一种基于超声波的水流量测量方法及装置与流程

本发明属于流量测量，具体涉及一种基于超声波的水流量测量方法及装置。

背景技术：

1、随着城市化进程加速、工业化水平提升以及环保意识增强的背景下，超声波水表以其高精度、非接触式的优点在水资源管理中得到广泛的应用；超声波流量计的工作原理基于超声波在流体中的传播特性，当超声波发射器发出声波信号时，这些声波在流体中传播的速度会受到流体流速的影响，通过比较顺流和逆流传播的时间差，可以计算出流体的流量，实现对流体流动的实时监测。

2、然而，传统的超声波流量测量方法通常采用超声波时差原理，依赖于固定的阈值来检测脉冲波峰从而计算时间差，这种方法在理想条件下表现良好，但在实际使用中却容易受到多种因素的干扰，如环境噪声、流速变化等都可能导致信号衰减和波形畸变，从而使得固定阈值难以准确捕捉到脉冲波峰导致测量精度降低；

3、专利cn105784032b公开了超声波水表滴水计量方法，采集水流量，并在测量时将采集到的水流量与始动流量和最小流量进行比较，从而消除滴水时的误差，进而提高了水表的计量精准度，然而该方法在计算水流量时采用的是超声波时差原理，当出现固定阈值难以准确捕捉到脉冲波峰时，计量精度低下。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于解决当出现固定阈值难以准确捕捉到脉冲波峰时，计量精度低下的问题，而提出一种基于超声波的水流量测量方法及装置。

2、在本发明实施的第一方面，首先提出一种基于超声波的水流量测量方法，目标管道的上游安装有第一超声波接收器，目标管道的下游安装有第二超声波接收器，其特征在于，所述方法包括:

3、在目标时间段内按预设周期控制第一超声波接收器和第二超声波接收器交替发射和接收脉冲波信号，并根据预设电压值得到各周期的采集数据；所述采集数据包括顺流采集时间和逆流采集时间；

4、计算目标周期中顺流采集时间和逆流采集时间的差值得到目标差值，若所述目标差值大于或等于预设差值，则调整所述预设电压值，并将所述目标周期的目标采集数据记为无效周期；所述目标周期为所述目标时间段内的任一预设周期；

5、若所述目标差值小于预设差值，则将所述目标周期的目标采集数据记为有效周期，并根据所述目标采集数据和所述目标周期上一预设周期的采集数据得到目标变换量，根据所述目标变换量确定所述目标采集数据对应的权重得到目标权重；

6、根据所述目标采集数据和所述目标权重得到所述目标周期对应的目标水流量，将所述目标时间内所有目标水流量之和记为平均水流量，根据所述平均水流量和所述目标时间段内预设周期个数得到总水流量值。

7、可选的，在目标时间段内按预设周期控制第一超声波接收器和第二超声波接收器交替发射和接收脉冲波信号，并根据预设电压值得到各周期的采集数据包括：

8、针对所述目标时间段内每一预设周期，发射器发射脉冲波给接收器，并将所述脉冲波发射时间记为第一发射时间；

9、确定所述脉冲波中第一次超过预设电压值的波峰记为第一目标波峰，获取所述脉冲波中在所述第一目标波峰前的波峰数量得到延迟波峰数，根据所述延迟波峰数确定延迟时间；

10、所述接收器接收所述脉冲波后，将所述脉冲波中在时间序列上第一次波峰值超过所述预设电压值的波峰记为第二目标波峰，获取所述接收器接收到所述第二目标波峰时间记为第一理论时间；

11、根据所述第一理论时间、所述第一发射时间和所述延迟时间得到采集时间；

12、当所述发射器为第一超声波接收器，所述接收器为第二超声波接收器时，该采集时间为顺流采集时间；当所述发射器为第二超声波接收器，所述接收器为第一超声波接收器时，该采集时间为逆流采集时间。

13、可选的，计算目标周期中顺流采集时间和逆流采集时间的差值得到目标差值，若所述目标差值大于预设差值，则调整所述预设电压值还包括：

14、确定所述脉冲波中所述第二目标波峰之前的峰值得到第一峰值数，所述第二目标波峰之后的峰值得到第二峰值数，计算所述第一峰值数和所述第二峰值数的差值得到目标峰数差值；

15、获取当前目标周期前预设数量个预设周期对应的目标峰数差值的平均值得到目标均值；

16、若所述目标峰数差值的绝对值小于或等于所述目标均值，则不对所述预设电压值进行调整；

17、若所述目标峰数差值大于所述目标均值，则降低所述预设电压值；

18、若所述目标峰数差值小于所述目标均值的负数，则增加所述预设电压值。

19、可选的，根据所述目标采集数据和所述目标周期上一预设周期的采集数据得到目标变换量，根据所述目标变换量确定所述目标采集数据对应的权重得到目标权重包括：

20、通过公式得到目标变换量；

21、再通过公式得到目标权重；

22、其中，为所述目标采集数据中的顺流采集时间，为所述目标采集数据中逆流采集时间，为所述目标周期上一预设周期采集的顺流采集时间，为所述目标周期上一预设周期采集的逆流采集时间，为所述预设差值，为所述目标差值，为最大目标变化量，为所述目标变换量。

23、可选的，根据所述目标采集数据和所述目标权重得到所述目标周期对应的目标水流量包括：

24、获取所述第一超声波接收器和所述第二超声波接收器安装的距离和夹角得到目标距离和目标夹角，获取所述目标管道的半径得到目标半径；

25、通过公式得到所述目标周期对应的目标水流量；

26、其中，为所述目标水流量，为所述目标权重，为所述目标采集数据中逆流采集时间，为所述目标采集数据中顺流采集时间，为超声波在水中的速度，为自然常数，为所述目标半径，为所述目标距离，为所述目标夹角，n为有效周期总数。

27、在本发明实施的第二方面，提出一种基于超声波的水流量测量装置，目标管道的上游安装有第一超声波接收器，目标管道的下游安装有第二超声波接收器，其特征在于，所述装置包括:

28、采集数据模块，用于在目标时间段内按预设周期控制第一超声波接收器和第二超声波接收器交替发射和接收脉冲波信号，并根据预设电压值得到各周期的采集数据；所述采集数据包括顺流采集时间和逆流采集时间；

29、电压值调整模块，用于计算目标周期中顺流采集时间和逆流采集时间的差值得到目标差值，若所述目标差值大于或等于预设差值，则调整所述预设电压值，并将所述目标周期的目标采集数据记为无效周期；所述目标周期为所述目标时间段内的任一预设周期；

30、目标权重确定模块，用于若所述目标差值小于预设差值，则将所述目标周期的目标采集数据记为有效周期，并根据所述目标采集数据和所述目标周期上一预设周期的采集数据得到目标变换量，根据所述目标变换量确定所述目标采集数据对应的权重得到目标权重；

31、水流量计算模块，用于根据所述目标采集数据和所述目标权重得到所述目标周期对应的目标水流量，将所述目标时间内所有目标水流量之和记为平均水流量，根据所述平均水流量和所述目标时间段内预设周期个数得到总水流量值。

32、可选的，所述采集数据模块包括：

33、脉冲波发射时间确定模块，用于针对所述目标时间段内每一预设周期，发射器发射脉冲波给接收器，并将所述脉冲波发射时间记为第一发射时间；

34、延迟时间确定模块，用于确定所述脉冲波中第一次超过预设电压值的波峰记为第一目标波峰，获取所述脉冲波中在所述第一目标波峰前的波峰数量得到延迟波峰数，根据所述延迟波峰数确定延迟时间；

35、理论时间确定模块，用于所述接收器接收所述脉冲波后，将所述脉冲波中在时间序列上第一次波峰值超过所述预设电压值的波峰记为第二目标波峰，获取所述接收器接收到所述第二目标波峰时间记为第一理论时间；

36、采集时间确定模块，用于根据所述第一理论时间、所述第一发射时间和所述延迟时间得到采集时间；

37、当所述发射器为第一超声波接收器，所述接收器为第二超声波接收器时，该采集时间为顺流采集时间；当所述发射器为第二超声波接收器，所述接收器为第一超声波接收器时，该采集时间为逆流采集时间。

38、可选的，所述电压值调整模块包括：

39、目标峰数差值计算模块，用于确定所述脉冲波中所述第二目标波峰之前的峰值得到第一峰值数，所述第二目标波峰之后的峰值得到第二峰值数，计算所述第一峰值数和所述第二峰值数的差值得到目标峰数差值；

40、目标均值确定模块，用于获取当前目标周期前预设数量个预设周期对应的目标峰数差值的平均值得到目标均值；

41、第一电压调整模块，用于若所述目标峰数差值的绝对值小于或等于所述目标均值，则不对所述预设电压值进行调整；

42、第二电压调整模块，用于若所述目标峰数差值大于所述目标均值，则降低所述预设电压值；

43、第三电压调整模块，用于若所述目标峰数差值小于所述目标均值的负数，则增加所述预设电压值。

44、可选的，所述目标权重确定模块包括：

45、通过公式得到目标变换量；

46、再通过公式得到目标权重；

47、其中，为所述目标采集数据中的顺流采集时间，为所述目标采集数据中逆流采集时间，为所述目标周期上一预设周期采集的顺流采集时间，为所述目标周期上一预设周期采集的逆流采集时间，为所述预设差值，为所述目标差值，为最大目标变化量，为所述目标变换量。

48、可选的，所述水流量计算模块包括：

49、参数获取模块，用于获取所述第一超声波接收器和所述第二超声波接收器安装的距离和夹角得到目标距离和目标夹角，获取所述目标管道的半径得到目标半径；

50、通过公式得到所述目标周期对应的目标水流量；

51、其中，为所述目标水流量，为所述目标权重，为所述目标采集数据中逆流采集时间，为所述目标采集数据中顺流采集时间，为超声波在水中的速度，为自然常数，为所述目标半径，为所述目标距离，为所述目标夹角，n为有效周期总数。

52、本发明的有益效果：

53、本发明提出了一种基于超声波的水流量测量方法，通过在目标时间段内按预设周期控制第一超声波接收器和第二超声波接收器交替发射和接收脉冲波信号，并根据预设电压值得到各周期的采集数据；计算目标周期中顺流采集时间和逆流采集时间的差值得到目标差值，若目标差值大于或等于预设差值，则调整预设电压值，并将目标周期的目标采集数据记为无效周期；若目标差值小于预设差值，则将目标周期的目标采集数据记为有效周期，并根据目标采集数据和目标周期上一预设周期的采集数据得到目标变换量，根据目标变换量确定目标采集数据对应的权重得到目标权重；根据目标采集数据和目标权重得到目标周期对应的目标水流量，获取目标时间段内所有预设周期对应的目标水流量得到总水流量值。通过计算出目标差值，如果目标差值大于或等于预设差值，则认为当前周期的采集数据受到干扰，并进行电压值的调整，并将当前采集数据的周期记为无效周期，从而避免将不可靠的数据纳入计算，提高了测量数据的质量，针对有效周期的采集数据，根据目标变换量确定其权重，使得最终计算的水流量更为准确，提高的水流量的计量精度。