一种基于霍尔元件的高精度流量测量方法及装置与流程

本发明属于流量测量，具体涉及一种基于霍尔元件的高精度流量测量方法及装置。

背景技术：

1、随着科学技术的进步和社会发展的需求，供水水表产品的发展确实在逐步从利用机械测量的方式转换到利用电子技术测量的方式，其中霍尔水表作为这一转变的代表性产品；霍尔水表检测水流量基于霍尔效应，通过水流驱动水表内部的机械结构转动，进而改变磁铁的磁场；当磁场线穿过霍尔元件时，会在其两侧产生电势差，该电势差的大小随水流量的变化而变化。霍尔传感器芯片将检测到的电势差转换成相应的脉冲信号，通过测量这些脉冲信号的频率或数量，可以计算出水流量的总量。

2、专利cn113325197a公开了一种涡轮流量计的流速测量方法，包含霍尔式传感器的涡轮流量计、光耦电路、触发器电路、mcu；涡轮流量计用来测量流体并产生电脉冲信号；光耦电路用来滤除外部脉冲信号的噪声和整形；触发器电路用来保证两个计数器的同时启动；mcu用来接收电脉冲信号，使用计数器进行脉冲硬计数，并且操作两个计数器为级联方式进行脉冲硬计数，同时开启另一个定时器进行时钟计数；计数结束后将计数器记录的脉冲个数与定时器记录的时间进行运算得到被测流体流速。霍尔元件对磁场变化非常敏感，因此容易受到外部磁场干扰；然而该方案并没有考虑外界磁场对霍尔元件测量电势差的影响，使得测量结果很容易受到外界磁场干扰，导致流量测量结果不精准。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于解决外界磁场干扰，导致流量测量结果不精准的问题，而提出一种基于霍尔元件的高精度流量测量方法及装置。

2、在本发明实施的第一方面，首先提出一种基于霍尔元件的高精度流量测量方法，所述方法包括:

3、第一霍尔元件实时检测当前环境的磁场得到第一电压信号，并将所述第一电压信号发送至中控单元；以使得所述中控单元根据初始电压信号和所述第一电压信号进行信号判断；所述初始信号为水表安装和校准时通过所述第一霍尔元件获取的电压信号；

4、若所述信号判断结果为电压持续异常，则所述中控单元发送开启指令给检测单元；以使得所述检测单元开启霍尔元件阵列中矫正霍尔元件集对当前环境的磁场进行检测得到目标电压信号集，并将所述目标电压信号集发送至计算单元；所述霍尔元件阵列包括矫正霍尔元件集和主测霍尔元件；

5、所述计算单元根据所述目标电压信号集和标准电压信号集得到目标矫正值，并将所述目标矫正值发送至所述中控单元；

6、所述中控单元实时获取所述主测霍尔元件检测当前环境的磁场得到第二电压信号，将所述目标矫正值和所述第二电压信号进行时间对齐后，进行信号矫正得到目标电压信号；

7、将所述电压信号转换为脉冲信号后进行流量计算得到最终流量。

8、可选的，所述中控单元根据初始电压信号和所述第一电压信号进行信号判断包括：

9、计算所述第一电压信号和所述初始电压信号的差值得到目标差值；

10、若所述目标差值的绝对值小于预设阈值，则信号判断结果为电压正常；

11、若所述目标差值的绝对值大于预设阈值，对当前时间点及其之前的n个采样点的电压信号进行求平均，得到当前时刻的平滑信号值；

12、根据所述平滑信号值计算标准差得到目标标准差，若所述目标标准差大于预设标准差，则信号判断结果为电压顺时异常；

13、若所述目标标准差小于预设标准差，则信号判断结果为电压持续异常。

14、可选的，信号判断结果为电压顺时异常之后包括：

15、所述中控单元获取所述第一霍尔元件和所述主霍尔元件对应编号，根据所述对应编号查找内置存储器中记录的影响因子；

16、根据所述影响因子对所述目标差值进行矫正得到修正信号；

17、以所述修正信号对所述第二电压信号进行修正得到所述目标电压信号。

18、可选的，信号判断结果为电压正常之后包括：

19、获取所述霍尔元件阵列中所有霍尔元件记录的电压信号，对所有电压进行加和求平均得到对比电压信号；所述霍尔元件阵列包括第二霍尔元件、第三霍尔元件、第四霍尔元件和第五霍尔元件；

20、针对所述霍尔元件阵列中每一霍尔元件，计算该霍尔元件对应电压信号与所述对比电压信号的差值得到差异信号，将差异信号最小对应的霍尔元件记为主测霍尔元件，剩余霍尔元件记为矫正霍尔元件；

21、发送关闭指令给所述检测单元；以使得所述检测单元关闭所有矫正霍尔元件。

22、可选的，所述计算单元根据所述目标电压信号集和标准电压信号集得到目标矫正值；所述目标电压信号包括第三电压信号、第四电压信号和第五电压信号；所述标准电压信号集包括第三标准电压信号、第四标准电压信号和第五标准电压信号包括：

23、针对所述目标电压信号集和所述标准电压信号集，计算电压信号和标准电压信号之间的差值得到第一电压差、第二电压差和第三电压差；

24、针对每一电压差，生成电压变化与磁场变化的关系表达式；根据所有关系表达式确定当前环境下磁场在目标坐标系中x轴、y轴和z轴中的磁通分量；

25、根据x轴、y轴和z轴中的磁通分量得到所述目标矫正值。

26、在本发明实施的第二方面，提出一种基于霍尔元件的高精度流量测量装置，所述装置包括：

27、信号判断模块，用于第一霍尔元件实时检测当前环境的磁场得到第一电压信号，并将所述第一电压信号发送至中控单元；以使得所述中控单元根据初始电压信号和所述第一电压信号进行信号判断；所述初始信号为水表安装和校准时通过所述第一霍尔元件获取的电压信号；

28、控制指令发送模块，用于若所述信号判断结果为电压持续异常，则所述中控单元发送开启指令给检测单元；以使得所述检测单元开启霍尔元件阵列中矫正霍尔元件集对当前环境的磁场进行检测得到目标电压信号集，并将所述目标电压信号集发送至计算单元；所述霍尔元件阵列包括矫正霍尔元件集和主测霍尔元件；

29、校正值生成模块，用于所述计算单元根据所述目标电压信号集和标准电压信号集得到目标矫正值，并将所述目标矫正值发送至所述中控单元；

30、信号矫正模块，用于所述中控单元实时获取所述主测霍尔元件检测当前环境的磁场得到第二电压信号，将所述目标矫正值和所述第二电压信号进行时间对齐后，进行信号矫正得到目标电压信号；

31、流量模块，用于将所述电压信号转换为脉冲信号后进行流量计算得到最终流量。

32、可选的，所述信号判断模块包括：

33、目标差值计算模块，用于计算所述第一电压信号和所述初始电压信号的差值得到目标差值；

34、电压正常模块，用于若所述目标差值的绝对值小于预设阈值，则信号判断结果为电压正常；

35、平滑信号值计算模块，用于若所述目标差值的绝对值大于预设阈值，对当前时间点及其之前的n个采样点的电压信号进行求平均，得到当前时刻的平滑信号值；

36、电压顺时异常模块，用于根据所述平滑信号值计算标准差得到目标标准差，若所述目标标准差大于预设标准差，则信号判断结果为电压顺时异常；

37、电压持续异常模块，用于若所述目标标准差小于预设标准差，则信号判断结果为电压持续异常。

38、可选的，所述电压顺时异常模块包括：

39、影响因子确定模块，用于所述中控单元获取所述第一霍尔元件和所述主霍尔元件对应编号，根据所述对应编号查找内置存储器中记录的影响因子；

40、修正信号确定模块，用于根据所述影响因子对所述目标差值进行矫正得到修正信号；

41、第二电压信号修正模块，用于以所述修正信号对所述第二电压信号进行修正得到所述目标电压信号。

42、可选的，所述电压持续异常模块包括：

43、对比电压信号确定模块，用于获取所述霍尔元件阵列中所有霍尔元件记录的电压信号，对所有电压进行加和求平均得到对比电压信号；所述霍尔元件阵列包括第二霍尔元件、第三霍尔元件、第四霍尔元件和第五霍尔元件；

44、差异信号确定模块，用于针对所述霍尔元件阵列中每一霍尔元件，计算该霍尔元件对应电压信号与所述对比电压信号的差值得到差异信号，将差异信号最小对应的霍尔元件记为主测霍尔元件，剩余霍尔元件记为矫正霍尔元件；

45、矫正霍尔元件关闭模块，用于发送关闭指令给所述检测单元；以使得所述检测单元关闭所有矫正霍尔元件。

46、可选的，所述信号矫正模块包括：

47、电压差计算模块，用于针对所述目标电压信号集和所述标准电压信号集，计算电压信号和标准电压信号之间的差值得到第一电压差、第二电压差和第三电压差；

48、磁通分量计算模块，用于针对每一电压差，生成电压变化与磁场变化的关系表达式；根据所有关系表达式确定当前环境下磁场在目标坐标系中x轴、y轴和z轴中的磁通分量；

49、目标矫正值确定模块，用于根据x轴、y轴和z轴中的磁通分量得到所述目标矫正值。

50、本发明的有益效果：

51、本发明提出了一种基于霍尔元件的高精度流量测量方法，第一霍尔元件实时检测当前环境的磁场得到第一电压信号，并将第一电压信号发送至中控单元；以使得中控单元根据初始电压信号和第一电压信号进行信号判断；若信号判断结果为电压持续异常，则中控单元发送开启指令给检测单元；以使得检测单元开启霍尔元件阵列中矫正霍尔元件集对当前环境的磁场进行检测得到目标电压信号集，并将目标电压信号集发送至计算单元；计算单元根据目标电压信号集和标准电压信号集得到目标矫正值，并将目标矫正值发送至中控单元；中控单元实时获取主测霍尔元件检测当前环境的磁场得到第二电压信号，将目标矫正值和第二电压信号进行时间对齐后，进行信号矫正得到目标电压信号；将电压信号转换为脉冲信号后进行流量计算得到最终流量。通过第一霍尔元件和矫正霍尔元件集的协同工作，能够实时检测和校正外部磁场对霍尔元件的干扰，确保测量电势差的准确性；通过计算目标矫正值并对第二电压信号进行时间对齐和校正，能够有效过滤掉由外界磁场干扰引起的误差，提供更加可靠的流量测量数据，并在检测到电压异常时，自动启动矫正过程保证了测量数据的可靠性和稳定性，提高了流量测量的精准。