超声波互相关算法的改进及应用

超声波互相关算法是利用实时接收信号和参考信号之间相关计算得到时延,接收信号和参考信号的采样频率越高,超声波互相关检测算法得到的渡越时间测量越准确,流量计量精度越高;但与此同时,信号采样频率越高,硬件成本急剧增加,算法复杂程度呈数量级增大。针对这个问题,采用出厂前用采样平台获取高分辨率的采样数据,分别在零流速、低流速、中流速和高流速条件下采样作为分段参考波形,导入同批次超声波气体流量计作为实际测量中互相关算法的参考波形,实时接收信号采用低速采样,将传统互相关算法改进为分步互相关算法,第一步采用低速采样波形进行粗相关计算得到渡越时间的粗略值,第二步再提取高分辨率参考波形精相关计算出渡越时间的精确值,然后将粗略值和精确值求和得到渡越时间。实际应用中,高分辨率参考波形采用200 MSPS实时采样,流量计接收信号实时采样2 MSPS,粗相关和精相关计算耗时24 ms,渡越时间测量分辨率达到0.005μs。