一种超声波流量计量方法及装置与流程

本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种超声波流量计量方法及装置。

背景技术：

目前，利用超声波原理的水表和热能表用于各种场所。

超声波测量是通过换能器发送和接收超声波信号，应用时差法来测量管道中流体的流量，这要求超声波不被阻挡，能够被正常接收到。而一旦管道流体中有异物或由于换能器本身的原因，造成超声波信号不稳，有较大杂波时，通常的测量流量的方法就会产生误差。

因此，如何提出一种方法，能够在存在信号干扰的情况下减小测量误差成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种超声波流量计量方法及装置。

一方面，本发明提出一种超声波流量计量方法，包括：

根据第一阈值获取第一时间和第二时间，其中，所述第一阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第一时间为第一信号从第一换能器发出并被第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间，所述第二时间为第二信号从所述第二换能器发出并被所述第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间；

若在第一预定采样次数内，所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值大于预设值的次数大于预设次数，则将所述第一阈值切换为第二阈值，其中，所述第二阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第二阈值大于所述第一阈值且振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为不同的采样波；

根据所述第二阈值获取第三时间和第四时间，并根据所述第三时间和所述第四时间计算流量，其中，所述第三时间为所述第一信号从所述第一换能器发出并被所述第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间，所述第四时间为所述第二信号从所述第二换能器发出并被所述第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间。

另一方面，本发明提供一种超声波流量计量装置，包括：

获取单元，用于根据第一阈值获取第一时间和第二时间，其中，所述第一阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第一时间为第一信号从第一换能器发出并被第二换能器接收且所述第一信号振幅增强到所述第一阈值所用的时间，所述第二时间为第二信号从第二换能器发出并被第一换能器接收且所述第二信号振幅增强到所述第一阈值所用的时间；

切换单元，用于若在第一预定采样次数内，所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值大于预设值的次数大于预设次数，则将所述第一阈值切换为第二阈值，其中，所述第二阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第二阈值大于所述第一阈值且振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为不同的采样波；

计算单元，用于根据所述第二阈值获取第三时间和第四时间，并根据所述第三时间和所述第四时间计算流量，其中，所述第三时间为所述第一信号从所述第一换能器发出并被所述第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间，所述第四时间为所述第二信号从所述第二换能器发出并被所述第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间。

本发明提供的超声波流量计量方法及装置，由于能够通过判断超声波测量时差信号的异常情况而切换阈值，从而获得正常的时差信号，减小了超声波流量测量的误差。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明一实施例超声波流量计量方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例超声波流量计量方法的流程示意图；

图3为本发明实施例超声波流量计量装置的结构示意图；

图4为本发明实施例超声波流量计量装置实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例超声波流量计量方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供的超声波流量计量方法，包括：

S101、根据第一阈值获取第一时间和第二时间，其中，所述第一阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第一时间为第一信号从第一换能器发出并被第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间，所述第二时间为第二信号从所述第二换能器发出并被所述第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间；

具体地，超声波流量计量装置通过第一换能器向第二换能器发送第一信号，所述第二换能器接收到所述第一信号且所述第一信号的振幅是逐渐增大的，当所述第一信号的振幅增大到第一阈值时，第二换能器采集所述第一信号从第一换能器发出并被第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间，即第一时间。超声波流量计量装置通过第二换能器向第一换能器发送第二信号，所述第一换能器接收到所述第二信号且所述第二信号的振幅是逐渐增大的，当所述第二信号的振幅增大到第一阈值时，第一换能器采集所述第二信号从第二换能器发出并被第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间，即第二时间。其中，所述第一阈值为预先设定的超声波振幅值。所述第一阈值，根据实际情况进行设置，此处不做具体限定。

S102、若在第一预定采样次数内，所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值大于预设值的次数大于预设次数，则将所述第一阈值切换为第二阈值，其中，所述第二阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第二阈值大于所述第一阈值且振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为不同的采样波；

具体地，超声波流量计量装置进行了第一预定采样次数采样，获得了所述第一预定采样次数的所述第一时间和所述第二时间，对比所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值与预设值，如果所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值大于所述预设值的次数大于预设次数，那么将所述第一阈值切换为第二阈值。其中，所述第二阈值为预先设定的超声波振幅值，并且所述第二阈值大于所述第一阈值。振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为不同的采样波，例如所述第一阈值的采样波为所述第一信号或所述第二信号的第二个波，所述第二阈值的采样波为所述第一信号或所述第二信号的第四个波。所述第二阈值、第一预定采样次数、所述预设值和所述预设次数根据实际情况进行设定，此处不做限定。

S103、根据所述第二阈值获取第三时间和第四时间，并根据所述第三时间和所述第四时间计算流量，其中，所述第三时间为所述第一信号从所述第一换能器发出并被所述第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间，所述第四时间为所述第二信号从所述第二换能器发出并被所述第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间。

具体地，超声波流量计量装置通过第一换能器向第二换能器发送第一信号，所述第二换能器接收到所述第一信号且所述第一信号的振幅是逐渐增大的，当所述第一信号的振幅增大到第二阈值时，第二换能器采集所述第一信号从第一换能器发出并被第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间，即第三时间。超声波流量计量装置通过第二换能器向第一换能器发送第二信号，所述第一换能器接收到所述第二信号且所述第二信号的振幅是逐渐增大的，当所述第二信号的振幅增大到第二阈值时，第一换能器采集所述第二信号从第二换能器发出并被第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间，即第四时间。超声波流量计量装置根据所述第三时间和所述第四时间获得被测对象流速对应的时差，从而计算出被测对象的流量。

例如，利用超声波流量计量装置进行自来水流量的测量，当管道自来水中有异物、换能器或信号采集芯片本身原因，会出现超声波测量信号波形中某个波不稳定情况，会导致采样波出现异常波形。假设正常情况下，在所述第一信号的第2个波上，波的振幅增大到所述第一阈值，进行所述第一时间的采集，但由于波形的异常，第2个波的振幅变小达不到所述第一阈值，到第3个波时，振幅才增大到所述第一阈值，本来应该在第2个波的时候采集所述第一时间，变成在第3个波的时候采集所述第一时间，所述第一时间变长，如果所述第二时间的采集正常，那么所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值就会变大，大于正常情况下所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值，正常情况下上述差值的绝对值在1微秒内。而超声波采样频率一般为每秒采样2次或8次，当波形异常持续时间较长，或次数较多时，就会造成很大的流量测量的误差。为了避免上述误差，在第2个波形异常的时候，可以通过变换阈值的方式，将所述第一阈值增大到所述第二阈值，使所述第三时间和第四时间的采集都更换到在第3个波采集，即可减小因第2个波的异常而造成的测量误差。

通过实验发现，在超声波流量计量装置连续32次测量中，对比所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值，如果上述差值的绝对值大于1微秒的次数大于16次，则把所述第一阈值切换为所述第二阈值，根据第二阈值采集所述第三时间和所述第四时间，再计算流量，可以取得较好的减小流量测量误差的效果。

本发明提供的超声波流量计量方法，由于能够通过判断超声波测量时差信号的异常情况而切换阈值，从而获得正常的时差信号，减小了超声波流量测量的误差。

图2为本发明另一实施例超声波流量计量方法的流程示意图，在上述实施例的基础上，进一步地，本发明提供的超声波流量计量方法还包括：

S104、在连续采样第二预定采样次数后，将所述第二阈值切换为所述第一阈值。

具体地，在超声波流量测量中，通常出现的异常情况不会持续很长时间，超声波流量计量装置在连续采样第二预定采样次数后，例如32次，将所述第二阈值切换为所述第一阈值，以便应对再次出现的异常情况。所述第二预定采样次数，可以根据实际情况进行设定，此处不做具体限定。

本发明提供的超声波流量计量方法，由于能够通过判断超声波测量时差信号的异常情况而切换阈值，从而获得正常的时差信号，减小了超声波流量测量的误差。而经过一定得采样次数后，把第二阈值切换回第一阈值，有利于再次出现异常情况时，进行减小测量误差的应对。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述第一预定采样次数与所述第二预定采样次数相等。

具体地，超声波流量计量装置设置所述第一预定采样次数与所述第二预定采样次数相等，例如都是32次。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为不同的采样波包括：所述振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为相邻的波。

具体地，所述振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为相邻的波，例如所述第一阈值的采样波为所述第一信号或所述第二信号的第二个波，所述第二阈值的采样波为所述第一信号或所述第二信号的第三个波。

本发明提供的超声波流量计量方法，由于能够通过判断超声波测量时差信号的异常情况而切换阈值，从而获得正常的时差信号，减小了超声波流量测量的误差。而把第二阈值的采样波和第一阈值的采样波相邻设置，有利于超声波流量计量方法的具体实现。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述预设次数等于所述第一预定采样次数的一半。

具体地，超声波流量计量装置设置所述预设次数等于所述第一预定采样次数的一半，例如所述第一预定采样次数设置为32次，所述预设次数设置为16次。通过实验发现在所述预设次数等于所述第一预定采样次数的一半时，可以取得较好的减小测量误差的效果。

本发明提供的超声波流量计量方法，由于能够通过判断超声波测量时差信号的异常情况而切换阈值，从而获得正常的时差信号，减小了超声波流量测量的误差。而把预设次数设置为第一预定采样次数的一半，有利于超声波流量计量方法的具体实现。

图3为本发明实施例超声波流量计量装置的结构示意图，如图3所示，本发明提供的超声波流量计量装置包括获取单元301、切换单元302和计算单元303，其中：

获取单元301用于根据第一阈值获取第一时间和第二时间，其中，所述第一阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第一时间为第一信号从第一换能器发出并被第二换能器接收且所述第一信号振幅增强到所述第一阈值所用的时间，所述第二时间为第二信号从第二换能器发出并被第一换能器接收且所述第二信号振幅增强到所述第一阈值所用的时间；切换单元302用于若在第一预定采样次数内，所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值大于预设值的次数大于预设次数，则将所述第一阈值切换为第二阈值，其中，所述第二阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第二阈值大于所述第一阈值且振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为不同的采样波；计算单元303用于根据所述第二阈值获取第三时间和第四时间，并根据所述第三时间和所述第四时间计算流量，其中，所述第三时间为所述第一信号从所述第一换能器发出并被所述第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间，所述第四时间为所述第二信号从所述第二换能器发出并被所述第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间。

具体地，获取单元301通过第一换能器向第二换能器发送第一信号，所述第二换能器接收到所述第一信号且所述第一信号的振幅是逐渐增大的，当所述第一信号的振幅增大到第一阈值时，第二换能器采集所述第一信号从第一换能器发出并被第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间，即第一时间。获取单元301通过第二换能器向第一换能器发送第二信号，所述第一换能器接收到所述第二信号且所述第二信号的振幅是逐渐增大的，当所述第二信号的振幅增大到第一阈值时，第一换能器采集所述第二信号从第二换能器发出并被第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间，即第二时间。其中，所述第一阈值为预先设定的超声波振幅值。所述第一阈值，根据实际情况进行设置，此处不做具体限定。

具体地，获取单元301进行了第一预定采样次数采样，获得了所述第一预定采样次数的所述第一时间和所述第二时间，切换单元302对比所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值与预设值，如果所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值大于所述预设值的次数大于预设次数，那么将所述第一阈值切换为第二阈值。其中，所述第二阈值为预先设定的超声波振幅值，并且所述第二阈值大于所述第一阈值。振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为不同的采样波。所述第二阈值、第一预定采样次数、所述预设值和所述预设次数根据实际情况进行设定，此处不做限定。

具体地，计算单元303通过第一换能器向第二换能器发送第一信号，所述第二换能器接收到所述第一信号且所述第一信号的振幅是逐渐增大的，当所述第一信号的振幅增大到第二阈值时，第二换能器采集所述第一信号从第一换能器发出并被第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间，即第三时间。计算单元303通过第二换能器向第一换能器发送第二信号，所述第一换能器接收到所述第二信号且所述第二信号的振幅是逐渐增大的，当所述第二信号的振幅增大到第二阈值时，第一换能器采集所述第二信号从第二换能器发出并被第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间，即第四时间。计算单元303根据所述第三时间和所述第四时间获得被测对象流速对应的时差，从而计算出被测对象的流量。

本发明提供的超声波流量计量装置，由于能够通过判断超声波测量时差信号的异常情况而切换阈值，从而获得正常的时差信号，减小了超声波流量测量的误差。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述切换单元302还用于：在连续采样第二预定采样次数后，将所述第二阈值切换为所述第一阈值。

具体地，在超声波流量测量中，通常出现的异常情况不会持续很长时间，切换单元302在连续采样第二预定采样次数后，例如32次，将所述第二阈值切换为所述第一阈值，以便应对再次出现的异常情况。所述第二预定采样次数，可以根据实际情况进行设定，此处不做具体限定。

本发明提供的超声波流量计量装置，由于能够通过判断超声波测量时差信号的异常情况而切换阈值，从而获得正常的时差信号，减小了超声波流量测量的误差。而经过一定得采样次数后，把第二阈值切换回第一阈值，有利于再次出现异常情况时，进行减小测量误差的应对。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述第一预定采样次数与所述第二预定采样次数相等。

具体地，切换单元302设置所述第一预定采样次数与所述第二预定采样次数相等，例如都是32次。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为不同的采样波包括：所述振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为相邻的波。

具体地，所述振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为相邻的波，例如所述第一阈值的采样波为所述第一信号或所述第二信号的第二个波，所述第二阈值的采样波为所述第一信号或所述第二信号的第三个波。

本发明提供的超声波流量计量装置，由于能够通过判断超声波测量时差信号的异常情况而切换阈值，从而获得正常的时差信号，减小了超声波流量测量的误差。而把第二阈值的采样波和第一阈值的采样波相邻设置，有利于超声波流量计量方法的具体实现。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述预设次数等于所述第一预定采样次数的一半。

具体地，超声波流量计量装置设置所述预设次数等于所述第一预定采样次数的一半，例如所述第一预定采样次数设置为32次，所述预设次数设置为16次。通过实验发现在所述预设次数等于所述第一预定采样次数的一半时，可以取得较好的减小测量误差的效果。

本发明提供的超声波流量计量装置，由于能够通过判断超声波测量时差信号的异常情况而切换阈值，从而获得正常的时差信号，减小了超声波流量测量的误差。而把预设次数设置为第一预定采样次数的一半，有利于超声波流量计量方法的具体实现。

本发明提供的超声波流量计量装置的实施例具体可以用于执行上述各方法实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。

图4为本发明实施例超声波流量计量装置实体结构示意图，如图4所示，该服务器可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。通信接口420可以用于装置与换能器之间的信息传输。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行如下方法：根据第一阈值获取第一时间和第二时间，其中，所述第一阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第一时间为第一信号从第一换能器发出并被第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间，所述第二时间为第二信号从所述第二换能器发出并被所述第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第一阈值所用的时间；若在第一预定采样次数内，所述第一时间和所述第二时间的差值的绝对值大于预设值的次数大于预设次数，则将所述第一阈值切换为第二阈值，其中，所述第二阈值为预先设定的超声波振幅值，所述第二阈值大于所述第一阈值且振幅增大到所述第一阈值的采样波和振幅增大到所述第二阈值的采样波为不同的采样波；根据所述第二阈值获取第三时间和第四时间，并根据所述第三时间和所述第四时间计算流量，其中，所述第三时间为所述第一信号从所述第一换能器发出并被所述第二换能器接收且所述第一信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间，所述第四时间为所述第二信号从所述第二换能器发出并被所述第一换能器接收且所述第二信号振幅增大到所述第二阈值所用的时间。

此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，装置，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。