高精度超声回波渡越时间算法研究.pdf

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1、2016正仪表技术与传感器2016第3期InstrumentTechniqueandSensorNo．3高精度超声回波渡越时间算法研究仲崇庆，杨录，张艳花(中北大学信息与通信工程学院，电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051)摘要：针对时差法超声流量计在测量小管径、低流速时测量精度较低问题，在分析常规测时方法误差机理的基础上，采用互相关算法对回波信号进行处理，通过Hilbert变换提取信号包络，以包络的峰值点作为计时基准点得到超声回波信号精确渡越时间。该算法充分利用信号本身的带通特性，达到滤波和测时的目的，运算简单，具有实时性。实验证明该方法具有较高的测时精度和稳定性。关键词

2、：时差法超声流量计；渡越时间；互相关；Hilbert变换中图分类号：TP312文献标识码：A文章编号：1002-1841(2016)03-0108-03AlgorithmStudyofHigh-precisionUltrasonicEchoSignalsZHONGChong—qing，YANGLu，ZHANGYan-hua(CollegeofInformationandCommunicationEngineering，StateKeyLaboratoryofElectronicTestingTechnology，NorthUniversityofChina，T~yuan030051，

3、China)Abstract：Tosolvethelowprecisionproblemofthetime--diferenceultrasonicflowmeterformeasuringlow·flowliquidandthesmalldiameter，basedOnanalyzingtheerrormechanismofconventionalmethodsofmeasuringtime，thecross—correlationmethodwasproposedtodealwithultrasonicechosignalsandthesignalenvelopewasacqui

4、redbyusingHilberttransform，thentheaccuratetransittimeoftheultrasonicechosignalswascalculatedviatheenvelopepeakpointasthetimingreferencepoint．Thealgorithmmadefulluseoftheband—passcharacteristicsofthesignalitselfandmetthepurposeoffilteringandmeasurementtime．Andtheal—gorithmoperatedsimplyandhadrea

5、l-time．Atlasttheexperimentprovesthatthroughthemethod，theprecisionandstabilityofmeasurementtimeareimproved．Keywords：time—differenceultrasonicflowmeter；transittime；cross—corelation；HilberttransformO引言况。当采用电平比较法时，信号波形的不稳定，将会带来较大非介入式超声流量计因具有安装方便，操作简单，无需破的误差。如图l(b)、图1(c)所示，在回波信号段出现陷波和坏原有构件等优点，得到了广泛的

6、应用⋯。超声测流量主要采缺波时，测出的时间将滞后一个周期，当出现更多的缺波或陷用时差法，其本质是超声波在流体中的传播速度受到流体流动波，则会滞后更多的周期，引起的误差则会相应的变大，计算出的影响，在顺流和逆流时的传播时间不同，根据顺逆流时间差流量值则会出现更大的偏差。建立时差和流量的关系，求取瞬时流量值。因此，精确地测量出超声波在流体中顺逆流传播的时间成为关键J。1常规时间测量存在的问题目前，国内外针对超声流量检测回波信号的处理方法主要有电平比较法、小波分析法等。小波分析法是指对接收到的超(a)正常圈波信号声回波信号，利用噪声和超声信号的奇异性规律不同来识别第一个周期的位置，实现对超

7、声回波信号到达时间的测量，但小波函数比较复杂，算法实现比较困难，难以满足在线应用j。电平比较法也称为阈值检测法，即预先设置一个电平，当回波信号幅度大于该电平时，认为信号到达，然后通过一定的判断方法，确定超声波到达的时刻，一般通过检测信号接下来从正到负的过零点值来作为超声波的到达时刻MJ。如图1(a)中所示，假设预先设定的阈值为1V，则第一个过零点t。即为计时基准。但由于超声波在穿透流体介质时会受到流体的流动噪声的影响，造成回波信号波形发生畸变，即存在完全缺