天然气作为一种高效、清洁的能源,近些年受到越来越多的重视,需求贸易量十分巨大。相应地,天然气计量仪表也得到了快速发展。气体超声波流量计因其宽量程、高精度、无压损等众多优点在气体流量检测领域占据重要地位,研制高性能、高可靠性的气体超声波流量计具有重要的战略意义。气体超声波流量计的时延估计方式种类繁多,互相关算法因其抗干扰能力强、准确度高等特点获得了广泛的应用。互相关算法准确时延估计的前提是接收信号的整体包络在不同工况下始终保持一致。然而,在大流量等复杂工况下,信号包络变化随机,这严重影响了互相关算法时延估计的准确性与可靠性。如何提高复杂环境下信号包络的稳定性,是研究互相关算法时延估计首要解决的问题。本文提出一种基于分段包络互相关算法的时延估计,通过保证不同工况下信号包络始终基本一致的方式,解决了互相关算法因信号包络不稳定导致的流量测量不准确问题。主要研究内容如下:(1)分段包络激发方式与接收信号包络特性的研究。基于换能器激发后的振荡特性,通过大量实验现象观察分析,结合国内外研究进展,提出一种分段包络激发方式。仿真及实验结果可知,分段包络激发方式可以得到特征明显的接收信号波形,接收信号的整体包络一致性较好。(2)分段包络互相关算法设计。基于分段包络激发方案,结合传统的互相关算法,提出一种基于分段包络激发方案的互相关算法。对该算法的验证结果表明,基于分段包络激发方案的互相关算法,大大提高了互相关渡越时间测量的准确性。此外,通过基准波形选取、计算波形截取、计算波形预处理以及高精度渡越时间获取等方案的设计,进一步提高了计量精度。(3)分段包络互相关流量测量系统的整体设计和软硬件设计。硬件设计主要完成了电源模块设计、激发电路模块设计、接收电路模块设计、信号采集模块电路设计;软件设计主要完成了主程序、初始化程序、数据采集程序和流量测量程序等的设计。软件系统和硬件系统合作,共同构成完整的流量测量系统。(4)整机流量标定实验验证。根据本文设计方案完成样机制作,并在不同工况下进行了流量标定实验。标定结果表明,分段包络互相关算法可以解决大流量等复杂环境下由于信号包络不稳定而导致的计量不准确的问题,具有一定的研究价值。