專利名稱：利用對信號包絡線處理測量流體流量的系統及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量流體流量的技術，尤其是指利用對信號包絡線處理測量流體流量的系統及方法。
背景技術：
超聲波流量儀是一種根據超聲波在流體中的傳播速度變化來測量流量的儀表，它的主要特性是非接觸式測量，測量的口徑范圍大，并對流體介質沒有特殊要求。時差法是超聲波流量測量方法中目前應用非常廣泛的一種測量方法，其基本原理是利用超聲波在順流和逆流兩個方向的傳播時間差來計算實際流量。目前用于測量時間差的方法基本有闕值法、接收窗口法、PLL鎖相回路法、雙觸發(fā)回路法等，這些方法的基本缺陷是精度不高。用電平觸發(fā)時，因信號噪聲容易丟失脈沖，同時，這些方法沒有充分利用傳感器輸出的大部分測量信息。由于時差法的測量精度與超聲波傳播時間的測量精度密切相關，所以如果能提高傳播時間的測量精度會大幅度提高流量的測量精度。中國專利公開號，
公開日2007年5月23日，名稱為“一種高精度時差式超聲波流量計及其流量測量方法”中公開了一種高精度時差式超聲波流量計，包括流量計管段，流量計管段上設有形成第一聲道的第一探頭、第二探頭、第一短管和第二短管，以及形成第二聲道的第三探頭、第四探頭、第三短管和第四短管；第一探頭和第二探頭分別通過螺紋安裝在流量計管段上焊接的第一短管和第二短管上；第三探頭和第四探頭分別通過螺紋安裝在流量計管段上焊接的第三短管和第四短管上；第一聲道和第二聲道平行交叉布置在流量計管段上，且分別與流量計管段的管軸線成相等夾角Θ。但是該專利仍沒有解決時差法因超聲波在傳播過程中有衰減，并不能完整還原發(fā)射的第一個脈沖信號甚至多個脈沖信號、導致判斷超聲波在流體中的傳播時間有誤差的問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現有技術中時差法超聲波流量測量中信號噪聲容易丟失脈沖，導致測量的超聲波在流體中傳播時間與真實時間由較大誤差的問題，提供一種利用對信號包絡線處理測量流體流量的系統及方法，該系統及方法可有效地減少超聲波在流體中傳播時間的誤差。本發(fā)明的目的是通過下述技術方案予以實現
利用對信號包絡線處理測量流體流量的方法，
第一步，上游超聲波發(fā)射器發(fā)出若干個周期的脈沖信號，計時器開始計時，下游傳感器接收脈沖信號，接收的脈沖信號經過信號放大電路、帶通濾波電路、模數轉換電路后，轉換為幅度逐漸增加再逐漸減小的正弦波數字信號；
第二步，處理器接收正弦波數字信號，并對正弦波數字信號進行包絡計算，得出正弦波數字信號的包絡線；
第三步，信號采集器采集包絡線起點的位置，起點位置的X軸即信號在流體中順流傳輸時間；
第四步，下游超聲波發(fā)射器發(fā)出脈沖信號，計時器開始計時，上游傳感器接收脈沖信號，剩下步驟均與第一步至第三步相同，得出信號在流體中逆流傳輸時間；
第五步，根據信號在流體中順流傳輸的時間和信號在流體中逆流傳輸的時間，算出流體的流量。通過計算順逆流發(fā)射的超聲波信號的傳播時間就可以檢測出液體的流速，從而換算成流量。流速計算公式為
權利要求
1.利用對信號包絡線處理測量流體流量的方法，其特征是， 第一步，上游超聲波發(fā)射器(I)發(fā)出若干個周期的脈沖信號，計時器(10)開始計時，下游傳感器(4)接收脈沖信號，接收的脈沖信號經過信號放大電路(5)、帶通濾波電路(6)、模數轉換電路(7)后，轉換為幅度逐漸增加的再逐漸減小的正弦波數字信號； 第二步，處理器(8)接收正弦波數字信號(11)，并對正弦波數字信號進行包絡計算，得出正弦波數字信號的包絡線(12)； 第三步，信號采集器(9)采集包絡線起點(13)的位置，起點位置的X軸即信號在流體中順流傳輸時間； 第四步，下游超聲波發(fā)射器(2)發(fā)出脈沖信號，計時器開始計時，上游傳感器(3)接收脈沖信號，剩下步驟均與第一步至第三步相同，得出信號在流體中逆流傳輸時間； 第五步，根據信號在流體中順流傳輸的時間和信號在流體中逆流傳輸的時間，算出流體的流量。
2.根據權利要求I所述的利用對信號包絡線處理測量流體流量的方法，其特征是，信號采集器多次采集包絡線頂點(14)位置，頂點位置X軸的時間減去若干個發(fā)射的脈沖的總時間，即流體中信號傳輸時間，通過起點位置和通過頂點位置計算出的傳輸時間取平均值得出精度較高的傳輸時間。
3.根據權利要求I所述的利用對信號包絡線處理測量流體流量的方法，其特征是，信號采集器尋找正弦波數字信號的每個波分和波谷的位置，以這些位置來擬合包絡線，得出包絡線的起點位置和頂點位置。
4.利用對信號包絡線處理測量流體流量的系統，其特征是，包括上游超聲波發(fā)射器、下游超聲波發(fā)射器、上游傳感器、下游傳感器、信號放大電路、帶通濾波電路、模數轉換電路、用于計算包絡線的微處理器、信號采集器和計時器，上游超聲波發(fā)射器連接上游傳感器、下游超聲波發(fā)射器連接下游傳感器，上游傳感器和下游傳感器同時連接信號放大電路，信號放大電路連接帶通濾波電路，帶通濾波電路連接高速模數轉換電路、模數轉換電路連接微處理器，計時器同時連接上游超聲波發(fā)射器、下游超聲波發(fā)射器和微處理器，微處理器還與信號采集器相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用對信號包絡線處理測量流體流量的系統及方法，處理器接收正弦波數字信號，并對正弦波數字信號通過希爾伯特變換進行包絡計算，得出正弦波數字信號的包絡線，信號采集器采集包絡線起點的位置，起點位置的X軸即信號在流體中傳輸時間，根據信號在流體中順流傳輸的時間和信號在流體中逆流傳輸的時間，根據流速計算公式算出流體的流量。由于采用了數字信號濾波以及所有的傳感器信號的信息都被用于確定包絡線的特征點，其時間的測量精度和一致性有明顯的提高，消除了因噪聲丟失脈沖而產生的測量誤差，通過本系統可以精確的測量出超聲波在流體中順流和逆流的傳播時間，進而可以精確的計算出流體的流量。
文檔編號G01F1/66GK102967334SQ201210364399
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權日2012年9月26日
發(fā)明者朱作行 申請人:朱作行