В статье рассматривается актуальная задача точного детектирования ультразвуковых сигналов в расходомерах природного газа. Поскольку зашумленность сигнала и искажения его формы влияют на погрешность измерения времени прохода волны, необходимо применение эффективных методов предобработки. Одним из ключевых подходов является построение огибающей сигнала, используемой для определения базовой точки при детектировании методом зеро-кроссинга. Целью работы стал сравнительный анализ пяти методов построения огибающей применительно к реальному сигналу с несущей частотой 122 кГц, полученному с пьезопреобразователя. Авторы исследовали методы, основанные на выделении модуля сигнала с фильтрацией нижних частот (ФНЧ), возведении в квадрат, использовании фильтра Гильберта, преобразовании Гильберта через БПФ, а также метод квадратурной демодуляции с гармоническими функциями. В результате экспериментов установлено влияние порядка фильтров, частоты среза и оконных функций на гладкость и точность результирующей кривой. Показано, что для данного типа сигнала использование фильтра Гильберта порядком не ниже 64 позволяет получить огибающую, близкую к идеальной. Однако наиболее предпочтительным с точки зрения простоты реализации и вычислительной эффективности признан метод выделения модуля сигнала с последующей ФНЧ, который показал высокую точность на восходящем участке первого горба, критичном для определения момента приема. Авторами также предложена аппроксимация огибающей гауссовой функцией для аналитического описания сигнала.
This paper addresses the critical task of accurate ultrasonic signal detection in natural gas flowmeters. Since noise and waveform distortions affect the precision of transit time measurement, effective preprocessing methods are necessary. A key approach is the construction of a signal envelope, used to determine a reference point for zero-crossing detection. The aim of this work is a comparative analysis of five envelope detection methods applied to a real ultrasonic signal with a 122 kHz carrier frequency, obtained from a piezoelectric transducer. The authors investigated methods based on signal rectification with low-pass filtering (LPF), squaring, the Hilbert filter, the Hilbert transform via FFT, and quadrature demodulation using harmonic functions. The experiments revealed the influence of filter order, cutoff frequency, and window functions on the smoothness and accuracy of the resulting curve. It is shown that for this signal type, using a Hilbert filter with an order of at least 64 yields an envelope very close to the ideal one. However, the method of signal rectification followed by LPF was found to be most preferable in terms of implementation simplicity and computational efficiency, demonstrating high accuracy on the rising edge of the first lobe, which is critical for determining the arrival moment. The authors also propose approximating the envelope with a Gaussian function for an analytical description of the signal.