基于机器学习的气体超声波流量计检验方法及系统与流程

本发明涉及气体超声波流量计的，具体为基于机器学习的气体超声波流量计检验方法及系统。

背景技术：

1、在工业自动化和流体控制领域，气体超声波流量计是一种关键的测量设备，广泛应用于监测气体流动情况以及实现流量控制，这主要是利用超声波的传播时间来推断气体流速和流量。其中，气体超声波流量计作为一种先进的测量工具，在工业、化工、能源以及环保等领域扮演着重要的角色。

2、气体超声波流量计在测量气体流量时，面临着一些挑战。由于工业生产过程中的气体质量波动、管道老化或过滤器失效等原因可能引起管道内出现杂质，因此过滤器的安装成为了必不可少的环节，但在实际操作中，仍然难以完全防止杂质或灰尘进入流量计内，导致传感器表面的污染，从而影响超声波的传播速度以及改变振幅特性等，导致流量计读数的不稳定性，甚至造成测量误差。因此，确保气体超声波流量计的可靠性和准确性成为一个重要的问题。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了基于机器学习的气体超声波流量计检验方法及系统，解决了上述背景技术中的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于机器学习的气体超声波流量计检验系统，包括初步检验?？?、测试?？?、数据采集?？?、处理?？?、检验分析?？橐约胺蠢∧？?；

5、所述初步检验?？橛糜谠は妊≡褚恢只计?，将基准气体的已知数据通过气体超声波流量计监测，以判断监测数据是否与已知数据一致，若不一致，获取当前输出振幅sczf，同时利用零点校准，获取基准振幅jzzf，并将输出振幅sczf与基准振幅jzzf比较，获取一号振幅差fc1；

6、所述测试?？橛糜诠鄄庖缓耪穹頵c1的读数是否为零，若不为零，则初步锁定超声波传感器出现故障，通过两组超声波传感器，获取二号振幅差fc2，并将二号振幅差fc2与差阈值v比对，判断管道内是否存在杂质；

7、所述数据采集?？橛糜诶蒙阆裢飞璞负统ù衅髦屑勺约斐绦?，监测与记录管道内相关杂质数据信息，同时实时监测管道内外环境数据信息，并建立检验数据集；

8、所述处理?？橛糜诮煅槭菁邢喙厥菪畔⒔性ご?，包括处理缺失数据，填充或标记为缺失值，利用无量纲处理技术，对检验数据集中相关数据信息进行单位统一；

9、所述检验分析?？橛糜诶没餮?，将处理后的检验数据集进行特征提取，以获取气体流动阻力qdz、振动强度zdqd和粘度ndz，通过将二号振幅差fc2与气体流动阻力qdz相关联，获取杂质影响系数zzxs，通过将振动强度zdqd与粘度ndz相关联，获取内外环境状态系数hzxs，经无量纲处理后，拟合获取检验评估指数jpzs，所述检验评估指数jpzs通过以下公式获?。?/p>

10、；

11、式中，ccqd表示为磁场强度，和分别表示为杂质影响系数zzxs、内外环境状态系数hzxs和磁场强度ccqd的预设比例系数，o表示为第一修正常数；

12、所述反馈?？橛糜谠は壬柚闷拦楞兄祑，并将评估阈值w与所述检验评估指数jpzs进行对比，以获取检验报告。

13、优选的，所述调试单元用于选择一种基准气体，且基准气体特性处于稳定状态，其中包括密度、粘度值和压力，建立基准条件，并在管道内没有气体流动时进行零点校准，接着将基准气体的已知数据通过气体超声波流量计监测；

14、其中，所述已知数据包括基准气体的已知流量和流速，所述监测数据包括通过气体超声波流量计监测出的流量和流速。

15、优选的，所述初步检验?？榛拱煅榈ピ?；

16、所述检验单元用于判断监测数据是否与已知数据一致，若不一致，通过将所述输出振幅sczf与所述基准振幅jzzf比较，获取一号振幅差fc1，所述一号振幅差fc1通过以下公式获?。?/p>

17、；

18、若监测数据是否与已知数据一致，则表示为当前气体超声波流量计处于正常状态。

19、优选的，所述测试?？榘ǖ谝慌卸系ピ偷诙卸系ピ?；

20、所述第一判断单元用于根据所述一号振幅差fc1的读数，初次判断是否因超声波传感器出现了故障；

21、若所述一号振幅差fc1等于零时，表示为初次判断气体超声波流量计内的超声波传感器暂未出现故障；

22、若所述一号振幅差fc1不等于零时，表示为初次判断气体超声波流量计内的超声波传感器出现了故障。

23、优选的，所述第二判断单元用于通过在管道内安装红外摄像头设备和两组超声波传感器，以分别获取第一振幅值zf1和第二振幅值zf2，并将所述第一振幅值zf1与所述第二振幅值zf2进行比较，获取二号振幅差fc2，所述二号振幅差fc2通过以下公式获?。?/p>

24、；

25、预先设置差阈值v，并将所述差阈值v与所述二号振幅差fc2进行对比分析，以判断管道内是否存在杂质，其中具体判断内容如下：

26、若所述二号振幅差fc2大于或等于所述差阈值v时，表示当前判断管道内存在杂质情况；

27、若所述二号振幅差fc2小于所述差阈值v时，表示当前判断管道内未存在杂质情况。

28、优选的，所述检验数据集中相关数据信息包括管道内相关杂质数据信息和管道内外环境数据信息；所述数据采集?？榘ǖ谝徊杉ピ偷诙杉ピ?；

29、所述第一采集单元用于采集与记录管道内相关杂质数据信息，其中包括气体流动阻力qdz、反射信号频率sxpl、气体密度qtmd、二号振幅差fc2以及杂质附着于超声波传感器表面的状态；

30、所述第二采集单元用于采集与记录管道内外环境数据信息，其中包括大气压力dyz、噪音值zyz、气体湿度值sdz、外界温度wwz、振动强度zdqd以及气体的粘度ndz。

31、优选的，所述检验分析?？榘ㄔ又史治龅ピ突肪撤治龅ピ?；

32、所述杂质分析单元用于当判断管道内存在杂质情况时，将依据所述相关杂质数据信息，并结合所述二号振幅差fc2，经无量纲处理后，获取杂质影响系数zzxs，所述杂质影响系数zzxs通过以下公式获?。?/p>

33、；

34、式中，qdz表示为气体流动阻力，sxpl表示为反射信号频率，qtmd表示为气体密度，f、s、m和q分别表示为二号振幅差fc2、反射信号频率sxpl、气体密度qtmd和气体流动阻力qdz的预设比例系数，r表示为第二修正常数。

35、优选的，所述环境分析单元用于当初次判断气体超声波流量计内的超声波传感器暂未出现故障时，依据所述管道内外环境数据信息，通过将振动强度zdqd与粘度ndz相关联，并经无量纲处理后，获取内外环境状态系数hzxs，所述内外环境状态系数hzxs通过以下公式获?。?/p>

36、；

37、式中，sdz表示为气体湿度值，zyz表示为噪音值，wwz表示为外界温度，dyz表示为大气压力，a和b均表示为预设比例系数，a表示为第三修正常数。

38、优选的，所述反馈?？榻运黾煅槠拦乐甘齤pzs与所述评估阈值w进行对比分析，以获取检验报告，其中检验报告具体内容如下：

39、若所述检验评估指数jpzs大于所述评估阈值w时，即jpzs＞w时，生成第一等级报告，表示为当前气体超声波流量计的检验结果处于异常状态，此时将对当前气体超声波流量计进一步调查、维修或者更换；

40、若所述检验评估指数jpzs等于所述评估阈值w时，即jpzs＝w时，生成第二等级报告，表示为当前气体超声波流量计的检验结果处于非异常状态，此时将对当前气体超声波流量计进行标记，增加表面清洁与日常维护频率；

41、若所述检验评估指数jpzs小于所述评估阈值w时，即jpzs＜w时，生成第三等级报告，表示为当前气体超声波流量计的检验结果处于非异常状态，无需采取额外措施。

42、基于机器学习的气体超声波流量计检验方法，包括以下步骤，

43、s1、首先用已知数据来观测气体超声波流量计的监测数据，并判断监测数据是否与已知数据一致，若不一致，获取当前输出振幅sczf，同时利用零点校准，获取基准振幅jzzf，并将输出振幅sczf与基准振幅jzzf比较，获取一号振幅差fc1；

44、s2、接着对一号振幅差fc1进行分析，初步判断是否因超声波传感器出现了故障，并通过两组超声波传感器，获取二号振幅差fc2，并将二号振幅差fc2与差阈值v比对，判断管道内是否存在杂质；

45、s3、其次对管道内相关杂质数据信息进行监测与记录，同时实时监测管道内外环境数据信息，并建立检验数据集；

46、s4、然后将检验数据集中相关数据信息进行预处理，并对检验数据集中相关数据信息进行单位统一；

47、s5、此外利用机器学习，将处理后的检验数据集进行特征提取，以获取气体流动阻力qdz、振动强度zdqd和粘度ndz，并结合二号振幅差fc2，综合获取检验评估指数jpzs；

48、s6、最后预先设置评估阈值w，并将评估阈值w与所述检验评估指数jpzs进行对比，以获取检验报告。

49、（三）有益效果

50、本发明提供了基于机器学习的气体超声波流量计检验方法及系统，具备以下有益效果：

51、（1）通过初步检验?？?，系统能够预先选择基准气体，监测其已知数据，并根据测量结果判断气体超声波流量计是否正常，这有助于提高测量的准确性和可靠性；测试?？槟芄还鄄庖缓耪穹頵c1并判断传感器是否存在故障，在发现一号振幅差fc1不为零时，系统能够快速锁定超声波传感器的故障，有助于及时确定故障存在的位置，并采取维修和维护手段；数据采集?？橥ü阆裢泛妥约斐绦蚴凳奔嗖夤艿滥谕獾幕肪澈驮又适?，建立完整的检验数据集，为后续分析提供充足的信息；检验分析?？槔没餮凹际跆崛√卣?，并通过多个参数关联性的建模，获取检验评估指数jpzs，这有助于更加全面地了解气体流动阻力qdz、振动强度zdqd和粘度ndz等影响因素，接着将检验评估指数jpzs与阈值进行对比，生成相应的检验报告，这为用户提供实时的检测结果和建议，使其能够迅速采取相应措施。总之，该系统通过综合运用多个?？?，通过层层的判断与筛定，实现了对气体流量计的多方位监测、故障诊断和性能评估，从而提高了测量系统的可靠性与准确性，降低了维护成本和?；奔?。

52、（2）第一判断单元的工作机制使得系统能够迅速定位是否存在超声波传感器的故障，这减少了维护人员的工作负担，进一步提高了维护效率。总之，测试?？橹械牡谝慌卸系ピü缓耪穹頵c1的读数，实现了对超声波传感器故障的初步判断，为系统故障定位提供了有益的效果。