气体体积测算方法、装置及存储介质与流程

1.本技术涉及健康监护领域，尤其是涉及一种气体体积测算方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.相关技术中，采用流量计算模型计算气体流量。常规的涡轮式流量计算模型是一种稳态模型，其成立的前提是涡轮处于匀速旋转状态。但在实际的测试中，涡轮的旋转速度动态变化，因此采用常规的涡轮流量计算模型会带来较大的误差。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种气体体积测算方法，通过设置校正系数在常规涡轮流量计算模型的基础上引入速度惩罚机制，减小涡轮旋转速度动态变化造成的测算误差。
4.本技术还提出一种具有上述气体体积测算方法的气体体积测算装置和一种计算机可读存储介质。
5.根据本技术的第一方面实施例的气体体积测算方法，用于涡轮式流量计，包括：获取气体通过所述涡轮式流量计时，涡轮的旋转频率；根据所述旋转频率得到对应的校正系数；根据所述旋转频率和所述校正系数得到校正体积值；根据理想体积值和所述校正体积值得到气体体积值，所述理想体积值在所述涡轮处于匀速旋转状态下得到。
6.根据本技术实施例的气体体积测算方法，至少具有如下有益效果：通过设置校正系数在常规涡轮流量计算模型的基础上引入速度惩罚机制，能够更好地模拟实际测试中涡轮旋转速度动态变化的情况，从而减小涡轮旋转速度动态变化造成的测算误差。
7.根据本技术的一些实施例，还包括：获取气体通过所述涡轮式流量计后，所述涡轮的旋转圈数；计算预设的转换系数与所述旋转圈数的乘积值，得到所述理想体积值。
8.根据本技术的一些实施例，所述涡轮旋转的每一圈都对应一个所述旋转频率，每一个所述旋转频率都对应一个所述校正系数。
9.根据本技术的一些实施例，所述根据所述旋转频率和所述校正系数得到校正体积值的步骤，包括：计算每一个所述旋转频率及与其对应的所述校正系数的乘积值，得到单位校正值；将全部所述单位校正值进行求和，得到所述校正体积值。
10.根据本技术的一些实施例，所述根据理想体积值和所述校正体积值得到气体体积值的步骤，包括：计算所述理想体积值和所述校正体积值的和值，得到所述气体体积值。
11.根据本技术的一些实施例，所述根据理想体积值和所述校正体积值得到气体体积值的步骤，还包括：根据所述理想体积值、所述校正体积值和预设的偏置常数得到所述气体体积值。
12.根据本技术的一些实施例，所述气体体积值为所述理想体积值、所述校正体积值和所述偏置常数的和值。
13.根据本技术的一些实施例，所述获取气体通过所述涡轮式流量计后，所述涡轮的
旋转圈数的步骤，包括：获取所述涡轮式流量计测量得到的原始信号；对所述原始信号进行采样得到采样序列；对所述采样序列进行筛选处理得到目标序列；根据所述目标序列获得所述旋转圈数。
14.根据本技术的第二方面实施例的气体体积测算装置，包括：测算模块，所述测算模块用于获取气体通过涡轮式流量计时，涡轮的旋转频率；处理模块，所述处理模块与所述测算模块连接，所述处理模块用于根据所述旋转频率得到对应的校正系数；计算模块，所述计算模块分别与所述测算模块、所述处理模块连接，所述计算模块用于根据所述旋转频率和所述校正系数得到校正体积值；所述计算模块还用于根据理想体积值和所述校正体积值得到气体体积值，所述理想体积值在所述涡轮处于匀速旋转状态下得到。
15.根据本技术的第三方面实施例的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如上述第一方面实施例的气体体积测算方法。
16.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本技术做进一步的说明，其中：
18.图1为本技术气体体积测算方法的一种实施例的流程图；
19.图2为本技术气体体积测算方法的另一种实施例的流程图；
20.图3为本技术气体体积测算方法的又一种实施例的流程图；
21.图4为图2中步骤s500的一种实施例的流程图；
22.图5为本技术气体体积测算装置的一种实施例的模块图。
23.附图标记：测算模块100、处理模块200、计算模块300。
具体实施方式
24.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
25.在本技术的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
26.本技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术中的具体含义。
27.本技术实施例的气体体积测算方法用于涡轮式流量计，涡轮式流量计即采用涡轮进行测量的流量计。它先将流速转换为涡轮的转速，再将转速转换成与流量成正比的电信号。这种流量计用于检测瞬时流量和总的积算流量，其输出信号为频率，易于数字化。传统的涡轮式流量计设置有感应线圈和永久磁铁，感应线圈和永久磁铁一起固定在壳体上。当
铁磁性涡轮叶片经过磁铁时，磁路的磁阻发生变化，从而产生感应信号。信号经放大器放大和整形，送到计数器或频率计，显示总的积算流量。同时将脉冲频率经过频率-电压转换以指示瞬时流量。叶轮的转速正比于流量，叶轮的转数正比于流过的总量。涡轮流量计的输出是频率调制式信号，不仅提高了检测电路的抗干扰性，而且简化了流量检测系统。
28.本技术实施例的涡轮式流量计设置有激光发射管和接收管，激光发射管和接收管分别设置于涡轮叶片的两侧。在涡轮旋转的过程中，涡轮叶片会间隔性的阻隔接收管接收发射管的光信号，信号采集电路据此产生电脉冲信号，此信号即为采集到的原始信号。
29.一些实施例，参照图1，气体体积测算方法包括：
30.s100，获取气体通过涡轮式流量计时，涡轮的旋转频率；
31.s200，根据旋转频率得到对应的校正系数；
32.s300，根据旋转频率和校正系数得到校正体积值；
33.s400，根据理想体积值和校正体积值得到气体体积值，理想体积值在涡轮处于匀速旋转状态下得到。
34.示意性实施例，使用涡轮式流量计测算气体体积时，需要利用涡轮流量计算模型对气体流量进行计算。常规的涡轮流量计算模型是一种稳态模型，其成立的前提是涡轮处于匀速运动的状态。但在实际的测算过程中，涡轮的旋转速度动态变化，因此使用这种模型会有较大的计算误差。
35.对于步骤s100，气体通过涡轮式流量计时，带动涡轮叶片转动，旋转频率实际为叶片旋转产生的感应信号的频率。因为涡轮旋转的速度动态变化，所以旋转频率也动态变化。当被测流体流过涡轮式流量计的传感器时，在流体的作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比。在涡轮旋转的过程中，涡轮叶片会间隔性的阻隔接收管接收发射管的光信号，信号采集电路据此产生电脉冲信号，此信号即为采集到的原始信号，此电脉冲信号的频率与被测流体的流量成正比。
36.对于步骤s200，校正系数为在实际测量之前，对涡轮式流量计进行不同气体流量和不同流速的校准的过程中获得的一组数据。在校准过程中要避免环境因素对流量计造成影响，如外部气流或异物杂质等进入流量计中影响校准结果。
37.对于步骤s300，根据旋转频率和校正系数得到校正体积值，校正体积值可以对原先的计算模型的计算结果进行校正，从而减少误差。
38.对于步骤s400，理想体积值即为在常规涡轮流量计算模型的基础上获得的计算结果，即假设涡轮始终匀速旋转的情况下，获得的体积值。
39.根据本技术实施例的气体体积测算方法，至少具有如下有益效果：通过设置校正系数在常规涡轮流量计算模型的基础上引入速度惩罚机制，能够更好地模拟实际测试中涡轮旋转速度动态变化的情况，从而减小涡轮旋转速度动态变化造成的测算误差。
40.一些实施例，参照图2，气体体积测算方法还包括：
41.s500，获取气体通过涡轮式流量计后，涡轮的旋转圈数；
42.s600，计算预设的转换系数与旋转圈数的乘积值，得到理想体积值。
43.对于步骤s500，涡轮式流量计的涡轮传感器采集到的信号是类方波的时间周期信号，所以涡轮的旋转圈数正比于所采集的信号的波峰数或者波谷数。
44.对于步骤s600，在假设涡轮旋转速度始终不变的情况下，旋转圈数是理想体积值
的主要影响因素。
45.一个实施例，常规涡轮流量计算模型假设气流处于稳态，是一个线性模型，因此：
[0046][0047]
其中，qv代表体积流量，ω表示涡轮旋转角速度，φ表示涡轮的流量转换系数。
[0048]
流量转换系数的计算公式为：
[0049][0050]
其中，z为涡轮叶片数量；θ为涡轮叶片角度；r是叶片半径；ρ表示流体密度；a为流体截面积；tr是旋转阻力矩。
[0051]
式(2)表明转换系数随流体密度而变化，在实际应用中，该系数被用作常数，由实验标定得到。
[0052]
对式(1)进行积分，可以得到流经涡轮的理想体积值：
[0053][0054]
其中，n表示涡轮旋转圈数，v1表示理想体积值。转换系数k与流量转换系数的关系为
[0055][0056]
将式(4)代入式(3)可得：
[0057]
v1＝k*n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0058]
一些实施例，涡轮旋转的每一圈都对应一个旋转频率，每一个旋转频率都对应一个校正系数。可以理解的是，涡轮旋转的速度动态变化，即每一圈的旋转速度都可能不同，产生的感应信号的频率即旋转频率也不同。在校准流量计的过程中，得到的校正系数实际是对各旋转频率的频率点计算得到的一组频率校正系数，即每一个旋转频率都对应一个校正系数的一个校正值。在另一些实施例中，也可以用多个圈数的旋转频率平均值来得到一个共同的校正值，以减少测算时间，但这样会降低测算结果的准确度。
[0059]
一些实施例，参照图3，根据旋转频率和校正系数得到校正体积值的步骤包括：
[0060]
s310，计算每一个旋转频率及与其对应的校正系数的乘积值，得到单位校正值；
[0061]
s320，将全部单位校正值进行求和，得到校正体积值。
[0062]
校正体积值的计算公式如下：
[0063][0064]
其中，v2表示校正体积值，n表示涡轮旋转圈数，fi表示涡轮第i圈的旋转频率，αi表示对应频率点fi的校正系数。
[0065]
一些实施例，参照图3，根据理想体积值和校正体积值得到气体体积值的步骤，包括：
[0066]
s410，计算理想体积值和校正体积值的和值，得到气体体积值。
[0067]
气体体积值的计算公式如下：
[0068]
v＝v1 v2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0069]
其中，v表示气体体积值。
[0070]
将式(5)和式(6)代入式(7)可得：
[0071][0072]
一些实施例，根据理想体积值和校正体积值得到气体体积值的步骤，还包括：根据理想体积值、校正体积值和预设的偏置常数得到气体体积值。涡轮旋转不仅有惯性，而且还要克服摩擦阻力、气流阻力等因素的影响，因此在校准流量计的过程中，还会根据校准结果获得一个偏置常数，用于消除涡轮旋转惯性、摩擦阻力以及空气阻力引起的误差，从而进一步减小气体体积的测算误差。
[0073]
一些实施例，气体体积值为理想体积值、校正体积值和偏置常数的和值。在本实施例中，气体体积值的计算公式为：
[0074][0075]
其中，v表示气体体积值，k表示转换系数，n表示涡轮旋转圈数，fi表示涡轮第i圈的旋转频率，αi表示对应频率点fi的惩罚系数，η表示偏置常数。
[0076]
一些实施例，参照图4，获取气体通过涡轮式流量计后，涡轮的旋转圈数的步骤包括：
[0077]
s510，获取涡轮式流量计测量得到的原始信号；
[0078]
s520，对原始信号进行采样得到采样序列；
[0079]
s530，对采样序列进行筛选处理得到目标序列；
[0080]
s540，根据目标序列获得旋转圈数。
[0081]
对于步骤s510，当被测流体流过涡轮式流量计的传感器时，在流体的作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比。在涡轮旋转的过程中，涡轮叶片会间隔性的阻隔接收管接收发射管的光信号，信号采集电路据此产生电脉冲信号，此信号即为采集到的原始信号，是一个时间周期信号。
[0082]
对于步骤s520，采样也称取样，指把时间域或空间域的连续量转化成离散量的过程。也指把模拟音频转成数字音频的过程。采样是将时间上、幅值上都连续的模拟信号，在采样脉冲的作用下，转换成时间上离散(时间上有固定间隔)、但幅值上仍连续的离散模拟信号。所以采样又称为波形的离散化过程。在本实施例中，采样序列即为对原始信号进行采样后得到的离散信号。
[0083]
对于步骤s530，由于惯性及涡轮本身特征，在气体完全通过流量计后，涡轮会继续旋转一段时间，导致最终计算得到的旋转圈数大于实际圈数。因此，通过筛选滤除一定频率以下的采样系列信号，进而去除一定流速以下圈数，从而去除因惯性及涡轮本身特征所带来的异常圈数，获得更加准确的旋转圈数。
[0084]
对于步骤s540，根据目标序列信号的波峰或者波谷数确定旋转圈数。如果涡轮为两线涡轮，则每两个波峰或波谷代表涡轮旋转一圈。若涡轮为单线涡轮，则旋转圈数等于波峰数或波谷数。
[0085]
一些实施例，参照图5，气体体积测算装置包括：测算模块100、处理模块200和计算模块300，测算模块100用于获取气体通过涡轮式流量计时，涡轮的旋转频率；处理模块200 与测算模块100连接，处理模块200用于根据旋转频率得到对应的校正系数；计算模块300 分别与测算模块100、处理模块200连接，计算模块300用于根据旋转频率和校正系数得到校正体积值；计算模块300还用于根据理想体积值和校正体积值得到气体体积值，理想体积值在涡轮处于匀速旋转状态下得到。通过设置校正系数在常规涡轮流量计算模型的基础上引入速度惩罚机制，能够更好地模拟实际测试中涡轮旋转速度动态变化的情况，从而减小涡轮旋转速度动态变化造成的测算误差。
[0086]
一些实施例，本技术还包括计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如上述实施例的气体体积测算方法。
[0087]
本技术的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”和“示意性实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0088]
上面结合附图对本技术实施例作了详细说明，但是本技术不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。