一种基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法与流程

本发明涉及一种基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法，属于油田高压注水井直读超声波流量计流量测试技术领域。

背景技术：

使用绝对时间差法计算流量值的直读超声波流量计，分别安装了上、下超声换能器，测试时上、下换能器同时向对方发送超声波，超声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时分别获取顺流时间、逆流时间，再计算出逆流和顺流的时间差，从而计算出流体的流速，通过流速再计算出流体的流量。顺流时间、逆流时间可以通过信号处理转换为流量原始频率值。

不同的油田片区，注水井的水质条件(含盐率、含碱率)不同，同一口注水井的不同深度，井温差异较大，因此导致直读超声波流量计测试的准确性不高。

在计算流量原始频率值时需要使用超声波换能器首波阈值，超声波换能器首波阈值的作用是查找换能器起振波形的门限值，如果门限值设置不合理，那么超声波流量计的原始频率值就会不准确。声速受水质、温度的影响，导致超声波换能器在不同的水质、不同温度条件下，要求的首波阈值也不一样，因此我们需要找到一种计算首波阈值的计算方法，应用于超声波流量计的流量计算。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法，该方法解决了使用绝对时间差法的直读超声波流量计在不同水质、不同温度条件下流量测试准确性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法，包括以下步骤：

s1、提取上换能器波形，共1100个点，并计算出前1024个点的平均值作为中间值；

s2、找到波形中的最大值和最小值，两者之差为峰峰值；

s3、峰峰值除以50作为查找波峰值的门限值，查找波峰值时，查找条件为：a、该值大于门限值和中间值之和；b、该值大于前4个点的值和后4个点的值；再查找4个单调递增的波峰值和波峰值位置，查找条件为：a、4个波峰值必须连续；b、单调递增；

s4、计算4个峰值，即用波峰值减去中间值；

s5、根据峰峰值和相邻两点的峰值求阈值，共3个，计算公式为：2倍峰峰值除以相邻两点的峰值之和；

s6、重复s1-s5步骤，求出下换能器波形的阈值、波形及波峰值；

s7、根据两路波形的阈值和波峰值位置求取首波阈值，以达到最佳阈值匹配的目的。

上述方法中，求取首波阈值时，按以下步骤进行：a、比较上、下换能器的波峰1的位置大小，位置较大的换能器的阈值直接作为该换能器的首波阈值；b、位置较小的换能器的4个波峰位置中最靠近另一换能器波峰1位置的阈值作为该换能器的首波阈值；c、如果上、下换能器波峰1的位置一致，则上、下换能器波峰1的阈值直接为上、下换能器的首波阈值。

上述方法中，如果上、下换能器波峰1的位置一致，则波峰1的阈值直接为首波阈值。

上述方法中，计算单个换能器的流量频率值时，由于单个换能器的每一次采样波形，首先按照s1-s3步骤计算出中间值、峰峰值、4个连续的波峰值和波峰值的位置，然后用峰峰值除以首波阈值作为门限值，从第1个波峰值开始，用波峰值与中间值的差值如大于门限值，那么该波峰值的位置作为首波位置，从首波位置开始连续查找8个点的值，如果该点的值小于或等于中间值，且该点的前一点的值大于中间值，则取该点的位置为计算流量频率值的开始位置，从开始位置开始，连续取256个点的值，经过傅立叶变换将256个点的值变换为流量频率值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先通过计算机接收当前水质、温度条件下的上、下换能器波形，然后计算换能器首波阈值，再将阈值发送给直读流量计，阈值参与流量原始频率值的计算，从而达到准确计算流量值的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中上换能器波形及波峰示意图；

图2为本发明实施例中下换能器波形及波峰示意图；

图3为本发明实施例中上、下换能器波形及波峰示意图；

图4为为本发明实施例中换能器首波阈值计算过程数据及计算结果列表图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的实施例：参见图1～4，本发明的一种基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法，包括以下步骤：

s1、提取上换能器波形，共1100个点，并计算出前1024个点的平均值作为中间值；

s2、找到波形中的最大值和最小值，两者之差为峰峰值；

s3、峰峰值除以50作为查找波峰值的门限值(目的是排除前面的杂波)，查找波峰值时，查找条件为：a、该值大于门限值和中间值之和；b、该值大于前4个点的值和后4个点的值；再查找4个单调递增的波峰值和波峰值位置，查找条件为：a、4个波峰值必须连续；b、单调递增；

s4、计算4个峰值，即用波峰值减去中间值；

s5、根据峰峰值和相邻两点的峰值求阈值，共3个，计算公式为：2倍峰峰值除以相邻两点的峰值之和；

s6、重复s1-s5步骤，求出下换能器波形的阈值、波形及波峰值；

s7、根据两路波形的阈值和波峰值位置求取首波阈值，以达到最佳阈值匹配的目的。求取首波阈值时，按以下步骤进行：a、比较上、下换能器的波峰1的位置大小，位置较大的换能器的阈值直接作为该换能器的首波阈值；b、位置值较小的换能器的4个波峰位置中最靠近另一换能器波峰1位置的阈值作为该换能器的首波阈值；c、如果上、下换能器波峰1的位置一致，则上、下换能器波峰1的阈值直接为上、下换能器的首波阈值。

计算单个换能器的流量频率值时，由于单个换能器的每一次采样波形，首先按照s1-s3步骤计算出中间值、峰峰值、4个连续的波峰值和波峰值的位置，然后用峰峰值除以首波阈值作为门限值，从第1个波峰值开始，用波峰值与中间值的差值如大于门限值，那么该波峰值的位置作为首波位置，从首波位置开始连续查找8个点的值(从波峰到波谷一般为7～8个点)，如果该点的值小于或等于中间值，且该点的前一点的值大于中间值，则取该点的位置为计算流量频率值的开始位置，从开始位置开始，连续取256个点的值，经过傅立叶变换将256个点的值变换为流量频率值。

综上所述，本发明首先通过计算机接收当前水质、温度条件下的上、下换能器波形，然后计算换能器首波阈值，再将阈值发送给直读流量计，阈值参与流量原始频率值的计算，从而达到准确计算流量值的目的。

技术特征：

1.一种基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法，其特征在于包括以下步骤：

s1、提取上换能器波形，共1100个点，并计算出前1024个点的平均值作为中间值；

s2、找到波形中的最大值和最小值，两者之差为峰峰值；

s3、峰峰值除以50作为查找波峰值的门限值，查找波峰值时，查找条件为：a、该值大于门限值和中间值之和；b、该值大于前4个点的值和后4个点的值；再查找4个单调递增的波峰值和波峰值位置，查找条件为：a、4个波峰值必须连续；b、单调递增；

s4、计算4个峰值，即用波峰值减去中间值；

s5、根据峰峰值和相邻两点的峰值求阈值，共3个，计算公式为：2倍峰峰值除以相邻两点的峰值之和；

s6、重复s1-s5步骤，求出下换能器波形的阈值、波形及波峰值；

s7、根据两路波形的阈值和波峰值位置求取首波阈值，以达到最佳阈值匹配的目的。

2.根据权利要求1所述的基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法，其特征在于：求取首波阈值时，按以下步骤进行：a、比较上、下换能器的波峰1的位置大小，位置较大的换能器的阈值直接作为该换能器的首波阈值；b、位置较小的换能器的4个波峰位置中最靠近另一换能器波峰1位置的阈值作为该换能器的首波阈值；c、如果上、下换能器波峰1的位置一致，则上、下换能器波峰1的阈值直接为上、下换能器的首波阈值。

3.根据权利要求2所述的基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法，其特征在于：如果上、下换能器波峰1的位置一致，则波峰1的阈值直接为首波阈值。

4.根据权利要求1所述的基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法，其特征在于：计算单个换能器的流量频率值时，由于单个换能器的每一次采样波形，首先按照s1-s3步骤计算出中间值、峰峰值、4个连续的波峰值和波峰值的位置，然后用峰峰值除以首波阈值作为门限值，从第1个波峰值开始，用波峰值与中间值的差值如大于门限值，那么该波峰值的位置作为首波位置，从首波位置开始连续查找8个点的值，如果该点的值小于或等于中间值，且该点的前一点的值大于中间值，则取该点的位置为计算流量频率值的开始位置，从开始位置开始，连续取256个点的值，经过傅立叶变换将256个点的值变换为流量频率值。

技术总结
本发明公开了一种基于直读超声波流量计的换能器首波阈值计算方法，包括以下步骤：S1、提取上换能器波形，共1100个点，并计算出前1024个点的平均值作为中间值；S2、找到波形中的最大值和最小值，两者之差为峰峰值；S3、峰峰值除以50作为查找波峰值的门限值，查找波峰值时，查找条件为：a、该值大于门限值和中间值之和；b、该值大于前4个点的值和后4个点的值；再查找4个单调递增的波峰值和波峰值位置，查找条件为：a、4个波峰值必须连续；b、单调递增。本发明首先通过计算机接收当前水质、温度条件下的上、下换能器波形，然后计算换能器首波阈值，再将阈值发送给直读流量计，阈值参与流量原始频率值的计算，从而达到准确计算流量值的目的。

技术研发人员：李建军
受保护的技术使用者：贵州航天凯山石油仪器有限公司
技术研发日：2019.10.28
技术公布日：2019.12.27