估算值求取超聲波在流 體中沿逆流方向傳播相位變化值與沿順流方向傳播相位變化值的差值不超過(guò)180°的最小 側(cè)音頻率，然后根據(jù)最小側(cè)音頻率選擇至少一組側(cè)音頻率，最后根據(jù)每一組側(cè)音頻率下超 聲波在流體中沿逆流方向傳播相位變化值與沿順流方向傳播相位變化值的測(cè)量相位差值 求取與該組側(cè)音頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值W及根據(jù)任一組側(cè)音頻率W及與該組側(cè)音頻率 對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值計(jì)算流體流量，解決了現(xiàn)有技術(shù)需要多個(gè)側(cè)音個(gè)數(shù)導(dǎo)致流量計(jì)響應(yīng)速 度慢的技術(shù)問題，提高了流量計(jì)的響應(yīng)速度，降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
[0053] 步驟S101，根據(jù)流體流量估算值求取超聲波在流體中沿逆流方向傳播相位變化值 與沿順流方向傳播相位變化值的差值不超過(guò)180°時(shí)的最小側(cè)音頻率。
[0054] 對(duì)于采用側(cè)音測(cè)相的超聲波流量測(cè)量方法，由于超聲波順流和逆流相位變化一般 會(huì)超過(guò)360°，即存在正周期模糊的問題而導(dǎo)致無(wú)法采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行測(cè)量。故當(dāng)采用 多側(cè)音方式進(jìn)行解算時(shí)，需要選擇最小側(cè)音對(duì)應(yīng)的順逆流相位不存在正周期模糊現(xiàn)象，即 相位差滿足（-180° ,180° ]?，F(xiàn)有采用側(cè)音測(cè)相的超聲波流量測(cè)量方法通常的做法是： (1)根據(jù)流體流量估算值求取超聲波順流不超過(guò)180°時(shí)的順流最小側(cè)音頻率；(2)根據(jù)流 體流量估算值求取超聲波逆流不超過(guò)180°時(shí)的逆流最小側(cè)音頻率；(3)依據(jù)順流和逆流 最小側(cè)音頻率與最大設(shè)定側(cè)音頻率分別確定多組側(cè)音頻率和逆流多組側(cè)音頻率；(4)分別 計(jì)算順流多組側(cè)音頻率中的最大側(cè)音頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值和逆流多組側(cè)音頻率中的 最大側(cè)音頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值；（5)求取順流多組側(cè)音頻率中的最大側(cè)音頻率對(duì)應(yīng)的 實(shí)際相位差值與逆流多組側(cè)音頻率中的最大側(cè)音頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值的順逆流實(shí)際 相位差；(6)根據(jù)順逆流實(shí)際相位差計(jì)算流量體積。
[0055] 本實(shí)施例中，對(duì)于順流傳播而言，聲波在傳播距離為L(zhǎng)過(guò)程中相位變化為：
[0057] 其中，L為流量計(jì)中管道長(zhǎng)度，R為管道半徑，C為聲波在靜止流體中的傳播速度，f 為聲波頻率，在不考慮聲強(qiáng)的情況下，聲壓在管道流體中傳播，流體流動(dòng)形成穩(wěn)定的均勻流 場(chǎng)U。對(duì)于逆流傳播而言，相位變化為：
[0059] 故超聲波在流體中沿逆流方向傳播相位變化值與沿順流方向傳播相位變化值的 CN1051巧552A說(shuō)明書 5/8頁(yè) 差值為：
陽(yáng)06U 當(dāng)差值A(chǔ)巫訊不存在模糊數(shù)時(shí)需滿足A巫訊< 31，假設(shè)L= 0. 2m，C= 1500m/ s，當(dāng)流體流量估算值U=lOm/s時(shí)，由
陽(yáng)06引可W得到最小側(cè)音頻璋
此處U=lOm/s中的U取值是對(duì) 待測(cè)流量大小所處范圍的一個(gè)估計(jì)值，通過(guò)設(shè)定流體流量估算值U=lOm/s可W求取最小 側(cè)音頻率，然后再通過(guò)最小側(cè)音頻率最后求取待測(cè)流量準(zhǔn)確值，現(xiàn)有技術(shù)采用對(duì)順流相位 差〇d。?訊與逆流相位差訊分別求取最小側(cè)音頻率的值為：
[0065] 由此可見，采用直接計(jì)算超聲波在流體中沿逆流方向傳播相位變化值與沿順流方 向傳播相位變化值的差值計(jì)算差值不超過(guò)180°時(shí)的最小側(cè)音頻率所得到的最小側(cè)音頻率 為281. 3KHZ，而采用分別計(jì)算順流和逆流側(cè)音頻率時(shí)的順流最小側(cè)音頻率和逆流最小側(cè)音 頻率均為3. 76KHZ。
[0066] 步驟S103,根據(jù)最小側(cè)音頻率選擇至少一組側(cè)音頻率，由于小于或等于最小側(cè)音 頻率時(shí)，超聲波流量測(cè)量的測(cè)量相位差值不存在模糊數(shù)，故可W通過(guò)小于或等于側(cè)音頻率 W及它們所對(duì)應(yīng)的測(cè)量相位差值求取流體流量。一般來(lái)講，最小側(cè)音頻率的頻率較小，當(dāng)僅 僅通過(guò)小于或等于最小側(cè)音頻率W及其測(cè)量相位差值求取流體流量的測(cè)量精度較低，故在 實(shí)際流量測(cè)量中，通常選取多組側(cè)音頻率進(jìn)行流體流量測(cè)量。
[0067] 可選地，步驟S103,根據(jù)最小側(cè)音頻率選擇至少一組側(cè)音頻率包括：選擇不超過(guò) 最小側(cè)音頻率的側(cè)音頻率作為第一組側(cè)音頻率，將預(yù)先設(shè)定的大于最小側(cè)音頻率的最大設(shè) 定側(cè)音頻率作為最大組側(cè)音頻率。本實(shí)施例預(yù)先設(shè)定的最大設(shè)定側(cè)音頻率fM=IMHz，本實(shí) 施例選取第一組側(cè)音頻率為fi= 200KHZ，最大組側(cè)音頻率f"_=fM=IMHz，其中，第一組 側(cè)音頻率fi= 200KHZ小于最小側(cè)音頻率281. 3KHz，最大組側(cè)音頻率fm。、等于設(shè)定側(cè)音頻 率fM;根據(jù)超聲波相位測(cè)量絕對(duì)誤差確定相鄰組側(cè)音頻率之間的遞進(jìn)倍數(shù)；根據(jù)相鄰組側(cè) 音頻率之間的遞進(jìn)倍數(shù)確定第一組側(cè)音頻率與最大組側(cè)音頻率之間的其他組側(cè)音頻率。
[0068] 可選地，相鄰組側(cè)音頻率之間的遞進(jìn)倍數(shù)K(fi，fw)的選擇將影響測(cè)量方法的有 效性。假設(shè)超聲波相位測(cè)量絕對(duì)誤差為5 (不同超聲波測(cè)量?jī)x器的超聲波相位測(cè)量絕對(duì)誤 差不同），在迭代過(guò)程中迭代公式不存在計(jì)算錯(cuò)誤需滿足的條件為：
[0070] 則相鄰組側(cè)音頻率之間的遞進(jìn)倍數(shù)K(fi，fw)滿足：
[0072]其中K(fi，fw)代表第i組與第i+1組側(cè)音頻率之間的遞進(jìn)倍數(shù)（i>1)，5代 表超聲波相位測(cè)量絕對(duì)誤差。本實(shí)施例選取遞進(jìn)倍數(shù)K(fi，fw)《5。根據(jù)第一組側(cè)音頻 率為fi= 200KHZ，最大組側(cè)音頻率fmax=fM=IMHzW及K(fi，fw)《5可W最終確定第 一組側(cè)音頻率fi= 200KHZ，第二組側(cè)音頻率即最大組側(cè)音頻率為f2=f。。、二IMHz。
[0073] 相比于現(xiàn)有技術(shù)采用順流最小側(cè)音頻率和逆流最小側(cè)音頻率均為3. 76KHz時(shí)，且 在各組遞進(jìn)倍數(shù)小于等于5W及達(dá)到流體流量測(cè)量精度一樣的前提下，需要選取側(cè)音頻率 組數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本實(shí)施例的兩組側(cè)音頻率組數(shù)。由此可見，本實(shí)施例采用直接對(duì)順逆流相位 差解模糊的方法，相比現(xiàn)有技術(shù)對(duì)順逆流方向分別進(jìn)行解模糊的方法在達(dá)到同樣測(cè)量精度 的前提下大大減少了測(cè)音數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提升了系統(tǒng)響應(yīng)速度。
[0074] 步驟S105,根據(jù)每一組側(cè)音頻率下超聲波在流體中沿逆流方向傳播相位變化值與 沿順流方向傳播相位變化值的測(cè)量相位差值求取與該組側(cè)音頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值。經(jīng) 測(cè)量，本實(shí)施例的第一組側(cè)音頻率fi= 200KHZ下的測(cè)量相位差值為A0hae(fi)二128°， 第二組側(cè)音頻率f2= IMHz下的測(cè)量相位差值為A巫frac(巧二-80。。
[0075] 由于采用側(cè)音測(cè)速的超聲波流量測(cè)量過(guò)程中，儀器能測(cè)量的相位范圍為： (-180° ,180° ]，而計(jì)算流量時(shí)通常需要通過(guò)測(cè)量相位差值計(jì)算出實(shí)際相位差值?？蛇x 地，本實(shí)施例采用迭加的方法依次求取除第一組側(cè)音頻率外的其他組側(cè)音頻率的實(shí)際相位 差值，由于第一組側(cè)音頻率小于最小側(cè)音頻率，即fi= 200K化<281. 3KHZ，故第一組側(cè)音頻 率不存在模糊數(shù)的問題，此時(shí)可將第一組測(cè)量相位差值作為第一組實(shí)際相位差值；其他每 一組側(cè)音頻率下的實(shí)際相位差值求取的迭代公式為：
[0077] 其中，A0 (fw)代表第i+1組側(cè)音頻率下的實(shí)際相位差值（i> 1)，K(fi，fw) 代表第i組與第i+ 1組側(cè)音頻率之間的遞進(jìn)倍數(shù)，A〇hat(fi)代表第i組側(cè)音頻率下超 聲波在流體中沿逆流方向傳播相位變化值與沿順流方向傳播相位變化值的測(cè)量相位差值， 技]。.5代表對(duì)X進(jìn)行四舍五入運(yùn)算，且滿足A巫（fi) =A巫frac化）。將A巫化）=128。， A巫frac(巧二_8〇。，K(f2) = 5根據(jù)上述迭代公式可W得出A巫成）=640。?？蛇x地， 相鄰組側(cè)音頻率的遞進(jìn)倍數(shù)K(fi，fw)既可W是整數(shù)，也可W小數(shù)。本實(shí)施例中的遞進(jìn)倍數(shù) 都是在整數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析的。理論上，整數(shù)與小數(shù)不影響計(jì)算的準(zhǔn)確性W及方法的有 效性。
[0078] 步驟S107,根據(jù)任一組側(cè)音頻率W及與該組側(cè)音頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值計(jì)算流 體流量率?？蛇x地，根據(jù)任一組側(cè)音頻率W及與該組側(cè)音頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值計(jì)算流 體流量中的任一組側(cè)音頻率為最大組側(cè)音頻。由于采用側(cè)音測(cè)速的超聲波流量測(cè)量方法 中，隨著側(cè)音頻率的增加，順逆流相位差越來(lái)越大，時(shí)間分辨率越精細(xì)，流量測(cè)量誤差越小。 因此，為尋求較高的測(cè)量精度，一種有效地方法是提高側(cè)音頻率，故本實(shí)施例選取各組側(cè)音 頻率中最大的側(cè)音頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值計(jì)算流體流量，即采用f2=f。。、二IMHz，流體 流量計(jì)算公式為：
[0080] 其中，V代表流體的流量大小，L= 0. 2m為流量計(jì)中管道長(zhǎng)度，R代表管道半徑，C =1500m/s為超聲波在靜止流體中的傳播速度，A0 (fmJ代表各組側(cè)音頻率中最大的側(cè) 音頻率對(duì)應(yīng)的實(shí)際相位差值計(jì)算流體流量，當(dāng)取fm*?=f2= 1M化時(shí)，可得出：
[0081]A巫（fmax)=A巫化）=640。 (10) 陽(yáng)0間根據(jù)A巫（fmax)=A巫化）=640。W及fmax=f2=IMHz不難求出流體流量，本 實(shí)施例相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)采用分別對(duì)順逆流方向進(jìn)行解模糊大大減少了側(cè)音個(gè)數(shù)，從而降低 了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提升了系統(tǒng)響應(yīng)速度。側(cè)音頻率的減少，使得對(duì)可測(cè)量相位A的需 求大量減少，進(jìn)而減少了計(jì)算資源，將有助于降低系統(tǒng)成本。
[0083] 參照?qǐng)D2,本發(fā)明還提供了一種基于側(cè)音測(cè)相的超聲波流量測(cè)量裝置，包括：
[0084] 最小側(cè)音頻率確定裝置1，用于根據(jù)流體流量估算值求取超聲波在流體中沿逆流 方向傳播相位變化值與沿順流方向傳播相位變化值的差值不超過(guò)18