本發(fā)明涉及儀表設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超聲波水表的溫度補(bǔ)償方法、水流量檢測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

超聲波水表是通過檢測(cè)超聲波聲速在水中順流逆流傳播時(shí)因速度發(fā)生變化而產(chǎn)生的時(shí)差，分析處理得出水的流速?gòu)亩?jì)算出水的流量的一種新式水表。超聲波水表具有優(yōu)秀的小流量檢測(cè)能力，能解決眾多傳統(tǒng)水表的問題，更加適合水費(fèi)梯度收費(fèi)，更加適合水資源的節(jié)約和合理利用，具有廣闊的市場(chǎng)和使用前景。

超聲波水表通常會(huì)因?yàn)闇囟葘?dǎo)致超聲波傳播時(shí)間變化，影響流量計(jì)算精度，因此需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。傳統(tǒng)的超聲波水表溫度補(bǔ)償方法是在超聲波管道上加入了溫度傳感器，檢測(cè)溫度并對(duì)水流量進(jìn)行溫度補(bǔ)償。由于需要加入溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度，增加了硬件成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)上述問題，提供一種可降低硬件成本的超聲波水表的溫度補(bǔ)償方法、水流量檢測(cè)方法和系統(tǒng)。

一種超聲波水表的溫度補(bǔ)償方法，包括以下步驟：

獲取超聲波水表的超聲波換能器采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間；

根據(jù)所述超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速；

根據(jù)所述超聲波的聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。

一種超聲波水表的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，包括：

時(shí)間獲取模塊，用于獲取超聲波水表的超聲波換能器采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間；

速度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速；

水溫計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述超聲波的聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。

上述超聲波水表的溫度補(bǔ)償方法和系統(tǒng)，獲取超聲波水表的超聲波換能器采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間，根據(jù)超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速。根據(jù)超聲波的聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。通過采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間計(jì)算超聲波在水中傳播的聲速后，直接根據(jù)聲速計(jì)算得到水溫，無(wú)需增加溫度傳感器，在提高超聲波水表的水流量檢測(cè)準(zhǔn)確度的同時(shí)還降低了超聲波水表的硬件成本。

一種超聲波水表的水流量檢測(cè)方法，包括以下步驟：

根據(jù)上述超聲波水表的溫度補(bǔ)償方法得到對(duì)應(yīng)的水溫；

根據(jù)所述水溫對(duì)超聲波水表的水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度；

根據(jù)所述補(bǔ)償后的水流速度計(jì)算得到水流量并輸出。

一種超聲波水表的水流量檢測(cè)系統(tǒng)，包括上述超聲波水表的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)；還包括：

水流速補(bǔ)償模塊，用于根據(jù)所述水溫對(duì)超聲波水表的水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度；

水流量計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述補(bǔ)償后的水流速度計(jì)算得到水流量并輸出。

上述超聲波水表的水流量檢測(cè)方法和系統(tǒng)，獲取超聲波水表的超聲波換能器采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間，根據(jù)超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速。根據(jù)超聲波的聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。根據(jù)水溫對(duì)超聲波水表的水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度，根據(jù)補(bǔ)償后的水流速度計(jì)算得到水流量并輸出。通過采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間計(jì)算超聲波在水中傳播的聲速后，直接根據(jù)聲速計(jì)算得到水溫對(duì)水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，無(wú)需增加溫度傳感器，在提高超聲波水表的水流量檢測(cè)準(zhǔn)確度的同時(shí)還降低了超聲波水表的硬件成本。

附圖說明

圖1為一實(shí)施例中超聲波水表的溫度補(bǔ)償方法的流程圖；

圖2為一實(shí)施例中超聲波在水中傳播的聲速和溫度的關(guān)系示意圖；

圖3為一實(shí)施例中超聲波在水中傳播的聲速和溫度的擬合示意圖；

圖4為一實(shí)施例中根據(jù)超聲波的聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫的流程圖；

圖5為一實(shí)施例中超聲波水表的水流量檢測(cè)方法的流程圖；

圖6為一實(shí)施例中溫度補(bǔ)償曲面的示意圖；

圖7為一實(shí)施例中上位機(jī)的參數(shù)配置界面示意圖；

圖8為一實(shí)施例中根據(jù)實(shí)際測(cè)試參數(shù)擬合得到的曲面示意圖；

圖9為一實(shí)施例中超聲波水表的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

圖10為一實(shí)施例中超聲波水表的水流量檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

在一個(gè)實(shí)施例中，一種超聲波水表的溫度補(bǔ)償方法，如圖1所示，包括以下步驟：

步驟S110：獲取超聲波水表的超聲波換能器采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間。

由于超聲波水表中的超聲波換能器可以捕獲超聲波在水中的傳播時(shí)間，因此可直接從超聲波換能器獲取采集到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間。

步驟S120：根據(jù)超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速。

在獲取得到超聲波發(fā)射與接收時(shí)間之后，結(jié)合水管的結(jié)構(gòu)參數(shù)便可計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲波發(fā)射與接收時(shí)間包括上游時(shí)間和下游時(shí)間，上游時(shí)間即指逆流的超聲波時(shí)間，下游時(shí)間即指順流的超聲波時(shí)間。步驟S120包括：

其中，T_Up為上游時(shí)間，T_Down為下游時(shí)間，L為超聲波傳播距離，V_Up為超聲波上游速度，V_Down為超聲波下游速度，V_Sound為超聲波在水中傳播的聲速。超聲波傳播距離L即指超聲波在水中傳播的距離，可根據(jù)發(fā)射超聲波的位置和接收超聲波的位置之間的水管長(zhǎng)度確定。

步驟S130：根據(jù)超聲波的聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。

在計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速之后，可以根據(jù)超聲波在水中的傳播速度與溫度之間的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。超聲波在水中傳播的聲速和溫度的關(guān)系如圖2所示，由于在75℃附近曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，所以實(shí)際應(yīng)用溫度范圍小于75℃，本實(shí)施例中，選取的應(yīng)用溫度范圍為5～50℃，以確保水溫計(jì)算準(zhǔn)確性。

根據(jù)聲速與溫度的關(guān)系，可以將聲速換算成溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系具體為：

y＝a×x³+b×x²+c×x¹+d

其中，y代表溫度(℃)，x代表聲速(m/s)，a、b、c和d為多項(xiàng)式參數(shù)。采用多項(xiàng)式計(jì)算方法，多項(xiàng)式自變量為聲速，計(jì)算結(jié)果為溫度，實(shí)現(xiàn)將聲速換算成溫度。本實(shí)施例中多項(xiàng)式參數(shù)a、b、c和d的取值分別為：a＝0.0000197756；b＝-0.0857020640；c＝124.02880464；d＝-59930.442308。具體可通過Matlab軟件擬合出三階多項(xiàng)式，擬合效果如圖3所示。

將計(jì)算得到的超聲波在水中傳播的聲速代入上述聲速與溫度的關(guān)系式，便可計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫?？梢岳斫?，聲速與溫度的關(guān)系的具體形式并不唯一，也可以是映射表等。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，步驟S130包括步驟S132至步驟S136。

步驟S132：根據(jù)聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的初始水溫。將超聲波在水中傳播的聲速代入上述聲速與溫度的關(guān)系式，將計(jì)算得到的溫度作為初始水溫。

步驟S134：判斷迭代次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)值。預(yù)設(shè)值的具體取值并不唯一，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，本實(shí)施例中預(yù)設(shè)值為3次。判斷迭代次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)值，若是，則將初始水溫作為對(duì)應(yīng)的水溫；若否，則進(jìn)行步驟S136。

步驟S136：根據(jù)初始水溫和水管的熱脹冷縮因子對(duì)聲速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的聲速。根據(jù)初始水溫對(duì)聲速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將溫度補(bǔ)償后的聲速作為新的超聲波在水中傳播的聲速，返回步驟S132。

由于溫度造成的熱脹冷縮會(huì)影響水管的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如超聲波傳播距離L或橫截面積S會(huì)受到影響。將得到的初始溫度補(bǔ)償超聲波傳播距離L，根據(jù)實(shí)際采用的超聲波水管熱脹冷縮系數(shù)補(bǔ)償聲速，計(jì)算得到溫度補(bǔ)償后的聲速之后，再返回步驟S132，根據(jù)溫度補(bǔ)償后的聲速換算成溫度，得到更加精確的溫度，如此循環(huán)進(jìn)行迭代計(jì)算，直至迭代次數(shù)大于預(yù)設(shè)值，將最后得到的初始水溫作為最終的水溫。

本實(shí)施例中，根據(jù)換算的溫度補(bǔ)償水管長(zhǎng)度由于溫度變化帶來(lái)的影響，提高了溫度計(jì)算精度?？梢岳斫?，在其他實(shí)施例中，也可以是不考慮溫度對(duì)水管長(zhǎng)度的影響，直接將超聲波的聲速代入聲速與溫度的關(guān)系式得到對(duì)應(yīng)水溫。

具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S136包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw為溫度補(bǔ)償前的聲速，V_Comp為溫度補(bǔ)償后的聲速，Temp為溫度補(bǔ)償前的初始水溫，T_Ref為參考溫度，Expend為熱脹冷縮因子。具體可根據(jù)水管材料的熱脹冷縮系數(shù)配置熱脹冷縮因子Expend的取值，本實(shí)施例中，參考溫度為20℃，超聲波水管的熱脹冷縮因子Expend為0.00016，單位為1/℃。

上述超聲波水表的溫度補(bǔ)償方法，通過采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間計(jì)算超聲波在水中傳播的聲速后，直接根據(jù)聲速計(jì)算得到水溫，無(wú)需增加溫度傳感器，在提高超聲波水表的水流量檢測(cè)準(zhǔn)確度的同時(shí)還降低了超聲波水表的硬件成本。

一種超聲波水表的水流量檢測(cè)方法，如圖5所示，包括以下步驟：

步驟S210：獲取超聲波水表的超聲波換能器采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間?？芍苯訌某暡〒Q能器獲取采集到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間。

步驟S220：根據(jù)超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速。

在一個(gè)實(shí)施例中，超聲波發(fā)射與接收時(shí)間包括上游時(shí)間和下游時(shí)間，上游時(shí)間即指逆流的超聲波時(shí)間，下游時(shí)間即指順流的超聲波時(shí)間。步驟S220包括：

其中，T_Up為上游時(shí)間，T_Down為下游時(shí)間，L為超聲波傳播距離，V_Up為超聲波上游速度，V_Down為超聲波下游速度，V_Sound為超聲波在水中傳播的聲速。超聲波傳播距離L即指超聲波在水中傳播的距離，可根據(jù)發(fā)射超聲波的位置和接收超聲波的位置之間的水管長(zhǎng)度確定。

步驟S230：根據(jù)超聲波的聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。

在計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速之后，可以根據(jù)超聲波在水中的傳播速度與溫度之間的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系具體為：

y＝a×x³+b×x²+c×x¹+d

其中，y代表溫度(℃)，x代表聲速(m/s)，a、b、c和d為多項(xiàng)式參數(shù)。采用多項(xiàng)式計(jì)算方法，多項(xiàng)式自變量為聲速，計(jì)算結(jié)果為溫度，實(shí)現(xiàn)將聲速換算成溫度。

在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S230包括步驟232至步驟236。

步驟232：根據(jù)聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的初始水溫。將超聲波在水中傳播的聲速代入上述聲速與溫度的關(guān)系式，將計(jì)算得到的溫度作為初始水溫。

步驟234：判斷迭代次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)值。預(yù)設(shè)值的具體取值并不唯一，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，本實(shí)施例中預(yù)設(shè)值為3次。判斷迭代次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)值，若是，則將初始水溫作為對(duì)應(yīng)的水溫；若否，則進(jìn)行步驟236。

步驟236：根據(jù)初始水溫和水管的熱脹冷縮因子對(duì)聲速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的聲速。根據(jù)初始水溫對(duì)聲速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，將溫度補(bǔ)償后的聲速作為新的超聲波在水中傳播的聲速，返回步驟232。

本實(shí)施例中，根據(jù)換算的溫度補(bǔ)償水管長(zhǎng)度由于溫度變化帶來(lái)的影響，提高了溫度計(jì)算精度。可以理解，在其他實(shí)施例中，也可以是不考慮溫度對(duì)水管長(zhǎng)度的影響，直接將超聲波的聲速代入聲速與溫度的關(guān)系式得到對(duì)應(yīng)水溫。

具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟236包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw為溫度補(bǔ)償前的聲速，V_Comp為溫度補(bǔ)償后的聲速，Temp為溫度補(bǔ)償前的初始水溫，T_Ref為參考溫度，Expend為熱脹冷縮因子。具體可根據(jù)水管材料的熱脹冷縮系數(shù)配置熱脹冷縮因子Expend的取值，本實(shí)施例中，參考溫度為20℃，超聲波水管的熱脹冷縮因子Expend為0.00016，單位為1/℃。

步驟S240：根據(jù)水溫對(duì)超聲波水表的水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度。

在得到水溫之后，根據(jù)水溫對(duì)超聲波水表的水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以降低溫度對(duì)水流速度測(cè)量的影響，提高水流速度測(cè)量準(zhǔn)確度。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S240包括步驟242和步驟244。

步驟242：根據(jù)水溫、超聲波水表的水流速度以及預(yù)存的溫度補(bǔ)償曲面，得到對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償因子。

溫度補(bǔ)償曲面表征水溫、水流速度和補(bǔ)償因子之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在計(jì)算得到水溫之后，結(jié)合超聲波水表的水流速度可確定對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償因子。

由于不同溫度、不同流速下，流量計(jì)算精度的誤差不同，根據(jù)不同溫度和流速進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償方式采用曲面擬合，補(bǔ)償因子公式如下：

Fct＝P₀₀+P₁₀×x+P₀₁×y+P₂₀×x²+P₁₁×x×y+P₀₂×y²+P₃₀×x³+P₂₁×x²×y+P₁₂×x×y²+P₀₃×y³

x＝log₂(FlowRat)

其中，F(xiàn)ct為補(bǔ)償因子，用于流速溫度補(bǔ)償；FlowRat為超聲波水表的水流速度。y為水溫，P₀₀、P₁₀、P₀₁、P₂₀、P₁₁、P₀₂、P₃₀、P₂₁、P₁₂和P₀₃為預(yù)設(shè)的參數(shù)。本實(shí)施例中，P₀₀＝64.38837794123181P00，P₁₀＝-0.44656326318439，P₀₁＝15.16719918283032，P₂₀＝-0.00046874828938，P₁₁＝0.03441188606553，P₀₂＝-1.99085275862951，P₃₀＝0.00002360319460，P₂₁＝0.00000865764586，P₁₂＝-0.00071145621265，P₀₃＝0.08250933977304。根據(jù)上述選取的參數(shù)進(jìn)行擬合得到的溫度補(bǔ)償曲面如圖6所示，其中，CompFct表示補(bǔ)償因子，VeloCent表示水溫，F(xiàn)lowRateLog表示水流速度的對(duì)數(shù)。

步驟244：根據(jù)補(bǔ)償因子對(duì)水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度。

在確定補(bǔ)償因子之后，根據(jù)補(bǔ)償因子對(duì)超聲波水表的水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度。

在一個(gè)實(shí)施例中，步驟244包括：

其中，F(xiàn)lowRateRaw為補(bǔ)償前的水流速度，F(xiàn)lowRateComp為補(bǔ)償后的水流速度，F(xiàn)ct為補(bǔ)償因子。

采用補(bǔ)償前的水流速度除以補(bǔ)償因子，便可得到補(bǔ)償后的水流速度。例如，補(bǔ)償前的水流速度FlowRateRaw為24L/h，補(bǔ)償因子為1.2，則補(bǔ)償后的水流速度為20L/h。

步驟S250：根據(jù)補(bǔ)償后的水流速度計(jì)算得到水流量并輸出。

將補(bǔ)償后的水流乘以測(cè)量時(shí)長(zhǎng)，便可計(jì)算得到水流量。輸出水流量的具體方式并不唯一，可以是輸出至存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)，也可以是輸出至顯示器進(jìn)行顯示。

在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S250之后，超聲波水表的水流量檢測(cè)方法還可包括以下步驟：

獲取標(biāo)準(zhǔn)水流量，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)水流量和計(jì)算得到的水流量對(duì)溫度補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。

溫度補(bǔ)償參數(shù)具體可包括參考溫度、熱脹冷縮因子和溫度補(bǔ)償曲面。標(biāo)準(zhǔn)水流量即指對(duì)應(yīng)的實(shí)際水流量。對(duì)溫度補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使計(jì)算得到的水流量與標(biāo)準(zhǔn)水流量一致或誤差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，完成對(duì)溫度補(bǔ)償參數(shù)的優(yōu)化，使得溫度補(bǔ)償后的水流量準(zhǔn)確度更高。

為便于更好地理解上述超聲波水表的水流量檢測(cè)方法，以上位機(jī)為載體進(jìn)行水流量檢測(cè)為例進(jìn)行解釋說明。

上位機(jī)具體為安裝有Matlab和Qt的上位機(jī)。上位機(jī)對(duì)溫度補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行配置，再進(jìn)行實(shí)際的流量測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果再修改溫度補(bǔ)償參數(shù)。Qt參數(shù)配置界面如圖7所示，可以配置的參數(shù)包括參考溫度、膨脹因子(即熱脹冷縮因子)、溫度校準(zhǔn)參考流量和溫度補(bǔ)償曲面，通過修改參數(shù)和實(shí)測(cè)，不斷優(yōu)化參數(shù)。Matlab用于參數(shù)擬合，將實(shí)際測(cè)試點(diǎn)的溫度、流速和精度通過Matlab擬合出對(duì)應(yīng)的曲面，再將參數(shù)寫入到超聲波流量計(jì)中。Matlab擬合參數(shù)得到的曲面如圖8所示。

Matlab根據(jù)實(shí)際的參數(shù)擬合出多項(xiàng)式因子(即補(bǔ)償因子)并打印出來(lái)，擬合多項(xiàng)式因子如下。

根據(jù)多項(xiàng)式因子進(jìn)行實(shí)際不同溫度的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1至表3所示?？梢姕囟妊a(bǔ)償后，不同溫度下精度大部分在2％以內(nèi)。

表1

表2

表3

上述超聲波水表的水流量檢測(cè)方法，通過采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間計(jì)算超聲波在水中傳播的聲速后，直接根據(jù)聲速計(jì)算得到水溫對(duì)水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，無(wú)需增加溫度傳感器，在提高超聲波水表的水流量檢測(cè)準(zhǔn)確度的同時(shí)還降低了超聲波水表的硬件成本。

在一個(gè)實(shí)施例中，一種超聲波水表的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，如圖9所示，包括時(shí)間獲取模塊110、速度計(jì)算模塊120和水溫計(jì)算模塊130。

時(shí)間獲取模塊110用于獲取超聲波水表的超聲波換能器采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間。

由于超聲波水表中的超聲波換能器可以捕獲超聲波在水中的傳播時(shí)間，因此可直接從超聲波換能器獲取采集到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間。

速度計(jì)算模塊120用于根據(jù)超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速。

在獲取得到超聲波發(fā)射與接收時(shí)間之后，結(jié)合水管的結(jié)構(gòu)參數(shù)便可計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速。在一個(gè)實(shí)施例中，超聲波發(fā)射與接收時(shí)間包括上游時(shí)間和下游時(shí)間，速度計(jì)算模塊120根據(jù)超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速，包括：

其中，T_Up為上游時(shí)間，T_Down為下游時(shí)間，L為超聲波傳播距離，V_Up為超聲波上游速度，V_Down為超聲波下游速度，V_Sound為超聲波在水中傳播的聲速。

水溫計(jì)算模塊130用于根據(jù)超聲波的聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。

在計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速之后，可以根據(jù)超聲波在水中的傳播速度與溫度之間的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系具體為：

y＝a×x³+b×x²+c×x¹+d

其中，y代表溫度(℃)，x代表聲速(m/s)，a、b、c和d為多項(xiàng)式參數(shù)。采用多項(xiàng)式計(jì)算方法，多項(xiàng)式自變量為聲速，計(jì)算結(jié)果為溫度，實(shí)現(xiàn)將聲速換算成溫度。

在一個(gè)實(shí)施例中，水溫計(jì)算模塊130包括初始水溫計(jì)算單元和迭代計(jì)算控制單元。

初始水溫計(jì)算單元用于根據(jù)聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的初始水溫。將超聲波在水中傳播的聲速入上述聲速與溫度的關(guān)系式，將計(jì)算得到的溫度作為初始水溫。

迭代計(jì)算控制單元用于判斷迭代次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)值；若否，則根據(jù)初始水溫和水管的熱脹冷縮因子對(duì)聲速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的聲速，并將溫度補(bǔ)償后的聲速作為新的超聲波在水中傳播的聲速，控制初始水溫計(jì)算單元再次根據(jù)聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的初始水溫；若是，則將初始水溫作為對(duì)應(yīng)的水溫。

預(yù)設(shè)值的具體取值并不唯一，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，本實(shí)施例中預(yù)設(shè)值為3次。由于溫度造成的熱脹冷縮會(huì)影響水管的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如超聲波傳播距離L或橫截面積S會(huì)受到影響。將得到的初始溫度補(bǔ)償超聲波傳播距離L，根據(jù)實(shí)際采用的超聲波水管熱脹冷縮系數(shù)補(bǔ)償聲速，再根據(jù)聲速重新計(jì)算溫度。如此循環(huán)進(jìn)行迭代計(jì)算，直至迭代次數(shù)大于預(yù)設(shè)值，將最后得到的初始水溫作為最終的水溫。

本實(shí)施例中，根據(jù)換算的溫度補(bǔ)償水管長(zhǎng)度由于溫度變化帶來(lái)的影響，提高了溫度計(jì)算精度?？梢岳斫猓谄渌麑?shí)施例中，也可以是不考慮溫度對(duì)水管長(zhǎng)度的影響，直接將超聲波的聲速代入聲速與溫度的關(guān)系式得到對(duì)應(yīng)水溫。

具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，迭代計(jì)算控制單元根據(jù)初始水溫和水管的熱脹冷縮因子對(duì)聲速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的聲速，包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw為溫度補(bǔ)償前的聲速，V_Comp為溫度補(bǔ)償后的聲速，Temp為溫度補(bǔ)償前的初始水溫，T_Ref為參考溫度，Expend為熱脹冷縮因子。具體可根據(jù)水管材料的熱脹冷縮系數(shù)配置熱脹冷縮因子Expend的取值，本實(shí)施例中，參考溫度為20℃，超聲波水管的熱脹冷縮因子Expend為0.00016，單位為1/℃。

上述超聲波水表的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，通過采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間計(jì)算超聲波在水中傳播的聲速后，直接根據(jù)聲速計(jì)算得到水溫，無(wú)需增加溫度傳感器，在提高超聲波水表的水流量檢測(cè)準(zhǔn)確度的同時(shí)還降低了超聲波水表的硬件成本。

在一個(gè)實(shí)施例中，一種超聲波水表的水流量檢測(cè)系統(tǒng)，如圖10所示，包括時(shí)間獲取模塊210、速度計(jì)算模塊220、水溫計(jì)算模塊230、水流速補(bǔ)償模塊240和水流量計(jì)算模塊250。

時(shí)間獲取模塊210用于獲取超聲波水表的超聲波換能器采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間?？芍苯訌某暡〒Q能器獲取采集到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間。

速度計(jì)算模塊220用于根據(jù)超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速。

在一個(gè)實(shí)施例中，超聲波發(fā)射與接收時(shí)間包括上游時(shí)間和下游時(shí)間，速度計(jì)算模塊220根據(jù)超聲波發(fā)射與接收時(shí)間及超聲波傳播距離計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速，包括：

其中，T_Up為上游時(shí)間，T_Down為下游時(shí)間，L為超聲波傳播距離，V_Up為超聲波上游速度，V_Down為超聲波下游速度，V_Sound為超聲波在水中傳播的聲速。

水溫計(jì)算模塊230用于根據(jù)超聲波的聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。

在計(jì)算得到超聲波在水中傳播的聲速之后，可以根據(jù)超聲波在水中的傳播速度與溫度之間的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的水溫。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系具體為：

y＝a×x³+b×x²+c×x¹+d

其中，y代表溫度(℃)，x代表聲速(m/s)，a、b、c和d為多項(xiàng)式參數(shù)。采用多項(xiàng)式計(jì)算方法，多項(xiàng)式自變量為聲速，計(jì)算結(jié)果為溫度，實(shí)現(xiàn)將聲速換算成溫度。

在一個(gè)實(shí)施例中，水溫計(jì)算模塊230包括初始水溫計(jì)算單元和迭代計(jì)算控制單元。

初始水溫計(jì)算單元用于根據(jù)聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的初始水溫。將超聲波傳播的聲速代入上述聲速與溫度的關(guān)系式，將計(jì)算得到的溫度作為初始水溫。

迭代計(jì)算控制單元用于判斷迭代次數(shù)是否大于預(yù)設(shè)值；若否，則根據(jù)初始水溫和水管的熱脹冷縮因子對(duì)聲速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的聲速，并將溫度補(bǔ)償后的聲速作為新的超聲波在水中傳播的聲速，控制初始水溫計(jì)算單元再次根據(jù)聲速以及預(yù)設(shè)的聲速與溫度的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的初始水溫；若是，則將初始水溫作為對(duì)應(yīng)的水溫。

本實(shí)施例中，根據(jù)換算的溫度補(bǔ)償水管長(zhǎng)度由于溫度變化帶來(lái)的影響，提高了溫度計(jì)算精度?？梢岳斫猓谄渌麑?shí)施例中，也可以是不考慮溫度對(duì)水管長(zhǎng)度的影響，直接將超聲波的聲速代入聲速與溫度的關(guān)系式得到對(duì)應(yīng)水溫。

具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，迭代計(jì)算控制單元根據(jù)初始水溫和水管的熱脹冷縮因子對(duì)聲速進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到溫度補(bǔ)償后的聲速，包括：

V_Comp＝V_Raw+(Temp-T_Ref)×Expend

其中，V_Raw為溫度補(bǔ)償前的聲速，V_Comp為溫度補(bǔ)償后的聲速，Temp為溫度補(bǔ)償前的初始水溫，T_Ref為參考溫度，Expend為熱脹冷縮因子。具體可根據(jù)水管材料的熱脹冷縮系數(shù)配置熱脹冷縮因子Expend的取值，本實(shí)施例中，參考溫度為20℃，超聲波水管的熱脹冷縮因子Expend為0.00016，單位為1/℃。

水流速補(bǔ)償模塊240用于根據(jù)水溫對(duì)超聲波水表的水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度。

在得到水溫之后，根據(jù)水溫對(duì)超聲波水表的水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以降低溫度對(duì)水流速度測(cè)量的影響，提高水流速度測(cè)量準(zhǔn)確度。在一個(gè)實(shí)施例中，水流速補(bǔ)償模塊240包括補(bǔ)償因子計(jì)算單元和水流速度補(bǔ)償單元。

補(bǔ)償因子計(jì)算單元用于根據(jù)水溫、超聲波水表的水流速度以及預(yù)存的溫度補(bǔ)償曲面，得到對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償因子。溫度補(bǔ)償曲面表征水溫、水流速度和補(bǔ)償因子之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在計(jì)算得到水溫之后，結(jié)合超聲波水表的水流速度可確定對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償因子。

水流速度補(bǔ)償單元用于根據(jù)補(bǔ)償因子對(duì)水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度。在確定補(bǔ)償因子之后，根據(jù)補(bǔ)償因子對(duì)超聲波水表的水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度。

在一個(gè)實(shí)施例中，水流速度補(bǔ)償單元根據(jù)補(bǔ)償因子對(duì)水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，得到補(bǔ)償后的水流速度，包括：

其中，F(xiàn)lowRateRaw為補(bǔ)償前的水流速度，F(xiàn)lowRateComp為補(bǔ)償后的水流速度，F(xiàn)ct為補(bǔ)償因子。采用補(bǔ)償前的水流速度除以補(bǔ)償因子，便可得到補(bǔ)償后的水流速度。

水流量計(jì)算模塊250用于根據(jù)補(bǔ)償后的水流速度計(jì)算得到水流量并輸出。

將補(bǔ)償后的水流乘以測(cè)量時(shí)長(zhǎng)，便可計(jì)算得到水流量。輸出水流量的具體方式并不唯一，可以是輸出至存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)，也可以是輸出至顯示器進(jìn)行顯示。

在一個(gè)實(shí)施例中，超聲波水表的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)還可包括參數(shù)優(yōu)化模塊。參數(shù)優(yōu)化模塊用于在水流量計(jì)算模塊250根據(jù)補(bǔ)償后的水流速度計(jì)算得到水流量之后，獲取標(biāo)準(zhǔn)水流量，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)水流量和計(jì)算得到的水流量對(duì)溫度補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。

溫度補(bǔ)償參數(shù)具體可包括參考溫度、熱脹冷縮因子和溫度補(bǔ)償曲面。標(biāo)準(zhǔn)水流量即指對(duì)應(yīng)的實(shí)際水流量。對(duì)溫度補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使計(jì)算得到的水流量與標(biāo)準(zhǔn)水流量一致或誤差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，完成對(duì)溫度補(bǔ)償參數(shù)的優(yōu)化，使得溫度補(bǔ)償后的水流量準(zhǔn)確度更高。

上述超聲波水表的水流量檢測(cè)系統(tǒng)，通過采集得到的超聲波發(fā)射與接收時(shí)間計(jì)算超聲波在水中傳播的聲速后，直接根據(jù)聲速計(jì)算得到水溫對(duì)水流速度進(jìn)行溫度補(bǔ)償，無(wú)需增加溫度傳感器，在提高超聲波水表的水流量檢測(cè)準(zhǔn)確度的同時(shí)還降低了超聲波水表的硬件成本。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計(jì)算機(jī)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用。所述程序在執(zhí)行時(shí)，可執(zhí)行如上述各方法的實(shí)施例的全部或部分步驟。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-Only Memory，ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。