本發(fā)明涉及超聲波流量計量，尤其涉及一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

1、超聲波進(jìn)行流量計量具有精度高、量程比寬、壓損小等優(yōu)勢，是小口徑管道流量計量全電子化的方向；超聲波水表實現(xiàn)了超聲波水表小型化，普及居民用水，給水計量行業(yè)帶來了技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。

2、但是戶用超聲波水表由于口徑小，導(dǎo)致超聲波的傳播時間非常短，流量受氣泡、零點漂移、雜質(zhì)等干擾影響，存在流量測量誤差大的突出問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中問題，而提出的一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、包括以下步驟：s1、根據(jù)時間間隔判斷是否進(jìn)行溫度采集和飛行時間基準(zhǔn)的更新；

4、s2、通過時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器獲取4次飛行時間差數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑處理；

5、s3、對步驟s2得到的飛行時間差數(shù)據(jù)進(jìn)行卡爾曼濾波；

6、s4、對步驟s3得到的濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行零點漂移處理；

7、s5、根據(jù)步驟s4得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行流量計算；

8、所述步驟s1中根據(jù)時間間隔判斷具體是：當(dāng)時間間隔大于或等于30秒時，通過時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器獲取溫度值，以及當(dāng)水流狀態(tài)變量為1時，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行10次超聲波飛行時間測量，對得到的10次飛行時間進(jìn)行平均值計算，將計算結(jié)果作為飛行時間基準(zhǔn)。

9、優(yōu)選地，所述步驟s2中數(shù)據(jù)平滑處理具體過程是：剔除4次飛行時間差數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，將剩下2次飛行時間差數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值計算。

10、優(yōu)選地，所述步驟s3中的卡爾曼濾波包括：

11、步驟一、給出卡爾曼濾波參數(shù)初始值

12、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣f、控制輸入矩陣b、觀測矩陣h、過程噪聲協(xié)方差q、觀測噪聲協(xié)方差r、控制輸入u；

13、步驟二、計算估計值和估計協(xié)方差值

14、x_pred[k]=f×x[k-1]+b×u

15、其中x_pred[k]為第k時刻的估計值，x[k-1]為第k-1時刻的估計值

16、p_pred[k]=f×p[k-1]×f+q

17、其中p_pred[k]為第k時刻的估計協(xié)方差值，p[k-1]為第k-1時刻的估計協(xié)方差值；

18、步驟三、更新卡爾曼增益和預(yù)測值、協(xié)方差值

19、k=p_pred[k]×h/（h×p_pred[k]×h+r）

20、x[k]=x_pred[k]+k×（z[k]-h×x_pred[k]）

21、p[k]=（1-k×h）×p_pred[k]

22、其中k為卡爾曼增益，x[k]為第k時刻的預(yù)測值，z[k]為第k時刻的原始值，p[k]為第k時刻的協(xié)方差值；

23、步驟四：返回預(yù)測值。

24、優(yōu)選地，所述步驟s4中的零點漂移處理包括：將步驟s3濾波后的飛行時間差數(shù)據(jù)減去飛行時間基準(zhǔn)，將差值與靜態(tài)閾值進(jìn)行比較，如果差值小于閾值設(shè)置水流狀態(tài)變量為1，并設(shè)置飛行時間差數(shù)據(jù)為0；如果差值大于閾值設(shè)置水流狀態(tài)變量為0，并將差值作為新的飛行時間差。

25、優(yōu)選地，所述步驟s5中的流量計算包括：

26、

27、其中，為所述步驟s4得到的飛行時間差數(shù)據(jù)，為水流速度,兩個反射片間的距離為l，c為超聲波在水中傳播的速度；

28、水流的線平均速度可化簡為：

29、

30、流過水表管道的最大瞬時流量值：

31、

32、其中，為水表管道的直徑。

33、優(yōu)選地，所述步驟s1中，對時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量出的10次超聲波飛行時間進(jìn)行異常數(shù)據(jù)剔除，具體步驟為：對10組飛行時間數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，若不通過誤差值驗算，則篩除該異常數(shù)據(jù)，若通過誤差值驗算，并且滿足10組飛行時間數(shù)據(jù)的數(shù)量，則對得到的10次飛行時間進(jìn)行平均值計算，將計算結(jié)果作為飛行時間基準(zhǔn)，若不滿足10組飛行時間數(shù)據(jù)的數(shù)量，則補(bǔ)充測量缺少數(shù)量的飛行時間，并將補(bǔ)充測量飛行時間與通過誤差值驗算的飛行時間進(jìn)行匯總，形成10組飛行時間，再次進(jìn)行誤差值驗算。

34、進(jìn)一步地，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量出的10次超聲波飛行時間分別為。

35、進(jìn)一步地，對時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量出的10次超聲波飛行時間進(jìn)行異常數(shù)據(jù)判斷的公式為：

36、

37、

38、，其中，，代表10次超聲波飛行時間數(shù)據(jù)的平均值，是標(biāo)準(zhǔn)差，表示了單個超聲波飛行時間數(shù)據(jù)點與其數(shù)據(jù)集整體平均值之間的相對距離。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，具備以下有益效果：

40、1、該超聲波水表數(shù)據(jù)處理方法，通過超聲波水表內(nèi)的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器獲得飛行時間數(shù)據(jù)，對飛行時間數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑處理和卡爾曼濾波能夠減少超聲波水表測量過程中的測量誤差。

41、2、該超聲波水表數(shù)據(jù)處理方法，通過進(jìn)行零點漂移處理方法，降低了超聲波水表在低流量時的外部干擾和水表自身的不穩(wěn)定性。

42、該超聲波水表數(shù)據(jù)處理方法中未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)，本發(fā)明可以有效地提高超聲波水表測量的適用范圍和精度以及可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟s2中數(shù)據(jù)平滑處理具體過程是：剔除4次飛行時間差數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，將剩下2次飛行時間差數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值計算。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟s3中的卡爾曼濾波包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟s4中的零點漂移處理包括：將步驟s3濾波后的飛行時間差數(shù)據(jù)減去飛行時間基準(zhǔn)，將差值與靜態(tài)閾值進(jìn)行比較，如果差值小于閾值設(shè)置水流狀態(tài)變量為1，并設(shè)置飛行時間差數(shù)據(jù)為0；如果差值大于閾值設(shè)置水流狀態(tài)變量為0，并將差值作為新的飛行時間差。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟s5中的流量計算包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述步驟s1中，對時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量出的10次超聲波飛行時間進(jìn)行異常數(shù)據(jù)剔除，具體步驟為：對10組飛行時間數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，若不通過誤差值驗算，則篩除該異常數(shù)據(jù)，若通過誤差值驗算，并且滿足10組飛行時間數(shù)據(jù)的數(shù)量，則對得到的10次飛行時間進(jìn)行平均值計算，將計算結(jié)果作為飛行時間基準(zhǔn)，若不滿足10組飛行時間數(shù)據(jù)的數(shù)量，則補(bǔ)充測量缺少數(shù)量的飛行時間，并將補(bǔ)充測量飛行時間與通過誤差值驗算的飛行時間進(jìn)行匯總，形成10組飛行時間，再次進(jìn)行誤差值驗算。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量出的10次超聲波飛行時間分別為。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，對時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器測量出的10次超聲波飛行時間進(jìn)行異常數(shù)據(jù)判斷的公式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，屬于超聲波流量計量技術(shù)領(lǐng)域。一種應(yīng)用于小口徑管道流量數(shù)據(jù)處理方法，包括平滑處理、卡爾曼濾波、零點漂移處理；通過超聲波水表內(nèi)的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器獲得飛行時間數(shù)據(jù)，對飛行時間數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑處理和卡爾曼濾波能夠減少超聲波水表測量過程中的測量誤差，再進(jìn)行零點漂移處理方法，降低了超聲波水表在低流量時的外部干擾和水表自身的不穩(wěn)定性，進(jìn)而可以有效地提高超聲波水表測量的適用范圍和精度以及可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧幫武,李廣宏,盧金,劉超明,程燦
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽舜禹水務(wù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6