[发明专利]基于相邻峰值最大差值的气体超声流量计间歇式激励和信号处理方法和系统

说明书

基于相邻峰值最大差值的气体超声流量计间歇式激励和信号处理系统，通过间歇式激励信号(即发射一次连续非编码激励信号，间歇一定时间后，再发送一次连续非编码激励信号)激励超声波发射换能器，产生超声波信号；当接收换能器接收到超声波信号后，将其转化为回波信号；然后对接收到的回波信号进行零相位滤波，再找回波信号中相邻峰值最大差值对应的特征波，将特征波后的8个过零点的平均值作为特征点，确定超声波信号顺流、逆流的传播时间，并计算气体流量。

技术领域

本发明涉及流量测量领域，为一种气体超声波流量变送器，特别是一种基于相邻峰值最大差值的气体超声流量计间歇式激励和信号处理方法和系统。本发明采用间歇式激励方法产生超声波信号，采用相邻峰值最大差值方法并结合过零检测方法处理超声回波信号，实现气体流量的测量。

背景技术

气体超声波流量计(又称气体超声流量计)具有精度高、无压损、测量范围广等诸多优点，在气体流量测量方面应用广泛，特别在大口径管道的天然气流量测量方面，其优越性更加明显。气体超声波流量计常用的测量方法(原理)有传播速度差法和多普勒法等。传播速度差法又包括时差法、相差法和频差法。其中，时差法是气体超声流量计采用的最为广泛和有效的测量方法。基于时差法测量原理的气体超声波流量计测量流量时，首先需要激励信号以驱动发射换能器发出超声波信号；接收换能器再将接收到的超声波信号转化为回波信号；根据回波信号找到一个稳定的特征点来确定顺流和逆流的传播时间，进而计算出气体流量。但是，由于超声波信号在气体中传播时，其能量会产生较大衰减，所以，回波信号幅值较小，信噪比较低，容易受噪声、流量波动等的影响。同时，激励信号的长度、幅值等都会直接影响回波信号的品质。

国内外学者对气体超声流量计的激励技术进行了研究，主要提出了以下几种方法。

(1)调频编码激励方法

调频编码激励方法主要分为线性调频、非线性调频和阶梯调频。该激励方法包含单个或多个频段的载波(如正弦波)，通过增加激励信号的带宽，来提高回波信号的幅值。Tanisawa S等采用一种调频信号来激励超声波换能器(Tanisawa S.，Hirose H..Study ona gas FM ultrasonic flow rate sensor for a small diameter pipe[C].Proceedingsof the 43st SICE Annual Conference IEEE(SICE 2004)，2004，1：521-524.)，以保证声场的稳定，有效地减少驻波和反射波的影响。但是，由于超声换能器的带宽较窄，导致整个系统的带宽受限，超出换能器通带外的能量转换效率低，因此，从回波信号幅值角度考虑，调频激励的效果并不明显。

(2)调相编码激励方法