專利名稱：與脈沖多普勒方法和傳播時(shí)間差方法兼容的超聲波流量計(jì)、在流量計(jì)中自動(dòng)選擇測(cè)量方 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用能夠以脈沖多普勒方法和通過時(shí)間(transittime)方法來測(cè)量流量的超聲波流量計(jì)，在脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法之間切換測(cè)量方法的技術(shù)。
背景技術(shù)：
脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法為公知的超聲波流量測(cè)量方法。
脈沖多普勒方法中的流量測(cè)量運(yùn)用了多普勒頻移，其中，超聲波脈沖被發(fā)射到待測(cè)量的流體，由諸如存在于流體中的氣泡的混入物反射的超聲波回波的頻率被改變與流速成比例的量。與通過時(shí)間方法相比較，脈沖多普勒方法的特點(diǎn)在于高精確度、快速響應(yīng)、優(yōu)良的抗氣泡特性、以及通過提供多級(jí)測(cè)量線，即使在扭曲流動(dòng)(skewed flow)中仍可以具有高精度。然而，其問題在于，在幾乎不包含氣泡和/或顆粒的流體中無法進(jìn)行正確的測(cè)量，并且流速的可測(cè)量范圍受限。作為脈沖多普勒方法中的流量測(cè)量技術(shù)，例如，專利文獻(xiàn)1的技術(shù)是公知的。
另一方面，在通過時(shí)間方法中，使用了一對(duì)超聲波傳感器(transducer)來比較從上游(upstream)到下游(downstream)的超聲波通過時(shí)間和從下游到上游的超聲波通過時(shí)間，并計(jì)算流速和流量。在該方法中，與脈沖多普勒方法相比，可以適當(dāng)?shù)販y(cè)量幾乎不包含氣泡和/或顆粒的流體和純水的流量，并且流速的可測(cè)量范圍很寬。
傳統(tǒng)的超聲波流量計(jì)利用脈沖多普勒方法或通過時(shí)間方法來進(jìn)行測(cè)量。
這樣，上述方法具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但他們可以互為補(bǔ)充，最好是超聲波流量計(jì)具有能夠使用這兩種方法來測(cè)量流量的硬件資源，并且合適地在兩者之間切換。
本發(fā)明旨在提供一種超聲波流量計(jì)，其方法和程序能夠使用脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法兩者，通過根據(jù)脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法的接收波來自動(dòng)選擇脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法中的任一種，從而能夠測(cè)量流量，而不論待測(cè)流體中是否存在/缺少諸如氣泡等的反射體。
專利文獻(xiàn)1日本公布的專利申請(qǐng)第2000-97742號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的選擇測(cè)量方法的方法使用能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)，選擇其中一種測(cè)量方法，并且包括確定當(dāng)前測(cè)量方法的確定步驟；確定接收波可靠性的確定步驟；以及當(dāng)確定接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法的選擇步驟。
另外，根據(jù)本發(fā)明的選擇測(cè)量方法的方法使用能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)，選擇其中一種測(cè)量方法，并且包括確定當(dāng)前測(cè)量方法的確定步驟；確定接收波可靠性的確定步驟；以及當(dāng)確定接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法的選擇步驟，以及獲得一個(gè)值作為與脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法的每一個(gè)相關(guān)的接收波可靠性指標(biāo)，相互比較作為測(cè)量方法指標(biāo)的值，并當(dāng)確定接收波可靠性不夠時(shí)，選擇具有更高指標(biāo)值的測(cè)量方法。
本發(fā)明并不限于上述選擇測(cè)量方法的方法，它還可被配置為能夠使用兩種方法的超聲波流量計(jì)、能夠同時(shí)使用兩種方法的超聲波流量計(jì)、或者程序或存儲(chǔ)指示這些裝置執(zhí)行上述方法的程序的記錄介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的所述方法、所述裝置等，在能夠利用通過時(shí)間方法和脈沖多普勒方法的系統(tǒng)中，方法的選擇是自動(dòng)確定的，利用這些方法的優(yōu)點(diǎn)，從而進(jìn)行流量測(cè)量，而不論待測(cè)流體中是否存在/缺少反射體。由于在每種測(cè)量方法中適當(dāng)?shù)赜^測(cè)接收到的超聲波的強(qiáng)度、頻率的功率譜、相位變化、流速的正常檢測(cè)率等，以及基于預(yù)定的閾值來自動(dòng)確定待使用的方法，能夠以高精確度進(jìn)行滿足測(cè)量條件的流量測(cè)量。


圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠使用脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法來進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)略圖；圖2顯示了根據(jù)通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的原理；圖3顯示了根據(jù)脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量的原理；圖4為根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的切換操作的流程圖；圖5為如圖4所示的脈沖多普勒方法中進(jìn)行切換操作的流程圖；以及圖6為根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的切換操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考實(shí)施例和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。對(duì)多幅圖中出現(xiàn)的相同組件在圖中被賦給了相同的標(biāo)號(hào)。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，能夠使用脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法來進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)略圖。
在圖1中，在為待測(cè)量流體提供流動(dòng)路徑的管道的外壁上安裝能夠使用所述兩種方法的超聲波流量計(jì)，并且該超聲波流量計(jì)配置有傳感器1(超聲波傳感器)，用于以脈沖多普勒方法發(fā)送和接收超聲波來進(jìn)行流量測(cè)量；一對(duì)傳感器2和3(超聲波傳感器)，彼此相對(duì)地附著在管道外壁上；電路4，用于檢測(cè)多普勒頻率并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，用于脈沖多普勒方法的流量測(cè)量；電路5，用于進(jìn)行放大和A/D轉(zhuǎn)換，用于通過時(shí)間方法的流量測(cè)量；切換電路6，用于在脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法之間進(jìn)行切換；以及控制單元7，用于控制整個(gè)超聲波流量計(jì)。電路4的多普勒頻率檢測(cè)實(shí)際上是通過混和發(fā)射的超聲波脈沖頻率和接收的回波頻率并濾波發(fā)送頻率分量來進(jìn)行的，從而提取并輸出指示多普勒頻移分量的信號(hào)。更詳細(xì)地，它是通過正交檢測(cè)來獲得分析信號(hào)的方法。即，回波被乘以發(fā)送頻率的正弦和余弦分量，回波被分解為發(fā)送頻率分量和多普勒頻移分量，然后由低通濾波器僅提取指示多普勒頻移分量的信號(hào)并輸出。
雖然未在附圖中顯示，還有用于通過向每個(gè)傳感器輸出發(fā)送脈沖信號(hào)而從每個(gè)傳感器輸出超聲波脈沖的發(fā)送電路。該發(fā)送電路配置有例如發(fā)生器和發(fā)射器。發(fā)生器產(chǎn)生基本頻率為f0的電信號(hào)，而發(fā)射器在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔(1/fprf)以脈沖形式輸出來自發(fā)生器的電信號(hào)。這樣，每個(gè)傳感器在每個(gè)預(yù)定時(shí)間間隔(1/fprf)輸出基本頻率為f0的超聲波脈沖。然后，發(fā)送超聲波脈沖，并接收和處理由反射物或管道壁反射的脈沖被定義為一個(gè)測(cè)量操作。該測(cè)量操作被重復(fù)預(yù)定次數(shù)(Nprf，例如，幾百至幾千次)?；谒玫降慕Y(jié)果，控制單元7按照慣例獲得了多普勒接收波fd(i)，計(jì)算每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的流速(即流動(dòng)剖面)，并進(jìn)一步計(jì)算流量。在本方法中，獲得隨后說明的接收波幅度和功率譜以與設(shè)定值(閾值)進(jìn)行比較，從而確定測(cè)量方法的切換。
控制單元7最好配置有未在附圖中顯示的CPU(centralprocessing unit，中央處理器)、ROM(read-only storage device，只讀存儲(chǔ)設(shè)備)，RAM(arbitrary access storage device，隨機(jī)存取存儲(chǔ)設(shè)備)等構(gòu)成的微機(jī)?？刂茊卧?執(zhí)行各單元的功能，流量計(jì)算單元8根據(jù)來自脈沖多普勒方法中電路4和來自通過時(shí)間方法中電路5的信號(hào)，通過每個(gè)方法來計(jì)算流量；輸出處理單元9輸出(例如顯示)流量處理單元8的處理結(jié)果；以及方法切換單元10基于本發(fā)明的原理而進(jìn)行方法切換。處理單元8至10的每一個(gè)通過未在附圖中顯示的CPU讀取和執(zhí)行存儲(chǔ)在同樣未在附圖中顯示的ROM中的預(yù)定程序來實(shí)現(xiàn)。
脈沖多普勒方法中電路4和流量計(jì)算單元8的流量測(cè)量通過現(xiàn)有方法來執(zhí)行。同樣地，通過時(shí)間方法中電路5和流量計(jì)算單元8的流量測(cè)量也通過現(xiàn)有方法來執(zhí)行。
在圖1中，方法切換單元10切換電路4和5。然而，當(dāng)單獨(dú)提供兩種方法所需的硬件資源時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行通過這兩種方法的流量測(cè)量。因此，切換電路4和5可以被從兩種方法的測(cè)量結(jié)果中選擇一個(gè)來代替。
另外，能夠使用兩種方法的超聲波流量計(jì)被單獨(dú)提供兩種方法所需的硬件資源。然而，本發(fā)明不能被提供電路5以進(jìn)行通過時(shí)間方法測(cè)量，但是在能夠使用兩種方法的超聲波流量計(jì)中，可以將脈沖多普勒方法所使用的電路4的放大器(未在附圖中顯示)和A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于通過時(shí)間方法的流量測(cè)量中。
在解釋根據(jù)本發(fā)明切換方法的方法之前，將在下面簡(jiǎn)單說明通過時(shí)間方法和脈沖多普勒方法。
圖2顯示了通過時(shí)間方法中的流量測(cè)量原理。在通過時(shí)間方法中，如圖2的(a)部分所示，傳感器2(在圖2中被稱為“TD2”)穿過楔子和管道向待測(cè)流體直徑上的測(cè)量線發(fā)射超聲波(幅度為A0)，并且傳感器3穿過相對(duì)的楔子和管道接收經(jīng)由被測(cè)流體的超聲波。圖2的(b)部分示出接收波形。連續(xù)地，傳感器3同樣對(duì)傳感器2進(jìn)行發(fā)送。圖2的(c)部分顯示了TD2的接收波形。然后，由傳感器2和3的接收波形之間的時(shí)間差(ΔT＝T2-T1)來獲得待測(cè)流體的平均流速。由通過時(shí)間方法進(jìn)行的流量測(cè)量將一對(duì)傳感器中的每個(gè)傳感器發(fā)送發(fā)送脈沖以及使用此時(shí)接收的兩個(gè)接收波來測(cè)量流量的周期定義為“一個(gè)測(cè)量周期”。
圖3顯示了由脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量的原理。在脈沖多普勒方法中，如圖3的(a)部分所示，傳感器1(在圖3中被稱為“TD1”)穿過楔子和管道向測(cè)量線的直徑上的測(cè)量區(qū)發(fā)射超聲波(幅度為A1)，并且傳感器接收來自測(cè)量區(qū)中的反射體的回波(反射波)。基于從發(fā)送到接收所用的時(shí)間來計(jì)算測(cè)量線上的反射位置，以及根據(jù)取決于每個(gè)位置(測(cè)量點(diǎn))的反射體的速度的多普勒頻移來獲得反射體的流速。對(duì)應(yīng)于從多普勒頻移的頻率(fd)得到的采樣定理，以頻率fprf(fprf≥2fd)將上述過程重復(fù)預(yù)定次數(shù)(Nprf)，并得到測(cè)量線上的流動(dòng)剖面。然后，通過對(duì)沿管道內(nèi)徑的每個(gè)流速進(jìn)行積分來得到流量。在圖3的(b)部分中，最粗的垂直線表示發(fā)送波，第二粗的垂直線表示從相對(duì)壁表面的反射波。連接這些垂直粗線的粗水平線表示流體中的反射體的回波。有關(guān)脈沖多普勒方法的流量測(cè)量，對(duì)于一個(gè)脈沖發(fā)送的測(cè)量操作的周期被定義為“一個(gè)測(cè)量周期”。
基于上述Nprf次測(cè)量的結(jié)果，如圖3(c)部分所示，對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)(位置)獲得多普勒接收波fd(i)。在該解釋下，脈沖多普勒方法中的接收波(多普勒接收波)指的是電路4的輸出信號(hào)或基于Nprf次測(cè)量結(jié)果而產(chǎn)生的信號(hào)，但不是指每次測(cè)量得到的原始接收波。
為了知道流速，要得到多普勒頻移中的頻率變化。然而，用實(shí)際的測(cè)量裝置，首先使用多普勒頻移ωd和重復(fù)周期Δt來計(jì)算相角，并進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，從而得到流速。
基于上述定義在下面解釋方法切換單元10的切換操作。
第一實(shí)施例圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的切換操作的流程圖。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)每個(gè)測(cè)量周期進(jìn)行圖4中顯示的方法。當(dāng)圖4(a)部分中的處理開始時(shí)，確定當(dāng)前的流量測(cè)量方法是什么(步驟102)。由于控制單元7控制方法的切換，控制單元7自然知道當(dāng)前的流量測(cè)量方法。如果當(dāng)前的流量測(cè)量方法是脈沖多普勒方法，則控制傳遞至步驟104，并且基于至此進(jìn)行的Nprf次測(cè)量的結(jié)果，生成有關(guān)接收信號(hào)(即，圖3(c)部分所示的多普勒接收波fd(i))的可靠性的指標(biāo)值。
圖4的(b)部分顯示了步驟104中的方法的實(shí)例。如圖4(b)部分所示，例如，在步驟104a中，獲得接收波的幅度，即，多普勒接收波fd(i)的幅度A1’與預(yù)定幅值A(chǔ)的比值A(chǔ)Rrr。
另外，如在步驟104b中，對(duì)多普勒接收波進(jìn)行傅立葉變換，獲得作為發(fā)送波頻率和接收波頻率之間的差的多普勒頻率fd，檢測(cè)接收波的功率，并且這些處理被重復(fù)若干次，從而獲得水平軸和垂直軸分別指示多普勒頻率fd和功率的功率譜，并且得到獲得的功率譜與預(yù)定功率值P的比值PRrr。對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都獲取功率譜。
在確定步驟108中，確定在步驟104(例如，104a或104b)中獲得的值是否小于預(yù)定的設(shè)定值(Q或R)。實(shí)際上，當(dāng)在步驟104a中得到多普勒接收波fd(i)的幅度A1’與預(yù)定幅值A(chǔ)的比值A(chǔ)Rrr時(shí)，確定比值A(chǔ)Rrr是否小于為比值A(chǔ)Rrr預(yù)定的設(shè)定值Q。同樣，當(dāng)在步驟104b中獲得比值PRrr時(shí)，確定比值PRrr是否小于為比值PRrr預(yù)定的設(shè)定值R。
如果獲得的值小于預(yù)定的設(shè)定值，則在測(cè)量周期內(nèi)收集的多普勒接收波的可靠性較低，并且推薦不采用該方法。相應(yīng)地，在步驟110中改變?cè)摲椒ā＜?，在這種情況下，由于當(dāng)前正在使用脈沖多普勒方法，則方法被改變?yōu)橥ㄟ^時(shí)間方法。步驟110之后，切換操作終止。
在確定步驟108中，如果在步驟104中獲得的值大于設(shè)定值(Q或R)，則在測(cè)量周期內(nèi)收集的多普勒接收波的可靠性等于或高于預(yù)定水平。因此，不需要采取行動(dòng)(不改變方法)并且過程終止。
由用戶可選地將預(yù)定幅值A(chǔ)、預(yù)定功率值P以及預(yù)定設(shè)定值(Q或R)設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹怠?br> 另一方面，如果在第一確定步驟102中確定當(dāng)前方法是通過時(shí)間方法，則控制被傳遞至步驟106，并且獲得在當(dāng)前測(cè)量周期中收集的接收信號(hào)的可靠性的指標(biāo)值。實(shí)際上，它是在圖4的(c)部分中所示的步驟106a或106b中獲得的。例如，在步驟106a中，獲得發(fā)送波的最大幅度(圖2的(b)部分中顯示的A0)與接收波的最大幅度(圖2的(b)部分中顯示的A0’)的比值A(chǔ)rtr。另外，在步驟106b中，通過對(duì)接收波進(jìn)行傅立葉變換來計(jì)算接收波中包含的發(fā)送頻率的功率譜，并且可以獲得功率譜與發(fā)送波的比值PRtr。
然后，在確定步驟108中，確定在步驟106(例如，106a或106b)中得到的值是否小于該量的設(shè)定值。實(shí)際上，當(dāng)在步驟106a中獲得發(fā)送波的最大幅度與接收波的最大幅度的比值A(chǔ)rtr時(shí)，確定比值A(chǔ)rtr是否小于為比值A(chǔ)rtr預(yù)定的設(shè)定值。同樣，當(dāng)在步驟106b中獲得功率比值PRtr時(shí)，確定比值PRtr是否小于為比值PRtr預(yù)定的設(shè)定值。
如果得到的值小于預(yù)定的設(shè)定值，則在測(cè)量周期內(nèi)收集的接收波的可靠性較低，并且推薦不采用該方法。因此，在步驟110中改變?cè)摲椒?。即，在這種情況下，由于當(dāng)前的方法是通過時(shí)間方法，則方法被改變?yōu)槊}沖多普勒方法。步驟110之后，切換操作終止。
在確定步驟108中，如果步驟106中得到的值大于設(shè)定值，則在測(cè)量周期內(nèi)收集的通過時(shí)間方法中的接收波的可靠性等于或高于預(yù)定水平。因此，不需要采取行動(dòng)(不改變方法)并且過程終止。
如果當(dāng)前測(cè)量方法是脈沖多普勒方法，則不進(jìn)行圖4中顯示的方法，但可以執(zhí)行圖5中顯示的方法。即，如圖5的(a)部分中所示，確定整個(gè)測(cè)量點(diǎn)是否能被正確地測(cè)量(步驟S120)。如果可以被正確測(cè)量的測(cè)量點(diǎn)數(shù)(或如果正確測(cè)量的點(diǎn)與所有測(cè)量點(diǎn)的比值)小于第一預(yù)定閾值(步驟S112中為“是”)，則確定不能用脈沖多普勒方法來進(jìn)行測(cè)量，并且測(cè)量方法被改變?yōu)橥ㄟ^時(shí)間方法(步驟S124)。如果該數(shù)等于或高于第一預(yù)定閾值(步驟S122中為“否”)，則確定可以由脈沖多普勒方法來執(zhí)行測(cè)量，并且過程終止(不改變方法)。
步驟S120中的確定方法實(shí)際上是圖5的(b)部分中所示的方法或圖5的(c)部分中所示的方法。
在圖5的(b)部分中所示的方法中，每次執(zhí)行預(yù)定次數(shù)(例如Nprf次)測(cè)量時(shí)，對(duì)于每個(gè)測(cè)量點(diǎn)獲得接收波的波形未連續(xù)改變的次數(shù)。如果該次數(shù)小于預(yù)定第二閾值，則確定該測(cè)量點(diǎn)可以被正確測(cè)量(步驟S120a)。另一方面，如果得到的次數(shù)等于或大于第二預(yù)定閾值，則確定該測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量狀態(tài)異常?！敖邮詹ǖ牟ㄐ尾贿B續(xù)改變的次數(shù)”中的“波形不變化”指的是以下含義。
即，在脈沖多普勒方法中，可以由從發(fā)送超聲波脈沖到接收反射波所用的時(shí)間來確定反射體在哪個(gè)測(cè)量點(diǎn)反射了接收波。即，當(dāng)在時(shí)基上觀看反射波(接收波)時(shí)，波形在對(duì)應(yīng)于反射體的測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間發(fā)生變化，否則波形不改變。因此，對(duì)于某測(cè)量點(diǎn)“接收波的波形不改變”表示反射體沒有經(jīng)過，并且在對(duì)應(yīng)于“接收波的波形不連續(xù)改變的次數(shù)”的時(shí)間內(nèi)，反射體未經(jīng)過測(cè)量點(diǎn)。相應(yīng)地，較大的“接收波的波形不連續(xù)改變的次數(shù)”所指的含意是，有小量的反射體經(jīng)過測(cè)量點(diǎn)。因此，當(dāng)它等于或大于第二閾值時(shí)，確定不能正確進(jìn)行測(cè)量。
以下說明的是圖5(c)部分中所示的方法。
圖5(c)部分中所示方法的操作原理在以下被解釋。
即，在脈沖多普勒方法中的流量測(cè)量中，在每個(gè)測(cè)量周期內(nèi)在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)到的流速不是常量，并且存在實(shí)質(zhì)上為正態(tài)分布的變化。
通過計(jì)算形成上述正態(tài)分布的測(cè)量結(jié)果的平均值，最終輸出在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的流速。雖然存在以上所述的或多或少的變化，當(dāng)測(cè)量結(jié)果和平均值之間存在較大差別時(shí)，可以認(rèn)為不能獲得正確測(cè)量結(jié)果。
基于操作的原理，執(zhí)行圖5(c)部分中所示的步驟S120b中的方法。步驟S120b由以下子步驟構(gòu)成。即，首先在步驟202中，處理目標(biāo)是第一測(cè)量點(diǎn)。在步驟204中，獲得在當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)(＝反射點(diǎn))的流速。在步驟206中，計(jì)算直到最后一次測(cè)量為止獲得的當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)的流速的平均值。在步驟208中，獲得步驟204中得到的流速與計(jì)算的平均值之間的差值。在確定步驟210中，確定所述差值是否等于或大于第三閾值。如果所述差值不高于預(yù)定第三閾值，則確定對(duì)于該測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量被正確地執(zhí)行。計(jì)數(shù)確定已對(duì)其正確執(zhí)行了測(cè)量的測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目。在下一個(gè)確定步驟212中，確定將被處理的當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)是否為最后一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。如果不是最后一個(gè)點(diǎn)，則在步驟218中將下一個(gè)測(cè)量點(diǎn)設(shè)為處理目標(biāo)，控制被返回至步驟204。在確定步驟210中，當(dāng)差值超過第三閾值時(shí)，認(rèn)為該測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量異常，并且在步驟216中，使用直到上一次為止獲得的平均值或相鄰測(cè)量點(diǎn)的平均值等，來校正步驟204中獲得的流速，然后控制被轉(zhuǎn)到步驟212。如果在確定步驟212中確定當(dāng)前處理目標(biāo)的測(cè)量點(diǎn)為最后一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，則控制被轉(zhuǎn)到步驟214，并且獲得正常測(cè)量點(diǎn)數(shù)與測(cè)量點(diǎn)總數(shù)的比值(％)。步驟214中的處理可以被省略，并且可以使用計(jì)數(shù)的正常測(cè)量點(diǎn)數(shù)，象在步驟122中的方法中一樣。
如上所述，當(dāng)獲得已對(duì)其執(zhí)行了正常測(cè)量的測(cè)量點(diǎn)數(shù)(或該數(shù)目與測(cè)量點(diǎn)總數(shù)的比值)時(shí)，控制被轉(zhuǎn)到確定步驟122。在步驟122中，確定得到的值是否超過第一閾值。自然地，在執(zhí)行步驟120a中的處理的情況下和執(zhí)行步驟120b中的處理的情況下，對(duì)第一閾值設(shè)定不同的值。
在步驟120b中的示例中，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的流速被用作確定標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于每個(gè)點(diǎn)的多普勒頻移與流速一樣存在實(shí)質(zhì)上正態(tài)分布的變化，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的多普勒頻移可以被用于步驟120b中的確定標(biāo)準(zhǔn)。
第一、第二和第三閾值為用戶可選設(shè)定的適當(dāng)值。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過如上所述在流量測(cè)量期間選擇最優(yōu)流量測(cè)量方法，來進(jìn)行適應(yīng)測(cè)量條件的高精度流量測(cè)量。
通過使用當(dāng)前使用的任一測(cè)量方法的接收數(shù)據(jù)來確定切換，來實(shí)現(xiàn)切換測(cè)量方法的方法。以下說明基于兩種方法的測(cè)量數(shù)據(jù)來確定切換的方法。
第二實(shí)施例圖6是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的切換操作的流程圖。圖6中所示的方法首先執(zhí)行步驟302和304。步驟302中的方法與圖5的(b)部分中所示的步驟120a相同，并且步驟304中的方法與圖5的(a)部分中的步驟122相同。當(dāng)步驟304中的確定(122)為“是”時(shí)，則確定不能以脈沖多普勒方法進(jìn)行測(cè)量，并且方法被切換至通過時(shí)間方法(步驟306)，從而終止該過程。然而，當(dāng)步驟304中的確定(122)為“否”時(shí)，并不立即確定將繼續(xù)脈沖多普勒方法，而是在步驟308至318中確定脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法哪個(gè)更適合，并且采用更合適的方法。如果兩者都不適合，則確定存在某種異常條件。在圖6中所示的示例中，使用了圖5的(b)部分中所示步驟120a中的方法，但也可以使用圖5的(c)部分中所示步驟120b中的方法。另外，圖6中所示的示例是基于脈沖多普勒方法為當(dāng)前測(cè)量方法，但該方法并不局限于脈沖多普勒方法，并且執(zhí)行圖4的(a)部分中所示的步驟102中的確定。當(dāng)當(dāng)前測(cè)量方法為通過時(shí)間方法時(shí)，步驟302中的方法可以被步驟106中的方法所代替(例如，圖4中(c)部分中所示的步驟106a或106b)。在這種情況下，如果步驟304中的判斷為“是”，則步驟306中的處理為“切換至脈沖多普勒方法”。
當(dāng)步驟304中的確定為“否”時(shí)，控制被轉(zhuǎn)到步驟308。在步驟308中，計(jì)算由以下等式定義的通過時(shí)間方法中的切換值Vp。
Vp＝ARtr·W1+PRtr·W2其中ARtr＝發(fā)送波幅度與接收波最大幅度的比值；PRtr＝發(fā)送波與接收波頻率功率的比值；以及W1，、W2為任意設(shè)定的權(quán)重值。
在步驟310中，計(jì)算由以下等式定義的多普勒方法中的切換值Vd。
Vd＝ARrr·W3+PRrr·W4其中ARrr＝多普勒接收波的幅度與預(yù)定幅值的比值；比值PRrr＝多普勒頻率的功率譜與預(yù)定功率值的比值；以及W3，、W4為任意設(shè)定的權(quán)重值。
上述W1和W2由用戶根據(jù)ARtr或PRtr哪一個(gè)更重要而任意設(shè)定。當(dāng)只有ARtr和PRtr中的一個(gè)將被使用時(shí)，可以進(jìn)行設(shè)定W1＝0，W2＝0等。對(duì)于W3和W4也同樣。
在步驟312中，通過時(shí)間方法中的切換值Vp或脈沖多普勒方法中的切換值Vd中的更大者被選擇為Vx(x＝p或d)。在確定步驟314中，確定所選擇的值Vx是否大于預(yù)定值。如果所選的值Vx更大，則方法被切換為在步驟316中選擇的方法，從而終止該過程。如果所選的值Vx不大于步驟314中的預(yù)定值，則確定不能進(jìn)行測(cè)量，并且在步驟318中發(fā)布結(jié)果的信息，從而終止該過程。
根據(jù)本實(shí)施例能夠使用兩種方法的超聲波流量計(jì)可以是，例如，在日本專利申請(qǐng)第2004-052348號(hào)中所說明的，能夠有選擇地使用兩種方法的超聲波流量計(jì)和能夠同時(shí)使用兩種方法的超聲波流量計(jì)。能夠有選擇地使用兩種方法的超聲波流量計(jì)可以使用兩種方法中的一種來進(jìn)行測(cè)量。能夠同時(shí)使用兩種方法的超聲波流量計(jì)可以一直使用兩種方法來進(jìn)行測(cè)量，但采用和輸出兩種方法中的一種的測(cè)量結(jié)果。
根據(jù)第二實(shí)施例的切換測(cè)量方法的方法基于脈沖多普勒方法和通過時(shí)間方法的測(cè)量數(shù)據(jù)來確定切換。因此，它可以應(yīng)用于能夠同時(shí)使用兩種方法的超聲波流量計(jì)，但不能應(yīng)用于能夠有選擇地使用兩種方法的超聲波流量計(jì)。另一方面，根據(jù)第一實(shí)施例的切換方法使用兩種方法之一的測(cè)量數(shù)據(jù)來確定切換。因此，它可以被應(yīng)用于能夠應(yīng)用兩種方法的超聲波流量計(jì)，無論是能夠同時(shí)或者有選擇地使用兩種方法的超聲波流量計(jì)。
以上實(shí)施例的說明僅是為了解釋本發(fā)明。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易地以各種方式在本發(fā)明的技術(shù)概念或原理內(nèi)對(duì)上述實(shí)施例的說明進(jìn)行改動(dòng)、改進(jìn)或增加。
例如，步驟104a和104b中的方法被描述為圖4中所示的步驟104中的方法的示例。然而，在步驟104中，接收信號(hào)的可靠性的指標(biāo)值并不限于該示例。例如，在步驟104a中，獲得接收波幅度與預(yù)定可測(cè)量幅值的比值A(chǔ)Rrr，但也可以使用接收波幅值本身。在這種情況下，在步驟108中，確定接收波的幅值是否小于參考幅值(例如，脈沖多普勒方法中可接受的最小接收波幅值)。它也可被應(yīng)用于步驟106中的方法。
在步驟104a、104b、106a和106b中，獲得比值以減小由于產(chǎn)生發(fā)送脈沖引起的電壓變化、用于放大接收波的增益變化、管道中狀態(tài)變化等所帶來的接收波狀態(tài)變化的影響。因此，可以使用幅值本身而不是比值A(chǔ)Rrr，如在上述幅值的情形中。
圖4的(a)部分中所示的步驟104中的方法以上被解釋為圖4的(b)部分中所示的步驟104a或104b中的方法。然而，它也可以作為圖6中所示的步驟310中的方法來執(zhí)行。同樣，圖4的(a)部分所示的步驟106中的方法以上被解釋為圖4的(c)部分所示的步驟106a或106b中的方法。然而，它也可以作為圖6中所示的步驟308中的方法來執(zhí)行。另一方面，可以執(zhí)行代替圖6中步驟310中方法的圖4的(b)部分中所示的步驟104a或104b中的方法。同樣，可以執(zhí)行代替圖6中步驟308中方法的圖4的(c)部分中所示的步驟106a或106b中的方法。即，上述切換值Vp和Vd僅作為接收波可靠性指標(biāo)的示例值，其它合適的值也可以被應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種選擇測(cè)量方法的方法，其中選擇兩種測(cè)量方法之一用于能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和使用通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)，所述方法包括下列步驟確定當(dāng)前測(cè)量方法的確定步驟；確定接收波可靠性的確定步驟；以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于所述當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法的選擇步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述確定步驟包括獲得作為所述接收波可靠性指標(biāo)的值的步驟；以及確定作為所述指標(biāo)的值是否小于登記的設(shè)定值的步驟；并且所述選擇步驟包含當(dāng)作為所述指標(biāo)的值小于所述設(shè)定值時(shí)，確定可靠性不夠的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)在所述確定步驟中確定的所述當(dāng)前測(cè)量方法為所述脈沖多普勒方法時(shí)，作為所述指標(biāo)的值為所述接收波的幅值；以及所述設(shè)定值為所述脈沖多普勒方法中的接收波的最小可接受幅值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)在所述確定步驟中確定的所述當(dāng)前測(cè)量方法為所述脈沖多普勒方法時(shí)，作為所述指標(biāo)的值為接收波的幅值與事先設(shè)定的預(yù)定幅值的比值；以及所述設(shè)定值與所述比值相關(guān)聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)在所述確定步驟中確定的所述當(dāng)前測(cè)量方法為所述脈沖多普勒方法時(shí)，作為所述指標(biāo)的值為通過對(duì)所述接收波進(jìn)行傅立葉變換而得到的多普勒頻率的功率譜；以及所述設(shè)定值為預(yù)定的功率值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)在所述確定步驟中確定的所述當(dāng)前測(cè)量方法為所述脈沖多普勒方法時(shí)，作為所述指標(biāo)的值為通過對(duì)所述接收波進(jìn)行傅立葉變換而得到的多普勒頻率的功率譜與預(yù)定功率值的比值；以及所述設(shè)定值與所述比值相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)在所述確定步驟中確定的所述當(dāng)前測(cè)量方法為所述通過時(shí)間方法時(shí)，作為所述指標(biāo)的值為發(fā)送波幅度與接收波的最大幅度的比值；以及所述設(shè)定值與所述比值相關(guān)聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中當(dāng)在所述確定步驟中確定的所述當(dāng)前測(cè)量方法為所述通過時(shí)間方法時(shí)，作為指標(biāo)的所述值為包含在通過對(duì)所述接收波進(jìn)行傅立葉變換而得到的接收波中的發(fā)送頻率的功率譜與預(yù)定功率值的比值；以及所述設(shè)定值與所述比值相關(guān)聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)在所述確定步驟中確定的所述當(dāng)前測(cè)量方法為所述脈沖多普勒方法時(shí)，所述確定步驟確定目前可正確執(zhí)行測(cè)量的狀態(tài)下的測(cè)量點(diǎn)，并計(jì)數(shù)所述正確測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目；以及當(dāng)獲得的所述正確測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目小于事先登記的第一閾值時(shí)，所述選擇步驟將所述方法改變?yōu)樗鐾ㄟ^時(shí)間方法。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所述確定步驟獲得其中對(duì)于每個(gè)測(cè)量點(diǎn)所述接收波的波形不連續(xù)改變的次數(shù)，并且將獲得的次數(shù)小于預(yù)定第二閾值的測(cè)量點(diǎn)確定為所述正確測(cè)量點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所述確定步驟獲得每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的當(dāng)前流速，獲得直至最后一次獲得的流速的平均值，獲得所述獲得的當(dāng)前流速與所述平均值之間的差值，確定所述差值是否小于預(yù)定第三閾值，并且將具有小于所述預(yù)定第三閾值的所述差值的測(cè)量點(diǎn)定義為所述正確測(cè)量點(diǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，所述確定步驟基于所述接收波對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)獲得多普勒頻移，獲得直至最后一次獲得的多普勒頻移的平均值，獲得所述獲得的多普勒頻移與所述平均值之間的差值，并且將具有小于預(yù)定第四閾值的所述差值的測(cè)量點(diǎn)定義為所述正確測(cè)量點(diǎn)。
13.一種選擇測(cè)量方法的方法，其中選擇兩種測(cè)量方法之一用于能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和使用通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)，所述方法包括下列步驟確定當(dāng)前測(cè)量方法的確定步驟；確定接收波可靠性的確定步驟；以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于所述當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法，以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，獲得一個(gè)值作為在所述脈沖多普勒方法和所述通過時(shí)間方法的每一個(gè)中接收波可靠性的指標(biāo)，比較作為所述兩種測(cè)量方法的指標(biāo)的所述值，以及選擇具有更大值作為所述指標(biāo)的測(cè)量方法的選擇步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，在所述通過時(shí)間方法中作為接收波可靠性指標(biāo)的值為發(fā)送波幅度與接收波的最大幅度之間的比值以及發(fā)送波與接收波的頻率功率之間的比值之間的加權(quán)和相加值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，在所述脈沖多普勒方法中作為接收波可靠性指標(biāo)的值為接收波幅度與預(yù)定幅值之間的比值以及多普勒頻率的功率譜與預(yù)定功率值之間的比值的加權(quán)和相加值。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述方法選擇步驟進(jìn)一步包括確定作為比較結(jié)果具有更大值的所述指標(biāo)值是否大于預(yù)定值的步驟；以及當(dāng)所述值小于所述預(yù)定值時(shí)輸出有關(guān)異常信息的步驟。
17.一種能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和使用通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)，包括確定當(dāng)前測(cè)量方法的確定單元；確定接收波可靠性的確定單元；以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于所述當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法的選擇單元。
18.一種能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和使用時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)，包括確定當(dāng)前測(cè)量方法的確定單元；確定接收波可靠性的確定單元；以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于所述當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法，以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，獲得在所述脈沖多普勒方法和所述通過時(shí)間方法的每一個(gè)中作為接收波可靠性指標(biāo)的值，比較作為所述兩種測(cè)量方法的所述指標(biāo)的值，并選擇具有作為所述指標(biāo)的更大值的測(cè)量方法的選擇單元。
19.一種計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，存儲(chǔ)用于指示超聲波流量計(jì)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)如下功能的程序，所述超聲波流量計(jì)能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和使用通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量確定當(dāng)前測(cè)量方法的功能；確定接收波可靠性的功能；以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于所述當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法的選擇功能。
20.一種計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)，存儲(chǔ)用于指示能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和使用通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)如下功能的程序確定當(dāng)前測(cè)量方法的功能；確定接收波可靠性的功能；以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于所述當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法，以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，獲得在所述脈沖多普勒方法和所述通過時(shí)間方法的每一個(gè)中作為接收波可靠性指標(biāo)的值，比較作為所述兩種測(cè)量方法的所述指標(biāo)的值，并選擇具有作為所述指標(biāo)的更大值的測(cè)量方法的選擇功能。
21.一種用于指示能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和使用通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)如下功能的程序確定當(dāng)前測(cè)量方法的功能；確定接收波可靠性的功能；以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于所述當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法的選擇功能。
22.一種用于指示能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)如下功能的程序確定當(dāng)前測(cè)量方法的功能；確定接收波可靠性的功能；以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于所述當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法，以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，獲得所述脈沖多普勒方法和所述通過時(shí)間方法的每一個(gè)中作為接收波可靠性指標(biāo)的值，比較作為所述兩種測(cè)量方法的所述指標(biāo)的值，并選擇具有作為所述指標(biāo)的更大值的測(cè)量方法的選擇功能。
23.一種與能夠使用脈沖多普勒方法進(jìn)行流量測(cè)量和使用通過時(shí)間方法進(jìn)行流量測(cè)量的超聲波流量計(jì)一起使用的電子設(shè)備，包括確定當(dāng)前測(cè)量方法的確定單元；確定接收波可靠性的確定單元；以及當(dāng)確定所述接收波可靠性不夠時(shí)，選擇不同于所述當(dāng)前測(cè)量方法的測(cè)量方法的選擇單元。
全文摘要
檢查來自傳感器的接收波的可靠性，并且當(dāng)確定該可靠性不夠時(shí)，選擇不同于當(dāng)前方法的方法。通過計(jì)算用作接收波的可靠性指標(biāo)的值并檢查該值是否小于預(yù)定設(shè)定值，來判斷可靠性。當(dāng)該值小于設(shè)定值時(shí)，可靠性被判斷為不夠。用作接收波可靠性指標(biāo)的值可以是接收波的幅度、接收波幅度與預(yù)定的可測(cè)幅值的比值、功率譜與預(yù)定功率值的比值、發(fā)送波幅度與接收波最大幅度的比值、包含在接收波中并且通過接收波的傅立葉變換得到的發(fā)送頻率的功率譜與預(yù)定功率值的比值等等。
文檔編號(hào)G01F7/00GK1922468SQ20058000588
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者大室善則, 矢尾博信, 山本俊廣 申請(qǐng)人:富士電機(jī)系統(tǒng)株式會(huì)社