隨著技術(shù)的發(fā)展，超聲波測(cè)量在很多領(lǐng)域得到了運(yùn)用，但是基本都會(huì)面臨到這樣一個(gè)問題，超聲波檢測(cè)時(shí)，由于各種干擾的存在導(dǎo)致首波丟失，測(cè)量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的誤差，如何解決首波丟失時(shí)對(duì)系統(tǒng)的不良影響成為超聲波系統(tǒng)運(yùn)用的關(guān)鍵。

目前，無損傷檢測(cè)成為行業(yè)檢測(cè)的一個(gè)熱點(diǎn)，超聲波是頻率高于20000赫茲的彈性波，人耳無法感受。能夠在特定的方向上沿直線傳播，具有良好的指向性，但是在傳播的過程中，會(huì)發(fā)生衰減和散射，但是它的能量比普通聲波大得多，超聲波在固體中的傳輸損失很小，探測(cè)深度大，對(duì)人體無害，成本低，靈敏度高，速度快。

以超聲波水表運(yùn)用為例，使用超聲波作為測(cè)量的方式，測(cè)量原理采用時(shí)差法，通過獲取超聲波在水中順流和逆流的時(shí)間差來推算水的流速，從而積分計(jì)算出水流量。測(cè)量的方式通過使用超聲波換能器，安裝在水管的上游和下游，水管中心的反射片可以把發(fā)射的超聲波折射出去，通過上游的超聲波換能器來檢測(cè)下游發(fā)射的超聲波，下游的超聲波換能器來檢測(cè)上游發(fā)射的超聲波，由于水流作用，順流的超聲波會(huì)比逆流的超聲波早被檢測(cè)到。測(cè)量的原理圖如圖1所示。

圖1 超聲波水表工作原理

超聲波換能器檢測(cè)到來自對(duì)面發(fā)射的超聲波，檢測(cè)得到多個(gè)波形中，我們需要獲取首波，以第一個(gè)波到達(dá)的時(shí)間為檢測(cè)的依據(jù)。同時(shí)對(duì)這個(gè)波的識(shí)別有著一定的條件，首先該波得達(dá)到觸發(fā)電壓，大于TriggerLevel電壓才能被檢測(cè)，需要大于LowLevel，檢測(cè)時(shí)間結(jié)束是在波過零時(shí)檢測(cè)結(jié)束。

所謂的首波丟失，主要有這么三種原因，第一種，由于水中存在干擾、雜質(zhì)更或者氣泡的存在，導(dǎo)致首波在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有到達(dá)，導(dǎo)致首波丟失；第二種，首波的首波電壓大于了TriggerLevel，但是小于LowLevel，檢測(cè)同樣會(huì)失??；第三種，首波未達(dá)到TriggerLevel電壓，但是第二個(gè)波達(dá)到，滿足了檢測(cè)的條件。針對(duì)這些情況，我們需要分析它的本質(zhì)和造成的結(jié)果。

由于水中存在干擾、雜質(zhì)更或者氣泡的存在，導(dǎo)致首波在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有到達(dá)，導(dǎo)致首波丟失，在已知的管段中運(yùn)行的時(shí)間，是可以提前計(jì)算出來，在不同的流速和溫度下，時(shí)間差存在的一個(gè)范圍，如果超時(shí)了，必然就超過了這個(gè)時(shí)間差的范圍。那么這個(gè)時(shí)候就可以過濾掉這個(gè)錯(cuò)誤的情況。下面以一個(gè)實(shí)例來說明計(jì)算的過程，以DN20的管段（如圖2）為例，Lf=64mm，D=20mm，溫度為20攝氏度下的聲速參數(shù)參與計(jì)算，計(jì)算過程如圖3所示。

圖2 管段

圖3 時(shí)差計(jì)算

如果存在雜質(zhì)，比如氣泡，超聲波在空氣和水中的傳播速度存在較大的差異，超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，在液體中的常規(guī)速度1500m/s左右，所以出現(xiàn)這樣的雜質(zhì)的時(shí)候，最后采集到的時(shí)間差就會(huì)增大，可能是正向增大，也可能直接為負(fù)數(shù)，原因是在傳播過程中，不能確定是上游和下游中的哪一端檢測(cè)到了雜質(zhì)，所以，哪怕是正向的流動(dòng)的液體在檢測(cè)時(shí)，也可能得到負(fù)數(shù)的檢測(cè)結(jié)果。這時(shí)候，我們就可以根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)和我們理論上計(jì)算出來的時(shí)間差范圍做一個(gè)比較，如果不符合計(jì)算的范圍控制區(qū)間，可以直接濾除。

首波未達(dá)到TriggerLevel電壓，但是第二個(gè)波達(dá)到，滿足了檢測(cè)的條件，如圖4所示，最后讀取的檢測(cè)的結(jié)果是第二個(gè)波的時(shí)間，在最終計(jì)算時(shí)間差的時(shí)候，時(shí)間差有兩種結(jié)果，偏大和反向了，所以根據(jù)這個(gè)結(jié)果，也可以采用和上面相同的方法，通過設(shè)置與閾值，采用極值法濾除。

圖4 第二波檢測(cè)