CN1191457C - 一种小管径超声波流量测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种小管径超声波流量测量装置及方法，包括基于ISA总线插在工业控制机底板插槽的超声波收发卡和数据采集卡，将一对超声波换能器TRA、TRB采用管外V型安装，TRA、TRB由工业控制机控制，同时发射超声波脉冲，并同时接收对方发射的超声波信号，将各自接收超声波信号送入数据采集卡的A/D输入端，通过工业控制机分析处理，完成时差、流量的计算。本发明提高了时差、流量测量的分辨率和精度，而且适用于小管径、低流速流体流量的测量，同现有技术相比，方法简便可靠，仪器运行稳定，操作简便，测量精度高、实时性好。

Description

一种小管径超声波流量测量装置及方法

一、技术领域

本发明涉及一种超声波流量测量装置及方法，特别涉及一种小管径、低流速超声波流量测量装置及方法。

二、背景技术

目前，公知的超声波流量测量方法主要有相关法、多谱勒法、时差法等。相关法在解决两相(气/液、气/固和液/固等)流体以及多相(多组份)流体的流动参数测量问题上具有巨大的潜力，但距工业生产中的大范围应用仍有一定的距离，在相关测量机理、传感器及相关器的设计等方面仍有一些问题需要解决；多普勒法只适用于被测流体含有一定杂质的测量环境；时差法主要用于气泡、杂质含量不超过3％的纯净流体的测量，该方法测量电路简单，在工农业生产中已得到了广泛的应用。在采用时差法测量时，获取精确的顺逆流时差Δt是完成流量测量的前提。但无论被测管径大小，当被测流体的流速值低至一定程度后，Δt的测量都会出现不可靠区域。(1)大管径情况：顺逆流超声波信号穿过被测流体所需的时间较长，可以使***获得较高的相对测量精度，但在被测流体流速很小时，时间差Δt的准确测量就变得十分困难；(2)小管径情况：超声波信号穿过被测流体的时间很短，有用的测试信号会被淹没在发射始波区域的各种杂波中，在被测流体流速很小时，所得到的Δt存在较大的偏差。在硬件实现上，传统的时差法是设计一个超高速计时器，该方法有两个缺点：(1)以发、收波形的某一点的值来计算时差，使计算结果分散性较大；(2)***的测量精度、时间分辨率受计数频率的影响较大。如何有效解决小流量、小时差的流量测量问题，是时间差法流量测量的重要课题。相关测量技术具有很高的测量精度，而时间差法的实现电路较为简单，如果对时间差法的测量电路加以改进后实现相关测量，就可以提高流量测量精度。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于小管径、低流速流体流量的测量，且仪器运行稳定、操作简便、测量精度高、实时性好的小管径超声波流量测量装置。

本发明的另一个目的是提供实现上述装置的检测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括基于ISA总线插在工业控制机底板插槽的超声波收发卡和数据采集卡，所说的超声波收发卡包括振荡电路、升压电路、超声波脉冲发射电路、同步触发控制电路、超声波换能器、增益控制电路和信号调理电路，振荡电路的输出端与升压电路的输入端相连，升压电路的输出端与超声波脉冲发射电路的一输入端相连，同步触发控制电路的输出端与超声波脉冲发射电路的另一输入端相连，超声波脉冲发射电路的输出端与TRA、TRB超声波换能器相连，TRA、TRB超声波换能器分别与信号调理电路的一输入端相连，增益控制电路的输出端与信号调理电路的另一输入端相连，信号调理电路的输出端通过信号线与数据采集卡的A/D输入端连接；所说的数据采集卡包括两路A/D、两路数据缓冲单元、两路32KSRAM单元、地址发生器、数据缓冲器和A/D及读写时序控制单元，两路A/D的输出端分别与两路数据缓冲单元的输入端相连，两路数据缓冲单元的输出端分别与两路32KSRAM13的另一输入端相连，地址发生器的输出端与两路32KSRAM单元的一输入端相连，两路32KSRAM单元的输出端与数据缓冲器的输入端相连，数据缓冲器的输出端通过ISA总线输入给工业控制机，工业控制机通过ISA总线给A/D及读写时序控制单元发出各类信号，A/D及读写时序控制单元的输出端分别送给两A/D、两路数据缓冲单元、两路32KSRAM单元和地址发生器。

实现上述装置的检测方法是：首先将TRA、TRB超声波换能器采用管外V型安装，且TRA、TRB超声波换能器前端面的距离为L，TRA、TRB超声波换能器在工业控制机的控制下，同时发射超声波脉冲，并同时接收对方发射的超声波信号，超声波信号发射后以θ₀的角度穿过换能器斜楔，以θ₁的角度穿过管壁，以θ₂的角度穿过被测流体达到对面的管壁内侧面，经反射后超声波信号按相反的顺序进入另外一个换能器，TRA、TRB超声波换能器将各自接收到的超声波信号送入数据采集卡的A/D输入端，对数据采集卡采集的数据序列CH1(n)、CH2(n)采用以下步骤进行快速搜索回波：

(1)原始数据预处理将两采集序列CH1(n)和CH2(n)减去各自的平均值后求绝对值得到两新的数据序列，将新序列分段求平均值，并把平均值赋给各段；

(2)快速搜索，回波粗定位搜索计数标志预先置一，从前向后进行搜索，如果新数据序列值依次先大于后小于搜索高度，则搜索计数标志加1，直至搜索完整个数据序列，如果搜索计数标志小于三时，未搜索到回波，如果搜索计数标志为三时，记下搜索到的回波C1、C2的大概起始位置；

(3)精确搜索，回波细定位对搜索到的回波向前向后延长相等采集长度，求得回波在这一范围内的最大点位置，即回波的峰值。在原始采集数据上，以回波峰值位置为对称点，确定回波计算的范围，初步确定两组回波计算的点及其始、终位置startPos1、startPos2和endPos1、endPos2，原始采集数据减去自身的平均值，得到的数据有正有负，存放在两个数组里，并且点的位置不变，分别从点startPos1、startPos2开始，向后搜索重新确定startPos1、startPos2，从点endPos1、endPos2向前搜索重新确定endPos1、endPos2，要求是startPos1、startPos2在过零点以下，endPos1、endPos2在过零点以上，这样确保startPos1、startPos2相差超出一个周期也能计算，计算两通道之间存在的时间差：在时差计算部分，首先对所选取的有效数据区进行线性插值，每两个采样点间线性***99个点，可得到两组离散的时间幅值序列

X(0)、X(1)、X(2)、、、、X(N)

Y(0)、Y(1)、Y(2)、、、、Y(N)

当n＜0或n＞N时，X(t)、Y(t)均为0，其中Y(n)对应于逆流发射的超声波信号，X(n)对应于顺流发射的超声波信号；

对X(t)、Y(t)，求相关函数

$R_{\mathrm{XY}}\left(m\right)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}X\left(n\right)Y(n+m)$

由于经过筛选后的波形数据均具有很好的一致性，相关函数R_XY(m)最大值所对应的m即反映了序列Y(n)相对于X(n)的时延长度，所以，顺逆流时间差为：

$\mathrm{\Δt}=\frac{25}{100}\×m=0.25m\left(\mathrm{nS}\right)$ 测得Δt，

根据公式 $v=\frac{\mathrm{\Δt}*C_0^2}{4*d*\mathrm{tg}{\mathrm{\θ}}_2}$ 得到线流速V；

式中：C₀为超声波信号在被测流体中的声速、d为管内径；对所得的线流速V加以校正，获得面流速V_A的大小：

        υ_A＝ηυ

式中：η-面速度对线速度的修正系数

则通过被测管道的流量大小为：

$Q=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}{\mathrm{\υ}}_A$

计算出的流量大小是在完全理想的测量前提下得到的，为了得到真实的流量值，需要对Q作进一步的修E：

$Q_t=K_{d}Q=K_d\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}{\mathrm{\υ}}_A$

式中：K_d为仪表系数，其大小可以通过标定测试获得。

本发明突破了传统时差法流量测量采用高速计数器来计算时差所带来的不足，采用了40MSPS高速采样频率和插值相关技术，用数字信号处理方法使时差成为一个统计量，使时差测量精度达到±1ns，提高了时差、流量测量的分辨率和精度，而且适用于小管径、低流速流体流量的测量，同现有技术相比，方法简便可靠，仪器运行稳定，操作简便，测量精度高、实时性好。

四、附图说明

图1是本发明流量测量***硬件构成框图；

图2是本发明超声波收发卡2构成框图；

图3是本发明数据采集卡3的构成框图；

图4是本发明流量测量示意图；

图5是本发明流量检测时超声波换能器8发射、接收的超声波信号图；

图6是流量处理流程图。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括基于ISA总线插在工业控制机1底板插槽的超声波收发卡2和数据采集卡3，其工作原理为：工业控制机1发出控制信号，超声波收发卡2工作，TRA、TRB超声波换能器8同时发射超声波脉冲，经过一段时间后，TRA、TRB超声波换能器8发射的超声波信号分别进入对方换能器。在接通超声波发射电路的同时，工业控制机1发出控制信号，数据采集卡3工作，以40MSPS的采样速率自动完成超声波信号采集，并将数据存放在64K×8的高速缓存中，实时记录下TRA、TRB超声波换能器8上所出现的一切信号。由于流速的影响，两超声波换能器接收到的超声波信号的时刻不同，存在一个时间差Δt，测量出时间差Δt，即能测得流量。一次信号采集完成后，数据被送入工业控制机1进行分析处理，完成时间差、流量的计算，并以数据和图表的形式输出，可自动连续实时进行流量显示。

参见图2，超声波收发卡2包括振荡电路4、升压电路5、超声波脉冲发射电路6、同步触发控制电路7、超声波换能器8、增益控制电路9和信号调理电路10，振荡电路4的输出端与升压电路5的输入端相连，升压电路5的输出端与超声波脉冲发射电路6的一输入端相连，同步触发控制电路7的输出端与超声波脉冲发射电路6的另一输入端相连，超声波脉冲发射电路6的输出端与TRA、TRB超声波换能器8相连，TRA、TRB超声波换能器8分别与信号调理电路10的一输入端相连，增益控制电路9的输出端与信号调理电路10的另-输入端相连，信号调理电路10的输出端通过信号线与数据采集卡3的A/D输入端连接；超声波收发卡2发射超声波的工作原理是：振荡电路4将+12V直流电压输入转变成交流正弦波输出，送给升压电路5，并经过升压电路5产生750V的高压，给超声波脉冲发射电路6的储能电路充电。工业控制机1发出控制信号，同步触发控制电路7输出触发脉冲，超声波脉冲发射电路6的储能电路放电，其冲击电压加到超声波换能器8的晶体上，由于逆压电效应，超声波换能器8的晶体受激振荡产生超声波。超声波收发卡2接收超声波的工作原理是：工业控制机1发出控制信号，同步触发控制电路7输出一低脉冲，超声波脉冲发射电路6关断，放电过程结束，进入充电过程。超声波换能器8将接收到对方换能器发射的通过流体后的超声波信号，由于压电效应，输出电信号，在送数据采集卡3之前，通过信号调理电路10进行调理，以满足A/D转换的要求。

参见图3，数据采集卡3包括两路A/D11、两路数据缓冲单元12、两路32KSRAM单元13、地址发生器14、数据缓冲器15和A/D及读写时序控制单元16，两路A/D11的输出端分别与两路数据缓冲单元12的输入端相连，地址发生器14的输出端与两路32KSRAM单元的输入端相连，两路数据缓冲单元12的输出端分别与两路32KSRAM单元13的输入端相连，两路32KSRAM单元13的输出端与数据缓冲器15的输入端相连，数据缓冲器15的输出端通过ISA总线输入给工业控制机1，工业控制机1通过ISA总线给A/D及读写时序控制单元16发出各类信号，A/D及读写时序控制单元16的输出端分别送给两A/D11、两路数据缓冲单元12、两路32KSRAM单元13和地址发生器14。数据采集卡3基于ISA总线有两个8位A/D通道，采样频率为40Msps、20Msps、10Msps及5Msps可选，存储深度为32KB、16KB、8KB及4KB可选。由流量处理软件启动数据采集后，采集***按所选的采样频率和存储深度对双通道同时进行数据采集，无需处理器的干预。在采样过程中，可以通过查询采集***的状态寄存器来判断采样过程是否结束。采样结束后，可通过一个端口按顺序读取保存在SRAM中的采样数据。

参见图4，将TRA、TRB超声波换能器8采用管外V型安装，且TRA、TRB超声波换能器8前端面的距离为L，TRA和TRB超声波换能器8在工业控制机1的作用下，将同时发射超声波脉冲，并同时接收对方发射的超声波信号。由于流速的影响，两超声波换能器接收到的超声波信号的时刻不同，存在一个时间差Δt，测量出时间差Δt，即能测得流量，超声波换能器8的K值(换能器倾斜角)决定了超声波信号入射角θ₀的大小，而管道材料和K值将共同决定θ₁的大小(不考虑存在管衬的情况)，θ₂将由管道材料和被测流体的类型所决定。超声波信号发射后以θ₀的角度穿过换能器斜楔，在换能器界面发生折射后，超声波以θ₁的角度穿过管壁，在管壁与被测流体的分界面上发生第二次折射，此后超声波信号以θ₂的角度穿过被测流体达到对面的管壁内侧面，经反射后超声波信号按相反的顺序进入另外一个换能器。

设超声波信号在被测流体中的声速为C₀，在管壁中的声速为C₁，若超声波顺流时从TRA超声波换能器到达TRB超声波换能器所需要的时间为t₁，逆流时从TRB超声波换能器到达TRA超声波换能器所需要的时间为t₂，同时令 $L_1=\frac{D-d}{2},$ 则：

$t_1=\frac{{2L}_1/\cos {\mathrm{\θ}}_1}{C_1}+\frac{{2L}_3/\sin {\mathrm{\θ}}_2}{C_0+v*\sin {\mathrm{\θ}}_2}+{\mathrm{\τ}}_1---\left(1\right)$

$t_2=\frac{{2L}_1/\cos {\mathrm{\θ}}_1}{C_1}+\frac{{2L}_3/\sin {\mathrm{\θ}}_2}{C_0-v*\sin {\mathrm{\θ}}_2}+{\mathrm{\τ}}_2---\left(2\right)$

式中：τ₁，τ₂超声波换能器斜楔及电路延时、L₁管壁厚度、D管外径、d管内径、L₃超声波在流体中传播的声程在流体流速方向上的映射长度之半

对式(1)、(2)，近似的认为τ₁，τ₂是相等的，用式(2)减去式(1)，可得：

$\mathrm{\Δt}=\frac{{2L}_3/\sin {\mathrm{\θ}}_2}{C_0-v*\sin {\mathrm{\θ}}_1}-\frac{{2L}_3/\sin {\mathrm{\θ}}_2}{C_0+v*\sin {\mathrm{\θ}}_2}$

即：

$\mathrm{\Δt}=\frac{{4\mathrm{vL}}_3}{C_0^2-{\mathrm{\υ}}^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_2}---\left(3\right)$

在一般工业测量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500米/秒左右，所以式(3)中υ²sin²θ₂项可以忽略不计。因此

$\mathrm{\Δt}=\frac{{4\mathrm{vL}}_3}{C_0^2}---\left(4\right)$

式中L₃可以用所测管道的外径D及内径d表示，换能器安装时前端面的距离为L，则：

$\mathrm{\Δt}=\frac{4\mathrm{vdtg}{\mathrm{\θ}}_2}{C_0^2}---\left(5\right)$

对式(5)进行变换，可得：

$v=\frac{\mathrm{\Δt}*C_0^2}{4*d*\mathrm{tg}{\mathrm{\θ}}_2}---\left(6\right)$

对式(6)计算所得的线流速加以校正，获得面流速的大小：

           υ_A＝ηυ

式中：η-面速度对线速度的修正系数则通过被测管道的流量大小为：

$Q=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}{\mathrm{\υ}}_A---\left(7\right)$

式(7)所计算出的流量大小是在完全理想的测量前提下得到的，为了得到真实的流量值，需要对Q作进一步的修正：

$Q_t=K_{d}Q=K_d\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}{\mathrm{\υ}}_A---\left(8\right)$

式中：K_d-仪表系数，其大小可以通过标定测试获得。

本发明流量测量时需要用户输入管道内外径、管道材料、被测流体种类以及当前温度下超声波在管壁和被测流体中的声速大小。***在测出时差Δt之后，将按流量测量数学模型式(6)、(8)进行流速、流量及其它参数的计算。参见图5，图中的A1为TRA超声波换能器发射的超声波始波信号、B1为TRB超声波换能器经管壁传入TRA超声波换能器的信号、C1为TRB超声波换能器经流体一次反射传入TRA超声波换能器的信号、D1为TRB超声波换能器经流体多次反射传入TRA超声波换能器的信号(或A2、B2、C2、D2)仅仅回波C1、C2用来计算时差。

图6是对数据采集卡3采集的数据序列CH1(n)、CH2(n)处理并计算出流量的整个流程图：

快速搜索回波：

(1)原始数据预处理，将两采集序列CH1(n)和CH2(n)减去各自的平均值后求绝对值得到两新的数据序列，将新序列分段求平均值，并把平均值赋给各段。

(2)快速搜索，回波粗定位

选一个搜索高度和搜索计数标志，搜索计数标志预先置一，从前向后进行搜索，如果新数据序列值依次先大于后小于搜索高度，则搜索计数标志加1，直至搜索完整个数据序列。如果搜索计数标志小于三时，未搜索到回波。如果搜索计数标志为三时，记下搜索到的回波C1、C2的大概起始位置。

(3)精确搜索，回波细定位

为了提高可靠性，对搜索到的回波向前向后延长相等采集长度，求得回波在这一范围内的最大点位置，即回波的峰值。在原始采集数据上，以回波峰值位置为对称点，确定回波计算的范围，初步确定两组回波计算的点及其始、终位置startPos1、startPos2和endPos1、endPos2。原始采集数据减去自身的平均值，得到的数据有正有负，存放在两个数组里，并且点的位置不变，分别从点startPos1、startPos2开始，向后搜索重新确定startPos1、startPos2，从点endPos1、endPos2向前搜索重新确定endPos1、endPos2。原则是startPos1、startPos2在过零点以下，endPos1、endPos2在过零点以上。这样可以确保startPos1、startPos2相差超出一个周期也能计算。

计算两通道之间存在的时间差：

在完成波形畸变及杂波的剔除后，数据处理程序进入时差计算部分。在时差计算部分，程序首先对所选取的有效数据区进行线性插值，每两个采样点间线性***99个点，可得到两组离散的时间幅值序列

X(0)、X(1)、X(2)、、、、X(N)

Y(0)、Y(1)、Y(2)、、、、Y(N)

当n＜0或n＞N时，X(t)、Y(t)均为0，其中Y(n)对应于逆流发射的超声波信号，X(n)对应于顺流发射的超声波信号。

对X(t)、Y(t)，求相关函数

$R_{\mathrm{XY}}\left(m\right)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}X\left(n\right)Y(n+m)$

由于经过筛选后的波形数据均具有很好的一致性，相关函数R_XY(m)最大值所对应的m即反映了序列Y(n)相对于X(n)的时延长度。所以，顺逆流时间差为：

$\mathrm{\Δt}=\frac{25}{100}\×m=0.25m\left(\mathrm{nS}\right)$ 测得Δt，

根据公式 $v=\frac{\mathrm{\Δt}*C_0^2}{4*d*\mathrm{tg}{\mathrm{\θ}}_2}$ 得到线流速V；

式中：C₀为超声波信号在被测流体中的声速、d为管内径；

对所得的线流速V加以校正，获得面流速V_A的大小：

         υ_A＝ηυ

式中：η-面速度对线速度的修正系数

则通过被测管道的流量大小为：

$Q=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}{\mathrm{\υ}}_A$

计算出的流量大小是在完全理想的测量前提下得到的，为了得到真实的流量值，需要对Q作进一步的修正：

$Q_t=K_{d}Q=K_d\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}{\mathrm{\υ}}_A$

式中：K_d为仪表系数，其大小可以通过标定测试获得。

本发明可用于化工、石油、自来水管道中的流量测量，同时又能满足液压等设备非介入式流量快速检测和故障诊断的需要。

Claims (2)

1、一种小管径超声波流量测量装置，包括基于ISA总线插在工业控制机(1)底板插槽的超声波收发卡(2)和数据采集卡(3)，其特征在于：所说的超声波收发卡(2)包括振荡电路(4)、升压电路(5)、超声波脉冲发射电路(6)、同步触发控制电路(7)、超声波换能器(8)、增益控制电路(9)和信号调理电路(10)，振荡电路(4)的输出端与升压电路(5)的输入端相连，升压电路(5)的输出端与超声波脉冲发射电路(6)的一输入端相连，同步触发控制电路(7)的输出端与超声波脉冲发射电路(6)的另一输入端相连，超声波脉冲发射电路(6)的输出端与TRA、TRB超声波换能器(8)相连，TRA、TRB超声波换能器(8)分别与信号调理电路(10)的一输入端相连，增益控制电路(9)的输出端与信号调理电路(10)的另一输入端相连，信号调理电路(10)的输出端通过信号线与数据采集卡(3)的A/D输入端连接；

所说的数据采集卡(3)包括两路A/D(11)、两路数据缓冲单元(12)、两路32KSRAM单元(13)、地址发生器(14)、数据缓冲器(15)和A/D及读写时序控制单元(16)，两路A/D(11)的输出端分别与两路数据缓冲单元(12)的输入端相连，两路数据缓冲单元(12)的输出端分别与两路32KSRAM单元(13)的另一输入端相连，地址发生器(14)的输出端与两路32KSRAM单元的一输入端相连，两路32KSRAM单元(13)的输出端与数据缓冲器(15)的输入端相连，数据缓冲器(15)的输出端通过ISA总线输入给工业控制机(1)，工业控制机(1)通过ISA总线给A/D及读写时序控制单元(16)发出各类信号，A/D及读写时序控制单元(16)的输出端分别送给两A/D(11)、两路数据缓冲单元(12)、两路32KSRAM单元(13)和地址发生器(14)。

2、一种基于权利要求1所述的小管径超声波流量测量装置的测量方法，其特征在于：首先将TRA、TRB超声波换能器(8)采用管外V型安装，且TRA、TRB超声波换能器(8)的前端面的距离为L，TRA、TRB超声波换能器(8)在工业控制机(1)的控制下，同时发射超声波脉冲，并同时接收对方发射的超声波信号，超声波信号发射后以θ₀的角度穿过换能器斜楔，以θ₁的角度穿过管壁，以θ₂的角度穿过被测流体达到对面的管壁内侧面，经反射后超声波信号按相反的顺序进入另外一个换能器，TRA、TRB超声波换能器(8)将各自接收到的超声波信号送入数据采集卡(3)的A/D输入端，对数据采集卡(3)采集的数据序列CH1(n)、CH2(n)采用以下步骤进行快速搜索回波：

(1)原始数据预处理，将两采集序列CH1(n)和CH2(n)减去各自的平均值后求绝对值得到两新的数据序列，将新序列分段求平均值，并把平均值赋给各段；

(2)快速搜索，回波粗定位搜索计数标志预先置一，从前向后进行搜索，如果新数据序列值依次先大于后小于搜索高度，则搜索计数标志加1，直至搜索完整个数据序列，如果搜索计数标志小于三时，未搜索到回波，如果搜索计数标志为三时，记下搜索到的回波C1、C2的大概起始位置；

(3)精确搜索，回波细定位

对搜索到的回波向前向后延长相等采集长度，求得回波在这一范围内的最大点位置，即回波的峰值。在原始采集数据上，以回波峰值位置为对称点，确定回波计算的范围，初步确定两组回波计算的点及其始、终位置startPos1、startPos2和endPos1、endPos2，原始采集数据减去自身的平均值，得到的数据有正有负，存放在两个数组里，并且点的位置不变，分别从点startPos1、startPos2开始，向后搜索重新确定startPos1、startPos2，从点endPos1、endPos2向前搜索重新确定endPos1、endPos2，要求是startPos1、startPos2在过零点以下，endPos1、endPos2在过零点以上，这样确保startPos1、startPos2相差超出一个周期也能计算，计算两通道之间存在的时间差：在时差计算部分，首先对所选取的有效数据区进行线性插值，每两个采样点间线性***99个点，可得到两组离散的时间幅值序列

X(0)、X(1)、X(2)、、、、X(N)

Y(0)、Y(1)、Y(2)、、、、Y(N)

当n＜0或n＞N时，X(t)、Y(t)均为0，其中Y(n)对应于逆流发射的超声波信号，X(n)对应于顺流发射的超声波信号；

对X(t)、Y(t)，求相关函数

$R_{\mathrm{XY}}\left(m\right)=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}X\left(n\right)Y(n+m)$

由于经过筛选后的波形数据均具有很好的一致性，相关函数R_XY(m)最大值所对应的m即反映了序列Y(n)相对于X(n)的时延长度，所以，顺逆流时间差为：

$\mathrm{\Δt}=\frac{25}{100}\×m=0.25m\left(\mathrm{nS}\right)$    测得Δt，

根据公式 $v=\frac{\mathrm{\Δt}*C_0^2}{4*d*\mathrm{tg}{\mathrm{\θ}}_2}$ 得到线流速V；

式中：C₀为超声波信号在被测流体中的声速、d为管内径；对所得的线流速V加以校正，获得面流速V_A的大小：

V_A＝ηV

式中：η-面速度对线速度的修正系数

则通过被测管道的流量大小为：

$Q=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}{v}_A$

计算出的流量大小是在完全理想的测量前提下得到的，为了得到真实的流量值，需要对Q作进一步的修正：

$Q_1=K_{d}Q=K_d\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}{v}_A$

式中：K_d为仪表系数，其大小可以通过标定测试获得。

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