与一些传统的气体流量计相比,气体超声波流量计具有测量精度较高、测量范围较宽、无压损等优点,应用于天然气贸易、化工等领域,具有广阔的发展前景。国内的气体超声波流量计市场几乎被国外品牌所垄断,只有少数几家国内企业能够生产气体超声波流量计,且其产品没有采用数字信号处理方法,性能指标有待提高。为此,我们研究一种测量精度高、实时性好的气体超声波流量计数字信号处理方法,并在基于DSP和FPGA为核心的系统上实时实现。

针对在气体超声波流量计接收信号中很难确定特征点的问题,提出一种基于可变阈值过零检测的信号处理方法,准确地找到信号的特征波,从而求得超声波信号的传播时间,准确测量气体流量。采用DSP和FPGA,研制气体超声波流量计信号处理系统。编制了DSP系统的软件,实时实现信号预处理、基于可变阂值的过零检测算法、计算流量、显示流量、输出流量信息、将流量信号上传到上位机。

在软件中,采用判断“台阶”的方法,剔除噪声干扰所带来的误差,提高了测量结果的稳定性。采用分段线性校正的方法,修正非线性误差,提高系统的测量精度。为验证信号处理方法以及系统的有效性,分别在重庆科学技术研究院和重庆市计量质量检测研究院进行了气体超声流量计标定实验。实验结果表明,测量精度达到1%,满足国家标准(GB/T 18604-2001)对1级精度气体超声流量计的要求,达到委托方的技术指标要求。