[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

摘要

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。

主权项

1.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，包括换能器单元、发射/接收信号通道切换电路、激励信号产生与放大电路、回波信号调理与采样电路、DSP最小系统、FPGA最小系统和电源管理模块、间歇式激励方法和基于相邻峰值最大差值的信号处理方法软件；通过间歇式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；再对回波信号进行放大、滤波，用5MHz的ADC(模数转换器)对其进行采样；通过FPGA转存到DSP中；DSP对其进行零相位滤波，再找回波信号中相邻峰值最大差值对应的特征波，将特征波后的过零点作为特征点，确定超声波信号顺流、逆流的传播时间，并计算气体流量；其特征在于：采用间歇式激励方法激励超声波换能器，得到相邻峰值差值较大且稳定的回波信号，配合基于相邻峰值最大差值的信号处理方法，得到更佳的测量效果；当采用非编码激励信号激励发射换能器时，产生的超声波信号由接收换能器接收，输出的回波信号呈纺锤体形；激励信号采用正弦波作为基本波形，进行周期延拓，得到5个连续的正弦波信号，作为一次非编码激励信号；由于超声波换能器存在阻尼特性，当采用激励信号激励发射换能器时，接收换能器接收到的回波信号将经过一段时间后才会衰减到零；若紧接着对发射换能器再次进行激励，接收换能器输出的回波信号就会与之前的回波信号叠加在一起，形成叠加波形；所述的间歇式激励方法(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)，结合了非编码激励方式简单、编码激励包含波形组合的优点，在一次完整激励中，发射前后两次非编码激励信号；若前后两次激励都采用长度相同、频率与换能器中心频率相同的信号，那么，前后两次回波信号的频率和轮廓势必也相同；而通过改变两次激励的间歇宽度，会使前后两次回波信号产生不同位置的叠加；由于回波信号是周期振荡的，如果能调节两次激励信号间歇，恰好使前后两次的回波信号部分反相抵消、部分正相叠加，就能得到相邻峰值差值较大且稳定的回波信号；间歇式激励信号也可以发送5个连续正弦波信号，间歇一定时间后，再发送5个连续正弦波信号，其基本波形为正弦波；另外，基本波形也可以采用方波、锯齿波、三角波等波形；基本波形的频率以换能器的中心频率为最优，这样能保证最有效地传递激励信号的能量；而采用5个正弦波是为了保证回波信号具有较高的信噪比；间歇式激励信号产生过程包括激励信号产生与放大；以发送5个连续正弦波信号的间歇式激励信号为例，首先将一个周期的基本正弦波波形数据存入FPGA的ROM数据输出模块中；当接收到DSP发送的激励起始信号后，FPGA连续调用5次ROM数据输出模块中存储的正弦波数据，等待一定间歇时间后，FPGA再次连续调用5次ROM数据输出模块中存储的正弦波数据；调用的数据输出至激励信号产生与放大电路，由该电路中的DAC(数模转换器)电路将数字信号转化为模拟信号，再经功率放大电路、电压放大电路后，通过发射/接收信号通道切换电路加载到选通的发射换能器上。