用于超声波检测计量装置的防盗气检测方法及燃气表与流程

本发明涉及燃气计量领域，具体地，涉及一种用于超声波检测计量装置的防盗气检测方法及燃气表。

背景技术：

目前，采用超声波检测技术用于检测燃气的瞬时流量被广泛用于燃气介质流量计量，而在燃气计量中超声波燃气表、燃气超声流量计等都是用于超声波检测技术原理进行计量。为防止偷盗气现象发生，超声波检测技术采用高频次模式测量，目前的电磁阀的开关无法达到该高频次的切换，但在实际使用过程中，高频次测量非常耗电，计量装置不可能频繁更换电池，由于该局限性超声波检测是无法一直处于高频次模式下工作，因此，超声波检测的工作原理为定时的高频次的检测模式测量。

超声波燃气表以固定的时间周期利用超声波检测技术检测气道内燃气的瞬时流量，超声波燃气表采用时差法进行流量测量，流体通过燃气表，声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同样的传播距离就有不同的传播时间。超声波燃气表利用声波在燃气中顺流传播时间和逆流传播时间的差值来测量燃气的流速，然后再乘上管道内壁的截面积，即为超声波燃气表瞬时流量。

目前市场上已经出现，针对上述超声波检测的工作原理发生的盗气行为，例如，超声波燃气表每间隔2秒钟测量一次，不良用户为达到盗气目的，根据超声波燃气表差时检测的规律，在燃气流动的管路中加装电磁阀，并且控制电磁阀以相同的时间周期同步进行开关动作，即当超声波燃气表开始对瞬时流量进行测量时，电磁阀瞬间关闭，使测得的流量远远小于实际的流量值；当超声波燃气表结束对瞬时流量的检测时，电磁阀打开，满足管路正常通气的压力要求和流量要求；经过时间的累积，超声波燃气表的累积流量会远远的小于实际的用气流量，达到盗气的目的，给燃气公司的正常计量带来巨大的影响，同时对燃气表的生产厂商提出了新的挑战。

因此，为防止基于超声波检测技术的计量装置被盗气，急需要开发一种可防止盗气的检测方法及装置，及时制止盗气行为。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于超声波检测计量装置的防盗气检测方法及防止盗气的燃气表。

根据本发明第一个方面，提供一种用于超声波检测计量装置的防盗气检测方法，包括：分别获取计量装置在第一检测模式下、第二检测模式下检测燃气的瞬时流量值；

所述第二检测模式下检测频次高于所述第一检测模式下，且所述第二检测模式下检测频次高于电磁阀的开关切换频次；

将分别获取的所述第一检测模式下与所述第二检测模式下的所述瞬时流量值进行比较，当两者的差值大于设定阈值时，判断为用户出现盗气行为；当两者的差值小于所述设定阈值时，判断为用户未出现盗气行为。

优选地，还包括：控制步骤，用于控制所述计量装置在所述第一检测模式或所述第二检测模式下的切换。

优选地，还包括：定时检测步骤，定时获取所述第一检测模式下、所述第二检测模式下检测燃气的所述瞬时流量值，并进行判断用户是否未出现盗气行为，实现定时检测的功能。

优选地，还包括预判步骤：在检测用户是否出现盗气行为的步骤之前，先通过管路中的压力波动或震感判断是否有疑似盗气行为，通过该判断结果触发检测步骤。

优选地，还包括报警步骤：在检测结果为用户有盗气行为之后，通过报警信号提示用户出现盗气行为。

本发明的第二方面，提供一种防止盗气的超声波燃气表，包括：

超声波测时模块，用于检测计算超声波顺流和逆流传播的时间；

数据采集模块，用于分别采集所述超声波测时模块在第一检测模式下、第二检测模式下检测燃气通过超声波燃气表气道的瞬时流量值；所述第二检测模式下检测频次高于所述第一检测模式下，且所述第二检测模式下检测频次高于电磁阀的开关切换频次；

检测模块，将分别采集的所述第一检测模式下与所述第二检测模式下的所述瞬时流量值进行比较，当两者的差值大于设定阈值时，判断为用户出现盗气行为；当两者的差值小于所述设定阈值时，判断为用户未出现盗气行为。

优选地，所述超声波测时模块包括超声波测量模组，所述超声波测量模组包括两个换能器。

优选地，所述超声波测量模组的数量为两个，其中一个所述超声波测时模组在所述

第一检测模式下检测燃气的所述瞬时流量值，另一个所述超声波测时模组在所述第二检测模式下检测燃气的所述瞬时流量值。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：

本发明的上述方法，通过获取通过在计量模块在第一检测模式、第二检测模式下检测气道内的瞬时流量，进一步判断用户是否存在盗气行为。其中第二检测模式采用较高频次，一般的电磁阀的开关无法达到该频次切换，因此，在第二检测模式下其的检测结果非常准确。在正常工作情况下，第一检测模式和第二检测模两者的测量误差不超过1％，将两者的差值与设定阈值进行比较，可确保其检测的准确率。该方法尤其适用于，针对超声波检测原理在燃气的管路中加装电磁阀达到偷盗气目的这一行为，通过该检测方法可及时发现用户的盗气行为，从而防止盗气。

本发明的上述方法，除了可以适用于超声波燃气表中，还适用于超声波燃气流量计，以及其他基于超声波检测原理的计量装置中。

进一步，该方法对用户使用过程中可能出现的盗气行为进行判断和程序优化，当发现用户有疑似窃气行为时，燃气表给出报警提示。

进一步，通过定时步骤、预判步骤触发该检测方法，具有判断查询、针对性强优点。

本发明上述超声燃气表，解决了目前市场大量存在利用现有超声波燃气表原理进行的盗气行为，防止针对超声波燃气表的盗气行为。

本发明上述超声波燃气表，可能包括一个或多个超声波测量模组。当超声波燃气表包括多个超声波测量模组时，两次测量值可能来源于不同的模组，从而提高对盗气行为判断的效率和科学性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一优选实施例中超声波燃气表的工作原理示意图；

图2a是本发明一优选实施例中第一超声波测量模组的电路图；

图2b是本发明一优选实施例中第二超声波测量模组的电路图；

图3是本发明一优选实施例中超声波测时模块、mcu的电路原理图；

图4是本发明一优选实施例中超声波燃气表的各模块连接示意图；

图5a是本发明一优选实施例中mcu的电路原理图；

图5b是本发明一优选实施例中显示模块的电路原理图；

图5c是本发明一优选实施例中物联网通讯模块的电路原理图；

图5d是本发明一优选实施例中数据存储模块的电路原理图；

图5e是本发明一优选实施例中电源及检测模块的电路原理图；

图5f是本发明一优选实施例中卡控模块的电路原理图；

图5g是本发明一优选实施例中阀控模块模块的电路原理图；

图6是本发明一优选实施例中超声波燃气表的剖视图；

图6中标记分别表示为：1为气道、2为控制板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本实施例第一个方面提供用于超声波检测计量装置的防盗气检测方法，包括：分别获取计量装置在第一检测模式下、第二检测模式下检测燃气的瞬时流量值；第二检测模式下检测频次高于第一检测模式下，且第二检测模式下检测频次高于电磁阀的开关切换频次；第一检测模式的检测频次为较低频次，可以为2-3秒钟测量一次；第二检测模式的检测频次为较高频次，可以125-200毫秒测量一次；而正常的电磁阀的开关频次无法达到0.1-0.2秒切换一次，电磁阀是无法在第二检测模式下进行盗气，因此在第二检测模式下检测的结果是非常准确的，在正常情况下(即未出现盗气行为的情况下)，两者的误差可控制在1％以内。

将分别获取的第一检测模式下与第二检测模式下的瞬时流量值进行比较，当两者的差值大于设定阈值时，判断为用户出现盗气行为；当两者的差值小于设定阈值时，判断为用户未出现盗气行为。

在其他部分优选实施例中，还包括：控制步骤，用于控制计量装置在第一检测模式或第二检测模式下的切换。在具体实施的过程中，当计量装置在第一检测模式下的检测测量数据后，需要切换到第二检测模式下进行检测。

在其他部分优选实施例中，还包括：定时检测步骤，定时获取第一检测模式下、第二检测模式下检测燃气的瞬时流量值，并进行判断用户是否未出现盗气行为，实现定时检测的功能。在具体实施时，预先设定时间段启动检测功能，即在设定时间获取第一检测模式下、第二检测模式下检测燃气通过气道的瞬时流量值，判断用户是否未出现盗气行为，实现了自动化定时功能，可起到定时查询的作用。

在其他部分优选实施例中，还包括预判步骤：在检测用户是否出现盗气行为的步骤之前，先通过管路中的压力波动或震感判断是否有疑似盗气行为，通过该判断结果触发检测步骤。在具体实施过程中，可以通过压力传感器检测气道内燃气压力波动是否超过一定范围；或者通过设置震感模块等，预先检测管路中是否存在疑似盗气行为，若判断为具有疑似盗气行为，触发检测步骤判断用户是否出现盗气行为。

在其他部分优选实施例中，还包括报警步骤，在检测结果为用户有盗气行为之后，通过报警信号提示用户出现盗气行为。可以采用声音、灯光或远程输出报警信息等方式，实现报警功能。

基于上述实施例的检测方法，本实施例第二个方面提供一种防止盗气的超声波燃气表，参照图1所示，超声波燃气表包括：

超声波测时模块，用于检测计算超声波顺流和逆流传播的时间；超声波测时模块包括超声波测量模组，超声波测量模组包括两个换能器。

数据采集模块，用于分别采集超声波测时模块在第一检测模式下、第二检测模式下检测燃气通过超声波燃气表气道的瞬时流量值；第二检测模式下检测频次高于第一检测模式下，且第二检测模式下检测频次高于电磁阀的开关切换频次。

检测模块，将分别采集的第一检测模式下与第二检测模式下的瞬时流量值进行比较，当两者的差值大于设定阈值时，判断为用户出现盗气行为；当两者的差值小于设定阈值时，判断为用户未出现盗气行为。

在本实施例中，数据采集模块和检测模块的以上功能通过mcu(微控制单元)实现。

超声波测时模块可以由一个或多个超声波测量模组组成。在具体实施的过程中，当超声波测时模块是由一个超声波测量模组组成，mcu(微控制单元)在获取第一检测模式下的检测数据后，然后切换到第二检测模式下进行检测；当超声波测时模块由多个超声波测量模组组成，mcu(微控制单元)可控制不同的超声波测量模组，使其同时工作在不同的工作模式下。

在其他部分优选实施例中，超声波测量模组的数量为两个，其中一个超声波测时模组在第一检测模式下检测燃气的瞬时流量值，另一个超声波测时模组在第二检测模式下检测燃气的瞬时流量值，可同时获得在第一检测模式下、第二检测模式下的检测数据，省略切换步骤，节约检测时间。

参照图2a、2b及图3所示，包括两个超声波测量模组的硬件电路；其中，参照图2a、图3所示，第一超声波测量模组的电路包括接线端子jp1和电阻r29-r33，其中接线端子jp1与第一超声波测量模块相连，电阻r29与电源vcc连接，电阻r30与mcu的串口发送io口连接，电阻r32与mcu的串口时钟io口连接，电阻r33与mcu的串口接收io连接，电阻r31为串口接收io的上拉电阻，与电源vcc连接。参照图2b图3所示，第二超声波测量模组的电路包括接线端子jp2和电阻r35-r39，其中接线端子jp2与超声波测量模块相连，电阻r35与电源vcc连接，电阻r36与mcu的串口发送io口连接，电阻r38与mcu的串口时钟io口连接，电阻r39与mcu的串口接收io连接，电阻r37为串口接收io的上拉电阻，与电源vcc连接。

在其他部分优选实施例中，超声波燃气表还可以包括：

控制切换模块，用于切换第一检测模式、第二检测模式。该控制切换模块可通过mcu实现。

定时检测模块，用于定时启动数据采集模块和检测模块，实现定时检测的功能。

预判疑似盗气模块，用于预判疑似盗气行为，通过预判结果触发数据采集模块和检测模块工作，实现定向检测的功能。预判疑似盗气模块可以通过内置压力传感器检测气道内燃气压力波动是否超过一定范围，从而判断是否发生疑似盗气行为；采用预判疑似盗气模块，相当于增加了一道预防屏障，具有一定的针对性和时效性。

在一具体实施例中，参照图6所示，一种防止盗气的超声波燃气表的结构示意图，图中包括气道1和控制板2。

参照图4所示，为超声波燃气表的工作原理示意图，图中包括：超声波测时模块、控制板2，控制板2包括mcu、电源及检测模块、数据存储模块、显示模块、物联网通讯模块，安全功能模块(泄漏报警、感震模块)、阀门、卡控模块等。

超声波测时模块是超声波燃气表防盗气的核心。超声波测时模块用于检测计算超声波顺流和逆流传播的时间。超声波测时模块由一个或多个超声波测量模组组成。当超声波燃气表包括一个超声波测量模组时，mcu记录的两次测量值均来源于该模组；当超声波燃气表包括多个超声波测量模组时，两次测量值可能来源于不同的模组，从而提高对盗气行为判断的效率和科学性。

超声波测量模组的流量测量原理为：燃气在超声波燃气表的气道内进行传输，气道两侧装配一对相对安装的超声波换能器(上游换能器、下游换能器)。

超声波测量模组可以工作在第一检测模式和第二检测模式下：第一检测模式下，超声波测量模组测量流经气道内燃气的瞬时流量的频率低；相反，第二检测模式下，超声波测量模组测量瞬时流量的频率高。超声波测量模组与mcu为串口连接，超声波测量模组的第一检测模式、第二检测模式受mcu的控制，当mcu想要切换超声波测量模组的工作模式时，只需要通过串口发送一条有效的命令即可。

在具体实施的过程中，一般情况下，超声波测量模组工作在第一检测模式下检测，当mcu在规定的条件下预判到用户有疑似盗气行为发生时，mcu首先记录第一检测模式下检测的瞬时流量值，然后，mcu通过发送串口命令切换超声波测量模组的工作模式，使超声波测量模组工作在第二检测模式，然后，mcu再次记录第二检测模式下检测的瞬时流量值，最终，mcu通过程序设计对比两次测量返回的结果数值，当两者的差值超过一定范围，控制板会认为用户有盗气行为，同时给出相应报警。

参照图5a所示为mcu的电路图。mcu读取超声波计时模块检测的时间，进而计算出燃气流速和体积流量，并由显示模块显示，完成计量功能，为计量模块。

参照图5b所示为显示模块的电路图，显示模块用于显示。

参照图5c所示为物联网通讯模块的电路图；物联网通讯模块的输入端分别与gprs模块、4g模块、nb-iot模块和lora模块的输出端连接，物联网通讯模块的输出端分别与gprs模块、4g模块、nb-iot模块和lora模块的输入端连接。物联网通讯模块为燃气表的无线通讯模块，可无线远程控制阀门和调整价格。

参照图5d所示为数据存储模块的电路原理图；数据存储模块，用于保存超声波燃气表的计量数据、修正系数、记录表内工作状态，所有数据交叉备份保存，保证数据的可追溯性。数据存储模块擦写次数≥100万次，数据有效时间≥40年。

参照图5e所示为电源及检测模块的电路原理图；电源及检测模块，用于提供电源及电源电压的检测。

安全功能模块可检测异常流量(超大及超小流量、恒流超时使用等)，增加燃气表使用安全性。异常流量检测，具有更快的响应速度。还可选配泄漏报警、感震检测等功能。

参照图5f所示为卡控模块的电路原理图；卡控模块的输入端分别与mcu、逻辑加密卡、cpu卡、esam模块和非接触卡的输出端连接，卡控模块的输出端分别与逻辑加密卡、cpu卡、esam模块和非接触卡的输入端连接。卡控模块可以将燃气表扩展为预付费燃气表。

参照图5g所示为阀控模块的电路原理图；阀控模块用于控制管路中阀门开关。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。