[发明专利]一种基于超声波检测技术的气体流量检测方法

说明书

本发明涉及气体流量检测领域，尤其涉及一种基于超声波检测技术的气体流量检测方法，属新型计量器械测量领域。本发明以时差法超声波气体流量计为基础，提出了一种双阈值过零检测与数据选择算法技术，解决在不同测试环境下，由于超声波信号幅值变化带来的飞行时间测量误差问题，实现气体流量的准确计量。本发明区别于超声波自动增益控制法，不对信号进行处理，通过关联幅值与飞行时间周期变化的关系，根据幅值判断飞行时间是否发生周期性变化，从实际测量得到多个结束方波脉冲对应的时间值中选择合适的结果，作为最终的飞行时间，从而精确计算气体流量。本发明具有如下优点：成本低、重复性好、无零点漂移，功耗低，适用性强。

技术领域

本发明涉及气体流量检测领域，尤其涉及一种基于超声波检测技术的气体流量检测方法，属新型计量器械测量领域。

背景技术

利用超声波检测技术可实现气体传输管道中流量的测量，该技术主要应用于天然气、沼气及其他工业气体管道。采用时差法超声波气体流量检测方法，通过在测试通道中设置一对超声波传感器A、B，分别测量两者之间顺流与逆流(相对于气体流动方向)时的超声波传播时间T_AB(顺流)、T_BA(逆流)，最终计算气体流量等参数。因此可知，在超声波发射时刻确定的前提下，只需确定准确的到达时刻即可，最终可获得准确的飞行时间TOF。利用超声波传播时间计算气体流量公式如下：

超声波在气体中飞的行时间TOF(T_AB、T_BA)是时差法超声波流量计进行流量计算的关键参数。但由于超声波信号传输受传播介质、环境(温度、湿度、压力)等因素以及超声波在气体管道内发生反射等各种原因，接收到的超声波信号通常存在着波形变化、幅值变化，导致不能将超声波传播信号直接与固定电压进行比较来确定超声波到达时刻，这样直接确定的到达时刻是不准确的，其飞行时间TOF会发生若干周期性变化，对测量精度有影响，导致测试不稳定。

迄今为止，人们利用时差法针对如何提高气体超声波信号飞行时间TOF检测准确性这一问题提出了很多方法，一般采用过零比较电路，将放大后信号与阈值电压比较结果作为过零比较控制信号，将过零比较器的输出作为信号到达点。为防止信号幅值变化过大，常用的方法是采用自动增益控制，该方法需要专门编写软件进行采样，并在采样后确定下次增益，其实施成本高；再者，自动增益在AD/DA转换中，精度会损失，影响了增益后的信号幅值波动，会使得过零比较控制信号跳动若干个周期，仍不能确定准确的飞行时间TOF。

专利文献CN205002814U公开了一种超声波气体流量计，提出了一种自动增益控制方法，其缺陷是由于增益不同，相位不同，不具备实时处理、同步控制调整能力，对于现场测试的随机扰动、即时干扰无法根除，从而不能准确检测到零点信号。专利文献CN101718567B公开了一种用于时差法超声波气体流量计的脉冲检测电路，提出了固定增益、动态阈值的方法，其缺陷是动态阈值需要通过硬件电路实现，实施成本较高。专利文献CN105300508A公开了一种超声波信号传播超声波时间的双阈值检测电路及检测方法，具体的提出了双阈值检测方法，其中一个阈值用于开启过零比较，另外一个阈值用于过零比较，在实际操作中使用一个迟滞比较电路即可替代，实质上该方法只用到了一个过零检测电路，在信号幅值变化较大时，还是无法准确检测到零点信号；另外，现有技术还有采用DSP系统，无限制的采用高精度AD/DA转换电路，需要处理大量数据，电路规模大，实施成本高，不利于低端应用推广，同时功耗较大，不适用于电池供电产品，很多应用场合无法实施。

综上，现有技术应用时差法超声波气体流量检测技术，存在比较增益电路复杂、成本高、功耗大，控制精度不高以及适用性差等问题。

发明内容