[发明专利]一种基于时差法的超声波气体流量计时间差测量方法

说明书

本发明公开了一种基于时差法的超声波气体流量计时间差测量方法，包括：1)采集顺流方向超声波回波信号X₁(k)和逆流方向超声波回波信号X₂(k)；2)搜索顺、逆流方向超声波回波信号的有效极大值点，并选择顺、逆流方向超声波回波信号有效极大值点中的第3个极大值点所对应的时间做为顺、逆流方向超声波由发送到接收的传播时间；3)计算顺、逆流方向超声波时差；4)计算管道中流体的流速v_t；5)计算管道中流体的体积流量q_v。该方法能够准确的获得顺、逆流超声波传播时间差，稳定性高，抗噪声干扰强，通过使用本发明中的方法对气体流量进行测量，能够得到准确、稳定的气体流量测量值。

技术领域

本发明属于超声波测量技术领域，涉及超声波气体流量测量技术，尤其是一种基于时差法的超声波气体流量计时间差测量方法。

背景技术

在石油天然气能源行业中，其流量的高精度测量，对节约能源，降低生产成本是十分重要的，超声波气体流量计因其具有非接触式测量、测量精度高、测量范围宽、以及安装、使用、维护方便等优点被广泛应用于油气田生产现场中，通常，油气田生产中，被测流体非常复杂，其中含有稠油、砂、水、泥浆、气泡等多种物质，如何对于这种混有多种杂质的复杂流体的流量进行高精度测量尤为重要，现有国内的超声波流量计成本较低，但是总体的测量性能不高，国外的超声波流量计在精度、性能等方面比较好，但是价格昂贵，限制了其在工业中大量的应用。

基于时差法测量原理的超声波气体流量计是根据超声波信号顺流传播时间与逆流传播时间之差来计算流体的流速，进而得到流体的体积流量，现有的超声波传播时间差测量方法存在测量精度低的问题，因此，寻求一种准确测量顺、逆流方向超声波由发射到接收的传播时间差方法，对于本领域提高超声波气体流量计的测量精度和稳定性有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于时差法的超声波气体流量计时间差测量方法，其能够提高超声波气体流量计测量精度和稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种基于时差法的超声波气体流量计时间差测量方法，包括以下步骤：

步骤1：采集顺流方向超声波回波信号X₁(k)和逆流方向超声波回波信号X₂(k)；

步骤2：搜索顺、逆流方向超声波回波信号X₁(k)、X₂(k)的有效极大值点，并选择顺、逆流方向超声波回波信号有效极大值点中的第3个极大值点p₁、p₂所对应的时间t₁、t₂作为顺、逆流方向超声波由发送到接收的传播时间；

步骤3：计算顺、逆流方向超声波时差Δt，

步骤4：计算管道中流体的流速v_t，其中，D为管道直径，θ为超声波换能器与管道法线之间的夹角；

步骤5：计算管道中流体的体积流量q_v，其中，K为线流速转化为面流速的补偿系数。

进一步，以上步骤1中，利用超声波传感器检测顺、逆流方向的超声波回波信号。

进一步，以上利用高速ADC以一定的采样频率f_s对超声波回波信号进行采集。其中，优选的，f_s＞(10～20)f，f为超声波回波信号的频率。

进一步的，以X(k)代表X₁(k)或X₂(k)，以p代表p₁或者p₂，t代表t₁或t₂，步骤2具体包括：