超声水流流量的计量方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本技术涉及超声波测量技术领域，具体而言，涉及一种超声水流流量的计量方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.随着智能水表的发展，对水表计量的电子化和数字化需求越来越迫切。目前，传统的机械式水表通过机电转换将机械水表的计量数据转换为电子数据的方式，在当前的民用小口径水表领域还是主流的方式。纯电子式的电磁感应式和超声波技术存在着生产成本偏高、计量功耗大、计量精度比机械式水表相比没有明显优势的问题，在民用小口径水表领域的应用一直得不到大批量推广。
3.目前常用的超声波水表一般采用主控mcu+tdc的双计量芯片，通过检测超声波信号的过零信号来测量超声波上下行飞行时间差的方法进行超声波水流流量的计量，对上下行的两个超声波换能器的信号一致性要求比较高，需要两个超声波换能器配对使用，一旦出现两个超声波换能器的信号偏差较大的情况，就会导致水流流量的计量出现偏差。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种超声水流流量的计量方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中因上下行两个换能器的信号幅值的差异导致水流流量的计量出现偏差的技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供一种超声水流流量的计量方法，包括：获取待测管道中的上行超声波信号和下行超声波信号；
6.根据所述上行超声波信号获取上行超声波信号的第一最大幅值；
7.根据所述下行超声波信号获取所述下行超声波信号的第二最大幅值；
8.对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值之间的偏差小于第一预设阈值，获得匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号；
9.根据所述匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号计算上下行超声波信号的飞行时间差；
10.根据所述飞行时间差获取所述待测管道中的水流流速；
11.获取所述待测管道中的水流温度；
12.根据所述水流流速和所述水流温度计算所述待测管道中的水流流量。
13.本技术实施例通过动态调整上行超声波信号和下行超声波信号的放大倍数，实现对两个超声波信号幅值的匹配，降低对换能器匹配性要求，避免因换能器和反射片老化、结垢等原因导致的计量性能下降，减小上行超声波信号和下行超声波信号幅值的差异，得到的飞行时间差更准确，从而提高水表运行过程中的计量精度。
14.进一步地，所述获取待测管道中的上行超声波信号和下行超声波信号，包括：
15.获取所述待测管道中调节所述上行超声波信号的增益放大器对应的第一初始参数；
16.获取所述待测管道的还原前的上行超声波信号，并根据所述第一初始参数对所述还原前的上行超声波信号对应的电信号进行放大，获得上行电信号；
17.获取所述待测管道中调节所述上行超声波信号的增益放大器对应的第二初始参数；
18.获取所述待测管道的还原前的下行超声波信号，并根据所述第二初始参数对所述还原前的下行超声波信号对应的电信号进行放大，获得下行电信号；
19.分别对所述上行电信号和所述下行电信号进行ad采集，获得所述上行电信号对应的所述上行超声波信号以及所述下行电信号对应的所述下行超声波信号。
20.在本技术实施例中，通过内部增益放大器对第一电信号和第二信号进行放大后，对第一电信号和第二电信号通过高速ad采集，获得还原后的超声波信号，提高了单次测量的精度，有效的改善信号噪声，提高了时差分辨率，同时具有数字滤波的效果。
21.进一步地，所述对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配，包括：
22.判断所述第一最大幅值与所述第二最大幅值的比值是否在第二预设阈值内；
23.若所述比值在第二预设阈值内，且所述第一最大幅值与所述第二最大幅值之间的差值大于所述第一预设阈值，则调整所述第一初始参数或第二初始参数，以使所述第一最大幅值与所述第二最大幅值相匹配。
24.在本技术实施例中，先判断第一最大幅值与所述第二最大幅值的比值是否在第二预设阈值内，对满足第二预设阈值内的上行超声波信号和下行超声波信号再进行匹配，可以避免对不符合要求的放大参数进行调整，提高水表的计量效率。
25.进一步地，所述调整所述第一初始参数或第二初始参数，包括：
26.若所述第一最大幅值大于所述第二最大幅值，则减小所述第一初始参数或增大所述第二初始参数，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值之间的偏差小于所述第一预设阈值。
27.在本技术实施例中，通过比较上行超声波信号的最大幅值和下行最大超声波信号的最大幅值的差值，动态调整增益放大器的参数，对满足匹配要求的上行超声波信号和下行超声波信号进行相关计算，可以降低换能器的配对要求，保证飞行时间差的准确性。
28.进一步地，所述根据所述匹配后的上行超声波信号和所述匹配后的下行超声波信号计算飞行时间差，包括：
29.获取所述匹配后的上行超声波信号的飞行时间，获得第一飞行时间；
30.获取所述匹配后的下行超声波信号的飞行时间，获得第二飞行时间；
31.根据所述第一飞行时间和第二飞行时间获得所述飞行时间差。
32.在本技术实施例中，通过获取匹配后的上行超声波信号的飞行时间和下行超声波信号的飞行时间，计算得到的飞行时间差更加准确，以减少前期挑选换能器的步骤，提高了生产效率，同时降低换能器在挑选过程中出现不良品的比例。
33.进一步地，所述获取所述待测管道中的水流温度，包括：
34.获取水温探测器中第一电阻对充电电容充电到预设电压的时间，得到第一充电时间；其中，所述水温探测器设置在所述待测管道内，所述水温探测器包括所述第一电阻、所
述充电电容和第二电阻，所述第一电阻为标准电阻；
35.获取所述第二电阻对所述充电电容充电到所述预设电压的时间，得到第二充电时间；其中，第二电阻为热敏电阻或热电偶；
36.根据所述第一充电时间、所述第二充电时间和所述第一电阻的电阻值获得所述第二电阻的电阻值；
37.根据所述第二电阻的电阻值获得所述待测管道中的水流温度。
38.在本技术实施例中，通过电阻和电容组合测量充电电容的充电时间，从而计算出测管道中的水流温度，有效利用mcu内部低功耗比较器和计时器资源，降低水表的计量功耗，提高水流温度的计量精度。
39.进一步地，所述根据所述水流流速和所述水流温度计算所述待测管道中的水流流量，包括：
40.根据vs＝kv计算所述待测管道中心的水流线速度；其中，k为线面补偿系数，v为所述水流流速，vs为所述待测管道中心的水流线速度；
41.根据qv＝akv计算所述待测管道中的瞬时水流流量；其中，a为所述待测管道的截面面积，qv为所述待测管道的所述瞬时水流流量；
42.根据所述水流温度对满足瞬时水流流量范围的所述瞬时水流流量进行流量补偿，获得补偿后的水流流量；
43.对所述补偿后的水流流量进行积分获得所述待测管道中的总水流流量。
44.在本技术实施例中，只对满足温度范围和瞬时水流流量范围的瞬时水流流量进行流量补偿，对不满足要求的瞬时水流流量不进行补偿，可以降低单片机运行的功耗。
45.第二方面，本技术实施例提供一种超声水流流量的计量装置，包括：信号获取模块，用于获取待测管道中的上行超声波信号和下行超声波信号；
46.第一幅值获取模块，用于根据所述上行超声波信号获取上行超声波信号的第一最大幅值；
47.第二幅值获取模块，用于根据所述下行超声波信号获取所述下行超声波信号的第二最大幅值；
48.匹配模块，用于对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值的偏差小于第一预设阈值，获得匹配后的上行超声波信号和下行超声波信号；
49.计算模块，用于根据所述匹配后的上行超声波信号和所述匹配后的下行超声波信号计算飞行时间差；
50.流速获取模块，用于根据所述飞行时间差获取所述待测管道中的水流流速；
51.温度获取模块，用于获取所述待测管道中的水流温度；
52.流量计算模块，用于根据所述水流流速和所述水流温度计算所述待测管道中的水流流量。
53.第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，其中，所述处理器和所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行第一方面的方法。
54.第四方面，本技术实施例提供一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该
计算机程序被处理器运行时执行第一方面的方法。
55.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术实施例了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
56.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
57.图1为本技术实施例提供的一种超声水流流量的计量方法的流程示意图；
58.图2为本技术实施例提供的待测水管的内部结构示意图；
59.图3为本技术实施例提供的超声计量单元原理图；
60.图4为本技术实施例提供的超声波信号幅值匹配的流程示意图；
61.图5为本技术实施例提供的自动测量水流温度的流程示意图；
62.图6为本技术实施例提供的任务定时处理的流程示意图；
63.图7为本技术实施例提供的超声水流流量的计量装置的结构示意图；
64.图8为本技术实施例提供的电子设备实体结构示意图。
具体实施方式
65.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
66.图1为本技术实施例提供的一种超声水流流量的计量方法流程示意图，如图1所示。该方法包括：
67.步骤101：获取待测管道中的上行超声波信号和下行超声波信号。
68.图2为本技术实施例提供的待测水管的内部结构示意图，如图2所示，待测管道中包括一对换能器和两个金属反射片，待测管道的直径为d，待测管道上方开两个空腔，空腔中心位置距离为l，空腔内用来分别放置一对超声波换能器，一对超声波换能器既可以用来发送超声波信号也可以接收超声波包络回波信号，金属反射片位置安装在超声波换能器的正下方且与水平轴成45度夹角，主要将垂直方向或水平方向的超声波信号转向为水平方向或垂直方向的超声波信号。
69.图3为本技术实施例提供的超声计量单元原理图，如图3所示，一对超声波换能器包括超声波换能器1和超声波换能器2，超声波换能器1和2的探头表面与水流接触。上行超声波信号是指脉冲放大器发出脉冲信号，通过功率放大器对脉冲信号进行放大，通过电阻r1将放大的脉冲信号发送给超声波换能器1，经过一段时间后，超声波换能器2接收到来自超声波换能器1的回波信号，并将接收到的回波信号转化为电信号，接收切换单元切换电容c2接收转化的电信号，通过内部增益放大器pga对电信号进行放大后，利用ad转换器对放大后的电信号进行采集而获得的。
70.下行超声波信号是指脉冲放大器发出脉冲信号，通过功率放大器对脉冲信号进行放大，通过电阻r2将放大的脉冲信号发送给超声波换能器2，经过一段时间后，超声波换能
器1接收到来自超声波换能器2的回波信号，并将接收到的回波信号转化为电信号，接收切换单元切换电容c1接收转化的电信号，通过内部增益放大器pga对电信号进行放大后，利用ad转换器对放大后的电信号进行采集而获得的。其中，一段时间一般根据待测管道的长度、声波速度和最大水流流速预先计算得到。
71.步骤102：根据所述上行超声波信号获取所述上行超声波信号的第一最大幅值。
72.其中，所述上行超声波信号为通过ad转换器采集还原得到的正弦波信号，第一最大幅值为上行超声波信号在周期内的最大幅值。
73.步骤103：据所述下行超声波信号获取所述下行超声波信号的第二最大幅值。
74.其中，所述下行超声波信号为通过ad转换器采集还原得到的正弦波信号，第二最大幅值为下行超声波信号在周期内的最大幅值。
75.步骤104：对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值之间的偏差小于第一预设阈值，获得匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号。
76.在本技术实施例中，对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配是指通过调节上行超声波信号和/或下行超声波信号对应的增益放大器的参数，来改变上行超声波信号和/或下行超声波信号的最大幅值，使得调节后的第一最大幅值和第二最大幅值之间的偏差小于第一预设阈值。
77.其中，增益放大器可用可编程放大器pga来实现对上行超声波信号和下行超声波信号幅值的调节，可编程放大器pga具体可为但不限于ad8577。第一预设阈值是指上行超声波信号和下行超声波信号对应的最大幅值的偏差满足实际匹配要求的范围，包括上限阈值和下限阈值，第一最大幅值和第二最大幅值之间的偏差在上限阈值和下限阈值之间，即可实现对上行超声波信号幅值和下行超声波信号幅值的匹配。
78.步骤105：根据所述匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号计算飞行时间差；
79.在本技术实施例中，采用ti公司的msp430fr6047带有超声波计量前端的单片机来实现对水流流量的计量，msp430fr6047单片机自带有超声包括波脉冲发生器和功率放大器，接收端有接收切换单元、内部增益放大器pga和ad转换器。
80.在获得匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号后，采用msp430fr6047单片机内部uss sw library算法库现成的算法计算上下超声波的飞行时间差，msp430fr6047单片机具有工作电压低、功耗低、运算能力高等优点，在实际应用中，可以采用其他系列的单片机实现对水流流量的计量，同时也可采用其他的算法库及算法来计算上下超声波的飞行时间差，本技术实施例对此不作具体限定。
81.步骤106：根据所述飞行时间差获取所述待测管道中的水流流速。
82.在本技术实施例中，在计算出上行超声波信号和下行超声波信号的飞行时间差后，同样通过uss sw library算法库现成的算法的计算出待测管道中的水流流速。其中，待测管道的水流流速是指当前待测管道中的瞬时水流流速。
83.步骤107：获取所述待测管道中的水流温度。
84.在本技术实施例中，如图3所示，msp430fr6047单片机的mcu控制单元包括比较器和低功耗计时器，采用控制单元自带的比较器和低功耗计时器的组合来计算待测管道的水
流温度，得到的水流温度精度较高，同时可以降低msp430fr6047单片机的运行功耗。
85.步骤108：根据所述水流流速和所述水流温度计算所述待测管道中的水流流量。
86.其中，所述待测管道中的水流流量为在计量时间内总累计的水流体积，所述水流流速为待测管道中心的水流线流速。
87.在上述实施例的基础上，所述获取待测管道中的上行超声波信号和下行超声波信号，包括：
88.获取所述待测管道中调节所述上行超声波信号的增益放大器对应的第一初始参数；
89.获取所述待测管道的还原前的上行超声波信号，并根据所述第一初始参数对还原前的上行超声波信号对应的电信号进行放大，获得上行电信号；
90.获取所述待测管道中调节所述上行超声波信号的增益放大器对应的第二初始参数；
91.获取所述待测管道的还原前的下行超声波信号，并根据所述第二初始参数对还原前的下行超声波信号对应的电信号进行放大，获得下行电信号；
92.对所述上行电信号进行ad采集，获得所述待测管道中的上行超声波信号；
93.对所述下行电信号进行ad采集，获得所述待测管道中的下行超声波信号。
94.在本技术实施例中，第一初始参数为调节上行超声波信号的增益放大器的初始放大参数，第二初始参数为调节下行超声波信号的增益放大器的初始放大参数。如图3所示，还原前的上行超声波信号是指超声波换能器2将接收到来自超声波换能器1的回波信号，并将回波信号进行转化得到的电信号。还原前的下行超声波信号是指超声波换能器1将接收到来自超声波换能器2的回波信号，并将回波信号进行转化得到的电信号。
95.通过第一初始参数对还原前的上行超声波信号对应的电信号进行增益放大，通过第二初始参数对还原前的下行超声波信号对应的电信号进行增益放大，ad转化器分别对增益放大后的上行电信号和下行电信号进行采集，获得还原后的上行超声波信号和下行超声波信号。在上述实施例的基础上，所述对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配，包括：
96.判断所述第一最大幅值与所述第二最大幅值的比值是否在第二预设阈值内；
97.若所述比值在第二预设阈值内，且所述第一最大幅值与所述第二最大幅值之间的差值大于所述第一预设阈值，则调整所述第一初始参数或第二初始参数，以使所述第一最大幅值与所述第二最大幅值相匹配。
98.图4为本技术实施例提供的超声波信号幅值匹配的流程示意图，如图4所示：
99.步骤201：超声信号获取。
100.首先，获取第一初始参数和第二初始参数，根据第一初始参数获得第一最大幅值，根据第二参数获得第二最大幅值。
101.步骤202：超声波信号匹配。
102.首先，先判断第一最大幅值与第二最大幅值的比值是否在第二预设阈值内，若比值不满足第二预设阈值的范围，则记录当前的第一初始参数和第二初始参数，使得在下次对超声波信号幅值匹配中避免将当前的第一初始参数和第二初始参数作为增益放大器的初始匹配参数，并根据重新设置的第一初始参数和第二初始参数对对应的第一最大幅值和
第二最大幅值进行匹配。
103.其中，第二预设阈值指第一最大幅值与第二最大幅值的比值在[1/5，5]范围内。其中，当第一最大幅值与第二最大幅值的比值不在第二预设阈值内时，此时对应的第一初始参数和第二初始参数偏差较大，后续需要多次调整第一初始参数和第二初始参数才能满足超声波信号幅值匹配的要求，造成单片机资源的浪费，增加单片机的运行功耗。
[0104]
若比值满足第二预设阈值的范围，且第一最大幅值与第二最大幅值之间的差值小于所述第一预设阈值，则实现对第一最大幅值和所述第二最大幅值的匹配。若比值满足第二预设阈值的范围，且第一最大幅值与第二最大幅值之间的偏差大于第一预设阈值，调整第一初始参数或第二初始参数来调节对应的上行超声波信号的最大幅值或下行超声波信号的最大幅值，并根据重新设置的第一初始参数和第二初始参数对对应的第一最大幅值和第二最大幅值进行匹配。
[0105]
在上述实施例的基础上，所述调整所述第一初始参数或第二初始参数，包括：
[0106]
若所述第一最大幅值大于所述第二最大幅值，则减小所述第一初始参数或增大所述第二初始参数，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值之间的偏差小于所述第一预设阈值。
[0107]
在本技术实施例中，在第一最大幅值大于第二最大幅值时，通过减小第一初始参数来减小第一最大幅值，对第二最大幅值和减小后的第一最大幅值进行重新匹配；或者增大第二初始参数来增大第二最大幅值，对第一最大幅值和增大后的第二最大幅值进行重新匹配。以使第一最大幅值和第二最大幅值之间的偏差小于所述第一预设阈值，实现对上行超声波信号和下行超声波信号的匹配。
[0108]
在上述实施例的基础上，所述根据所述匹配后的上行超声波信号和下行超声波信号计算飞行时间差，包括：
[0109]
获取所述匹配后的上行超声波信号的飞行时间，获得第一飞行时间；
[0110]
获取所述匹配后的下行超声波信号的飞行时间，获得第二飞行时间；
[0111]
根据所述第一飞行时间和第二飞行时间获得所述飞行时间差。
[0112]
如图3所示，第一飞行时间为超声波换能器2接收到来自超声波换能器1的回波信号的时间，第二飞行时间为超声波换能器1接收到来自超声波换能器2的回波信号的时间。在本技术实施例中，通过msp430fr6047单片机内部uss sw library算法库计算第一飞行时间和第二飞行时间，通过第一飞行时间和第二飞行时间的差值获得上行超声波信号和下行超声波信号的飞行时间差。
[0113]
在上述实施例的基础上，图5为本技术实施例提供的自动测量水流温度的流程示意图，如图5所示，所述获取所述待测管道中的水流温度，包括：
[0114]
获取水温探测器中第一电阻对充电电容充电到预设电压的时间，得到第一充电时间；其中，所述水温探测器设置在所述待测管道内，所述水温探测器包括所述第一电阻、所述充电电容和第二电阻，所述第一电阻为标准电阻；
[0115]
获取所述第二电阻对所述充电电容充电到所述预设电压的时间，得到第二充电时间；其中，第二电阻为热敏电阻或热电偶；
[0116]
根据所述第一充电时间、所述第二充电时间和所述第一电阻的电阻值获得所述第二电阻的电阻值；
[0117]
根据所述第二电阻的电阻值获得所述待测管道中的水流温度。
[0118]
其中，预设电压为0.63vu，vu为对充电电容进行充电的输入电压。
[0119]
若充电电容上的初始电压为0，则充电公式可以简化为：若充电电容上的初始电压为0，则充电公式可以简化为：
[0120]
其中，v
t
是充电t时刻后充电电容c上的电压，vu是对充电电容进行充电的输入电压，r是标准电阻的电阻值，c是充电电容容量，exp是高等数学里以自然常数e为底的指数函数，e是一个常数为2.71828。当t＝rc时，v
t
＝vu*(1-e-1
)＝0.63vu。因此，在设定低功耗比较器电压v＝0.63vu时，定时器累计的时间t＝rc。
[0121]
分别通过热敏电阻r
ntc
和标准电阻r3对充电电容充电到0.63vu，可通过如下公式计算热敏电阻r
ntc
的阻值：
[0122][0123]
其中，t
ntc
为通过热敏电阻r
ntc
对充电电容充电到0.63vu的时间，tr为标准电阻r3对充电电容充电到0.63vu的时间，t
ntc
和tr均可通过低功耗计时器计时获得。
[0124]
如图5所示，步骤301：通过标准电阻对充电电容进行充电。首先，先将充电电容c3放电到零电平，在标准电阻r3的充电脉冲输出为高电平时，通过标准电阻r3对充电电容进行充电，同时通过低功耗计时器进行计时，在低功耗比较器判断充电电容c3的电压达到0.63vu时，记录当前的tr值。
[0125]
步骤302：通过热敏电阻对充电电容进行充电。
[0126]
将充电电容c3放电到零电平，在热敏电阻r
ntc
的充电脉冲输出为高电平时，通过热敏电阻r
ntc
对充电电容c3进行充电，同时通过低功耗计时器进行计时，在低功耗比较器判断充电电容c3的电压达到0.63vu时，记录当前的t
ntc
值。
[0127]
根据标准电阻r3的电阻值、t
ntc
和tr计算热敏电阻r
ntc
的电阻值，再通过查表计算出当前的水流温度。
[0128]
本技术实施例采用控制单元自带的低功耗比较器和低功耗计时器的组合，利用充电电容c3在不同电阻下的放电曲线差异来计算热敏电阻的阻值，再通过查表得到当前水流温度，可以有效提高水流温度的测量精度，同时降低msp430fr6047单片机的功耗。
[0129]
在上述实施例的基础上，所述根据所述水流流速和所述水流温度计算所述待测管道中的水流流量，包括：
[0130]
根据vs＝kv计算所述待测管道中心的水流线速度；其中，k为线面补偿系数，v为所述水流流速，vs为所述待测管道中心的水流线速度；
[0131]
根据qv＝akv计算所述待测管道中的瞬时水流流量；其中，a为所述待测管道的截面面积，qv为所述待测管道的所述瞬时水流流量；
[0132]
根据所述水流温度对满足瞬时水流流量范围的所述瞬时水流流量进行流量补偿，获得补偿后的水流流量；
[0133]
对所述补偿后的水流流量进行积分获得所述待测管道中的总水流流量。
[0134]
在本技术实施例中，通过公式计算待测管道中的水流流速，其中，v为水流流速，δt为上行超声波信号和下行超声波信号的飞行时间
差，d为待测管道的直径，l为一对超声波换能器沿水流方向之间的距离，tup为第一飞行时间，toffset为超声波信号沿着直径d方向飞行的时间，tdown为第二飞行时间。
[0135]
通过vs＝kv计算待测管道中心的水流线速度，再通过qv＝akv获得待测管道中的瞬时水流流量，由于水流温度和水流流速会影响线面补偿系数k，从而影响超声波水流计量的测量精度。
[0136]
在本技术实施例中，在水流温度在0～55℃温度范围内，对瞬时水流流量从小流q1到0.1m3/h范围内，水流温度每隔1℃，对瞬时水流流量补偿0.01m3/h。在进行数据补偿校正时，根据实际水流温度和水流流速选择最接近的校正点进行补偿。其中，小流q1可通过对待测管道的直径，水表的精度等参数计算获得。
[0137]
本技术实施例只对瞬时水流流量在小流q1到0.1m3/h范围内的瞬时水流流量进行补偿，在瞬时水流流量大于0.1m3/h时，水流温度的敏感性较低，不需要对这部分瞬时水流流量进行补偿，可以降低单片机的运行功耗。
[0138]
图6为本技术实施例提供的任务定时处理的流程示意图，如图6所示，通过低功耗定时器对水流温度测量、水流流速测量、超声波信号校正以及水表的人机界面处理过程进行定时，到每个任务的处理时间后再执行相应的任务，可以减低单片机的运行功耗。其中，待测管道中的水流温度的变化不频繁，可以每k分钟进行一次测温，k一般取值范围为1～30之间。在自动测量水流温度的过程中，将当前k时刻测得的水流温度保存在温度参数中，提供给下一次测量温度前的时间段进行流量补偿校正使用。
[0139]
超声波信号幅度变化不频繁，一般设定为n天自动匹配一次，n一般取值范围为1～30之间。在对超声波信号进行匹配的过程中，将当前n时刻测得的第一初始参数和第二初始参数保存在增益放大器的匹配参数中，提供给下一次超声波信号幅度匹配前的时间段进行超声波信号匹配使用。
[0140]
自动测量水流流速的流程一般设定m秒一次，其中m根据测量的水流流速周期动态调整。例如，若当前测试得到的水流流速小于小流q1对应的流速时，每1秒测量一次水流流速。若当前测试得到的水流流速大于小流q1对应的流速时，每0.25秒测量一次水流流速。
[0141]
单片机的显示、通讯、按键处理等人机界面处理一般需要快速相应，一般x秒处理一次，x一般取值0.5～1之间。
[0142]
如图6所示，首先对单片机的参数初始化，判断单片机是否为第一次充上电使用。若单片机为第一次上电电使用，则先对超声波信号的幅值进行匹配，再打开任务计时器进行计时。若当前使用的单片机不是为第一次充电使用，则直接打开任务计时器进行计时。
[0143]
判断任务定时器是否到预设的任务定时时间，若任务定时器没有到达预设的任务定时时间，则任务定时器进入休眠状态。若任务定时器到达预设的任务定时时间，则再根据每个任务对应的定时周期判断具体的到期任务，并执行对应的到期任务，直到完成所有的定时任务为止。其中，预设时间为k分钟、m秒、n天和x秒。
[0144]
图7为本技术实施例提供的超声水流流量的计量装置400结构示意图，该装置可以是电子设备上的模块、程序段或代码。应理解，该装置与上述图1方法实施例对应，能够执行图1方法实施例涉及的各个步骤，该装置具体的功能可以参见上文中的描述，为避免重复，此处适当省略详细描述。该装置包括：信号获取模块401、第一幅值获取模块402、第二幅值获取模块403、匹配模块404、计算模块405、流速获取模块406、温度获取模块407和流量计算
模块408，其中：
[0145]
信号获取模块401，用于获取待测管道中的上行超声波信号和下行超声波信号；
[0146]
第一幅值获取模块402，用于根据所述上行超声波信号获取上行超声波信号的第一最大幅值；
[0147]
第二幅值获取模块403，用于根据所述下行超声波信号获取所述下行超声波信号的第二最大幅值；
[0148]
匹配模块404，用于对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值的偏差小于第一预设阈值，获得匹配后的上行超声波信号和下行超声波信号；
[0149]
计算模块405，用于根据所述匹配后的上行超声波信号和下行超声波信号计算飞行时间差；
[0150]
流速获取模块406，用于根据所述飞行时间差获取所述待测管道中的水流流速；
[0151]
温度获取模块407，用于获取所述待测管道中的水流温度；
[0152]
流量计算模块408，用于根据所述水流流速和所述水流温度计算所述待测管道中的水流流量。
[0153]
在上述实施例的基础上，信号获取模块401具体用于：
[0154]
获取所述待测管道中调节所述上行超声波信号的增益放大器对应的第一初始参数；
[0155]
获取所述待测管道的还原前的上行超声波信号，并根据所述第一初始参数对还原前的上行超声波信号对应的电信号进行放大，获得上行电信号；
[0156]
获取所述待测管道中调节所述上行超声波信号的增益放大器对应的第二初始参数；
[0157]
获取所述待测管道的还原前的下行超声波信号，并根据所述第二初始参数对还原前的下行超声波信号对应的电信号进行放大，获得下行电信号；
[0158]
对所述上行电信号进行ad采集，获得所述待测管道中的上行超声波信号；
[0159]
对所述下行电信号进行ad采集，获得所述待测管道中的下行超声波信号。
[0160]
在上述实施例的基础上，匹配模块404具体用于：
[0161]
判断所述第一最大幅值与所述第二最大幅值的比值是否在第二预设阈值内；
[0162]
若所述比值在第二预设阈值内，且所述第一最大幅值与所述第二最大幅值之间的差值大于所述第一预设阈值，则调整所述第一初始参数或第二初始参数，以使所述第一最大幅值与所述第二最大幅值相匹配。
[0163]
在上述实施例的基础上，匹配模块404具体用于：
[0164]
若所述第一最大幅值大于所述第二最大幅值，则减小所述第一初始参数或增大所述第二初始参数，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值之间的偏差小于所述第一预设阈值。
[0165]
在上述实施例的基础上，计算模块405具体用于：
[0166]
获取所述匹配后的上行超声波信号的飞行时间，获得第一飞行时间；
[0167]
获取所述匹配后的下行超声波信号的飞行时间，获得第二飞行时间；
[0168]
根据所述第一飞行时间和第二飞行时间获得所述飞行时间差。
[0169]
在上述实施例的基础上，温度获取模块407具体用于：
[0170]
获取水温探测器中第一电阻对充电电容充电到预设电压的时间，得到第一充电时间；其中，所述水温探测器设置在所述待测管道内，所述水温探测器包括所述第一电阻、所述充电电容和第二电阻，所述第一电阻为标准电阻；
[0171]
获取所述第二电阻对所述充电电容充电到所述预设电压的时间，得到第二充电时间；其中，第二电阻为热敏电阻或热电偶；
[0172]
根据所述第一充电时间、所述第二充电时间和所述第一电阻的电阻值获得所述第二电阻的电阻值；
[0173]
根据所述第二电阻的电阻值获得所述待测管道中的水流温度。
[0174]
在上述实施例的基础上，流量计算模块408具体用于：
[0175]
根据vs＝kv计算所述待测管道中心的水流线速度；其中，k为线面补偿系数，v为所述水流流速，vs为所述待测管道中心的水流线速度；
[0176]
根据qv＝akv计算所述待测管道中的瞬时水流流量；其中，a为所述待测管道的截面面积，qv为所述待测管道的所述瞬时水流流量；
[0177]
根据所述水流温度对满足瞬时水流流量范围的所述瞬时水流流量进行流量补偿，获得补偿后的水流流量；
[0178]
对所述补偿后的水流流量进行积分获得所述待测管道中的总水流流量。
[0179]
综上所述，本技术实施例通过动态调整上行超声波信号和下行超声波信号的放大倍数，实现对两个超声波信号幅值的匹配，降低对换能器匹配性要求，避免因换能器和反射片老化、结垢等原因导致的计量性能下降，减小上行超声波信号和下行超声波信号幅值的差异，得到的飞行时间差更准确，从而提高水表运行过程中的计量精度。
[0180]
图8为本技术实施例提供的电子设备实体结构示意图，如图8所示，所述电子设备，包括：处理器(processor)501、存储器(memory)502和总线503；其中：
[0181]
所述处理器501和存储器502通过所述总线503完成相互间的通信；
[0182]
所述处理器501用于调用所述存储器502中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取待测管道中的上行超声波信号和下行超声波信号；根据所述上行超声波信号获取所述上行超声波信号的第一最大幅值；根据所述下行超声波信号获取所述下行超声波信号的第二最大幅值；对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值之间的偏差小于第一预设阈值，获得匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号；根据所述匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号计算飞行时间差；根据所述飞行时间差获取所述水流流速；获取所述待测管道中的水流温度；根据所述水流流速和所述水流温度计算所述待测管道中的水流流量。
[0183]
处理器501可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述处理器501可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。其可以实现或者执行本技术实施例中公开的各种方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0184]
存储器502可以包括但不限于随机存取存储器(random access memory，ram)，只读存储器(read only memory，rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)，电可擦除只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，eeprom)等。
[0185]
本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取待测管道中的上行超声波信号和下行超声波信号；根据所述上行超声波信号获取所述上行超声波信号的第一最大幅值；根据所述下行超声波信号获取所述下行超声波信号的第二最大幅值；对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值之间的偏差小于第一预设阈值，获得匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号；根据所述匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号计算飞行时间差；根据所述飞行时间差获取所述水流流速；获取所述待测管道中的水流温度；根据所述水流流速和所述水流温度计算所述待测管道中的水流流量。
[0186]
本实施例提供一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取待测管道中的上行超声波信号和下行超声波信号；根据所述上行超声波信号获取所述上行超声波信号的第一最大幅值；根据所述下行超声波信号获取所述下行超声波信号的第二最大幅值；对所述第一最大幅值和所述第二最大幅值进行匹配，以使所述第一最大幅值和所述第二最大幅值之间的偏差小于第一预设阈值，获得匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号；根据所述匹配后的上行超声波信号和匹配后的下行超声波信号计算飞行时间差；根据所述飞行时间差获取所述水流流速；获取所述待测管道中的水流温度；根据所述水流流速和所述水流温度计算所述待测管道中的水流流量。
[0187]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0188]
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0189]
再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
[0190]
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0191]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。