时差法超声波流量检测三步互相关算法研究
柏思忠;张加易
【摘 要】Based on the analysis of the problem of computing a large
amount about cross⁃correlation algorithm for ultrasonic flow detec⁃tion by
time⁃difference method,the authors pointed out the three aspects of
reducing the amount of calculation,firstly operation data quantity,secondly
multiply⁃add operation quantity of each correlation operation, and lastly
correlation operation quantity. A three⁃step cross⁃correlation algorithm
was proposed,which is based on preprocessing,rough correlation and fine
correlation.It can decrease the cal⁃culation quantity by 3~5 orders of
magnitude;lambda type ultrasonic flow detection method was also applied
as an example,the overall computation time was controlled in ms
level,which has met the real⁃time requirement.Finally,it has provided an
effective solution to greatly reduce computation of cross⁃correlation
山西科技ＳＨＡＮＸＩ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０１２年第２７卷第３期
●应用技术
时差法超声波流量计的研究
牛 睿，梁 雪，廖学文，李 虹，郭 锐
（太原科技大学电子信息工程学院，山西太原，０３００２４）
摘要：当今在许多工业生产和科研活动中，流量测量是必不可少的。而超声波流量计以其非接
触、易于安装维护的优点得到了广泛的应用。根据设计的具体情况，对时差式超声流量
计的硬件电路进行了详细的分析，讨论了器件的选择和参数设计的问题，设计出单片机
外围设计电路部分ｖ；ｔＺＬ，ｌ生能良好的接收发射电路。
关键词：流量计；超声波；时差法；发射电路；接收电路
中图分类号：ＴＨ８１６＊．２ 文献标识码：Ａ 文章编号ｉ １００４—６４２９（２０１２）０３—００８９－０３
超声波流量计（简称ＵＳＦ）是利用超声波在流体中的传播特
性来测量流量的计量仪表。凭借其非接触测流、仪表造价基本上
与被测管道口径大小无关，精度高、测量范围大、安装方便、测试
操作简单等自身的优势被认为是较好的大管径流量测量仪表，
在电力、石油、化工特别是供水系统中被广泛应用。
１ 系统原理
１．１ 流量测量的基本原理
在流体的流动中，具有某个一定面积的截面，把流过该截面
的体积或质量与时间之比称为流量。用流体流过的体积与时间
之比来表示流量时，称为体积流量（或容积流量）。用流体流过的
质量与时间之比来表示流量时，称为质量流量。
一般地说，流量的测量对象就是流过管路或沟渠的流体。在
这种情况下，研究具有某个一定面积的管路或沟渠的截面，称流
过该截面的流量为流过该管路或沟渠的流体流量。
如果流体的流动是不随时间而变化的流动，即稳定流，那么
体积流量可以用流体在单位时间内通过具有一定面积的截面时
的体积来表示。质量流量可以用流体在单位时间内通过具有一
定面积的截面时的质量来表示。当流体是非稳定流时，流量时时
刻刻地都在变化着。这种情况下的某一时刻的流量，可以假定该
２０１１正 第ｌ２期 仪表技术与传感器 Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ ２０１１ Ｎｏ．１２
超声波流量计中相关时差法的应用
陆敏恂，朱列铭，周爱国
（同济大学机械工程学院，上海２０１８０４）
摘要：介绍了一种基于互相关理论的时差法超声波流量测量算法。系统采用时差法声道布置，采集流体静止和有流 速状态下的两组回波信号，通过计算相关函数的峰值得到两回波信号时间差，间接得出流量，提高了时差法渡越时间获取
的精度。极性相关算法的引入，大大提高了系统运算速度，提高了实时性。采用伪随机信号作为超声激励信号，克服了算
法测量范围小的缺陷，更可提高系统精度。实验表明该系统测量精度高，实时性好。 关键词：超声波；流量计；相关时差法；伪随机信号；极性相关算法；ＭＡＴＬＡＢ
中图分类号：ＴＰ２１６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１８４１（２０１１）１２—０１０５—０３
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｍｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｂａｓｅｄ ０ｎ Ｃｒｏｓｓ
Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ ｉｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒｓ
ＬＵ Ｍｉｎ—ｘｕｎ，ＺＨＵ Ｌｉｅ—ｍｉｎｇ，ＺＨＯＵ Ａｉ—ｇｕｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｏｎｇｊｉ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａ ｔｉｍｅ—ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｆｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｒｏｓｓ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ ａｒｒａｎｇｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ｌｉｋｅ ｔｈｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｆｌｕｉｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｏｗｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅｃｈｏ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ ｔｗｏ ｇｒｏｕｐｓ．Ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｐｅａｋ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｅｃｈｏ ｓｉｇ—
时差法超声波明渠流量计注意事项
时差法超声波明渠流量计是一种常用于测量河流、渠道等开放水体流量的设备。在使用时，需要注意以下几个方面：
1. 安装位置选择，时差法超声波明渠流量计的准确性和稳定性受到安装位置的影响，因此在安装时需要选择一个水流稳定、无明显涡流和波动的位置，以确保测量的准确性。
2. 渠道准备，在安装时需要确保测量的渠道或河流的几何形状和底部材质符合仪器的要求，以保证超声波的传播和反射符合设计要求。
3. 温度和压力补偿，时差法超声波明渠流量计在测量时需要考虑水温和压力对声速的影响，因此需要进行相应的温度和压力补偿，以确保测量的准确性。
4. 环境影响，周围环境的噪声和干扰会影响超声波的传播和接收，因此需要在安装时考虑周围环境的影响，并采取相应的措施进行干扰抑制。
5. 定期校准和维护，时差法超声波明渠流量计作为精密仪器，需要定期进行校准和维护，以确保测量的准确性和稳定性。
综上所述，使用时差法超声波明渠流量计需要注意安装位置选择、渠道准备、温度和压力补偿、环境影响和定期校准和维护等方面，以确保测量的准确性和可靠性。
