[发明专利]基于超声波的流量测量方法及流量计

说明书

本发明公开了一种基于超声波的流量测量方法及流量计，所述测量方法包括：步骤S1：设置超声波出射信号的频率f₀；步骤S2：根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算FFT采样频率和混频基准信号f_r；步骤S3：对超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号；步骤S4：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱；步骤S5：根据所述功率谱计算得到流速v；步骤S6：检测v是否大于Q*v_max，其中Q小于1；步骤S7：如果v>Q*v_max，则根据流速v计算流量；步骤S8：如果v≤Q*v_max，则设置v_max＝Q*v_max，返回步骤S2。通过发明提高了低流速下的流量测量精度。

技术领域

本发明涉及流量测量技术领域，更具体地，涉及一种基于超声波的流量测量方法及流量计。

背景技术

多普勒超声波流量计应用声学多普勒效应，根据反射声波和发射声波之间的频率差，即多普勒频移来计算被测液体的流速和流量。多普勒超声波流量计具有流速响应快，对流体压力、密度等因素不敏感，无零点偏移等优点，但是在低流速情况下，多普勒超声波流量计测量精度较低，测量误差较大。

在运用FFT算法(快速傅里叶变换)进行多普勒信号频谱分析的流量计中，往往通过提高FFT频谱分辨率的方法提高测量精度，但是在满足多普勒信号采样频率的前提下，只能通过提高采样点数来提高FFT频谱分辨率，这样不仅增加了软件处理的工作，也要消耗更多的硬件存储空间和计算单元，从而增加了软硬件开销，不利于成本控制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于超声波的流量测量方法及流量计，以提高低流速下的流量测量精度。

一种基于超声波的流量测量方法，包括：

步骤S1：设置超声波出射信号的频率f₀；

步骤S2：根据所述出射信号的频率f₀和超声波流量计当前可测量的最大流速v_max计算FFT采样频率和混频基准信号f_r，

其中，采用以下公式计算所述FFT采样频率f_s：

f_s＝4f_d，c为超声波在水中传播速度，θ为声波入射角；

采用以下公式计算所述混频基准信号f_r：

f_r＝f₀-f_c，f_c＝f_d；

步骤S3：对超声波回波信号进行模数采样处理，得到采样信号；

步骤S4：将所述采样信号与所述混频基准信号混频后进行频谱分析，得到功率谱；

步骤S5：根据所述功率谱计算得到流速v；

步骤S6：检测v是否大于Q*v_max，其中Q小于1；

步骤S7：如果v>Q*v_max，则根据流速v计算流量；

步骤S8：如果v≤Q*v_max，则设置v_max＝Q*v_max，返回步骤S2。

可选地，步骤S2还包括：设置测量次数x为初始值，其中，所述初始值为0；

步骤S7包括：