一种基于超声水表的流体测速方法、设备、装置及介质与流程

本申请涉及超声计量领域，特别是涉及一种基于超声水表的流体测速方法、设备、装置及介质。

背景技术：

1、在目前的工业检测过程中，公认以流量、压力、温度作为工业检测的三大标准参数，并依靠这些参数对生产流程进行控制和监督，以实现生产流程的自动化。而流量作为天然气、石油、水资源，燃气等重要资源的结算方式，其计量的准确是提高生产效率和实现经济效益的重要保障。

2、流量的测量可以依靠对流速的测量实现，而目前常见的流速测量方案主要是依靠超声波进行检测，其实现原理有传播速度差法(时间差法、相位差法、频率差法)、多普勒法、互相关法以及波束偏移法等。其中，传播速度相位差法是利用向顺流逆流两方向采用不同时发射同一频率超声波的方式，将顺流逆流两方向接收的超声波信号与相同频率参考波进行相位差计算后，再次进行相位差计算即可求得顺流逆流两方向超声波信号的相位差，进而求得流速。

3、但是，这种相位差测流速方案没有关注到流体杂质对计量精度的影响，例如水利测量领域中水中的气泡均会对测速过程产生影响，而完全排除待测流体中的气泡在工程上是无法实现的，导致测得的流速测量结果中存在无法避免的干扰误差。

4、所以，现在本领域的技术人员亟需要一种基于超声水表的流体测速方法，解决目前的测量流体流速方案中存在无法避免的误差干扰的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于超声水表的流体测速方法、设备、装置及介质，以解决目前的测量流体流速方案无法避免由流体中气泡所带来的误差干扰的问题。

2、为解决上述技术问题，本申请提供一种基于超声水表的流体测速方法，包括：

3、控制换能器组同时发射脉冲超声序列；其中，换能器组为设置在测流箱中或分别设置在管道内壁两侧的一组换能器；

4、控制换能器组中的换能器同时接收由同组中另一换能器发射的脉冲超声序列，以获取一组脉冲超声信息；

5、根据脉冲超声信息确定同组脉冲超声序列之间的相位差，并根据相位差确定流体的流速。

6、优选的，换能器组为多个；

7、相应的，方法还包括：

8、以预设顺序控制各换能器组依次进行脉冲超声序列的同时发射和同时接收，以获取多组脉冲超声信息；

9、相应的，根据相位差确定管道内流体的流速包括：

10、根据多组脉冲超声信息分别对应的多个相位差，确定管道内流体的流速。

11、优选的，在发射脉冲超声序列之后，还包括：

12、控制换能器组发送反相位脉冲超声序列；其中，反相位脉冲超声序列与脉冲超声序列的相位差为180度。

13、优选的，控制换能器组中的换能器同时接收由同组中另一换能器发射的脉冲超声序列，以获取一组脉冲超声信息包括：

14、在发射脉冲超声序列后，等待预设时长，控制换能器组中的换能器同时接收由同组中另一换能器发射的脉冲超声序列，以获取一组脉冲超声信息。

15、优选的，还包括：

16、检测测量模式状态位；其中，测量模式状态位包括高精度测量模式和低精度测量模式；

17、当测量模式状态位为高精度测量模式时，以预设顺序控制各换能器组依次进行脉冲超声序列的同时发射和同时接收，以获取多组脉冲超声信息；

18、当测量模式状态位为低精度测量模式时，控制任意一组换能器组进行脉冲超声序列的同时发射以及同时接收，以获取一组脉冲超声信息。

19、为解决上述技术问题，本申请还提供一种基于超声水表的流体测速设备，包括：换能器组、控制单元和处理单元；

20、其中，换能器组为设置在测流箱中或分别设置在管道内壁两侧的一组换能器；换能器组中的各换能器分别与控制单元连接，用于在控制单元的控制下，进行脉冲超声序列的发射与接收；

21、控制单元用于控制换能器组同时发射或接收脉冲超声序列，并将获取到的一组脉冲超声信息发送至处理单元；

22、处理单元与控制单元连接，用于根据接收到的一组脉冲超声信息确定同组脉冲超声序列之间的相位差，并根据相位差确定流体的流速。

23、优选的，同一换能器组的换能器共用同一时钟源。

24、优选的，各换能器组通过独立的数据通道与控制单元连接。

25、为解决上述技术问题，本申请还提供一种基于超声水表的流体测速装置，包括：

26、脉冲发射模块，用于控制换能器组同时发射脉冲超声序列；其中，换能器组为设置在测流箱中或分别设置在管道内壁两侧的一组换能器；

27、脉冲接收模块，用于控制换能器组中的换能器同时接收由同组中另一换能器发射的脉冲超声序列，以获取一组脉冲超声信息；

28、流速确定模块，用于根据脉冲超声信息确定同组脉冲超声序列之间的相位差，并根据相位差确定流体的流速。

29、为解决上述技术问题，本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的基于超声水表的流体测速方法的步骤。

30、本申请提供的一种基于超声水表的流体测速方法，通过成组设置在管道内壁两侧或测流箱中的换能器，进行脉冲超声序列的同时发送和接收，每个换能器既是脉冲超声序列的发射方(发射给同组的另一换能器)，也是同组另一换能器发送的脉冲超声序列的接收方。由于管道内液体在同一时刻、同一路径上的气泡的分布是相同的，所以对于超声波传播过程中的影响也是一致的。因此，通过成组的换能器之间相互的脉冲超声序列的收发，可以实现对流体同一时刻、同一路径的双向(正向、逆向)测速，获取相应的一组脉冲超声信息。进而，根据双向的脉冲超声信息的相位作差，即可去除流体中如气泡等杂质对超声波传播的影响，得到不受杂质干扰的测速结果，相比于目前常用的几种相位差测速方案在避免杂质干扰方面具有更高的准确性。另外，这种脉冲超声序列同时发送、同时接收的策略，可以将进行相同次数脉冲超声序列收发的时长缩短至原来的一半，大大的提高了测速效率。并且，在目前常见的相位差确定方案中，由于脉冲超声序列在进行顺流体流向的传播以及逆流体流向的传播的过程中，收发器件并无严格的限制，导致二者通常不可直接做差以求得相位差，而是借助基准信号这一媒介，基准信号通常在流体不流动时测得，依次求得与基准信号的相位差，最终求得二者之间的相位差，也即，在传统的相位差确定方案中，至少需要进行三次相位差计算，而本方法则只需要一次相位差计算，大大地降低了计算的复杂度、提高了测速效率。

31、本申请提供的基于超声水表的流体测速装置、及计算机可读存储介质，与上述方法对应，效果同上。

技术特征：

1.一种基于超声水表的流体测速方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于超声水表的流体测速方法，其特征在于，所述换能器组为多个；

3.根据权利要求1所述的基于超声水表的流体测速方法，其特征在于，在发射所述脉冲超声序列之后，还包括：

4.根据权利要求1所述的基于超声水表的流体测速方法，其特征在于，所述控制所述换能器组中的所述换能器同时接收由同组中另一所述换能器发射的所述脉冲超声序列，以获取一组脉冲超声信息包括：

5.根据权利要求2所述的基于超声水表的流体测速方法，其特征在于，还包括：

6.一种基于超声水表的流体测速设备，其特征在于，包括：换能器组、控制单元和处理单元；

7.根据权利要求6所述的基于超声水表的流体测速装置，其特征在于，同一所述换能器组的所述换能器共用同一时钟源。

8.根据权利要求6所述的基于超声水表的流体测速装置，其特征在于，各所述换能器组通过独立的数据通道与所述控制单元连接。

9.一种基于超声水表的流体测速装置，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任意一项所述的基于超声水表的流体测速方法的步骤。

技术总结
本申请公开一种基于超声水表的流体测速方法、设备、装置及介质，涉及超声计量领域，用于测量流体流速，针对目前的测量流体流速方案中存在无法避免的误差干扰的问题，提供一种测速方法，通过成组设置在管道内壁两侧或测流箱中的换能器，进行脉冲超声序列的同时发送和接收。由于管道内液体在同一时刻、同一路径上的气泡的分布是相同的，所以对于超声波传播过程中的影响也是一致的。因此，根据双向的脉冲超声信息的相位作差，即可去除流体中杂质对超声波传播的影响，得到不受杂质干扰的测速结果，相比于目前常用的几种相位差测速方案在避免杂质干扰方面具有更高的准确性。

技术研发人员：王建华,郭桂雨,刘国梁,王明兴,刘振,史海彬,王邵琪
受保护的技术使用者：青岛鼎信通讯股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16