纳秒级测流设备双机校时方法与流程

本发明应用于水下流量测验领域，是一种纳秒级测流设备双机校时方法。

背景技术：

1、时差法测流系统中是由一个主机和一个副机二个设备构成，其一安装在河道的左岸，另一设备安装在河道的右岸，二套设备cpu不同，甚至其工作电源都是不同的，工作时，二套设备一个发送超声波一个接收超声波，接收者，并不知道发送者何时将超声信号发出，由于声波传输速度快，计时精度必须是微秒甚至是纳秒级别方可达到预期目的。

2、由此可见，设计一个纳秒级测流设备双机校时方法是很有必要的。

技术实现思路

1、纳秒级测流设备双机校时方法，主机通过整点发送心跳包，副机接收心跳包并修正本地时间计数器，从而解决了双机时间同步的问题，进而为时差法测流系统精确计量超声波水下发送和接收时间提供了解决方案。

2、为实现上述目标，本发明提供的技术方案如下：

3、1.如图1所示，纳秒级测流设备双机校时方法，本方法运行在时差法测流系统中，所述时差法测流系统是由一个主机和一个副机二个设备构成，其一安装在河道的左岸，另一设备安装在河道的右岸，一端设备通过水下换能器整点发送超声波，另一端设备通过水下换能器接收超声波并完成收发时间的精准计量，主机发送超声波时副机接收超声波，副机发送超声波时主机接收超声波，这二个设备通过无线或过河缆道连接通讯，主副机在通讯中完成高精度时钟同步，超声波在发送设备上整点发出，发送的时机总是秒的整点，发送的时间点上纳秒读数为0，接收超声波时的纳秒计数器读数，就是超声波水下传播时间。

4、图1、图2中①为水下换能器担负超声波发送、接收功能，②为主机，③为副机，主机和副机通过无线或过河电缆连接通讯，主机通过无线与指挥中心连接。

5、2.主副机cpu相同，工作频率相同，主机和副机各自维护一个秒时间计数器和一个纳秒时间计数器，纳秒计数器的数值达到1000000时，秒计数器加1，纳秒计数器清零；主机通过电缆或无线通道每5秒发送一个心跳包到副机，心跳包发送的时机是：纳秒计数器=0，并且秒计数器%5=0(秒除以5的余数为0)；主机发送心跳包的内容还包括秒计数器的读数和收发时差；主机心跳包发送完毕后，等待副机回复，收到回复时纳秒计数器读数的1/2，即为收发时差；副机收到主机发出的心跳包后，执行三个动作，①立即向主机回复消息，②将主机发过来主机的秒计数器读数改写到副机秒计数器，③将主机发过来的收发时差改写到副机中的纳秒计数器；从而实现主辅机的时钟同步。

6、实际工作中，主机对副机发送的心跳包，是有格式的，该格式包括包头、命令码、内容、包尾、校验位，内容中包括上述的秒计数器读数和收发时差；副机对主机的回复也是有格式的，该格式包头、命令码、内容、包尾、校验位，其内容很简单，通常只有一个字节；

7、实际工作中，纳秒计数器也可以是百纳秒计数器，即每过100纳秒该计数器加一，如果使用百纳秒计数器，百纳秒计数器的数值达到10000时，秒计数器加一，百纳秒计数器清零；

8、3.主机是承担时钟计数的主体，副机的时钟需要保持与主机同步，主机发送心跳报，副机收到后回复，时钟同步过程中，副机只回复消息不主动发送消息；

9、4.无论是主机还是副机，都接收和发送超声波，一个发送，另一个接收，主机和副机不会同时发送超声波，以免造成超声波信号干扰。

10、5.无论是主机还是副机，其发送超声波的换能器都工作在水下，超声波在水下传播，25℃时水中的声速为1497 m/s，在500米宽的河道中，声波的在水下的传播时长不超过350ms，小于1s，由于声波发送时，纳秒计数器为0，声波接收时，纳秒计数器的读数即为传播时长。

11、本发明的优点是：

12、运用本方法，主机定时、整点发送心跳包，副机接收心跳包并修正本地时间计数器，从而解决了双机时间同步的问题，进而为时差法测流系统精确计量超声波水下发送和接收时间提供了解决方案。

技术特征：

1.纳秒级测流设备双机校时方法，本方法运行在时差法测流系统中，所述时差法测流系统是由一个主机和一个副机二个设备构成，其一安装在河道的左岸，另一设备安装在河道的右岸，一端设备通过水下换能器整点发送超声波，另一端设备通过水下换能器接收超声波并完成收发时间的精准计量，主机发送超声波时副机接收超声波，副机发送超声波时主机接收超声波，这二个设备通过无线或过河缆道连接通讯，主副机在通讯中完成高精度时钟同步，超声波在发送设备上整点发出，发送的时机总是秒的整点，发送的时间点上纳秒读数为0，接收超声波时的纳秒计数器读数，就是超声波水下传播时间。

2.如权利要求1所述纳秒级测流设备双机校时方法，其特征在于：主副机cpu相同，工作频率相同，主机和副机各自维护一个秒时间计数器和一个纳秒时间计数器，纳秒计数器的数值达到1000000时，秒计数器加1，纳秒计数器清零；主机通过电缆或无线通道每5秒发送一个心跳包到副机，心跳包发送的时机是：纳秒计数器=0，并且秒计数器%5=0(秒除以5的余数为0)；主机发送心跳包的内容还包括秒计数器的读数和收发时差；主机心跳包发送完毕后，等待副机回复，收到回复时纳秒计数器读数的1/2，即为收发时差；副机收到主机发出的心跳包后，执行三个动作，①立即向主机回复消息，②将主机发过来主机的秒计数器读数改写到副机秒计数器，③将主机发过来的收发时差改写到副机中的纳秒计数器；从而实现主辅机的时钟同步。

3.如权利要求1所述纳秒级测流设备双机校时方法，其特征在于：主机是承担时钟计数的主体，副机的时钟需要保持与主机同步，主机发送心跳报，副机收到后回复，时钟同步过程中，副机只回复消息不主动发送消息。

4.如权利要求1所述纳秒级测流设备双机校时方法，其特征在于：无论是主机还是副机，都接收和发送超声波，一个发送，另一个接收，主机和副机不会同时发送超声波，以免造成超声波信号干扰。

5.如权利要求1所述纳秒级测流设备双机校时方法，其特征在于：无论是主机还是副机，其发送超声波的换能器都工作在水下，超声波在水下传播，25℃时水中的声速为1497m/s，在500米宽的河道中，声波的在水下的传播时长不超过350ms，小于1s，由于声波发送时，纳秒计数器为0，声波接收时，纳秒计数器的读数即为传播时长。

技术总结本发明公开了一种纳秒级测流设备双机校时方法，主机定时、整点发送心跳包，副机接收心跳包并修正本地时间计数器，从而解决了双机时间同步的问题；主副机整点发送超声波，副机由于实现了和主机纳秒级的时钟同步，收到超声波时纳秒计数器的读数就是超声波水下传播时间，进而为时差法测流系统精确计量超声波水下发送和接收时间提供了解决方案。技术研发人员：杨静波,文宏展,潘仁红,覃壮权,杜春辉受保护的技术使用者：天津福来铭科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/15