隨著技術(shù)的發(fā)展，超聲波測量在很多領(lǐng)域得到了運用，但是基本都會面臨到這樣一個問題，超聲波檢測時，由于各種干擾的存在導致首波丟失，測量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的誤差，如何解決首波丟失時對系統(tǒng)的不良影響成為超聲波系統(tǒng)運用的關(guān)鍵。

目前，無損傷檢測成為行業(yè)檢測的一個熱點，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，探測深度大，對人體無害，成本低，靈敏度高，速度快。

以超聲波水表運用為例，使用超聲波作為測量的方式，測量原理采用時差法，通過獲取超聲波在水中順流和逆流的時間差來推算水的流速，從而積分計算出水流量。測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下游發(fā)射的超聲波，下游的超聲波換能器來檢測上游發(fā)射的超聲波，由于水流作用，順流的超聲波會比逆流的超聲波早被檢測到。測量的原理圖如圖1所示。

圖1 超聲波水表工作原理

超聲波換能器檢測到來自對面發(fā)射的超聲波，檢測得到多個波形中，我們需要獲取首波，以第一個波到達的時間為檢測的依據(jù)。同時對這個波的識別有著一定的條件，首先該波得達到觸發(fā)電壓，大于TriggerLevel電壓才能被檢測，需要大于LowLevel，檢測時間結(jié)束是在波過零時檢測結(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，導致首波在規(guī)定的時間內(nèi)沒有到達，導致首波丟失；第二種，首波的首波電壓大于了TriggerLevel，但是小于LowLevel，檢測同樣會失敗；第三種，首波未達到TriggerLevel電壓，但是第二個波達到，滿足了檢測的條件。針對這些情況，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，導致首波在規(guī)定的時間內(nèi)沒有到達，導致首波丟失，在已知的管段中運行的時間，是可以提前計算出來，在不同的流速和溫度下，時間差存在的一個范圍，如果超時了，必然就超過了這個時間差的范圍。那么這個時候就可以過濾掉這個錯誤的情況。下面以一個實例來說明計算的過程，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)參與計算，計算過程如圖3所示。

圖2 管段

圖3 時差計算

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)的時候，最后采集到的時間差就會增大，可能是正向增大，也可能直接為負數(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到了雜質(zhì)，所以，哪怕是正向的流動的液體在檢測時，也可能得到負數(shù)的檢測結(jié)果。這時候，我們就可以根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)和我們理論上計算出來的時間差范圍做一個比較，如果不符合計算的范圍控制區(qū)間，可以直接濾除。

首波未達到TriggerLevel電壓，但是第二個波達到，滿足了檢測的條件，如圖4所示，最后讀取的檢測的結(jié)果是第二個波的時間，在最終計算時間差的時候，時間差有兩種結(jié)果，偏大和反向了，所以根據(jù)這個結(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