一种高精度时差法超声波水表的设计与实现*

王磊阳,陈建峰,刘明祥,张 凯

(中国计量大学计量测试工程学院,杭州 310018)

传统机械水表是以机械元件为主要部件,采用叶轮旋转的计量方式计量用水量,存在计量灵敏度低、压力损失大、抄表困难等不足,且其内部为接触式测量,测量元件长期磨损会导致机械水表的计量精度和稳定性下降,检定周期和维修周期短。机械水表已难以满足现代社会和人们日常生活的要求。

随着智慧水务和物联网技术的发展,超声波水表应运而生。超声波水表采用全电子化设计,无机械运动部件,能够实现较宽的量程比和低区流量的测量,且能满足各类通讯和无线组网的要求。与传统的机械水表相比,超声波水表具有非接触式、压损小、精度高、功耗低、使用寿命长等突出优点,必将成为下一代智能水表的重要选择。

超声波水表所采用的超声波测量技术有多种方法,常用的测量方法有时差法、相关法、噪声法、多普勒法和波束偏移法等。近年来,研究人员开展了基于超声波技术的流量计和超声波水表的研究并取得了显著进展。目前的超声波水表实现方案一般具备温度补偿[1-2]等功能,数据滤波采用小波算法[3]、滑动平均算法[4]等。这些研究成果对于提升超声波水表的测量精度,推动超声波水表的实用化起到了重要的作用。

但是,在系统总体设计方面,现有超声波水表设计少有能同时兼具温度补偿、低功耗和高精度滤波功能,且数据滤波后在低区流量点的精度尚有待提高。……