CN103808380B - 一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法。它包括以下步骤：流量检测模块将采样值发送到自适应流量滤波模块，自适应流量滤波模块判断流体流量变化情况，并根据流量变化情况输出特定的流量值M到历史数据缓冲模块和流量数据缓冲模块，流量数据缓冲模块将流量值发送到流量计算器，历史数据缓冲模块读取历史数据，输出流量值M、平均流量值和平均频率值到采样变速模块，采样变速模块计算出控制频率f并将其发送到频率控制模块，频率控制模块控制流量检测模块以控制频率f对流体流量进行采样。本发明能够对流体流量进行跟踪，根据流体流量的变化情况实时调整流量检测模块的采样频率，减小累积流量计算的误差，减少功耗。

Description

一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法

技术领域

本发明涉及流体流量检测技术领域，尤其涉及一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法。

背景技术

流量计量仪表分为速度流量控制仪表和累积流量计量仪表。速度流量控制仪表广泛用于过程量的控制，它关注当前的流量速度(m/s)，比如食品、医药等行业用速度流量控制仪表嵌入生产流水线，控制各种配比成分的流量速度，从而控制配比比例，在这些***中介质的流量一般都比较恒定，而且是外接供电，能够用更高的采样频率去计量较稳定的流体，达到更高的计量精度。累积流量计量仪表主要是计量累积量的水表、热量表等仪表。

近几年新推出的超声水表、超声热量表、射流水表和射流热量表都属于新型智能表。这些流量基表按频率f周期性的采集流体的流量信息，流体的流量采集是一种非连续性离散的信号采集过程。流体流动是连续性过程，而流量检测是非连续性过程，那么，用非连续的采样去反应一个连续的过程会出现信号丢失，如图2所示。

中国专利公开号CN102914333，公开日2013年2月6日，发明的名称为利用超身波检测流量的检测方法，该申请案公开了一种利用超身波检测流量的检测方法，它由布置在测量管的管段上的超声波换能器组测量出超声波在管段中顺流传播时的顺流时间及逆流传播时的逆流时间；待测气体在流过测量管的布置有超声波换能器组的管段时自由扩散到与测量管相连通的两个静速管中，由对应的测量声程除以超声波在对应的静速管中的实际传播时间即可分别得到超声波在两个静速管中的传播速度，将上述超声波传播速度带入如下的超声波传播速度计算公式中即可得到超声波传播速度，将所测得的数据代入方程中求得待测流体在测量管中的流量，进而得到待测流体的流量。其不足之处是，该方法按照固定采样频率周期性的采集流体的流量信息，不能根据流量的变化情况实时调整采样频率，当采样频率较小时累积流量的计算存在较大误差，当采样频率较大时功耗较大。

发明内容

本发明的目的是克服现有超声波流量计量仪表按照固定采样频率周期性的采集流体的流量信息，当采样频率较小时累积流量的计算存在较大误差，当采样频率较大时功耗较大的技术问题，提供了一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法，其能够对流体流量进行跟踪，根据流体流量的变化情况实时调整流量检测模块的采样频率，减小累积流量计算的误差，减少功耗。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明的一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法，包括以下步骤：

S1：频率控制模块接收采样变速模块输出的控制频率f，并将该控制频率f发送到流量检测模块和历史数据缓冲模块，流量检测模块按照控制频率f对当前流体流量进行采样，并将采集到的流量值V0发送到自适应流量滤波模块；

S2：自适应流量滤波模块接收到流量检测模块发送的流量值V0后，读取其内存储的最近流量检测模块发送的16个流量值，16个流量值按照采样时间的先后顺序排列，根据采样时间从近到远依次为V1～V16，自适应流量滤波模块根据V1～V16的数值及它们的采样时间先后顺序判断流体流量变化情况；

S3：自适应流量滤波模块根据流体流量变化情况计算需输出的流量值M，当自适应流量滤波模块判断流体流量加快或降低时，M＝(V0×4+V8×2+V7+V9)/8，当自适应流量滤波模块判断流体流量不变时，M＝(V0×4+V8×4+V7×4+V9×3+V6×3+V10×2+V5×2+V11+V4)/24，自适应流量滤波模块将流量值M发送到历史数据缓冲模块和流量数据缓冲模块，同时存储流量值V0，之后同时执行步骤S4和步骤S5；

S4：流量数据缓冲模块存储接收到的流量值M，并将该流量值M发送到流量计算器；

S5：历史数据缓冲模块将自适应流量滤波模块发送的流量值M以及频率控制模块发送的控制频率f作为一个数据包存储起来，接着读取存储当前数据包之前最近存储的10个数据包，将10个数据包内的流量值取平均，得到平均流量值将10个数据包内的控制频率取平均，得到平均频率值将流量值M、平均流量值和平均频率值发送到采样变速模块；

S6：采样变速模块计算根据的情况计算需输出到频率控制模块的控制频率f，如果则如果 $4\%\≥\left|\frac{M-\stackrel{\‾}{V}}{\stackrel{\‾}{V}}\right|\≥3\%,$ 则 $f=\stackrel{\‾}{f}+X2,$ 如果 $\left|\frac{M-\stackrel{\‾}{V}}{\stackrel{\‾}{V}}\right|\≥5\%,$ 则 $f=\stackrel{\‾}{f}+X3,$ 如果则X1＜X2＜X3，f存在最大值f_max和最小值f_min，当计算出的f大于最大值f_max时，f＝f_max，当计算出的f小于最小值f_min时，f＝f_min，采样变速模块将计算出的控制频率f发送到频率控制模块，接着跳转至步骤S1。

在本技术方案中，流量检测模块为硬件模块，自适应流量滤波模块、历史数据缓冲模块、流量数据缓冲模块、采样变速模块和流量计算器都为软件模块。

频率控制模块控制流量检测模块的检测频率，流量检测模块按照频率控制模块发送的控制频率f对流体流量进行采样，将采样值发送到自适应流量滤波模块。自适应流量滤波模块根据其内存储的最近流量检测模块发送的16个流量值判断流体流量变化情况，根据流体流量变化情况输出特定的流量值M到历史数据缓冲模块和流量数据缓冲模块。

流量数据缓冲模块将接收到的流量值M存储起来，并将其发送到流量计算器，流量计算器根据流量值M计算出累积流量，即累计通过的流体体积。历史数据缓冲模块计算接收到当前流量值M之前最近接收到的10个流量值的平均值计算接收到当前频率值f之前最近接收到的10个频率值的平均值接着将流量值M、平均流量值和平均频率值发送到采样变速模块。采样变速模块根据接收到的数据计算出控制频率f，并将控制频率f发送到频率控制模块，频率控制模块控制流量检测模块以控制频率f对流体流量进行采样。本方法能够对流体流量进行跟踪，根据流体流量的变化情况实时调整流量检测模块的采样频率，减小累积流量计算的误差，减少功耗。

作为优选，所述步骤S1中流量检测模块按照控制频率f对当前流体流量进行采样时，每次采样连续采集16个流量数据，流量检测模块将该16个流量数据取平均，得到的平均流量值作为采集到的流量值V0发送到自适应流量滤波模块。流量检测模块在每次采样时连续采集16个流量数据，将这16个数据取平均得到的平均值为该次采样的流量数据。

作为优选，所述步骤S2中自适应流量滤波模块判断流体流量变化情况包括以下步骤：

步骤N1：将流量值V1～V4取平均，得到平均值A1，将流量值V5～V8取平均，得到平均值A2，将流量值V9～V12取平均，得到平均值A3，将流量值V13～V16取平均，得到平均值A4；

步骤N2：比较A1、A2、A3、A4的大小，如果A1＞A2＞A3＞A4或A1＜A2＜A3＜A4，则执行步骤N3，否则判断流体流量不变；

步骤N3：计算|A1-A2|得到数值B1，计算|A2-A3|得到数值B2，计算|A3-A4|得到数值B3，当B1＞B2＞B3时，判断流体流量加快，当B1＜B2＜B3时，判断流体流量降低，除了以上情况之外的其他情况判断流体流量不变。

作为优选，所述步骤S1中频率控制模块还将控制频率f发送到流量数据缓冲模块，所述步骤S4中，流量数据缓冲模块将自适应流量滤波模块发送的流量值M以及频率控制模块发送的控制频率f作为一个数据组存储起来，流量数据缓冲模块内存储最近接收到的3个数据组，分别为(流量值M1，频率值f1)，(流量值M2，频率值f2)和(流量值M3，频率值f3)，当流量数据缓冲模块在规定的时间内没有接收到流量值M时，流量数据缓冲模块计算出流量值流量数据缓冲模块将该流量值M发送到流量计算器。

作为优选，所述步骤S5中历史数据缓冲模块存储最近30秒接收到的数据包，所述数据包按照接收时间的先后顺序进行数据堆栈。

作为优选，所述步骤S5中，当历史数据缓冲模块在规定的时间内没有接收到自适应流量滤波模块发送的流量值M时，历史数据缓冲模块读取最近接收到的3个流量值，并将这三个流量值取平均，得到的平均值作为流量值M发送到采样变速模块。

本发明的实质性效果是：能够对流体流量进行跟踪，根据流体流量的变化情况实时调整流量检测模块的采样频率，减小累积流量计算的误差，减少功耗。

附图说明

图1是本发明的一种流程图；

图2是按照固定采样频率采集流体流量的示意图；

图3是本发明方法采集流体流量的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：频率控制模块接收采样变速模块输出的控制频率f，并将该控制频率f发送到流量检测模块和历史数据缓冲模块，流量检测模块按照控制频率f对当前流体流量进行采样，每次采样时流量检测模块连续采集16个流量数据，将该16个流量数据取平均得到流量值V0，接着把流量值V0发送到自适应流量滤波模块；

S2：自适应流量滤波模块接收到流量检测模块发送的流量值V0后，读取其内存储的最近流量检测模块发送的16个流量值，16个流量值按照采样时间的先后顺序排列，根据采样时间从近到远依次为V1～V16，自适应流量滤波模块根据V1～V16的数值及它们的采样时间先后顺序判断流体流量变化情况；

S3：自适应流量滤波模块根据流体流量变化情况计算需输出的流量值M，当自适应流量滤波模块判断流体流量加快或降低时，M＝(V0×4+V8×2+V7+V9)/8，当自适应流量滤波模块判断流体流量不变时，M＝(V0×4+V8×4+V7×4+V9×3+V6×3+V10×2+V5×2+V11+V4)/24，自适应流量滤波模块将流量值M发送到历史数据缓冲模块和流量数据缓冲模块，同时存储流量值V0，之后同时执行步骤S4和步骤S5；

S4：流量数据缓冲模块存储接收到的流量值M，并将该流量值M发送到流量计算器；

S5：历史数据缓冲模块将自适应流量滤波模块发送的流量值M以及频率控制模块发送的控制频率f作为一个数据包存储起来，接着读取存储当前数据包之前最近存储的10个数据包，将10个数据包内的流量值取平均，得到平均流量伯将10个数据包内的控制频率取平均，得到平均频率值将流量值M、平均流量值和平均频率值发送到采样变速模块；

S6：采样变速模块计算根据的情况计算需输出到频率控制模块的控制频率f，如果则如果 $4\%\≥\left|\frac{M-\stackrel{\‾}{V}}{\stackrel{\‾}{V}}\right|\≥3\%,$ 则 $f=\stackrel{\‾}{f}+X2,$ 如果 $\left|\frac{M-\stackrel{\‾}{V}}{\stackrel{\‾}{V}}\right|\≥5\%,$ 则 $f=\stackrel{\‾}{f}+X3,$ 如果则X1＝1HZ，X2＝2HZ，X3＝3HZ，f存在最大值4HZ和最小值1HZ，当计算出的f大于最大值4HZ时，f＝4HZ，当计算出的f小于最小值1HZ时，f＝1HZ，采样变速模块将计算出的控制频率f发送到频率控制模块，接着跳转至步骤S1。

步骤S2中自适应流量滤波模块判断流体流量变化情况包括以下步骤：

步骤N1：将流量值V1～V4取平均，得到平均值A1，将流量值V5～V8取平均，得到平均值A2，将流量值V9～V12取平均，得到平均值A3，将流量值V13～V16取平均，得到平均值A4；

步骤N2：比较A1、A2、A3、A4的大小，如果A1＞A2＞A3＞A4或A1＜A2＜A3＜A4，则执行步骤N3，否则判断流体流量不变；

步骤N3：计算|A1-A2|得到数值B1，计算|A2-A3|得到数值B2，计算|A3-A4|得到数值B3，当B1＞B2＞B3时，判断流体流量加快，当B1＜B2＜B3时，判断流体流量降低，除了以上情况之外的其他情况判断流体流量不变。

步骤S1中频率控制模块还将控制频率f发送到流量数据缓冲模块，步骤S4中，流量数据缓冲模块将自适应流量滤波模块发送的流量值M以及频率控制模块发送的控制频率f作为一个数据组存储起来，流量数据缓冲模块内存储最近接收到的3个数据组，分别为(流量值M1，频率值f1)，(流量值M2，频率值f2)和(流量值M3，频率值f3)，当流量数据缓冲模块在规定的时间内没有接收到流量值M时，流量数据缓冲模块计算出流量值流量数据缓冲模块将该流量值M发送到流量计算器。流量数据缓冲模块将接收到的数据组按照时间先后顺序进行数据堆栈，新数据存放在顶端，旧数据存放在底端。

步骤S5中历史数据缓冲模块存储最近30秒接收到的数据包，将数据包按照接收时间的先后顺序进行数据堆栈。

步骤S5中，当历史数据缓冲模块在规定的时间内没有接收到自适应流量滤波模块发送的流量值M时，历史数据缓冲模块读取最近接收到的3个流量值，并将这三个流量值取平均，得到的平均值作为流量值M发送到采样变速模块。

流量检测模块为硬件模块，自适应流量滤波模块、历史数据缓冲模块、流量数据缓冲模块、采样变速模块和流量计算器都为软件模块。

频率控制模块控制流量检测模块的检测频率，流量检测模块按照频率控制模块发送的控制频率f对流体流量进行采样，将采样值发送到自适应流量滤波模块。自适应流量滤波模块根据其内存储的最近流量检测模块发送的16个流量值判断流体流量变化情况，根据流体流量变化情况输出特定的流量值M到历史数据缓冲模块和流量数据缓冲模块。

流量数据缓冲模块将接收到的流量值M存储起来，并将其发送到流量计算器，流量计算器根据流量值M计算出累积流量，即累计通过的流体体积。历史数据缓冲模块计算接收到当前流量值M之前最近接收到的10个流量值的平均值计算接收到当前频率值f之前最近接收到的10个频率值的平均值接着将流量值M、平均流量值和平均频率值发送到采样变速模块。采样变速模块根据接收到的数据计算出控制频率f，并将控制频率f发送到频率控制模块，频率控制模块控制流量检测模块按照控制频率f对流体流量进行采样。流量检测模块采集流体流量的示意图，如图3所示。本方法能够对流体流量进行跟踪，根据流体流量的变化情况实时调整流量检测模块的采样频率，减小累积流量计算的误差，减少功耗。

Claims (5)

1.一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：频率控制模块接收采样变速模块输出的控制频率f，并将该控制频率f发送到流量检测模块和历史数据缓冲模块，流量检测模块按照控制频率f对当前流体流量进行采样，每次采样时流量检测模块连续采集16个流量数据，将该16个流量数据取平均得到流量值V0，接着把流量值V0发送到自适应流量滤波模块；

S2：自适应流量滤波模块接收到流量检测模块发送的流量值V0后，读取其内存储的最近流量检测模块发送的16个流量值，16个流量值按照采样时间的先后顺序排列，根据采样时间从近到远依次为V1～V16，自适应流量滤波模块根据V1～V16的数值及它们的采样时间先后顺序判断流体流量变化情况；

S3：自适应流量滤波模块根据流体流量变化情况计算需输出的流量值M，当自适应流量滤波模块判断流体流量加快或降低时，M＝(V0×4+V8×2+V7+V9)/8，当自适应流量滤波模块判断流体流量不变时，

M＝(V0×4+V8×4+V7×4+V9×3+V6×3+V10×2+V5×2+V11+V4)/24，自适应流量滤波模块将流量值M发送到历史数据缓冲模块和流量数据缓冲模块，同时存储流量值V0，之后同时执行步骤S4和步骤S5；

S4：流量数据缓冲模块存储接收到的流量值M，并将该流量值M发送到流量计算器；

S5：历史数据缓冲模块将自适应流量滤波模块发送的流量值M以及频率控制模块发送的控制频率f作为一个数据包存储起来，接着读取存储当前数据包之前最近存储的10个数据包，将10个数据包内的流量值取平均，得到平均流量值将10个数据包内的控制频率取平均，得到平均频率值将流量值M、平均流量值和平均频率值发送到采样变速模块；

S6：采样变速模块计算根据的情况计算需输出到频率控制模块的控制频率f，如果则如果则如果则如果则X1＜X2＜X3，X1、X2、X3为频率变量，f存在最大值f_max和最小值f_min，当计算出的f大于最大值f_max时，f＝f_max，当计算出的f小于最小值f_min时，f＝f_min，采样变速模块将计算出的控制频率f发送到频率控制模块，接着跳转至步骤S1。

2.根据权利要求1所述的一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法，其特征在于，所述步骤S2中自适应流量滤波模块判断流体流量变化情况包括以下步骤：

步骤N1：将流量值V1～V4取平均，得到平均值A1，将流量值V5～V8取平均，得到平均值A2，将流量值V9～V12取平均，得到平均值A3，将流量值V13～V16取平均，得到平均值A4；

步骤N2：比较A1、A2、A3、A4的大小，如果A1＞A2＞A3＞A4或A1＜A2＜A3＜A4，则执行步骤N3，否则判断流体流量不变；

步骤N3：计算|A1-A2|得到数值B1，计算|A2-A3|得到数值B2，计算|A3-A4|得到数值B3，当B1＞B2＞B3时，判断流体流量加快，当B1＜B2＜B3时，判断流体流量降低，除了以上情况之外的其他情况判断流体流量不变。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法，其特征在于：所述步骤S1中频率控制模块还将控制频率f发送到流量数据缓冲模块，所述步骤S4中，流量数据缓冲模块将自适应流量滤波模块发送的流量值M以及频率控制模块发送的控制频率f作为一个数据组存储起来，流量数据缓冲模块内存储最近接收到的3个数据组，分别为(流量值M1，频率值f1)，(流量值M2，频率值f2)和(流量值M3，频率值f3)，当流量数据缓冲模块在规定的时间内没有接收到流量值M时，流量数据缓冲模块计算出流量值流量数据缓冲模块将该流量值M发送到流量计算器。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法，其特征在于：所述步骤S5中历史数据缓冲模块存储最近30秒接收到的数据包，所述数据包按照接收时间的先后顺序进行数据堆栈。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于超声波流量计量仪表的流量快速跟踪方法，其特征在于：所述步骤S5中，当历史数据缓冲模块在规定的时间内没有接收到自适应流量滤波模块发送的流量值M时，历史数据缓冲模块读取最近接收到的3个流量值，并将这三个流量值取平均，得到的平均值作为流量值M发送到采样变速模块。