科创中国

超声波流量检测技术是近年来迅速发展起来的新技术，尤其是超声波流量计体积小、相同口径下造价低，解决了工业测量中大口径测量设备制造、运输困难和造价高的突出问题，在工业中得到了广泛应用。国外最早发现和利用超声波进行液体和气体的流量测量，已经形成了比较成熟的产品体系，拥有更为成熟的技术和更高的市场占有率。我国在超声波流量计的研究方面起步较晚，要改变我国流量仪表行业的产品技术状态，就需要在核心技术上有所创新。

    超声波流量计目前已形成了巨大的市场，现有国内的大多数超声波流量计虽然在价格上比国外的便宜，但存在精度不高、重复性差等问题。本研究团队旨在基于FPGA技术下研制高精度超声波流量计，对现有的技术加以改进，使其总体性能接近或者达到国际先进水平，以便在国内推广和使用，这不仅可以在核心技术上有所创新，提升企业的综合竞争力，更能创造巨大的经济效益和社会效益。

    围绕超声波流量计对测量精度、低功耗、多功能等方面的要求，设计了一种基于扩张状态观测器的改进型卡尔曼滤波器，增强了超声波流量计对噪声的抑制能力。利用CFD软件分析了液体的流场状态，通过在线辨识实现权重系数的自动优化，提高了测量精度。基于FPGA及ARM技术开发了双声道超声波流量计，实现了超声波渡越时间的精确测量和整机的低功耗。

    基于FPGA的高精度时间测量电路，分辨率达到***以上，提出新型滤波算法，实现测量精度在***%以上，优化修正系数，使流速测量范围达到***，重复性不高于***%；采用本技术与方源智控（天津）科技有限公司联合研制的ZH-ODE型号超声波液体流量计，2018-2021年共销售流量计1498台，四年累计销售额***万元，利润***万元，纳税***万元，具有较高的经济技术指标，经济和社会效益较大。

    研究团队已申请国家发明专利3件，获得授权实用新型专利2件，发表学术论文8篇。流量测量是工业和民用领域的基本需求之一，研究成果具有广阔的推广应用前景，有利于解决流量测量中的共性问题，技术辐射能力较强。