一种流速测量方法、装置、设备及可读存储介质与流程

本技术涉及流速测量领域，特别涉及一种流速测量方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、以水为具体液体传播介质的超声水表多采用时差法测量流速，即通过测量超声波顺流和逆流传播的飞行时间差测量流体流速，由于对时间进行准确测量存在困难，可以通过测量上下行超声波信号的相位差间接测量飞行时间差，提高计量精度。

2、但在测量过程中，换能器起振、自由振荡等会引入其他频率成分，产生频率漂移，即如果直接使用整个接收序列测量相位差，会导致最终测量精度降低或错波。

3、如何克服上述技术问题以消除其带来的技术缺陷，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种流速测量方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。

2、为实现上述目的，本技术在第一方面提供了一种流速测量方法，该方法包括：采集在待测流体中顺流传播的下行信号和逆流传播的上行信号；对上行信号和下行信号均利用希尔伯特算法进行处理，提取得到波形包络；将波形包络与预设的标准正交基波进行积分运算，得到包络基波的向量坐标，且根据向量坐标计算得到基波的初相；根据包络基波的初相，将与上行信号和下行信号分别对应的包络基波最大值对应的采样点分别确定为第一定位点和第二定位点；其中，定位点用于确定发出相应信号的发射换能器和接收相应信号的接收换能器均处于稳定的受迫振荡时、由信号接收端所接收到的一段波形；基于第一定位点与第二定位点分别确定上行信号平台段和下行信号平台段，并根据上行信号平台段与下行信号平台段之间的相位差计算得到上行信号与下行信号之间的相位差，且根据相位差确定出的信号飞行时间差确定待测流体的流速。

3、在本技术第一方面的一些其它实施例中，基于第一定位点与第二定位点分别确定上行信号平台段和下行信号平台段，并根据上行信号平台段与下行信号平台段之间的相位差计算得到上行信号与下行信号之间的相位差，包括：

4、将与第一定位点对应的包络基波相位确定为第一相位；

5、将与第二定位点对应的包络基波相位确定为第二相位；

6、根据第一定位点确定与上行信号对应的第一波形段、以及根据第二定位点确定与下行信号对应的第二波形段；

7、将第一波形段和第二波形段的采样点均按周期进行累加，分别对应得到第一累加序列和第二累加序列；

8、对第一累加序列和第二累加序列分别进行三角插值拟合，计算得到第一波形段的第一波形段相位和第二波形段的第二波形段相位；

9、根据第一波形段相位确定距离第一波形段的首个采样点最近的第一过零采样点，并根据第一过零采样点相对于距离第一波形段的首个采样点的偏移量修正第一定位点，得到第三定位点；

10、根据第二波形段相位确定距离第二波形段的首个采样点最近的第二过零采样点，并根据第二过零采样点相对于距离第二波形段的首个采样点的偏移量修正第二定位点，得到第四定位点；

11、根据第三定位点和第四定位点分别确定得到上行信号平台段和下行信号平台段；

12、将第一相位与第二相位之间的差值确定为粗相位差，并根据上行信号平台段和下行信号平台段计算得到细相位差；

13、根据粗相位差与细相位差计算得到上行信号与下行信号之间的最终相位差。

14、在本技术第一方面的一些其它实施例中，根据定位点确定与相应信号对应的波形段，包括：

15、将相应的定位点作为中心坐标；

16、将以中心坐标所在的对应位置前取第一预设数量个周波、后取第二预设数量个周波得到的波形段，确定为与相应的定位点所属信号对应的波形段。

17、在本技术第一方面的一些其它实施例中，根据上行信号平台段和下行信号平台段计算得到细相位差，包括：

18、将上行信号平台段和下行信号平台段均按周期累加，分别得到第三累加序列和第四累加序列；

19、对第三累加序列和第四累加序列进行循环相关处理，得到循环相关函数；

20、对循环相关函数通过最小二乘估计进行三角插值拟合，得到与循环相关函数最大值对应的位置，并将与位置对应的相位确定为上行信号平台段与下行信号平台段之间的细相位差；

21、对应的，根据粗相位差与细相位差计算得到上行信号与下行信号之间的最终相位差，包括：

22、将粗相位差与细相位差的和，确定为上行信号与下行信号之间的最终相位差。

23、在本技术第一方面的一些其它实施例中，上行信号和下行信号均为超声波信号，超声波信号为发射换能器在接收到电激励信号后因受迫振动所发出的信号。

24、在本技术第一方面的一些其它实施例中，待测流体包括：以液体为流动介质的第一类待测流体和以气体为流动介质的第二类待测流体。

25、为实现上述目的，本技术在第二方面提供了一种流速测量装置，该装置包括：信号采集单元，被配置成采集在待测流体中顺流传播的下行信号和逆流传播的上行信号；波形包络提取，被配置成对上行信号和下行信号均利用希尔伯特算法进行处理，提取得到波形包络；基波坐标及基波相位确定单元，被配置成将波形包络与预设的标准正交基波进行积分运算，得到包络基波的向量坐标，且根据向量坐标计算得到包络基波的初相；计算单元，被配置成根据包络基波的初相，将与上行信号和下行信号分别对应的基波最大值对应的采样点分别确定为第一定位点和第二定位点；其中，定位点用于确定发出相应信号的发射换能器和接收相应信号的接收换能器均处于稳定的受迫振荡时、由信号接收端所接收到的一段波形；相位差及流速确定单元，被配置成基于第一定位点与第二定位点分别确定上行信号平台段和下行信号平台段，并根据上行信号平台段与下行信号平台段之间的相位差计算得到上行信号与下行信号之间的相位差，且根据相位差确定出的信号飞行时间差确定待测流体的流速。

26、在本技术第二方面的一些其它实施例中，相位差及流速确定单元包括被配置成基于第一定位点与第二定位点分别确定上行信号平台段和下行信号平台段，并根据上行信号平台段与下行信号平台段之间的相位差计算得到上行信号与下行信号之间的相位差的相位差确定子单元，相位差确定子单元包括：：

27、第一相位确定模块，被配置成将与第一定位点对应的包络基波相位确定为第一相位；

28、第二相位确定模块，被配置成将与第二定位点对应的包络基波相位确定为第二相位；

29、粗定位波形段确定子模块，被配置成根据第一定位点确定与上行信号对应的第一波形段、以及根据第二定位点确定与下行信号对应的第二波形段；

30、周期累加子模块，被配置成将第一波形段和第二波形段的采样点均按周期进行累加，分别对应得到第一累加序列和第二累加序列；

31、波形段相位确定子模块，被配置成对第一累加序列和第二累加序列分别进行三角插值拟合，计算得到第一波形段的第一波形段相位和第二波形段的第二波形段相位；

32、第三定位点确定子模块，被配置成根据第一波形段相位确定距离第一波形段的首个采样点最近的第一过零采样点，并根据第一过零采样点相对于距离第一波形段的首个采样点的偏移量修正第一定位点，得到第三定位点；

33、第四定位点确定子模块，被配置成根据第二波形段相位确定距离第二波形段的首个采样点最近的第二过零采样点，并根据第二过零采样点相对于距离第二波形段的首个采样点的偏移量修正第二定位点，得到第四定位点；

34、细定位波形段确定子模块，被配置成根据第三定位点和第四定位点分别确定得到上行信号平台段和下行信号平台段；

35、粗细相位差确定子模块，被配置成将第一相位与第二相位之间的差值确定为粗相位差，并根据上行信号平台段和下行信号平台段计算得到细相位差；

36、最终相位差计算子模块，被配置成根据粗相位差与细相位差计算得到上行信号与下行信号之间的最终相位差。

37、在本技术第二方面的一些其它实施例中，相位差确定模块还包括：被配置成根据定位点确定与相应信号对应的波形段的波形段确定子模块，波形段确定子模块被进一步配置成：

38、将相应的定位点作为中心坐标；

39、将以中心坐标所在的对应位置前取第一预设数量个周波、后取第二预设数量个周波得到的波形段，确定为与相应的定位点所属信号对应的波形段。

40、在本技术第二方面的一些其它实施例中，粗细相位差确定子模块包括根据上行信号平台段和下行信号平台段计算得到细相位差的细相位差确定组件，细相位差确定组件被进一步配置成：

41、将上行信号平台段和下行信号平台段均按周期累加，分别得到第三累加序列和第四累加序列；

42、对第三累加序列和第四累加序列进行循环相关处理，得到循环相关函数；

43、对循环相关函数通过最小二乘估计进行三角插值拟合，得到与循环相关函数最大值对应的位置，并将与位置对应的相位确定为上行信号平台段与下行信号平台段之间的细相位差；

44、对应的，最终相位差计算子模块被进一步配置成：

45、将粗相位差与细相位差的和，确定为上行信号与下行信号之间的最终相位差。

46、在本技术第二方面的一些其它实施例中，上行信号和下行信号均为超声波信号，超声波信号为发射换能器在接收到电激励信号后因受迫振动所发出的信号。

47、在本技术第二方面的一些其它实施例中，待测流体包括：以液体为流动介质的第一类待测流体和以气体为流动介质的第二类待测流体。

48、为实现上述目的，本技术在第三方面提供了一种电子设备，该电子设备包括：

49、存储器，用于存储计算机程序；

50、处理器，用于在执行存储于存储器上的计算机程序时可实现如上述第一方面中任一实施方式所描述的流速测量方法的各步骤。

51、为实现上述目的，本技术在第四方面提供了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第一方面中任一实施方式所描述的流速测量的各步骤。

52、本技术所提供的流速测量方案，在接收到上下行信号的完整波形后，首先通过希尔伯特算法将其转换表现为复数形式，以提取出波形包络，接着利用与标准正交基波进行积分运算得到包络基波的初相，进而得以根据该基波的初相分别计算得到用于定位处于稳定受迫振荡状态时的波形段的第一定位点(对应上行信号)和第二定位点(对应下行信号)，即通过基于第一定位点和第二定位点分别确定的上下行信号平台段之间的相位差进行上下行信号之间相位差的计算和后续流速的测量，得以避免测量过程中换能器非受迫振荡阶段叠加的其他频率成分引入的漂移问题对计算和测量结果的影响，提升了计算和测量结果的准确度。

53、本技术同时还提供了一种流速测量装置、电子设备及计算机可读存储介质，具有上述有益效果，在此不再赘述。