【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于信號(hào)處理，具體涉及一種超聲波信號(hào)處理的。
技術(shù)介紹
1、超聲波水表是利用超聲波技術(shù)來(lái)測(cè)量流體流量的儀表。其工作原理主要基于多普勒效應(yīng)或時(shí)差法。其中時(shí)差法的工作原理是在超聲波水表內(nèi)置有兩個(gè)超聲波換能器，一個(gè)作為發(fā)射器，另一個(gè)作為接收器。這兩個(gè)換能器分別位于流體的上下游。超聲波流量計(jì)的發(fā)射器會(huì)按照一定的頻率發(fā)射特征波，接收器會(huì)檢測(cè)經(jīng)過(guò)流體傳播后的特征波，并記錄其到達(dá)時(shí)間。信號(hào)處理單元會(huì)分析接收到的信號(hào)，識(shí)別出特征波，并計(jì)算出飛行時(shí)間。通過(guò)測(cè)量特征波的發(fā)射和接收時(shí)間差，可以計(jì)算出超聲波在流體中的飛行時(shí)間。知道了飛行時(shí)間，結(jié)合流體中的聲速，可以計(jì)算出流體流速。
2、所以，特征波的穩(wěn)定性和可識(shí)別性直接影響到流量測(cè)量的準(zhǔn)確性。特別是在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中會(huì)出現(xiàn)較多如換能器表面結(jié)垢、雜質(zhì)較多、環(huán)境噪聲等外在干擾因素，這些外在干擾因素的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)中出現(xiàn)雜波干擾，可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q能器無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別出特征波，從而影響流量測(cè)量的準(zhǔn)確性。現(xiàn)有技術(shù)中為了提高識(shí)別的準(zhǔn)確性，通過(guò)設(shè)置一個(gè)幅度閾值，只有超過(guò)這個(gè)閾值的信號(hào)才會(huì)被視為特征波。亦或是在接收器端設(shè)置一個(gè)時(shí)間窗口，只有在這個(gè)窗口內(nèi)到達(dá)的信號(hào)才會(huì)被認(rèn)為是特征波。然而，當(dāng)雜波的波峰峰值較高或者是在時(shí)間窗口內(nèi)出現(xiàn)時(shí)，上述技術(shù)手段無(wú)法進(jìn)行較好的識(shí)別。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提出了一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法及其裝置，通過(guò)提高換能器識(shí)別特征波的準(zhǔn)確性，從而提高流量測(cè)量的準(zhǔn)確性。
2、為了達(dá)到上述專(zhuān)利技術(shù)
3、一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，包含以下步驟：
4、接收波形信號(hào)v＝f(t)，獲取所述波形信號(hào)v＝f(t)中各個(gè)波峰點(diǎn)ai及其對(duì)應(yīng)位置(ti，f(ti))；其中，i是波峰點(diǎn)的計(jì)數(shù)；
5、計(jì)算所述波峰點(diǎn)ai對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)速率ki，
6、
7、若所述增長(zhǎng)速率ki在預(yù)設(shè)的第一理論區(qū)間中，則認(rèn)為所述波峰點(diǎn)ai為特征波的一個(gè)波峰點(diǎn)。
8、在超聲波流量計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域中，接收到的波形信號(hào)容易出現(xiàn)特征波和雜波共存的情況，這時(shí)，就無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別出是雜波和特征波。特征波被認(rèn)為是有效波，而雜波基本認(rèn)定為無(wú)效波。由于特征波的每個(gè)波峰點(diǎn)其對(duì)應(yīng)的所述增長(zhǎng)速率k是一個(gè)固定值。如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的特征波其一個(gè)波峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)速率k是0.9，則工作人員可以將所述第一理論區(qū)間設(shè)定為0.9±0.15，通過(guò)判斷所述波形信號(hào)v＝f(t)中各個(gè)波峰點(diǎn)ai其對(duì)應(yīng)的所述增長(zhǎng)速率ki，是否在設(shè)定的所述第一理論區(qū)間中，若在，認(rèn)為所述波峰點(diǎn)ai為特征波的第一個(gè)波峰點(diǎn)；當(dāng)然，工作人員還可以將第一理論區(qū)間設(shè)定在標(biāo)準(zhǔn)的特征波的其它的波峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)速率k的區(qū)間范圍內(nèi)。通過(guò)正確識(shí)別出特征波的其中一個(gè)波峰點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以較為方便快捷的尋找到特征波，從而繼續(xù)后續(xù)的飛行時(shí)間和流速的計(jì)算。所述波形信號(hào)v＝f(t)中各個(gè)波峰點(diǎn)ai可以通過(guò)求導(dǎo)計(jì)算得到。
9、本技術(shù)方案通過(guò)判別增長(zhǎng)速率區(qū)分該波峰點(diǎn)是否為特征波的其中一個(gè)波峰點(diǎn)，從而快速識(shí)別出特征波。與現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)設(shè)定閾值或者時(shí)間窗口相比，即使存在雜波的波峰峰值較高或者是在時(shí)間窗口內(nèi)出現(xiàn)時(shí)的情況，也能通過(guò)所述增長(zhǎng)速率k進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別區(qū)分，提高換能器識(shí)別特征波的準(zhǔn)確性，從而提高超聲波流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性。
10、作為本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選，所述超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法還包含復(fù)驗(yàn)步驟：
11、若所述增長(zhǎng)速率ki在所述第一理論區(qū)間中，則繼續(xù)判斷ki+1是否在預(yù)設(shè)的第二理論區(qū)間中，若是，則判斷所述波峰點(diǎn)ai和所述波峰點(diǎn)ai+1均為特征波的其中一個(gè)波峰點(diǎn)。
12、本領(lǐng)域技術(shù)人員可以基于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)特征波的兩個(gè)不同波峰點(diǎn)其對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)速率去預(yù)設(shè)所述第一理論區(qū)間和所述第二理論區(qū)間。如一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的特征波其次級(jí)波峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)速率k是0.9，后一個(gè)波峰點(diǎn)對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)速率k是0.461。這時(shí)，工作人員可以將所述第一理論區(qū)間設(shè)定為0.9±0.15，所述第二理論區(qū)間設(shè)定為0.461±0.1，當(dāng)相鄰的兩個(gè)波峰點(diǎn)的增長(zhǎng)速率同時(shí)落在這兩個(gè)區(qū)間內(nèi)，這兩個(gè)波峰點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的波段被識(shí)別為特征波所在。
13、通過(guò)設(shè)置兩個(gè)理論區(qū)間，進(jìn)行二次判斷復(fù)驗(yàn)，可以減少將雜波誤識(shí)別為特征波的可能性。即使某個(gè)波峰點(diǎn)的增長(zhǎng)速率符合特征波的第一理論區(qū)間，如果后續(xù)波峰點(diǎn)的增長(zhǎng)速率不符合第二理論區(qū)間，那么這個(gè)波峰點(diǎn)就不會(huì)被錯(cuò)誤地標(biāo)記為特征波的波峰。確保識(shí)別出的是一系列符合特征波模式的波峰點(diǎn)，而不僅僅是單個(gè)波峰點(diǎn)。
14、另外，由于特征波的第二個(gè)波峰點(diǎn)，其相比第一個(gè)波峰點(diǎn)處于一個(gè)更加穩(wěn)定的階段，又相比后面幾個(gè)波峰點(diǎn)更易被捕捉，故通常通過(guò)識(shí)別出特征波的第二個(gè)波峰點(diǎn)從而確定超聲波信號(hào)的飛行時(shí)間，有助于提高時(shí)間測(cè)量的分辨率，從而提高流速測(cè)量的精度。總之，通過(guò)設(shè)置兩個(gè)理論區(qū)間并進(jìn)行二次判斷，可以更準(zhǔn)確地識(shí)別特征波及其第一個(gè)和第二個(gè)波峰點(diǎn)，可以使得飛行時(shí)間計(jì)算的更加精準(zhǔn)，從而提高超聲波流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確性。
15、所述波峰點(diǎn)ai的獲取方式具體為：
16、基于所述波形信號(hào)v＝f(t)求解得到電壓值vj對(duì)應(yīng)的解集合,其中j為自然數(shù)且vj＜vj+1；
17、計(jì)算得到所述電壓值vj對(duì)應(yīng)的比值rj，
18、
19、其中，t為已知超聲波換能器的信號(hào)固定周期；tj1和tj2為所述電壓值vj對(duì)應(yīng)的解集合中數(shù)值最小的兩個(gè)解；
20、當(dāng)rj＜rj+1時(shí)，得到所述波峰點(diǎn)ai及對(duì)應(yīng)(ti，f(ti)),
21、其中，
22、當(dāng)一個(gè)波峰出現(xiàn)時(shí)，r前面會(huì)隨著電壓值的增大對(duì)應(yīng)的逐漸減小并趨近于0，若到某一點(diǎn)時(shí)，rj＜rj+1，說(shuō)明峰值更大的另一個(gè)波峰出現(xiàn)了。此時(shí)，通過(guò)計(jì)算得到所述波峰點(diǎn)ai的位置(ti，f(ti))。本技術(shù)方案中通過(guò)比較rj和rj+1，選取依次增大的波峰點(diǎn)ai，減少了需要進(jìn)行增長(zhǎng)速率計(jì)算和判斷的波峰點(diǎn)數(shù)量，從而減少了整體的計(jì)算量，提高了識(shí)別過(guò)程的效率。特別在需要實(shí)時(shí)處理的場(chǎng)景中，減少計(jì)算量可以加快處理速度，使得系統(tǒng)能夠更快地響應(yīng)和識(shí)別特征波。另外，本方法專(zhuān)注于最有可能的特征波的波峰點(diǎn)，而不是對(duì)所有波峰點(diǎn)進(jìn)行無(wú)差別的分析，簡(jiǎn)化計(jì)算的復(fù)雜性的同時(shí)，減少了誤識(shí)別的可能性，從而提高了特征波識(shí)別的準(zhǔn)確性。
23、作為本專(zhuān)利技術(shù)的優(yōu)選，所述波峰點(diǎn)ai的獲取方式中，還包括：
24、設(shè)定噪聲閾值vt，對(duì)高于所述噪聲閾值vt的所述電壓值vj再進(jìn)行求解得到對(duì)應(yīng)的所述解集合，且i＝{1，2，3}。
25、在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，所述波形信號(hào)v＝f(t)中的一些噪聲信號(hào)普遍幅值較小。故可以預(yù)先設(shè)置一個(gè)所述噪聲閾值vt，對(duì)高于所述噪聲閾值vt的所述電壓值vj才進(jìn)行對(duì)應(yīng)的比值rj求解，在保證識(shí)別準(zhǔn)確性的同時(shí)，進(jìn)一步縮小計(jì)算量，使得系統(tǒng)能夠更快地響應(yīng)和識(shí)別特征波。另外，由于通過(guò)設(shè)定所述vt且所述vj≥vt過(guò)濾了大部分雜波，當(dāng)不斷增加所述電壓值vj計(jì)算所述比值rj從而得到a1,a2,a3前三個(gè)所述波峰點(diǎn)后，本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，包含以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，還包含復(fù)驗(yàn)步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，所述波峰點(diǎn)Ai的獲取方式具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，所述波峰點(diǎn)Ai的獲取方式中，還包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，還包含追認(rèn)步驟：
6.一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別裝置，其特征在于，包含：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別裝置，其特征在于，還包含復(fù)驗(yàn)?zāi)K：
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別裝置，其特征在于，所述波峰點(diǎn)獲取模塊具體包含：
9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有指令，當(dāng)所述指令在計(jì)算機(jī)或處理器上運(yùn)行時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行所述超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法的步驟。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，包含以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，還包含復(fù)驗(yàn)步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，所述波峰點(diǎn)ai的獲取方式具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，所述波峰點(diǎn)ai的獲取方式中，還包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超聲波流量計(jì)的特征波識(shí)別方法，其特征在于，還包含追...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
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