时间：T
u
＝T
p
+T
u
’
；T
d
＝T
p
+T
d
’
；其中，T
P
表示上述上游超声波信号或者上述下游超声波信号发出到接收到上游回波信号或者下游回波信号的根据实验得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种时差式超声气体流量计的流速计量方法，包括：获取上游超声波换能器和下游超声波换能器的姿态信息；获取超声波信号从所述上游超声波换能器到所述下游超声波换能器的传播距离；通过互功率谱密度函数和相干函数确定时间差，其中，所述时间差是所述上游超声波信号的渡越时间与所述下游超声波信号的渡越时间之差；基于希尔伯特变换对所述上游超声波信号和所述下游超声波信号进行分析，确定可变阈值；基于所述可变阈值，确定所述上游超声波信号的渡越时间与所述下游超声波信号的渡越时间；根据所述传播距离、所述姿态信息、所述时间差和所述上游超声波信号的渡越时间和所述下游超声波信号的渡越时间确定所述流量计检测的介质的流速。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流速是通过如下公式确定的：其中，v表示所述流量计检测的介质的流速；L表示所述传播距离；θ表示所述上游超声波换能器和所述下游超声波换能器与所载介质的管壁的夹角；ΔT表示时间差；T
u
表示所述上游超声波信号的渡越时间；T
d
表示所述下游超声波信号的渡越时间。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述通过互功率谱密度函数和相干函数确定时间差，包括：获取上游回波信号和下游回波信号；通过互相关函数确定所述上游回波信号和所述下游回波信号在时域下的相关程度；所述上游回波信号和所述下游回波信号在时域下的互相关函数为：其中，t表示选取的时刻；τ表示所述上游回波信号和所述下游回波信号的时间延迟；R
xy
(τ)表示所述上游回波信号和所述下游回波信号在时间延迟τ时刻的相关程度；x(t)表示所述上游回波信号或者所述下游回波信号在t时刻的振幅；y(t+τ)表示所述下游回波信号或者所述上游回波信号在t+τ时刻的振幅；T表示采样的周期；对于离散时间，所述相关函数转换成：其中，m表示选取的离散时刻；n表示所述下游回波信号和所述上游回波信号离散的时间延迟；N表示离散采样的周期。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述通过互功率谱密度函数和相干函数确定时间差，包括：所述上游回波信号和所述下游回波信号的互功率谱密度函数为：其中，e-j2πωτ
表示复变函数；互功率谱密度函数表示为复数形式，复极坐标形式如下：其中，Im[P
xy
(ω)]表示互功率谱密度函数的虚数数值部分；Re[P
xy
(ω)]表示互功率谱密度函数的实数数值部分；j表示虚数；所述上游回波信号和下游回波信号在频域上的相关性是通过如下公式确定的：其中，γ
2xy
(ω)为幅度平方相干是功率谱密度的函数。表示上游回波信号和下游回波信号在频域上的相关性，又叫相关系数，最大值为1；P
x
(ω)表示x的自功率谱密度函数；P
y
(ω)表示y的自功率谱密度函数；其中，ω
m
表示当取值最大时，ω的取值；ω
m
表示信号频率，此时上游回波信号和下游回波信号的相位差为θ
xy<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，胡之勇，胡玉婷，乔莹莹，腾振鹏，赵家乐，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：