CN120213145A 基于超声波计量气泡检测方法、系统、设备、介质及产品

(19)国家知识产权局(71)申请人青岛乾程科技股份有限公司地址266000山东省青岛市崂山区科苑纬一路1号青岛国际创新园A座8楼(72)发明人李士波高阳邢慧敏王国涛王达刘宇丰郑杰冯世平(74)专利代理机构青岛鼎丞智佳知识产权代理事务所(普通合伙)37277专利代理师王敬花(54)发明名称国声连国声连C是西漏A(C1.C②是是是否本发明涉及超声波计量技术领域，具体公开了一种基于超声波计量气泡检测方法、系统、设度差值△Tem,根据计算温度值范围[T-△Tem,T+△Tem],采用查表法获得相应的计算声速值范围[C1,C2],进而判断由温度T条件下工作下超声波上行时间下行时间和推算的声速C是否落在计算24)调用所述计算温度值范围[T-△Tem,T+△Tem],采用查表法获得相应的计算声速值5)获取所述超声波水表中一组换能器(1)发射端和接收端间超声波上行时间与下行时间的时间和SUMoF,调用超声波上行时6)判断声速C是否在所述计算声速范围[C1,C2]内，若声速C未落入计算声速范与计算温度值的温度差值△Tem为，所述超声波水表计量时实测温度值与计算温水表计量时温度差值的系统误差补偿值△T,调用所述补偿值△T,推算获得超声波水表计所述温度差值△Tem获取模块，用于在实验条件下获取超声波水表计量时的实测温度3值与计算温度值的温度差值△Tem;所述测量温度模块，用于读取超声波水表测量温度T;所述计算温度模块，用于调用测量温度T,推算获得超声波水表计算温度值范围[T-△所述计算声速模块，用于调用计算温度值范围[T-△Tem,T+△Tem]后，采用查表法获得相应的计算声速值范围[C1,C2];所述推算声速模块，用于获取所述超声波水表中一组换能器(1)发射端和接收端间超声波上行时间与下行时间的时间和SUM₀F,调用超声波上行时间与下行时间的时间和SUM₀F,以推算相应的声速C;所述判断标记模块，用于判断声速C是否在计算声速范围[C1,C2]内，若声速C未落入计算声速范围[C1,C2]内，则将此时超声波水表的计量数据标记为异常。11.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时可实现如权利要求112.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时可实现如权利要求1~6、8、9中任一所述基于超声波计量气泡检测方法。13.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时，所述电子设备执行如权利要求1~6、8、9中任一所述基于超声波计量气泡检测方法。4基于超声波计量气泡检测方法、系统、设备、介质及产品技术领域[0001]本发明涉及超声波计量技术领域，具体为基于超声波计量气泡检测方法、系统、设背景技术[0002]超声波水表具有压损小、精度高、功耗低、使用寿命长等突出优点，受到了广泛重视，被视为传统机械水表替换升级的良好替代。超声波水表的工作原理多采用时差法，并通过一定的关系换算将线流速转化为面流速，根据信号的顺逆流传播时间差来计算流量。在具体应用过程中，要求使用环境为封闭满管状态，由于安装环境密封性以及压力因素的影响，往往在管道中会混合有一定比例的气泡，超声波经过液体和气体的反射面时，会发生反射现象造成声波接收幅值变小以及接收波形畸变，在超声波接收幅值变小和接收波形畸变的情况下，超声波计量往往会发生跳波现象，使得超声波水表的测量值与实际值存在偏差，造成水表读数误差甚至错误走数。在某些特殊情形下，日累积误差值甚至达到了10立方以上，供水单位与用户之间的水费贸易结算容易发生纠纷，极易造成不良社会影响，严重影响了超声水表的广泛应用。[0003]现有技术中，也有相关研究，如周民.基于超声相关与差压组合法的气液两相流测量装置研制[D].中国计量大学，2016中，通过差压流量计和超声波流量计进行组合式气液两相流流量测量，解决测量气液两相流分相流量难题，在搭配测量时，超声波流量计采用相关法负责测量气液两相流的体积流量，差压式双锥流量计负责测量管道前差压信号，并利用现有气液两相流流量测量模型分析组合式测量方法，实现气液两相流气相体积含率测量及各分相流量测量。前述方案中增加了差压流量计，采用差压流量计和超声波流量计组合测量的方式进行测量，由于超声水表对于成本的高敏感性，该方法只适用于高价值的工业[0004]又如陈龙.气液两相流中气泡特性参数光场PTV测量方法研究[D].东南大学，2023.DOI:10.27014/ki.gdnau.2023.000148.提出了一种通过光场成像对气泡进行三维重建的方法，该方法可以精确的获得气泡的大小尺寸，能够实现流场内气泡的三维重建，但在超声水表应用过程中，该方法实现较为复杂，无法满足超声水表低功耗测量的需求。因而，亟需一种方法简单实用性强、低成本低能耗情况下对管道内气泡进行检测及评估的方法及系统。发明内容[0005]本发明公开了一种基于超声波计量气泡检测方法、系统、设备、介质及产品，它解决了现有技术中因超声波计量管段内气泡影响，导致超声波水表计量精度差甚至影响使用的技术问题，具有设计合理、方便检测计量管段内气泡、方法简单实用性强、且成本低功耗低的技术效果。所采用的技术方案如下：一种基于超声波计量气泡检测方法，应用于超声波水表，包括步骤：51)获取超声波水表计量时的实测温度值与计算温度值的温度差值△Tem;优选地，在实验条件下获取温度差值△Tem,所述实验条件为，将超声波水表测量管段置于静水环境中，且保证周围无电磁波干扰，且测量管段中水体[0006]2)读取超声波水表测量温度T;优选的，采用温度传感器采集超声波水表的测量温度T,且温度传感器的测量精度至少为0.1℃,进一步优选地，温度传感器可采用NTC热敏电[0007]3)调用所述测量温度T,推算获得超声波水表计算温度值范围[T-△Tem,T+△4)调用所述计算温度值范围[T-△Tem,T+△Tem],采用查表法获得相应的计算声速值范围[C1,C2];5)获取所述超声波水表中一组换能器发射端和接收端间超声波上行时间与下行时间的时间和SUMoF,调用超声波上行时间与下行时间的时间和SUMo,以推算相应的声速6)判断声速C是否在所述计算声速范围[C1,C2]内，若声速C未落入计算声速范围[C1,C2]内，则将此时超声波水表的计量数据标记为异常，即判断为测量管段内存在气泡。[0008]在上述技术方案的基础之上，所述实测温度值与计算温度值的温度差值△Tem为，前述实验条件下，所述超声波水表计量时实测温度值与计算温度值的最大温度差值。[0009]在上述技术方案的基础之上，前述实验条件下，采用多只同规格超声波水表计量，所述实测温度值与计算温度值的温度差值△Tem为，多只超声波水表计量时实测温度值与计算温度值的最大温度差值的平均值。[0010]在上述技术方案的基础之上，获取所述超声波水表计量时温度差值的系统误差补偿值△T,调用所述补偿值△T,推算获得超声波水表计算温度值范围为[T-△Tem-△T,T+△[0011]在上述技术方案的基础之上，调用所述计算温度值范围[T-△Tem,T+△Tem],采用查表法推算获得相应的静水中计算声速值范围[C1水，C2水]替代所述计算声速值范围[C1,C2],如此可简化运算，减少查表的运算量，有利于简化运算、提高运算效率，进而有利于降低功耗。[0012]在上述技术方案的基础之上，所述超声波水表中一组换能器接收超声波信号时采用信号自适应调整捕获技术，以定位超声波首波，减少气泡情况下所接收的超声波信号发生跳波情形概率。其中，信号自适应调整捕获技术为现有技术，用于定位换能器接收的超声波首波。[0013]在上述技术方案的基础之上，所述超声波水表被设计为，以设定周期采集获得所述声速C,若在连续的多个采样周期内获取的所述声速C均未落入计算声速范围[C1,C2]内，则缩短采样周期提高采集频率。优选地，设定周期为0.25~1s;优选地，设定采样周期为1s,若在连续三个采样周期内获取的所述声速C均未落入计算声速范围[C1,C2]内，则缩短采样周期提高采集频率。[0014]在上述技术方案的基础之上，若在连续的多个采样周期内获取的所述声速C均未落入计算声速范围[C1,C2]内，将所述采集频率提高为至少8次/秒以上。[0015]在上述技术方案的基础之上，将所述采集频率提高后，在设定时间段内记录获取6的N个所述声速C中标记为异常的有M个，且将所述超声波水表测量段内气泡对超声波水表所述温度差值△Tem获取模块，用于在实验条件下获取超声波水表计量时的实测所述计算温度模块，用于调用测量温度T,推算获得超声波水表计算温度值范围声波上行时间与下行时间的时间和SUM₀F,调用超声波上行时间与下行时间的时间和[0019]一种计算机程序产品，所述计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行范围[T-△Tem,T+△Tem],采用查表法获得相应的计算声速值范围[C1,C2],进而判断由温度T条件下工作下超声波上行时间下行时间和推算的声速C是否落在计算的声速值范围记为异常的有M个，且将所述超声波水表测量段内气泡对超声波水表计量精度的影响程度7附图说明声波水表通过一组换能器1中超声波飞行的上行时间和下行时间差数据实现瞬时流量的计[0029]其中，一组换能器1中，超声波逆流上行时间Tp为：超声波飞行的上行时间和下行时间差△为：④81)获取超声波水表计量时的实测温度值与计算温度值的温度差值△Tem;具体为，在实验条件下获取温度差值△Tem,实验条件包括，将超声波水表测量管段3置于静水环境Co1=402.38677+5.03798765*T1-5.80980间的时间和SUM₀F,通过式(6)推算获得此时的计算声速，根据查表获得该计算声速对应的[0038]2)读取超声波水表实际工作时的测量温度T;本实施例中，采用温度传感器2采集[0039]3)调用上述测量温度T,推算获得超声波水表计算温度值范围[T-△Tem,T+△Tem];此外，考虑到超声波水表之间因生产制作或元器件等因素，存在不可避免的系统误9之后，获取多只超声波水表所确定的温度差值△Tem的平均绝对偏差△TAD,将△[0041]调用计算温度值范围[T-△Tem-△T,T+△Tem+△T],采用查表法获得相应的计算本实施例中，考虑到超声波水表实际工作时，超声波[0042]5)获取超声波水表实际工作时，其中一组换能器1发射端和接收端间超声波上行时间与下行时间的时间和SUMoF,调用超声波上行时间与下行时间的时间和SUMoF,根据式0.5~2min,将超声波水表测量段内气泡对超声波水表计量精度的影响程度反映为F,超声波水表中一组换能器1接收超声波信号时采用信号自适应调整捕获技术，以定位超声为一种超声波首波定位方法、装置及设备的专利文件所示，又如申请号为CN202411932737.7名称为一种用于超声波流量计量装置的首波阈值电压设定方法的专利[0047]在上述气泡检测方法实施例的基础上，本发明对应提供了超声计量气泡检测模所述温度差值△Tem获取模块，用于在实验条件下获取超声波水表计量时的实测温度值与计算温度值的温度差值△Tem;所述测量温度模块，用于读取超声波水表测量温度T;所述计算温度模块，用于调用测量温度T,推算获得超声波水表计算温度值范围所述计算声速模块，用于调用计算温度值范围[T-△Tem-△T,T+△Tem+△T]后，采用查表法获得相应的计算声速值范围[C1水1,C2水];所述推算声速模块，用于获取所述超声波水表中一组换能器1发射端和接收端间超声波上行时间与下行时间的时间和SUMoF,调用超声波上行时间与下行时间的时间和SUM₀F,以推算相应的声速C;所述判断标记模块，用于判断声速C是否在计算声速范围[C1水1,C2水]内，若声速C未落入计算声速范围[C1水，C2水]内，则将此时超声波水表的计量数据标记为异常，反映有气泡存在。[0048]需说明的是，以上所描述超声计量气泡检测模块的实施例是与本发明上述气泡检测实施例相对应的，其能够实现本发明上述任意一所述的方法。[0049]一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时可实现如上所述基于超声波计量气泡检测方法。示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。该一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在终端设备中的执行[0050]处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit,CPU),还可以是其他通用处理器、数