超声波计量仪表的动态计量方法
【技术领域】
[0002] 本发明设及超声波流量检测技术领域，特别设及一种超声波计量仪表的动态计量 方法。
【背景技术】
[0003] 超声波计量仪表是一种采用全电子式原理进行流体流量检测的仪表，流量计量的 精度与信号采样时间间隔，即采样频率(或采样周期）有关，相邻两次信号采样的时间间隔 越短，仪表对流体流量变化的的反应越灵敏，相应的在流量突发变化或持续波动条件下计 量精度越；然而过高的采样频率会使得仪表的功耗提高，尤其是对于使用电池供电的流量 仪表，更需要在计量精度与功耗间寻求平衡。目前，电池供电超声波计量仪表多采用固定采 样频率的方式，通过实验确定一个满足计量精度要求的较小的固定采样频率，使仪表功耗 降至一个比较低的值，该种方法可W使得仪表在标准工况或实验条件下达到较高的计量精 度，然后在实际工况下，其累积运行误差会逐渐增大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种低功耗的超声波计量仪表的动态计量方法，保证系统 的测量精度。
[0005] 为实现W上目的，本发明采用的技术方案为；一种超声波计量仪表的动态计量方 法，包括如下步骤： (A) 第i次电路采样结束得到采样时差At;; (B) 根据采样时差AtiW及下列方程得到第i次对应的采样系数Ai:
(C) 根据第i-1次采样系数和第i次采样系数判断流量突变情况；若流量由低流 量区域向高流量区域跳变，则下次采样使用系统预设的最低采样频率进行采样并进入步骤 E;若流量由高流量区域向低流量区域跳变，则下次采样使用系统预设的最高采样频率进行 采样并进入步骤E;若流量未发生跳变，则直接进入步骤D; (D) 对第（i-m)至第i次采样时差化i_"^，…，化冰平均得到采样时差滤波平均值 ，按下列公式计算第i次采样的偏差百分比f:
若f大于设定阔值f。，则流量存在波动，提高下次采样时的频率；若f小于等于设定阔 值f。，则流量稳定，降低下次采样时的频率； (E)按下列公式计算得到第i次采样体积量巧：
其中k为速度分布系数、L为声道长度、C为超声波在测量介质中的传播速度、S为计量 管段特征截面积、Tj为第i次采样周期。
[0006] 与现有技术相比，本发明存在W下技术效果；通过引入采样系数Aj、偏差百分比f 该两个参数，使得在计量流量的同时，对系统流量的波动有个直观的测量，并根据该两个参 数的大小，对下一次采样频率进行调整，保证系统的测量精度；同时，采样频率时刻调整至 较为合理的一个数值，使得系统的能耗在一个合理的范围内，与持续高频采样相比，大大降 低了系统功耗。
【附图说明】
[0007] 图1是本发明的流程示意图； 图2-图12是本发明设定不同参数后针对不同流量进行实验的曲线图。
【具体实施方式】
[0008] 下面结合图1至图12,对本发明做进一步详细叙述。
[0009] 参阅图1，一种超声波计量仪表的动态计量方法，包括如下步骤： (A) 第i次电路采样结束得到采样时差Ati; (B) 根据采样时差AtiW及下列方程得到第i次对应的采样系数Aj:
步骤B中，若需要提高系统对流量突变的响应速度，可增大系数a的数值，提高采样系 数Ai的收敛速度；反之若需降低系统对流量突变的响应速度，可减小系数a的数值，降低数 组的收敛速度。一般系数a的数值选取在0. 8至0. 99之间较为合适。
[0010] (C)根据第i-1次采样系数和第i次采样系数Ai判断流量突变情况；若流量由 低流量区域向高流量区域跳变，则下次采样使用系统预设的最低采样频率进行采样并进入 步骤E;若流量由高流量区域向低流量区域跳变，则下次采样使用系统预设的最高采样频 率进行采样并进入步骤E;若流量未发生跳变，则直接进入步骤D; (D)对第（i-m)至第i次采样时差化…，化;求平均得到采样时差滤波平均值 At平巧，按下列公式计算第i次采样的偏差百分比f;
若f大于设定阔值f。，则流量存在波动，提高下次采样时的频率；若f小于等于设定阔 值f。，则流量稳定，降低下次采样时的频率； (E)按下列公式计算得到第i次采样体积量巧：
其中k为速度分布系数、L为声道长度、C为超声波在测量介质中的传播速度、S为计量 管段特征截面积、Ti为第i次采样周期。
[0011] 在上述步骤中，引入与采样时差化^相关联的采样系数11，再根据前一次和本次的 采样系数的大小来判断流量是否发生突变，再根据突变的具体情况对下一次的采样频率 进行调整，W适应流量突变的情况。当流量未发生突变，再根据采样时差滤波平均值At平均 来对采样频率进行微调，保证采样频率与当前的流量相吻合，且处在一个合适的采样频率 上。
[0012] 具体地，对于流量的突变有多种判定方式，该里提供一种较为优选的实施方式， 所述的步骤C中，按如下步骤判断流量突变情况；（C1)定义采样系数边界常数\和\， 其中<Afa;(C2)若A| <Ag<Ai_i，则判断流量由高流量区域向低流量区域跳变；若 空Ab<Aj，则判断流量由低流量区域向高流量区域跳变。通过设定采样系数边界常 数1.3和113，来判定流量的突变情况。其中，1^数值越大，系统由最低采样频率向最高采样频 率转换的速度越快，Ab数值越小，系统由最高采样频率向最低采样频率转换的速度越快。
[0013] 参阅图2、图3,该里给出了两种系统的实测数据，分别代表流量由低流量区域向 高流量区域跳变W及由高流量区域向低流量区域跳变两种典型情况下的采样周期调整 情况。其中，系统的最大采样周期为Is,最低采样周期为0.Is,取a= 0. 9，、= 800， 义b= 120化图中横坐标分度为0.Is。图2中流量是从0. 020mVh突然增大至1. 8mVh，从 图中可W看出，前13次采样对应的采样系数均小于1200,系统按最低采样周期0.Is进行告 诉采样检测，从第14次采样开始其对应的采样系数大于1200,系统自动切换为最高采样周 期Is进行低速采样。图3中流量是从1. 8mVh突然间小至0. 020mVh，由图中可W看出，前 8次采样对应的采样系数均大于800,系统按最高采样周期Is进行低速采样检测，从第9次 采样开始其对应的采样系数小于800,系统自动切换为最低采样周期0.Is进行告诉采样。 通过该个实验我们可W看到，本系统能够根据流量突变情况，自动调节采样频率，降低系统 功耗且不会损失精度。
[0014]优选地，包括采样队列数组A[]，10《采样队列数组A□的长度《20，A[j]为采样 队列数组A□中第j个数据元素；所述的步骤C中，若流量由低流量区域向高流量区域跳变 或者流量由高流量区域向低流量区域跳变，将采样队列数组A□中所有元素重置为0 ;所述 的步骤D中，m等于采样队列数组A□的长度且按如下公式求得At平均；
m也即采样队列数组A□的长度一般设置在12至20之间。且在求的At平均At平均 后按如下方式更新采样队列数组A[] ;A[N] =A[N- 1]，A的一1] =A[N-巧，…， Ap] =A[l|，A[l] =At;。通过设置采样队列数组A□，方便求取采样时差滤波平均值 At平均值，方便进行下一步的计算。
[0015]优选地，包括采样周期调整系数P，所述的P取1，2,3,…，中任一整数；步骤C中，若流量由低流量区域向高流量区域跳变，则令P=Pmx并进入步骤E;若流量由高流量区 域向低流量区域跳变，则令P= 1并进入步骤E;所述的步骤E之后还包括步骤F; (F)确定 第i+1次采样周期Ti+i=PXT。，式中T。即系统预设的最高采样频率所对应的采样周期。 该里通过引入采样周期调整系数P，W方便步骤C、步骤D中，对采样周期或采样频率进行量 化调整。
[0016] 作为本发明的优选方案，所述的步骤D中，设定阔值f。的取