超聲波接收時間點的設定方法
2023-09-24 02:06:05 2
超聲波接收時間點的設定方法
【專利摘要】本發明是一種超聲波接收時間點設定方法，該方法以零電平幅值為標準，以正相位及負相位振動的電子脈衝群為基礎設定超聲波的接收時間點，設定階段包括，針對存在於正相位或負相位任何一個相位中的第1檢測電平幅值，設定第1檢測電平幅值的階段；針對存在於正相位或負相位另外一個相位中，和零電平幅值的偏差小於第1檢測電平幅值和零電平幅值之間偏差的第2檢測電平幅值，設定第2檢測電平幅值的階段；檢測電子脈衝群的振幅，判斷電子脈衝群是否與第2檢測電平幅值相交叉的第1檢測階段；檢查電子脈衝群的振幅，電子脈衝群和第2檢測電平幅值交叉後，判斷第2檢測電平幅值相反相位的電子脈衝群是否與第1檢測電平幅值相交叉的第2檢測階段。
【專利說明】超聲波接收時間點的設定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種使用超聲換能器測量流體的流量及流速的方法，更具體地，涉及一種超聲波接收時間點的設定方法，以便準確測量流體流速和流量。
【背景技術】
[0002]為了測量沿著管道流動的流體的流速及流量，使用超聲波換能器收發超聲波的方法，即所謂的「傳波時間差法」被廣泛使用。如圖1所示，超聲換能器發出的超聲波與多個脈衝連接在一起形成一個群(packet)的形態,即以脈衝群(pulse packet)的形態輸出，超聲換能器接收超聲波的同時輸出一個相同形態的信號(即電壓)。因此，在上述形態的脈衝群輸出時應該將一個特定的時間點設置為超聲波的接收時間點，由於上述接收時間點與超聲波的行進時間有直接關係，因此正確設定接收時間點是正確測量流體流速和流量的重要因素。
[0003]原有的方法是通過使用與零交點(zero crossing)的方式來設定超聲波的接收時間點。在這裡，與零交點是指以零(電平)幅值為標準，正⑴相位負㈠相位交替振動的脈衝與零(電平)幅值(Itl)相交叉的時間點。但是，超聲波不是單一的脈衝，而是具有脈衝群的形態，接收一次超聲波會產生多個與零交點，因此必須將多個與零交點中的一個與零交點時間點設定為超聲波的接收時間點。原有的方法如圖1所示，設定檢測(電平)幅值
(I1),將脈衝群和檢測(電平)幅值(I1)交叉後產生的與零交點時間點(Z)設定為超聲波的接收時間點。但是超聲波在流體內傳遞的過程中(尤其是通過小口徑的管路時)，發生的幹擾信號可能會將超聲波的形態變成如圖1的虛線所示的形態。超聲波變成這樣的形態後，B部分之前的A部分會與檢測(電平)幅值交叉，導致超聲波的接收時間點比正常的時間點提前，即從Z提前到了 V，最終導致流體的流量及流速的測量值出現錯誤。
【發明內容】
[0004]本發明是為了解決上述問題而提出的，本發明的目的在於提供一種為了正確測量流體的流速和流量而正確設定超聲波接收時間點的超聲波接收時間點設定方法。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明提供的超聲波接收時間點設定方法的特徵包括:在超聲換能器接收超聲波時，以零電平幅值為標準，以正相位及負相位振動的電子脈衝群為基礎設定超聲波的接收時間點，設定階段包括:
針對存在於上述正相位或負相位任何一個相位中的第I檢測電平幅值，設定第I檢測電平幅值的階段；
針對存在於上述正相位或負相位的另外一個相位中，和零電平幅值的偏差小於第I檢測電平幅值和零電平幅值之間偏差的第2檢測電平幅值，設定第2檢測電平幅值的階段；檢測上述電子脈衝群的振幅，判斷電子脈衝群是否與第2檢測電平幅值相交叉的第I檢測階段；
檢測上述電子脈衝群的振幅，電子脈衝群和第2檢測電平幅值交叉後，判斷第2檢測電平幅值相反相位的電子脈衝群是否與第I檢測電平幅值相交叉的第2檢測階段。
[0006]所述設定方法還包括檢測上述電子脈衝群的振幅，上述電子脈衝群和上述第2檢測電平幅值交叉前，判斷上述第2檢測電平幅值相反相位的電子脈衝群是否與上述第I檢測電平幅值交叉的第3檢測階段，添加第3檢測階段後會得到更加準確的結果。
[0007]所述設定方法還包括當上述第I檢測電平幅值和上述電子脈衝群交叉時，測量上述交叉時間點前產生與零交點的時間點到上述交叉時間點後產生與零交點的時間點之間的時間段，將上述測量的時間與超聲波的標準時間進行比較的輔助檢測階段。
[0008]在上述本發明中，設定超聲波的接收時間點前首先判斷超聲波的形態是否正常，然後以形態正常的電子脈衝群為基礎設定超聲波的接收時間點，這樣就可以正確地設定超聲波的接收時間點，最終也就可以正確地測量出流體的流量和流速了。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是超聲波的形態圖；
圖2是本發明的演示實例中設定超聲波接收時間點的流程圖；
圖3是接收超聲波時對應超聲換能器輸出的電子脈衝群。
【具體實施方式】
[0010]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合附圖和具體實施例，對本發明進一步詳細說明。
[0011]圖2是本發明的一則演示實例的超聲波接收時間點設定方法流程圖；圖3是接收超聲波時對應超聲換能器輸出的電子脈衝群(electrical pulse packet)的圖例。
[0012]參考圖2及圖3，本演示實例的超聲波接收時間點設定方法(M100)包括第I檢測(電平)幅值設定階段(SlO)、第2檢測(電平)幅值設定階段(S20)、第I檢測階段(S30)、第2檢測階段(S40)和超聲波接收時間點設定階段(S50)。
[0013]首先，超聲換能器產生的超聲波不是單一的脈衝，而是以相互連接的形態，即脈衝群的形態輸出。所以，超聲換能器在接收超聲波時便輸出如圖3所示形態的電子脈衝群信號。在這裡，信號是指接收超聲波時超聲換能器所產生的電壓。上述電子脈衝群以零(電平)幅值(U)，即電位在O點為標準，通過正⑴相位即正電位和負㈠相位即負電位振動。
[0014]在第I檢測(電平)幅值設定階段(SlO)中設定存在於正電位或負電位中任意一電位的第I檢測(電平)幅值(L1)。在本演示實例中如圖3所示，在正電位上設定第I檢測(電平)幅值(L1)。
在第2檢測(電平)幅值設定階段(S20)中設定存在於第I檢測(電平)幅值(L1)的相反電位，即負電位的第2檢測(電平)幅值(L2)。這時，將第2檢測(電平)幅值(L2)和零(電平)幅值(Ltl)之間的偏差，即第2檢測(電平)幅值(L2)電位的絕對值設定得比第I檢測(電平)幅值(L1)和零(電平)幅值(Ltl)之間的偏差，即第I檢測(電平)幅值(L1)電位的絕對值小。
[0015]在第I檢測階段(S30)中檢測電子脈衝群的振幅(即，電位)。這時，超聲波在流體內傳遞的過程中其強度會減小，根據流體狀態的不同超聲波的強度減小的程度也會不同。因此，在檢測前需要將超聲波按照適當的比例進行增幅，以確保其最大振幅(即，幅值)可以保持在一定的數值上。並且，在檢測的過程中判斷電子脈衝群和第2檢測(電平)幅值(L2)是否交叉。電子脈衝群和第2檢測(電平)幅值(L2)沒有交叉時，如圖2所示，繼續進行第I檢測階段(S30)，電子脈衝群和第2檢測(電平)幅值(L2)交叉時則進入第2檢測階段(S40)。
在第2檢測階段(S40)中檢測電子脈衝群的振幅，電子脈衝群和第2檢測(電平)幅值(L2)交叉後，判斷以第2檢測(電平)幅值(L2)的相反電位(正電位)進行振動的電子脈衝群，即圖3的C部分是否和第I檢測(電平)幅值(L1)交叉。電子脈衝群和第I檢測(電平)幅值(L1)沒有交叉時表明超聲波已經變形，需要再次回到最初的階段(重新發送超聲波等)，電子脈衝群(C部分)和第I檢測(電平)幅值(L1)交叉時表明超聲波的波形正常，因此進入超聲波接收時間點設定階段(S50)。
[0016]在超聲波接收時間點設定階段(S50)，以經過第I檢測階段(S30)及第2檢測階段(S40)後被認定為形態正常的電子脈衝群為基礎設定超聲波的接收時間點。在本演示實例中，將電子脈衝群和第I檢測(電平)幅值(L1)交叉後，電子脈衝群最先和零(電平)幅值(L0)交叉的時間點，即電子脈衝群和第I檢測(電平)幅值(L1)交叉後，最先發生與零交點(zero crossing)的時間點(X)設定為超聲波接收時間點。在上述第I檢測階段(S30)、第2檢測階段(S40)及超聲波接收時間點設定階段(S50)中，判斷第I檢測(電平)幅值(U)、第2檢測(電平)幅值(L2)及零(電平)幅值(Ltl)和電子脈衝群是否交叉的過程可以通過比較器(COMP)和相同的構造實現。
[0017]如上所述，本演示實例中，判斷第I檢測(電平)幅值(L1)和電子脈衝群是否交叉前首先判斷第2檢測(電平)幅值(L2)和電子脈衝群是否交叉，因此可以判斷電子脈衝群的形態，即超聲波的形態是否正常，然後以被判定為正常形態的電子脈衝群為基礎設定超聲波的接收時間點。因此上述過程可以防止原有方法中，由於幹擾信號導致電子脈衝群變形，然後以變形的電子脈衝群為基礎設定超聲波的接收時間點導致超聲波的接收時間點出現錯誤的問題的發生。所以，本演示實例中的設定方法可以測量到更加準確的流速。
[0018]另外，如圖2虛線所示，超聲波接收時間點設定方法還可以包括第3檢測階段(S45)。
[0019]在第3檢測階段(S45)中，首先檢測電子脈衝群，當電子脈衝群和第2檢測(電平)幅值(L2)交叉時，在交叉的前一瞬間判斷第2檢測(電平)幅值(L2)的相反相位，即正電位的電子脈衝群是否和第I檢測(電平)幅值(L1)交叉。如圖3虛線所示，電子脈衝群(D』)和第I檢測(電平)幅值(L1)交叉時，超聲波的波形變形，因此回到了最初的階段(重新發送超聲波等)，電子脈衝群⑶和第I檢測(電平)幅值(L1)沒有交叉表明超聲波的波形正常，這時則進入超聲波接收時間點的設定階段(S50)。
[0020]在本演示實例中，通過第3檢測階段可以驗證超聲波的形態是否正常，這與前面的演示實例相比可以設定更加正確的超聲波接收時間點，也可以測量出更加正確的流體流速和流量。
[0021]另外還可以包括輔助檢測階段。輔助檢測階段時在電子脈衝群形態不正常時判斷是否受到了幹擾信號的階段，這一階段在第I檢測階段(S30)及第2檢測階段(S40)中，第I檢測(電平)幅值或第2檢測(電平)幅值和與子脈衝群交叉時運用。即，輔助檢測階段中，電子脈衝群和第2檢測(電平)幅值(L2)交叉時測量交叉點前產生與零交點的時間點到交叉點後產生與零交點時間點之間的時間，即測量圖3的A，將這一數值與超聲波的標準時間進行比較。標準時間為正常波形產生與零交點的周期，在本演示實例中將標準時間設定為T/2。在這裡，T為振動脈衝群的振動周期，誤差範圍設定在10%左右。如果檢測到的h在T/2附近，那麼表明這是正常的波形，可以進入下一階段；如果檢測到的h在誤差範圍以外則表明波形受到了幹擾信號的影響，那麼則回到最初的階段(重新發送超聲波等)。上述過程在第I檢測(電平)幅值(L1)和電子脈衝群交叉時也同樣進行。
[0022]在本演示實例中，通過輔助檢測階段可以驗證超聲波是否受到了幹擾信號的影響，因此與前面的演示實例相比可以設定更加正確的超聲波接收時間點。
[0023]上述內容以本發明的優選演示實例為例進行了詳細說明，但本發明不局限於上述演示實例，在本發明權利要求書的要求範圍內，本發明所屬【技術領域】的普通技術人員能夠在本發明的技術思想以及範圍內進行各種變形及變更。
[0024]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步的詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種超聲波接收時間點設定方法，其特徵為:在超聲換能器接收超聲波時，以零電平幅值為標準，以正相位及負相位振動的電子脈衝群為基礎設定超聲波的接收時間點，設定階段包括: 針對存在於上述正相位或負相位任何一個相位中的第I檢測電平幅值，設定第I檢測電平幅值的階段； 針對存在於上述正相位或負相位的另外一個相位中，和零電平幅值的偏差小於第I檢測電平幅值和零電平幅值之間偏差的第2檢測電平幅值，設定第2檢測電平幅值的階段； 檢測上述電子脈衝群的振幅，判斷電子脈衝群是否與第2檢測電平幅值相交叉的第I檢測階段； 檢測上述電子脈衝群的振幅，電子脈衝群和第2檢測電平幅值交叉後，判斷第2檢測電平幅值相反相位的電子脈衝群是否與第I檢測電平幅值相交叉的第2檢測階段。
2.根據權利要求1所述超聲波接收時間點的設定方法，其特徵為:所述設定方法還包括檢測上述電子脈衝群的振幅，上述電子脈衝群和上述第2檢測電平幅值交叉前，判斷上述第2檢測電平幅值相反相位的電子脈衝群是否與上述第I檢測電平幅值交叉的第3檢測階段。
3.根據權利要求2所述超聲波接收時間點的設定方法，其特徵為:設定方法還包括當上述第I檢測電平幅值和上述電子脈衝群交叉時，測量上述交叉時間點前產生與零交點的時間點到上述交叉時間點後產生與零交點的時間點之間的時間段，將上述測量的時間與超聲波的標準時間進行比較的輔助檢測階段。
【文檔編號】G01F1/66GK104198758SQ201410486708
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月22日 優先權日:2014年9月22日
【發明者】金洪基 申請人:北京昌民技術有限公司