一种超声水表信号幅度动态调节方法

技术领域

本发明涉及流量测量技术领域，尤其涉及一种超声水表信号幅度动态调节方法。

背景技术

超声水表一般采用时差法计算流量，即对上下游换能器的接收信号进行数据处理并最终得出流量值，其测量精度受接收信号的变化影响明显。而在超声水表运行期间，影响接收信号的因素有很多，外部干扰或电池欠压等会影响接收信号的直流偏移量；换能器老化、水表管路内结垢会使信号幅度衰减；此外流量和环境温度的变化，也会使接收信号幅度产生差异。传统方法对信号幅度和直流偏移量的处理较为简单，一般为固定增益采样，很难应对上述复杂工况耦合导致的接收信号的变化，导致超声水表测量精度变差。

本方法利用上下游换能器的接收信号，借助接收信号峰峰值和直流偏移量构建信号幅度调整模型，自适应的调节增益，以保证在各种运行工况下，超声水表的接收信号始终能够处于理想区间内，测量不超出最大允许误差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种超声水表信号幅度动态调节方法，构建了信号幅度调整模型，解决了因复杂工况下信号幅度变化导致超声水表测量精度变差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超声水表信号幅度动态调节方法，包括以下步骤：

S1，超声水表上电运行，配置初始化参数，采集上下游换能器一次测量时的所有接收信号；

S2，由采集到的接收信号，提取上下游换能器接收信号的峰峰值X和直流偏移量Y，并计算条件熵值，其中条件熵值H（X︱Y）的计算公式为：

式中，

S3，构建信号幅度的调整模型，并根据模型调整信号幅度的检测频率与调节状态值；模型具体如下：

若H（X︱Y）在理想上限值

若

若

若

S4，若信号幅度的调节状态值大于0，则计算待调节的放大器增益值

式中，

S5，进行自适应调节：

若信号幅度的调节状态值等于0，则不作调节；

若信号幅度的调节状态值等于1，则在处理完本测量周期内所需的数据后更新放大器增益值为

若信号幅度的调节状态值等于2或3，则在更新放大器增益值为

S6，跳转至S1采集上下游换能器的接收信号并重复后续步骤至超声水表运行周期结束。

优选地，所述步骤S1中配置的初始化参数包括信号幅度检测频率和信号幅度调节状态值：将信号幅度检测频率配置为超声水表的测量频率；将信号幅度调节状态值配置为0。

优选地，所述步骤S2中峰峰值X的计算公式为：

直流偏移量Y的计算公式为：

式中max为换能器接收信号的最大值，min为换能器接收信号的最小值。

优选地，所述步骤S3中的理想上限值

优选地，所述步骤S5中，若连续多次采集上下游换能器接收信号并进行步骤S2~S4后，得到的信号幅度的调节状态值均等于3，则判定器件有损坏风险，超声水表立即发出警报。

优选地，所述步骤S1中上下游换能器接收信号的方式不限定，可以是同发同收，也可以是一发一收。

本发明的有益技术效果：利用上下游换能器的接收信号，提取接收信号峰峰值和直流偏移量计算条件熵，并以此构建信号幅度调整模型，对信号幅度进行自适应的调节，以保证在各种运行工况下，超声水表的接收信号始终能够处于理想区间内，进而使超声水表的测量误差不超出最大允许误差，从而实现了超声水表接收信号幅度的自适应调节。

附图说明

图1为本发明的总体流程图。

图2为本发明实施例中的上下游换能器接收信号。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。

实施例：

如图1所示，一种超声水表信号幅度动态调节方法，包括以下步骤：

S1，以安装需满足前后直管段要求为前提，将某型号DN15超声水表接入用水现场，超声水表上电运行，配置初始化参数，即将信号幅度检测频率配置为超声水表的测量频率；将信号幅度调节状态值配置为0；

采集一次测量时的所有上下游换能器的接收信号（需保证接收信号在采样窗口中）；其中上下游换能器接收信号的方式不限定，可以是同发同收，也可以是一发一收；采集结果如图2所示。

S2，由采集到的接收信号，提取上下游换能器接收信号的峰峰值X和直流偏移量Y，并计算条件熵值：

式中max为换能器接收信号的最大值，min为换能器接收信号的最小值；

条件熵值H（X︱Y）的计算公式为

式中，

实施例中超声水表中的采集波形的器件的采样值范围为-2048~2047，在0.7倍的最大采样值时，即接收信号的最大值约为1433时，信噪比最佳，则将X的最优理想值

S3，构建信号幅度的调整模型，并根据模型调整信号幅度的检测频率与调节状态值；模型具体如下：

若H（X︱Y）在理想上限值

若

若

若

其中理想上限值

经实验分析，根据超声水表测量精度，在峰峰值X低于2000或者高于4000时，超声水表测量误差超出最大允许误差，故将上下游换能器接收信号的峰峰值X的理想值区间设置为2000~4000。直流偏移量Y超过50后，超声水表测量误差超出最大允许误差，故将直流偏移量

由步骤S2中的条件熵值计算公式，得出理想上限值和理想下限值分别为1.587和5.518。代入信号幅度调整模型中，则实施例符合

S4，计算待调节的放大器增益值

式中，

S5，在更新放大器增益值为

S6，跳转至S1采集上下游换能器的接收信号并重复后续步骤至超声水表运行周期结束。

上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。