换能器工作频率的确定方法、装置、流量计及存储介质与流程

1.本发明属于测量技术领域，具体涉及一种换能器工作频率的确定方法、装置、流量计及存储介质。


背景技术：

2.超声流量计在实际工作场景中，会受到来自各方的干扰。诸如环境中的噪声，流体运动产生的噪声，开关阀门产生的噪声，以及包括流量计、流体和与其对接的管道所构成的整体的谐振频率，多径效应导致的信号畸变等，这些影响因素往往会随着时间的推移而发生变化。尤其是多径效应导致的干扰，无法通过滤波器进行优化。各种各样的干扰，对于测量飞行时间的超声流量计方案，干扰会导致的时间测量误差；对基于多普勒原理进行频率测量的超声流量计方案，干扰会导致相位抖动降低测量结果的有效性。
3.现有技术的解决方案：提高换能器发射功率来增大信号幅度或者增加滤波器进行解决；其中提高换能器发射功率来增大信号幅度，存在增加测量系统的功耗的问题，对于采用一次电池供电的大多数物联网表具来说难以接受；而增加滤波器来降低干扰同样会导致硬件成本或计算功耗的增加，同时对多径效应导致的影响几乎没有效果；因此存在适用性差的问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种换能器工作频率的确定方法、装置、流量计及存储介质，旨在解决现有超声流量计中解决噪音干扰问题的方案存在适用性差的技术问题。
5.本发明为达到其目的，所采用的技术方案如下：
6.一种换能器工作频率的确定方法，包括以下步骤：
7.设置换能器发射端的第一发射频率；
8.换能器发射端以第一发射频率发送第一信号；
9.第一信号经过流体的传输发送至换能器接收端；
10.换能器接收端接收的信号为第二信号；
11.对第二信号进行检测，并生成对应的判断参数；
12.设置不同的第一发射频率，重复上述步骤若干次，生成若干组判断参数；
13.将若干组判断参数进行对比，并确定其中最稳定的判断参数；
14.将最稳定的判断参数对应的发射频率，确定为最佳发射频率。
15.进一步地，对第二信号进行检测，并生成对应的判断参数的步骤中，还包括如下步骤：
16.对第二信号进行信号幅度检测以及噪声检测，并生成对应的判断参数。
17.进一步地，判断参数包括最高幅度值及干扰程度值；对第二信号进行信号幅度检测以及噪声检测，并生成对应的判断参数的步骤中，还包括如下步骤：
18.对第二信号进行信号幅度检测，并生成对应的最高幅度值；
19.对第二信号进行噪声检测，并生成对应的干扰程度值。
20.进一步地，对第二信号进行信号幅度检测，并生成对应的最高幅度值的步骤中，还包括如下步骤：
21.通过峰值保持器获得第二信号的最大幅度；
22.通过ad采样对最大幅度进行量化，生成最高幅度值。
23.进一步地，将若干组判断参数进行对比，并确定最稳定的判断参数的步骤中，还包括如下步骤：
24.将若干组最高幅度值与底噪幅度进行对比，筛选出超过底噪幅度x倍的若干最高幅度值；
25.对超过底噪幅度x倍的若干最高幅度值对应的干扰程度值进行对比，筛选出最低的干扰程度值，并确定该最低的干扰程度值对应的判断参数为最稳定的判断参数。
26.进一步地，换能器接收端接收的信号为第二信号的步骤中，还包括如下步骤：
27.换能器接收端设有预设幅度，预设幅度略高于底噪幅度；
28.当换能器接收端接收到的信号幅度小于预设幅度时，拦截该信号；
29.当所述换能器接收端接收到的信号幅度大于所述预设幅度时，所述换能器接收端将预设幅度设为0，接收信号接受信号并将接收的信号确定为第二信号。
30.进一步地，将若干组最高幅度值与底噪幅度进行对比的步骤之前，还包括如下步骤：
31.测量换能器接收端所处环境的噪声幅度，将噪声幅度作为底噪幅度。
32.对应地，本发明还提供一种换能器工作频率的确定装置，包括：
33.设置模块，用于设置换能器发射端的第一发射频率；
34.发送模块，用于换能器发射端以第一发射频率发送第一信号；
35.传输模块，用于第一信号经过流体的传输发送至换能器接收端；
36.接收模块，用于换能器接收端接收的信号为第二信号；
37.检测模块，用于对第二信号进行检测，并生成对应的判断参数；
38.循环模块，用于设置不同的第一发射频率，重复上述步骤若干次，生成若干组判断参数；
39.对比模块，用于将若干组判断参数进行对比，并确定其中最稳定的判断参数；
40.确定模块，用于将最稳定的判断参数对应的发射频率，确定为最佳发射频率。
41.对应地，本发明还提供一种流量计，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的换能器工作频率确定程序，换能器工作频率确定程序配置为实现如上述的换能器工作频率的确定方法的步骤。
42.对应地，本发明还提供一种存储介质，其上存储有换能器工作频率确定程序，换能器工作频率确定程序被处理器执行时实现如上述的换能器工作频率的确定方法的步骤。
43.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
44.本发明提出的换能器工作频率的确定方法，设置换能器发射端的第一发射频率；换能器发射端以第一发射频率发送第一信号；第一信号经过流体的传输发送至换能器接收端；换能器接收端接收的信号为第二信号；由于第一信号时经过流体后再被换能器接收端
接收的，因此换能器接收端所接收的信号时收到噪音干扰后的第二信号；对第二信号进行检测，并生成对应的判断参数；设置不同的第一发射频率，重复上述步骤若干次，生成若干组判断参数；将若干组判断参数进行对比，并确定其中最稳定的判断参数；将最稳定的判断参数对应的发射频率，确定为最佳发射频率；通过对不同的第一发射频率下对应的第二信号进行判断分析，最后得出当前环境下最稳定第二信号，以此确定了换能器的最佳发射频率，因此本发明可以根据不同使用环境进行调节第一发射频率，使得换能器接收端接收的第二信号控制在最稳定的状态，具有较好的抗干扰能力，实现了适用性广的效果。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的流量计结构示意图；
47.图2为本发明一实施例中换能器工作频率的确定方法的流程示意图；
48.图3为本发明一实施例中换能器工作频率的确定装置的结构示意图。
49.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
50.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
51.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
52.如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的超声流量计的结构示意图。
53.本发明实施例的超声流量计可以是具有流量监测功能的终端设备。
54.如图1所示，该超声流量计可以包括：处理器1001，例如cpu，通信总线1002，用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选的用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi接口)。存储器1005可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
55.本领域技术人员可以理解，图1中示出的超声流量计并不构成对终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
56.如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及换能器工作频率确定程序。
57.在如图1所示的超声流量计中，网络接口1004主要用于连接后台服务器，与后台服务器进行数据通信；用户接口1003主要包括输入单元比如键盘，键盘包括无线键盘和有线键盘，用于连接客户端，与客户端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的换能器工作频率确定程序，并执行下述任一实施例中的换能器工作频率的确定方法中的操作。
58.基于上述硬件结构，提出本发明换能器工作频率的确定方法实施例。
59.参照图2，本发明一实施例提供一种换能器工作频率的确定方法，包括以下步骤：
60.步骤s100，设置换能器发射端的第一发射频率；
61.具体地，本步骤中通过设置换能器发射端的第一发射频率，并且可以进行多次调整，具体实现时可以提前预设发射频率，进行依次输入，通过提前设置若干个预设发射频率，使设备的工作频率随着系统的频率特性变化而相应变化，在不增加换能器发射功率的前提下，规避会导致测量不稳定的工作频率区间，获得更大的信号幅度，降低多径效应导致的信号畸变以及对测量造成的干扰，使超声流量计的最终测量结果更加稳定可靠。
62.步骤s200，换能器发射端以第一发射频率发送第一信号；
63.具体地，本步骤中主要是根据步骤s100中的第一发射频率进行对应的发送出第一信号，第一信号从换能器发射端发出，由换能器接收端接收，换能器发射端与换能器接收端之间存在流体。
64.步骤s300，第一信号经过流体的传输发送至换能器接收端；
65.具体地，本步骤中第一信号从换能器发射端发出经过流体后，由换能器接收端接收，因此由换能器接收端所接收的信号与第一信号是存在不同的，因此第一信号与第二信号是两个不同的信号，因为两者存在距离差以及环境噪音，距离差会使得两者信号的时间轴不同，而环境噪音会对第一信号进行干扰使得第一信号的频率/振幅均会发生变化。
66.步骤s400，换能器接收端接收的信号为第二信号；
67.具体地，本步骤中将换能器接收端接收的信号定义为第二信号，方便后续对第二信号进行分析判断。
68.步骤s500，对第二信号进行检测，并生成对应的判断参数；
69.具体地，本步骤中主要通过对第二信号进行检测，然后生成对应的判断参数，根据判断参数确定第二信号的接收稳定程度，对第二信号的检测主要包括有信号幅度检测和噪声检测，对于换能器而言信号幅度越大可以增加信号的信噪比及抗噪性等效果，因此对于第二信号则是信号幅度越大其稳定性就越强，噪音检测则是用于分析判断第二信号收到噪音影响的情况，最终根据检测结果生成对应的判断参数。
70.步骤s600，设置不同的第一发射频率，重复上述步骤若干次，生成若干组判断参数；
71.具体地，本步骤中首先重复步骤s100-s500若干次，设置不同的第一发射频率，每个不同的第一发射频率会对应不同的第一信号，因此也会对应不同的第二信号，最终生成若干个不同的判断参数。
72.步骤s700，将若干组判断参数进行对比，并确定其中最稳定的判断参数；
73.具体地，本步骤中将若干组判断参数进行对比，如步骤s500中所述的，通过对第二信号的检测获得对应的判断参数，判断参数包括用于表示信号幅度的最高幅度值及用于表示噪音干扰强弱的干扰程度值，通过对若干组判断参数中的最高幅度值及干扰程度值进行综合对比分析，最终根据预设判断标准确定出最稳定的判断参数。
74.步骤s800，将最稳定的判断参数对应的发射频率，确定为最佳发射频率。
75.具体地，本步骤中主要根据最稳定的判断参数对应的发射频率，确定为最佳发射频率，由于经过了上述步骤中对多个发射频率，该频率下换能器发射端发送的第一信号后，由换能器接收端接收的第二信号是最稳定，抗干扰能力最强的状态；通过设置不同的第一发射频率后检查判断第二信号的稳定状况，从若干种情况中挑选一个最稳定的第一发射频率作为最佳发射频率；因为在不同的环境下环境噪声对于第一信号的干扰也是不同的，因此设置多种第一发射频率进行分析判断最后接收的第二信号状态，判断出哪种第一发射频率是最稳定的，以此确定为最佳发射频率，使得本方法可以适用于各种环境下，实现了适应性广的效果。
76.进一步地，对第二信号进行检测，并生成对应的判断参数的步骤中，还包括如下步骤：
77.对第二信号进行信号幅度检测以及噪声检测，并生成对应的判断参数。
78.进一步地，判断参数包括最高幅度值及干扰程度值；对第二信号进行信号幅度检测以及噪声检测，并生成对应的判断参数的步骤中，还包括如下步骤：
79.对第二信号进行信号幅度检测，并生成对应的最高幅度值；
80.对第二信号进行噪声检测，并生成对应的干扰程度值。
81.具体地，本技术的超声流量计采用tdc-gp30芯片，对于换能器而言信号幅度越大可以增加信号的信噪比及抗噪性等效果，因此对于第二信号则是信号幅度越大其稳定性就越强，因此需要通过幅度检测获取第二信号的最高幅度值，以便后续进行对比判断；噪音检测则是用于分析判断第二信号收到噪音影响的情况，最终根据检测结果生成对应的判断参数，噪音检测的具体过程如下：
82.通过tdc芯片gp30的第一波检测模式中的多次过零检测获得的时间t1,t2,t3,...tn进行运算判别，理想无干扰的情况下t2-t1＝t3-t2＝t4-t3＝发送信号周期的整数倍，然而在有干扰的情况下，差值会出现偏离周期值的情况，并且偏离的程度各不相同。所以只要计算出几个差值偏离周期值的多少，以及差值之间的一致性，就能作为评价信号受干扰程度的指标，进而生成干扰程度值，例如当ignored hit设置为0时，上面的t2-t1、t3-t2、t4-t3差值就应该等于1倍的发送信号周期值，若受到了干扰，t2-t1、t3-t2、t4-t3差值是与周期值存在偏差的，即计算差值与周期值之间的偏差值，如(t2-t1)-周期值＝偏差值，该偏差值则为干扰程度值，可以进行量化作为参考。
83.进一步地，对第二信号进行信号幅度检测，并生成对应的最高幅度值的步骤中，还包括如下步骤：
84.通过峰值保持器获得第二信号的最大幅度；
85.通过ad采样对最大幅度进行量化，生成最高幅度值。
86.具体地，本市实施例中采用tdc芯片gp30的幅度检测功能进行幅度检测，接着通过峰值保持器获得第二信号的最大幅度，然后通过ad采样进行幅度量化，将最大幅度连华为
最高幅度值，使其可以作为参考值。
87.进一步地，将若干组判断参数进行对比，并确定最稳定的判断参数的步骤中，还包括如下步骤：
88.将若干组最高幅度值与底噪幅度进行对比，筛选出超过底噪幅度x倍的若干最高幅度值；
89.对超过底噪幅度x倍的若干最高幅度值对应的干扰程度值进行对比，筛选出最低的干扰程度值，并确定该最低的干扰程度值对应的判断参数为最稳定的判断参数。
90.具体地，通过上述实施例可以确定生成干扰程度值和最高幅度值，本实施例通过将干扰程度值和最高幅度值作为判断基础，确定最稳定的判断参数；首先筛选出超过底噪幅度x倍的若干最高幅度值，其中x可以选择自定义常数，本实施例中选用3倍，完成最高幅度值对判断参数进行第一轮的筛选；接着通过干扰程度值对判断参数进行最后的筛选，选择干扰程度值最低的判断参数作为最稳定的判断参数，最终得出的最稳定的判断参数在保证了幅度较高且干扰程度最低。
91.进一步地，换能器接收端接收的信号为第二信号的步骤中，还包括如下步骤：
92.换能器接收端设有预设幅度，预设幅度略高于底噪幅度；
93.当换能器接收端接收到的信号幅度小于预设幅度时，拦截该信号；
94.当换能器接收端接收到的信号幅度大于预设幅度时，换能器接收端将预设幅度设为0，接收信号接受信号并将接收的信号确定为第二信号。
95.进一步地，将若干组最高幅度值与底噪幅度进行对比的步骤之前，还包括如下步骤：
96.测量换能器接收端所处环境的噪声幅度，将噪声幅度作为底噪幅度。
97.具体地，由于在换能器使用的环境中时时刻刻都存在噪音，因此换能器接收端能时刻都存在环境噪音信号的输入，因此本实施例中设置一个预设幅度，经由当接受的信号幅度大于预设幅度时才进行持续接收信号，并将接收信号确定为第二信号，因此可以过滤掉在接收第二信号之前的各种噪音信号。
98.具体过程如下：
99.首先将换能器接收端比较器的门限电压设置为一个略高于底噪幅度的非零值，避免被噪声误触发；
100.当接收到的信号超过比较器检测门限时，认为此时开始的一段时间内接收到的是有效信号，随即将比较器的门限电压调整为零值，对接收信号进行过零比较并产生连续翻转的输出信号。
101.接着换能器的计时器捕获比较器连续多次过零翻转的时刻的时间，作为信号飞行时间测量的初步结果。
102.本实施例主要通过设置非零且大略大约噪音的预设幅度，使得比较识别是否接收到有效信号，避免噪声导致的误触发；通过切换到过零比较识别信号的过零时刻，避免因为信号幅度变化导致非零比较触发时间不一致等问题。
103.对应地，本发明还提供一种换能器工作频率的确定装置，包括：
104.设置模块，用于设置换能器发射端的第一发射频率；
105.发送模块，用于换能器发射端以第一发射频率发送第一信号；
106.传输模块，用于第一信号经过流体的传输发送至换能器接收端；
107.接收模块，用于换能器接收端接收的信号为第二信号；
108.检测模块，用于对第二信号进行检测，并生成对应的判断参数；
109.循环模块，用于设置不同的第一发射频率，重复上述步骤若干次，生成若干组判断参数；
110.对比模块，用于将若干组判断参数进行对比，并确定其中最稳定的判断参数；
111.确定模块，用于将最稳定的判断参数对应的发射频率，确定为最佳发射频率。
112.对应地，本发明还提供一种流量计，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的换能器工作频率确定程序，换能器工作频率确定程序配置为实现如上述的换能器工作频率的确定方法的步骤。
113.对应地，本发明还提供一种存储介质，其上存储有换能器工作频率确定程序，换能器工作频率确定程序被处理器执行时实现如上述的换能器工作频率的确定方法的步骤。
114.需要说明的是，关于上述实施例中的换能器工作频率的确定装置，其中各个模块或单元执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，本领域技术人员可以理解，此处不再赘述。
115.对应地，本发明一实施例还提供一种存储介质，其为计算机可读的存储介质，其上存储有换能器工作频率确定程序，换能器工作频率确定程序被处理器执行时实现上述任一实施例中的换能器工作频率的确定方法的步骤。
116.在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、cd-rom、和磁光盘)、rom(read-only memory，只读存储器)、ram(random accessmemory，随机存储器)、eprom(erasable programmable read-only memory，可擦写可编程只读存储器)、eeprom(electrically erasable programmable read-only memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片等各种可以存储程序代码的介质。
117.显然，本领域的技术人员应当理解，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
118.需要说明的是，本发明公开的换能器工作频率的确定方法、装置、流量计及存储介质的其它内容可参见现有技术，在此不再赘述。
119.以上所述，仅是本发明的可选实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。