與一些傳統(tǒng)的氣體流量計相比,氣體超聲波流量計具有測量精度較高、測量范圍較寬、無壓損等優(yōu)點,應用于天然氣貿易、化工等領域,具有廣闊的發(fā)展前景。國內的氣體超聲波流量計市場幾乎被國外品牌所壟斷,只有少數(shù)幾家國內企業(yè)能夠生產(chǎn)氣體超聲波流量計,且其產(chǎn)品沒有采用數(shù)字信號處理方法,性能指標有待提高。為此,我們研究一種測量精度高、實時性好的氣體超聲波流量計數(shù)字信號處理方法,并在基于DSP和FPGA為核心的系統(tǒng)上實時實現(xiàn)。

針對在氣體超聲波流量計接收信號中很難確定特征點的問題,提出一種基于可變閾值過零檢測的信號處理方法,準確地找到信號的特征波,從而求得超聲波信號的傳播時間,準確測量氣體流量。采用DSP和FPGA,研制氣體超聲波流量計信號處理系統(tǒng)。編制了DSP系統(tǒng)的軟件,實時實現(xiàn)信號預處理、基于可變閡值的過零檢測算法、計算流量、顯示流量、輸出流量信息、將流量信號上傳到上位機。

在軟件中,采用判斷“臺階”的方法,剔除噪聲干擾所帶來的誤差,提高了測量結果的穩(wěn)定性。采用分段線性校正的方法,修正非線性誤差,提高系統(tǒng)的測量精度。為驗證信號處理方法以及系統(tǒng)的有效性,分別在重慶科學技術研究院和重慶市計量質量檢測研究院進行了氣體超聲流量計標定實驗。實驗結果表明,測量精度達到1%,滿足國家標準(GB/T 18604-2001)對1級精度氣體超聲流量計的要求,達到委托方的技術指標要求。