Page 149 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 张丽稳等： 超声波流量计的压电换能器动态性能一致性研究 145

作为主控芯片，选用 TDC-GP22 作为时间测量芯 表 1 为 1 号和 2 号换能器与其他换能器配对
片。时间测量模块是硬件系统的核心，负责完成时 DTW算法计算结果，表2为换能器配对零流量时的
间差测量，MCU 负责完成关键算法和程序的处理， 顺逆流传播时间差测试结果对比，其中∆t为未经软
计算得出流量值。 件滤波之前的原始顺逆流时间差带宽。

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MCU˟଍വڱ ஝૶ᤊ͜വڱ

SPI
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STM32 F103 LoRa
LoRaᬷ˗٨
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MQTT
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图 10 超声波水表硬件电路框图
Fig. 10 Ultrasonic water meter hardware circuit diagram

表 1 1 号、2 号换能器与其他换能器的 DTW 距离 表 2 零流量顺逆流传播时间差实验数据
Table 1 DTW distance between No. 1 and Table 2 Experimental data of time differ-
No. 2 transducers and other transducers ence of zero-flow forward and countercur-
rent propagation
换能器组号 DTW 值 换能器组号 DTW 值
1 和 2 7.33 2 和 3 2.77 换能器组号 ∆t/ns 换能器组号 ∆t/ns
1 和 3 7.71 2 和 4 4.28 1 和 2 0.50 2 和 3 0.30
1 和 4 4.56 2 和 5 3.01 1 和 3 0.55 2 和 4 0.41
1 和 5 8.35 2 和 6 3.78 1 和 4 0.36 2 和 5 0.31
1 和 6 9.70 2 和 7 11.25 1 和 5 0.53 2 和 6 0.35
1 和 7 8.52 2 和 8 4.05 1 和 6 0.57 2 和 7 0.65
1 和 7 0.60 2 和 8 0.40
由表 1 和表 2 可得，∆t 值与 DTW 算法计算的
1 和 8 0.62
数值基本成正比变化，当 DTW 值越小时零流量时
的顺逆流传播时间差越小，验证了算法的可行性。 3.3 流量实验
基于 DTW 算法的动态性能相似性计算方法可以 为了验证超声波流量计的计量性能，参照
综合考虑两个波形信号的变化趋势、波动幅度和 《JJG-162-2019 冷水水表》检定规程，标准装置如
分段时间，从而更合理地计算它们之间的形态差 图 11 所示，标准装置的测量不确定度为 0.05%。检
异 [11] 。因此该方法能有效地计算两个回波信号的 定装置整体由稳压罐、测量管道，夹具、标准表、调节
相似性。 阀、水泵、储气罐、标准容器、水池等部分组成。为了