[发明专利]一种基于超声回波信号相似度的动态阈值设置方法

说明书

本发明涉及一种基于超声回波信号相似度的动态阈值设置方法。本发明通过评估设定工况和实际工况下回波信号上升区域部分的相似度，进而根据最大相似度确定阈值电压，实现阈值的准确调整，确保了回波信号到达时刻点的准确定位，实现飞行时间的准确测量，提高了气体超声流量计的测量准确性与稳定性。

技术领域

本发明属于流量检测技术领域，涉及一种基于超声回波信号相似度的动态阈值设置方法。

背景技术

气体超声流量计具有可双向测量性、量程比高、重复性好、低压损等优势，已广泛应用于气体流量测量。气体超声流量计原理是根据测量声波在流体介质传播的顺逆流飞行的时间差计算得到截面的平均流速，其关键在于对顺逆流的飞行时间测量，飞行时间的测量准确性直接影响了气体超声流量计的计量精度。

目前针对顺逆流飞行时间的测量方法，主要包括互相关法、曲线拟合法、双阈值法。双阈值法采用第一阈值检测和过零检测确认回波到达，得到回波渡越时间；该方法因原理简单，无需繁杂的计算量，硬件电路容易实现而被广泛应用。但是，双阈值法的缺点也很明显，其主要表现在该方法对回波信号的稳定性要求高。然而，超声回波信号在不同流速气体介质中衰减程度不同，回波信号幅值不稳定且回波特性易受环境因素影响，导致回波波形发生变化，这易导致阈值与回波信号产生误触发，得到错误的飞行时间到达点，导致回波渡越时间的误测量。

发明内容

本发明针对现有双阈值法的不足，提出了一种基于超声回波信号相似度的动态阈值设置方法。该方法通过评估设定工况和实际工况下回波信号上升区域部分的相似度，进而根据最大相似度确定阈值电压，实现阈值的准确调整，确保了回波信号到达时刻点的准确定位，实现飞行时间的准确测量。

本发明的基于超声回波信号相似度的动态阈值设置方法具体步骤如下：

步骤一：在设定工况下设置合理的阈值，设置的阈值幅值为回波的第2极大值与第3极大值的电压平均值，记为V_[2,3]。并记录回波信号的第2,3,4极大值点的电压幅值，记为V_b2，V_b3，V_b4。

步骤二：记录实际工况下回波信号的第1,2,3,4,5极大值点的电压幅值，分别记为V_c1，V_c2，V_c3，V_c4，V_c5。

步骤三：对记录的实际工况下的极大值点电压幅值划分为3组，分别为a组：V_c1，V_c2，V_c3；b组：V_c2，V_c3，V_c4；c组：V_c3，V_c4，V_c5；然后分别计算每组数据的第一个值与V_b2的比例系数，如下：

根据得到的比例系数对数据(V_b2,V_b3,V_b4)进行比例放缩处理，如下：

V_en＝k₁*V_bn,(n＝2,3,4) (4)

V_fn＝k₂*V_bn,(n＝2,3,4) (5)

V_gn＝k₃*V_bn,(n＝2,3,4) (6)