本發(fā)明涉及時(shí)差式超聲波流量計(jì)，尤其是涉及一種提高時(shí)差式超聲波流量計(jì)抗干擾能力的時(shí)間檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：隨著微電子技術(shù)不斷成熟和超聲領(lǐng)域研究的不斷深入，超聲波流量計(jì)以其無壓損、寬量程、高精度等優(yōu)異性能在流量計(jì)量領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，其中，時(shí)差式超聲波流量計(jì)應(yīng)用最為廣泛。時(shí)差式超聲波流量計(jì)通過測(cè)量超聲波信號(hào)沿同一路徑的順逆流傳播時(shí)間差來計(jì)算流體流量。在時(shí)差式超聲波流量計(jì)測(cè)量技術(shù)中，超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值檢測(cè)是最重要的技術(shù)之一。超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值檢測(cè)指的是對(duì)超聲波信號(hào)在管道內(nèi)的傳播時(shí)間的測(cè)量。超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值檢測(cè)技術(shù)不僅是提升時(shí)差式超聲波流量計(jì)測(cè)量精度的關(guān)鍵，也是拓展超聲波流量計(jì)的測(cè)量上限和拓寬超聲波流量計(jì)量程比的重要技術(shù)之一。市場(chǎng)上時(shí)差式超聲波流量計(jì)的主流傳播時(shí)間檢測(cè)方法是利用專用計(jì)時(shí)芯片進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)超聲波接收信號(hào)首次達(dá)到閾值電壓時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，計(jì)時(shí)芯片讀取該脈沖信號(hào)之后的第一個(gè)超聲波接受信號(hào)過零點(diǎn)時(shí)間值。然而，由于壓力、溫度、濕度、污漬、被測(cè)介質(zhì)組分等干擾因素的存在，超聲波接收信號(hào)首次達(dá)到閾值電壓時(shí)的波峰序列位置并不相同，這些干擾因素將會(huì)引起計(jì)時(shí)錯(cuò)誤，從而引起流量測(cè)量錯(cuò)誤。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種提高時(shí)差式超聲波流量計(jì)抗干擾能力的時(shí)間檢測(cè)方法，為時(shí)差式超聲波流量計(jì)在壓力、溫度、濕度、污漬或被測(cè)介質(zhì)組分變化等干擾因素存在情況下仍能獲取正確的超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值的方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采樣的技術(shù)方案如下：通過基于閾值比較法和峰值采樣原理的超聲波流量計(jì)接收信號(hào)波峰序列位置判定方法，獲得超聲波接收信號(hào)波峰幅值大于閾值電壓的波峰位置信息，同時(shí)利用計(jì)時(shí)芯片獲取超聲波接收信號(hào)首次達(dá)到閾值電壓之后的三個(gè)及以上的超聲波接收信號(hào)過零點(diǎn)時(shí)間值，根據(jù)所述波峰位置信息，利用傳播時(shí)間值自適應(yīng)算法，從獲取的所述超聲波接收信號(hào)過零點(diǎn)時(shí)間值中選取其中一個(gè)作為超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值，實(shí)現(xiàn)在溫度、壓力、濕度、污漬或被測(cè)介質(zhì)組分干擾因 素變化的情況下，對(duì)超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值的準(zhǔn)確測(cè)量，提高超聲波流量計(jì)的抗干擾能力，提高時(shí)差式超聲波流量計(jì)的測(cè)量上限，拓寬時(shí)差式超聲波流量計(jì)的量程比。所述閾值比較法是指將超聲波接收信號(hào)與一個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行大小比較，當(dāng)超聲波接收信號(hào)首次大于電壓信號(hào)時(shí)輸出一個(gè)正脈沖信號(hào)。所述超聲波接收信號(hào)波峰序列位置判定方法是指通過分析時(shí)差式超聲波流量計(jì)靜態(tài)下與動(dòng)態(tài)下獲得的超聲波接收信號(hào)幅值關(guān)系，確定首次達(dá)到閾值電壓的超聲波波峰在超聲波接收信號(hào)中的序列位置。所述傳播時(shí)間值自適應(yīng)算法是指根據(jù)首次達(dá)到閾值電壓的超聲波波峰在超聲波接收信號(hào)中的序列位置的情況不同，從獲取到的時(shí)間值中選取相應(yīng)的時(shí)間值作為超聲波信號(hào)傳播時(shí)間值。本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明可以增強(qiáng)時(shí)差式超聲波流量計(jì)對(duì)溫度、壓力、濕度、污漬或被測(cè)介質(zhì)組分等干擾因素的抵抗能力，確保時(shí)差式超聲波流量計(jì)在惡劣工況下的超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性，提高了超聲波流量計(jì)的測(cè)量精度，拓展了超聲波流量計(jì)的測(cè)量上限，拓寬了超聲波流量計(jì)的量程比。附圖說明圖1是本發(fā)明測(cè)量超聲波接收信號(hào)波峰序列位置的原理框圖。mcu：微處理器，tcp：計(jì)時(shí)芯片，phc：峰值保持電路，cp1：比較器1，cp2：比較器2，rsff：rs觸發(fā)器，us：超聲波接收信號(hào)，adc：mcu的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)模塊，dac：mcu的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)模塊，en-stop：允許停止計(jì)時(shí)信號(hào)，stop：停止計(jì)時(shí)信號(hào)，gnd：零電壓，line1：通訊線1，line2：通訊線2。圖2是本發(fā)明在激發(fā)脈沖為7個(gè)脈沖情況下的靜態(tài)工作過程時(shí)序圖。圖3是本發(fā)明在激發(fā)脈沖為7個(gè)脈沖且動(dòng)態(tài)超聲波接收信號(hào)中第二個(gè)波首次達(dá)到閾值電壓情況下的動(dòng)態(tài)工作過程時(shí)序圖。s1-t表示動(dòng)態(tài)超聲波接收信號(hào)、峰值保持電路輸出信號(hào)、閾值電壓信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，s2-t表示允許停止計(jì)時(shí)信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，s3-t表示停止計(jì)時(shí)信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，t1表示允許停止計(jì)時(shí)信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)，t2表示允許停止計(jì)時(shí)信號(hào)出現(xiàn)后的第一個(gè)停止信號(hào)時(shí)間點(diǎn)，t3表示允許停止計(jì)時(shí)信號(hào)出現(xiàn)后的第二個(gè)停止信號(hào)時(shí)間點(diǎn)，t4表示允許停止計(jì)時(shí)信號(hào)出現(xiàn)后的第三個(gè)停止信號(hào)時(shí)間點(diǎn)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。通過基于閾值比較法和峰值采樣原理的超聲波流量計(jì)接收信號(hào)波峰序列位置判定方法，獲得超聲波接收信號(hào)波峰幅值大于閾值電壓的波峰位置信息，同時(shí)利用計(jì)時(shí)芯片獲取超聲波接收信號(hào)首次達(dá)到閾值電壓之后的三個(gè)及以上的超聲波接收信號(hào)過零點(diǎn)時(shí)間值，根據(jù)所述波峰位置信息，利用傳播時(shí)間值自適應(yīng)算法，從獲取的所述超聲波接收信號(hào)過零點(diǎn)時(shí)間值中選取其中一個(gè)作為超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值，實(shí)現(xiàn)在溫度、壓力、濕度、污漬或被測(cè)介質(zhì)組分干擾因素變化的情況下，對(duì)超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值的準(zhǔn)確測(cè)量。所述閾值比較法是指將超聲波接收信號(hào)與一個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行大小比較，當(dāng)超聲波接收信號(hào)首次大于電壓信號(hào)時(shí)輸出一個(gè)正脈沖信號(hào)。所述超聲波接收信號(hào)波峰序列位置判定方法是指通過分析時(shí)差式超聲波流量計(jì)靜態(tài)下與動(dòng)態(tài)下獲得的超聲波接收信號(hào)幅值關(guān)系，確定首次達(dá)到閾值電壓的超聲波波峰在超聲波接收信號(hào)中的序列位置。所述傳播時(shí)間值自適應(yīng)算法是指根據(jù)首次達(dá)到閾值電壓的超聲波波峰在超聲波接收信號(hào)中的序列位置的情況不同，從獲取到的時(shí)間值中選取相對(duì)應(yīng)的時(shí)間值作為超聲波信號(hào)傳播時(shí)間值。如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)施例以七個(gè)脈沖激發(fā)超聲波傳感器進(jìn)行說明。靜態(tài)時(shí)，us(超聲波接收信號(hào))經(jīng)過phc(峰值保持電路)后形成如圖2所示的峰值保持電路輸出信號(hào)，mcu(微處理器)通過adc(mcu的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)模塊)進(jìn)行采樣，從小到大直至最大依次獲取靜態(tài)超聲波接收信號(hào)的各個(gè)波峰幅值。由第i個(gè)(1、2、…、n-1)靜態(tài)波峰峰值qam與倒數(shù)第n個(gè)靜態(tài)波峰峰值qan，通過接收信號(hào)波峰序列位置判定方法中的函數(shù)f計(jì)算獲得的值來確定n-1個(gè)數(shù)值范圍，記作波峰歸屬區(qū)域。動(dòng)態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)超聲波接收信號(hào)到達(dá)之前，mcu通過line1(通訊線1)向tcp(計(jì)時(shí)芯片)發(fā)送控制命令，命令tcp連續(xù)讀取en-stop(允許停止計(jì)時(shí)信號(hào))之后連續(xù)三個(gè)stop(停止計(jì)時(shí)信號(hào))的時(shí)間值。mcu通過dac(mcu的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)模塊)輸出如圖3中所示的閾值電壓信號(hào)。動(dòng)態(tài)超聲波接收信號(hào)到達(dá)后，動(dòng)態(tài)超聲波接收信號(hào)經(jīng)過phc后形成如圖3所示的峰值保持電路輸出信號(hào)。動(dòng)態(tài)超聲波接收信號(hào)與gnd(零電壓)進(jìn)行比較，cp1(比較器1)輸出stop。動(dòng)態(tài)超聲波接收信號(hào)首次達(dá)到閾值電壓信號(hào)時(shí)，cp2(比較器2)輸出一個(gè)正脈沖信號(hào)，經(jīng)過rsff(rs觸發(fā)器)后形成en-stop，如圖3中t1時(shí)刻所示。mcu接收到en-stop信號(hào)之后通過adc對(duì)峰值保持電路輸出信號(hào)進(jìn)行采樣，從小到大直至最大依次獲取動(dòng)態(tài)超聲波接收信號(hào)的各個(gè)波峰幅值，計(jì)算出接收信號(hào)波峰序列位置判定標(biāo)識(shí)，根據(jù)接收信號(hào)波峰序列位置判 定方法，確定首次達(dá)到閾值電壓的接收信號(hào)波峰序列位置。tcp接收到en-stop信號(hào)之后，開始讀取t2、t3、t4時(shí)刻stop的時(shí)間值。隨后，tcp通過line2(通訊線2)將三個(gè)時(shí)間值傳給mcu，mcu根據(jù)傳播時(shí)間值自適應(yīng)算法從三個(gè)值中挑選一個(gè)時(shí)間值作為超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值。所述時(shí)間值自適應(yīng)算法是是指根據(jù)首次達(dá)到閾值電壓的超聲波波峰在超聲波接收信號(hào)中的序列位置的情況不同，從獲取到的時(shí)間值中選取相應(yīng)的時(shí)間值作為超聲波信號(hào)傳播時(shí)間值。實(shí)施例：要求：(1)連續(xù)7個(gè)脈沖信號(hào)激勵(lì)超聲波傳感器；(2)采用超聲波接收信號(hào)的第五個(gè)正向過零點(diǎn)作為超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值；(3)接收信號(hào)波峰序列位置判定方法中計(jì)算波峰序列位置判定標(biāo)識(shí)時(shí)將所獲得的正數(shù)第一個(gè)動(dòng)態(tài)波峰幅值與倒數(shù)第一個(gè)動(dòng)態(tài)波峰幅值進(jìn)行相除；(4)接收信號(hào)波峰序列位置判定方法中的函數(shù)f(dam，dan)定義為為首先，獲取靜態(tài)下的七個(gè)靜態(tài)波峰幅值，表1所示為靜態(tài)下得到的七個(gè)靜態(tài)波峰幅值，由其確定的觸發(fā)歸屬區(qū)域，以及判定首次觸發(fā)閾值電壓的波序列，觸發(fā)歸屬區(qū)域的方法如下：將所得的靜態(tài)波峰幅值從小到大依次與最大靜態(tài)波峰幅值相除，可以得到七個(gè)比例系數(shù)bilii，i＝1、2、…、7。確定波峰歸屬區(qū)域的方法如下，第1個(gè)峰值歸屬范圍為第i個(gè)(i＝2,3,4,5,6)峰值歸屬范圍為第七個(gè)峰值歸屬范圍為表2所示為動(dòng)態(tài)超聲波接收信號(hào)達(dá)到閾值電壓之后獲得的六個(gè)從小到大直至最大動(dòng)態(tài)超聲波波峰幅值，以及由最大動(dòng)態(tài)超聲波波峰幅值確定出的波峰序列位置判定標(biāo)識(shí)和所獲得的三個(gè)時(shí)間值。由于波峰序列位置判定標(biāo)識(shí)等于0.2840屬于[0.21675，0.35875)范圍內(nèi)，因此可以判定此時(shí)是第2個(gè)波先到達(dá)閾值電壓，相應(yīng)的三個(gè)時(shí)間值分別為第三、第四、第五個(gè)超聲波接收信號(hào)正向過零點(diǎn)時(shí)間值，則采用獲得的第三個(gè)時(shí)間值，即454.9us作為此次超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值。表3所示為僅有五個(gè)動(dòng)態(tài)超聲波波峰幅值的情況，此時(shí)波峰序列位置判定標(biāo)識(shí)等于0.4296屬于[0.35875，0.5036)范圍內(nèi)，因此可以判定此時(shí)是第3個(gè)波先到達(dá)閾值電壓，相應(yīng)的三個(gè)時(shí)間值分別為第四、第五、第六個(gè)超聲波接收信號(hào)正向過零點(diǎn)時(shí)間值，則采用獲得的第二個(gè)時(shí)間值，即455.1us作為此次超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值。表4所示為僅有四個(gè)動(dòng)態(tài)超聲波波峰幅值的情況，此時(shí)波峰序列位置判定標(biāo)識(shí)等于0.5710屬于[0.5036，0.65055)范圍內(nèi)，因此可以判定此時(shí)是第4個(gè)波先到達(dá)閾值電壓，相應(yīng)的三個(gè)時(shí)間值分別為第五、第六、第七個(gè)超聲波接收信號(hào)正向過零點(diǎn)時(shí)間值，則采用獲得的第一個(gè)時(shí)間值，即450.0us作為此次超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值。通過上述分析，可以看到，即使首次達(dá)到閾值電壓的超聲波波峰位置不同，本發(fā)明仍可以正確獲取超聲波接收信號(hào)傳播時(shí)間值，即本發(fā)明可以為低功耗超聲波流量計(jì)提供一種在壓力、溫度、濕度、污漬或被測(cè)介質(zhì)組分變化干擾因素存在情況下仍能獲取正確的超聲波信號(hào)傳播時(shí)間值的方法。表1：第i個(gè)靜態(tài)波峰幅值靜態(tài)波峰幅值(mv)觸發(fā)歸屬區(qū)域判定第j個(gè)波首次達(dá)到閾值電壓1201[0.07085，0.21675)12405[0.21675，0.35875)23598[0.35875，0.5036)34810[0.5036，0.65055)451009[0.65055，0.7897)561199[0.7897，0.92885)671398[0.92885,1]7表2：表3：表4；當(dāng)前第1頁12