CN1066537C

CN1066537C - 涡流流量计

Info

Publication number: CN1066537C
Application number: CN97110219A
Authority: CN
Inventors: 安藤哲男; 松永义则; 川野高志; 本道雅则; 和田正已; 永田和生
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1996-04-02
Filing date: 1997-04-01
Publication date: 2001-05-30
Anticipated expiration: 2017-04-01
Also published as: EP0800061A3; JP2933016B2; JPH09325057A; US5841035A; CN1168468A; EP0800061A2

Abstract

本发明涉及一种涡流流量计，利用超声波信号测量流体的流量，该超声波信号的传播时间由于卡曼涡流而改变，配置有参考信号发生装置；信号分析装置，输出一个输入状态信号；许多相位检测装置，检测超声波信号和参考信号之间的相位差来输出一些相位信号；通道选择装置，利用上述输入状态信号选择最佳相位信号，并作为选择信号输出，而且这种流量计利用上述选择过的相位信号计算并输出流量信号。可以稳定地检测涡流，即使是由于涡流流量计中的涡流造成的相位变化大。

Description

涡流流量计

本发明涉及一种涡流流量计，这种流量计利用传播时间随卡曼涡流变化的超声波信号计算穿过一条流路流动的测量流体的流量，更具体地说，本发明涉及一种改进的涡流流量计，从而即使由于涡流大造成相位改变，也可以以一种稳定的方式检测涡流。

图1示出了一种现有技术的涡流流量计的结构。该图显示了一种涡流流量计，这种流量计通过检测传播时间的变化来计算一种测量流体的流量，通过把超声波作为一种连续波发射给涡流来得到所述传播时间，关于这种涡流流量计可参看美国专利UPS 5，503，035“超声流体振动流量计。”

通过从时钟脉冲发生器10给驱动器11发送参考时钟脉冲信号CL₁，驱动器11与参考时钟脉冲CL₁同步地给超声波发送器12发送频率比卡曼涡流频率更高的驱动信号DS₁。的下游侧，并且垂直于涡流喷射器14和管道13的轴线固定在该管道壁上。超声波接收器15和超声波发送器12相对固定在上述管道壁上。

驱动信号DS₁使得超声波发送器12向测量流体发射超声波，并且用超声波接收器15接收由在连接超声波发送器12和超声波接收器15方向上的卡曼涡流的速度分量所调制的超声波，然后，把该超声波作为超声波信号S_U1输出给放大器16。进而把超声波信号S_U1输出给相位检测器18，作为被转换为脉冲形成器17中的脉冲的超声波信号S_U2。

同时，把参考时钟脉冲CL₁从时钟脉冲发生器10施加给参考信号发生器19，并且与这个时钟脉冲同步地从参考信号发生器19把参考信号S_R1输出给相位检测器18。这样，相位检测器18以参考信号S_R1作参考进行超声波信号S_U2的相敏检测，以便把它们输出给滤波器20。

滤波器20给史密特触发电路21以及移相器22发送出滤波过的信号。移相器22控制参考信号发生器19，从而使该发生器输出参考信号S_R1，参考信号S_R1的相位移动了π，这取决于相位检测器18的初相值。

史密特触发电路21以一个预定的阈值作参考，把由卡曼涡流重现的涡流波形输出给输出端23，该卡曼涡流是在滤波器20的输出端得到的。

下面，用数字表达式更详细地解释上面的说明。超声波信号S_U1的传播时间T如下表达为时间t的函数：T=D/[C-V_vsin(2πf_v·t)] (1)这里分别设测量流体中的声速为C，设涡流环流流动的速度为V_v，涡流频率为f_v、而测量用管道13的直径(大小)为D。

并且，如果超声波信号S_U1的频率是f_s，则在超声波信号S_U1和参考信号S_R1之间的相位φ如下：φ=2πf_sD/[C-V_vsin(2πf_v·t)]=2πf_sD/C+2πf_sDV_vsin(2πf_v·t)/c² (2)

公式(2)中的第一项和第二项分别代表初始相位和由于涡流产生的相移。这里，尽管因为测量流体中的温度变化和诸如此类的因素造成的声速C的改变使得初始相位变化，但由于这个相移与涡流造成的相移相比极慢，就可以认为它近似为恒量。为此，可用相位检测器18测量相位φ的移动，这样，可用滤波器20重现涡流。

在这种情况下，如果初始相位是在O或2π附近，因为由涡流造成的相位变化(既使它不大)易于超出相位检测器18的处理范围，所以使参考信号变换到另一个参考信号，这另一个参考信号的相位与所给的参考信号的相位在移相器22中相差恒定的初始相位π，以便使它进入相位检测器18的处理范围。

由于通过滤波器20的输出，以一种模拟方式重现涡流，如果由涡流造成的相位变化不大，可通过用史密特触发电路21把滤波器20的输出转化为脉冲，在输出端重现脉冲涡流信号。

图2示出了另一种现有技术的涡流流量计的结构。对于图2中的情况，显示了一个涡流流量计的结构，该流量计通过检测传播时间的变化来计算测量流体的流量，通过把超声波作为冲击波发射进涡流来获得所述传播时间。在下面的说明中，与图1所示的那些部件具有相同功能的部件用相同的标号，并适当省略关于它们的说明。

时钟脉冲发生器10把参考时钟脉冲CL₁分别输出给驱动器24和定时器25A。定时器25A输出定时信号TG₁，定时信号TG₁导致驱动器24以短脉冲群的方式发送超声波。此外，定时控制器25A发送出定时信号S_P2，用于取样/保持及其它东西。驱动器24以一些短脉冲群的形式给由定时信号TG₁控制的超声波发送器12施加驱动信号DS₂。由于这些驱动信号DS₂，超声波发送器12的压电元件引起电压/应力转换，并把超声波发送进测量流体，这些驱动信号DS₂以一些短脉冲群的形式发送出，由于恢复涡流信号的需要，使一个短脉冲群的重复周期比涡流生成周期短。

超声波发送器12通过以短脉冲群的形式施加驱动信号DS₂，把超声波发射进测量用管道13的内部，并且，该超声波在经过由卡曼涡流调制相位后被超声波接收器15接收，然后，作为超声波信号S_U3输出给放大器16。进而，超声波信号S_U3利用在脉冲形成器26中的一个预定的阈值作为参考转换为脉冲，并作为脉冲式的超声波信号S_U4输出给取样器27。

对于取样品27，使一个取样信号S_P1重复延迟一段预定的时间，用于使一个短脉冲群从定时器25A送出。通过这些取样信号S_P1，超声波信号S_U4每次被取样，并输出给相位检测器28。

同时，参考时钟脉冲CL₁从时钟脉冲发生器10施加到参考信号发生器29，并且从参考信号发生器29输出参考信号S_R2到相位检测器28，相位检测器28被延迟一段预定的时间，用于发送短脉冲群。然后，相位检测器28对从取样器27输出的超声波信号进行相敏检测，以参考信号S_R2为基础，并输出超声波信号到取样/保持器30。取样/保持器30利用由定时器25发送出的取样信号S_P2对相位检测器28的输出取样，并把它们输出给滤波器31。

滤波器31发送出滤波过的信号给史密特触发电路21并把信号发送给移相器22。移相器22控制参考信号发生器29，从而使该发生器输出参考信号S_R2，参考信号S_R2的相位与其它参考信号的相位相差π，这取决于相位检测器28的初始相位值。

史密特触发电路21取一预定的阈值作为参考值把重现卡曼涡流的涡流波作为脉冲波输出给输出端23，该卡曼涡流是在滤波器31的输出端获得的。

如图2所示，如果利用冲击波来恢复涡流，这种结构具有能够分离并排斥噪声的优点，这噪声是在从超声波发送器12把超声波发送出来进入测量流体时经由金属测量用管道13到达超声波接收器15的，因为与利用图1所示的连续波恢复涡流相比较，发送和接收超声波是间歇性的。

对于利用图1所示的连续波及利用图2所示的冲击波恢复涡流的情况，如果对于这两种情况因涡流造成的超声波相位变化不大，恢复就能有效地起作用。然而，例如，如果管道尺寸较大、流速较快、或声速较慢，因涡流造成的超声波相位变化易于超出0到2π的范围，而且，系统变得不能操作。

如果初始相位是在0或2π附近，由于因为涡流而相位变化，既使这个变化不大，该相位变化易于超出相位检测器的处理范围，配置移相器22，以便避免超出上述范围。不过，由于这样的移相器22只是转换相位相差π的参考信号(这取决于初始相位的恒定值)，因而，对于因涡流造成的类似AC的相位变化，它就不起作用，因此，对于大相位变化的情况，它就不能解决问题。

尽管如此，要克服这些缺陷，可考虑降低超声波频率，如果这样做的话，就出现一个问题，那就是当测量流体中所含的空气泡经过时，超声波吸收和散射增加，而这样一来，超声波就不会恰当地到达超声波接收器。

本发明涉及一种涡流流量计，把这种流量计构造成利用超声波信号计算通过一条流路流动的测量流体的流量，该超声波信号由于卡曼涡流而造成传播时间改变，这种流量计配置有一个参考信号发生装置，以便输出许多不同相位的参考信号，这种流量计配置有一个信号分析装置，以便通过确定在上述超声波信号的相位和上述每个参考信号之间的关系来输出输入状态信号，这种流量计配置有许多相位检测装置，以便通过检测在上述超声波信号和上述参考信号之间的相位差来输出相位信号，而且这种流量计还配置有一个通道选择装置，以便利用上述输入状态信号选择上述最佳相位信号并把它作为被选择的信号输出，并且该流量计利用上述被选择的相位信号计算和输出流量信号。

图1显示了利用连续波的、现有技术的一种涡流流量计的结构。

图2显示了利用冲击波的、现有技术的一种涡流流量计的结构。

图3显示了表明本发明的优选实施例的一种结构。

图4是说明图3所示实施例中信号取样操作的波形图。

图5是说明图3所示实施例中的参考信号的波形图。

图6是说明图3所示实施例中的相位信号的波形图。

图7示出了图3所示的相位检测器的输入-输出特性曲线。

图8是说明如果图3所示的实施例中的涡流造成的相位变化不大时的信号处理的波形图。

图9是说明如果图3所示的实施例中的涡流造成的相位变化大时的信号处理的波形图。

图10显示了一种结构，这种结构详细指明用于图3所示的信号分析器的内部结构。

图11显示了一种结构，这种结构详细指明了用于图3所示的通道选择器的结构。

图12是说明图10所示信号分析器的工作的的波形图。

图13是说明图11所示通道选择器的工作的选择图。

图14是说明图11所示通道选择器的工作的流程图。

图15示出了用于与图3所示实施例不同的本发明的第二个实施例的结构。

图16示出了用于与图3所示实施例不同的本发明的第三个实施例的结构。

图17示出了用于与图3所示实施例不同的本发明的第四个实施例的结构。

图18示出了用于与图3所示实施例不同的本发明的第五个实施例的结构。

图19是当从图3所示的实施例中以不同的形式接收超声波时所得到的波形图。

图20是用于一个实施例的整体结构的方框图，其中，去除了对于图3所示实施例的声速效应。

图21是表明用于图20所示定时器的实质结构的方框图。

图22是说明图20所示实施例工作的时间安排图。

图23示出了整体结构，其中，对于用于图20所示结构的测量用管道的每一种尺寸进行涡流信号波形成形。

图24是表明用于图23所示结构中的滤波器的实质结构的方框图。

图25是说明图24所示滤波器的工作的特性曲线图。

图26是表示流速和图24所示滤波器的相位解调信号之间的关系的特性曲线图。

图27显示了对于通过改进图23所示结构的一部分所得到的实施例的整体结构。

图28显示了对于通过改进图24所示结构的一部分所得到的滤波器的实质结构。

图29是说明图28所示滤波器的工作的波形图。

图30是一张波形图，说明了由图20所示结构中的一种特殊情况所产生的那些问题的一个例子。

图31显示了对于为解决图20所示结构所述的那些问题而改进的实施例的整体结构。

图32是一张流程图，以便显示在图31所示结构中所进行的计算流程。

图33是说明图20所示结构中具有遗漏脉冲的超声波信号的一张图。

图34是对于要解决图33所示的那些问题的整体结构的方框图。

图35显示了已部分改变了的图24的、滤波器结构。

图36显示了说明图35所示滤波器等工作的特性曲线图。

下面，利用上述那些附图详细说明本发明的实施例。图3示出了对于表明本发明的优选实施例的一种结构的方框图。与图1和图2所示的现有技术中的涡流流量计的部件具有相同功能的那些部件用相同的标号标明，并适当省略关于它们的说明。

时钟脉冲发生器10分别输出参考时钟脉冲CL₁给驱动器24和定时器25。定对器25输出定时信号TG₁给驱动器24，以便使它发送冲击波。定时器25还输出一些定时信号给其它时钟脉冲，例如，输出定时信号TG₂用于输入判定，输出定时信号TG₃用于通道选择，输出定时信号TG₄用于取样/保持器，等等。

驱动器24以由定时信号TG₁控制的冲击波的形式把驱动信号DS₂施加给超声波发送器12。超声波发送器12的压电元件通过这些驱动信号DS₂进行电压/应变转换，并把超声波发送进测量流体。

通过测量用管道13的剖面图来表示图3的测量用管道13、超声波发送器12和超声波接收器15的结构，该结构与图1所示结构不同，但两种结构基本相同。

从超声波发送器12朝向测量流体中的卡曼涡流所发射的超声波用超声波接收器15接收，并作为超声波信号S_U3输出给放大器16。超声波信号S_U3在脉冲形成器26中取一预定的阈值作为参考值，作为被转换为矩形脉冲的超声波信号S_U4输出给取样器27。取样器27在从定时器25输出取样信号S_P1时截断部分超声波信号S_U4，并把它输出给相位检测器32a、32b、32c及32d，且把它作为超声波信号S_U5输出给信号分析器33。

参考信号发生器34产生四个参考信号S_R3、S_R4、S_R5、及S_R6，通过将时钟脉冲发生器10输出的参考时钟脉冲CL₁的分移，使这四个参考信号的相位依次移动π/2。

相位检测器32a利用具有相位为0的参考信号S_R3检测超声波信号S_U5，相位检测器32b、相位检测器32c和相位检测器32d分别利用具有相位π/2的参考信号S_R4、具有相位π的参考信号S_R5和具有相位3π/2的参考信号S_R6，并且它们输出脉冲宽度相应信号S_a1、S_b1、S_c1和S_d1。

信号分析器33接收定时信号TG₂、确定超声波信号S_U5与参考信号S_R3、S_R4、S_R5、及S_R6之间的相位关系，并把输入状态信号作为相位图形信号X_n输出给通道选择器35。

通道选择器35接收定时信号TG₃、基于相位图形信号X_n在相位信号S_a1、S_b1、S_c1和S_a1之间选择一个最佳相位信号、并把这个相位信号作为选择信号Y_n输出。多路转换器36利用选择信号Y_n选择对应相位信号S_a1、S_b1、S_c1和S_d1的开关N₁、N₂、N₃及N₄中的一个，并输出选择过的信号给取样/保持器37。

取样/保持器适当取样并保存通过从定时器25输出的定时信号TG₄选择的相位信号，一直到下一个相位信号处理开始。滤波器38通过处理被取样-保持的相位信号的波形恢复涡流信号，而且，被恢复的涡流信号转换为在史蜜特触发电路21中的预定阈值水平处的脉冲，并被输出给输出端23。

下面利用波形图综述一下图3所示实施例的整个工作情况。图4(A)显示了要从驱动器24被施加到超声波发送器12的驱动信号DS₂的波形。驱动器24通过定时信号TG₁控制驱动信号DS₂冲击波的重复周期t₁，而且还产生通过把参考时钟脉冲CL₁的频率分开一半所得到的时钟脉冲CL₂(图4(A))。考虑到需要恢复涡流信号，把冲击波重复周期t₁设置得短于涡流产生周期，而且，为了产生参考信号，把时钟脉冲CL₂用作频率被分成参考时钟脉冲CL₁一半的时钟脉冲。

施加有驱动信号DS₂的超声波发送器12通过在它的压电元件中把电压转换为压变来产生超声波，并把超声波发送进测量流体。然后，用卡曼涡流调制过相位的超声波散发进测量流体，并用超声波接收器15接收，而且作为超声波信号S_U3(图4(B))输出给放大器16。图4(B)所示的超声波信号S_U3的波形包括叠加的波形，例如，除了俘获卡曼涡流的主要波形外的那些被测量用管道13反射过多次的波形和/或交混回响波的波形。通过放大器16输出的超声波信号S_U3送给脉冲形成器26、用预定的参考阈值转换为矩形波、并作为超声波信号S_U4(图4(C))输出给取样器27。

取样信号S_P1(图4(D))在预定时间从定时器25输出给取样器27，而取样器27利用这些取样信号S_P1对超声波信号S_U4取样，并把它们作为超声波信号S_U5(图4(E))输出。同时，参考信号发生器34以相位为零的参考信号S_R3(图5(B))为基础，参考信号S_R3是通过把参考时钟脉冲CL₁(图5(A))的频率二分频而得到的，参考信号发生器34通过依次把信号S_R3的相位移动π/2分别产生相位为π/2的参考信号S_R4(图5(C))、相位为π的参考的S_R5(图5(D))、以及相位为3π/2的参考信号S_R6(图5(E))。

从参考信号发生器34分别把参考信号S_R3、S_R4、S_R5及S_R6施加给相位检测器32a、32b、32c、及32d。由于每个相位检测器工作类似，只是从相位为零的参考信号S_R3开始相位依次移动π/2而不同，所以，这里就利用图6所示波形图说明在相位检测器32a中处理参考信号S_R3。

相位检测器32a产生参考信号(1/2)S_R3和超声波信号(1/2)S_U5，参考信号(1/2)S_R3(图6(B))是通过把图5(B)所示相位为零的参考信号S_R3的频率二分频而得到的，超声波信号(1/2)S_U5(图6(D))是通过把从取样器27输出的超声波信号S_U5(图6(C))的频率分频而得到的。此外，相位检测器32a计算参考信号(1/2)S_R3和超声波信号(1/2)S_U5的“异-或”逻辑，并把计算出的结果作为调制了相位宽度的相位信号S_a1(图6(E))输出给多路转换器36。

在这种情况下相位检测器32a对于相位为零的参考信号S_R3的输入/输出特性对应于超声波信号S_U5的相位如图7(A)所示。在图7(A)中，水平轴表明超声波信号S_U5的相位，而垂直轴表明相位信号S_a1。脉冲宽度对应于超声波信号S_U5的相位变化到参考信号S_R3，而输出相位信号S_a1(图6(E))变化到锯齿形状。

图7(B)以类似的方式代表相位为π/2的参考信号S_R4的情况，而且，水平轴表明超声波信号S_U5的相位，而垂直轴表明相位信号S_b1。图7(C)代表相位为π的参考信号S_R5的情况，而且，水平轴表明参考信号S_U5的相位，而垂直轴表明相位信号S_c1。图7(D)代表相位为3π/2的参考信号S_R6的情况，而且，水平轴参考信号S_U5的相位，而垂直轴表明相位信号S_d1。

由于这些参考信号S_R3、S_R4、S_R5及S_R6的相位依次分别相差π/2，于是，输出相位信号S_a1、S_b1、S_c1及S_d1的电平对于同一超声波信号S_U5的相位依次分别相差0.25(对应于π/2)。其次，在以上述方式得到的相位信号S_a1、S_b1、S_c1及S_d1的基础上，利用图8和图9的波形图，说明接在多路转换器36后面的那些工作。为简单起见，将说明多路转换器36固定到相位检测器32a到32d中最佳的一个上时的工作。以后将说明具体结构及选择多路转换器36的最佳位置的工作。

首先，利用图8所示的波形图，说明由于涡流造成的小相位变化(2π或更小)的情况。图8(A)示出了取样/保持器37的输出波形。取样/保持器37利用定时信号TG₄，获得最佳相位信号的脉冲宽度，该最佳相位信号是用多路转换器36从由相位检测器32a到32d的输出的相位信号S_a1、S_b1、S_c1及S_d1中选出的，取样/保持器37使它变得平滑，然后，对每一个取样周期保存它，并作为阶梯式的波形恢复涡流信号。原来的涡流信号是那些由虚线代表的信号。然后，通过用滤波器38使阶梯式波形变光滑(图8(B))来重现对应于涡流信号的波形。史密特触发电路21取0.5(图8(B))作为阈值，把这重现的正弦波转换为矩形波(图8(C))，并把它输出给输出端23。

下面，利用图9的波形图说明由于涡流造成的大的相位变化(2π或更大)的情况。在这个例子中，相位变化是0到3π(初始相位是3π/2)。图9(A)到图9(D)分别显示了当由相位检测器32a到32d输出的相位信号S_a1、S_b1、S_c1及S_d1逐一连接到多路转换器36的每一对应的固定的位置时从滤波器38输出的S′_a1、S′_b1、S′_c1及S′_d1的波形。

由于如图7所示，在每个相位变化中，相位信号S_a1、S_b1、S_c1及S_d1在0和1之间变化为锯齿形状，而且，如果超过1，就返回到0，滤波器输出S′_a1、S′_b1、S′_c1及S′_d1也相应变化。由于产7所示，滤波器输出S′_a1、S′_b1、S′_c1及S′_d1的相位每一个对应参考信号S_R3、S_R4、S_R5及S_R6依次移动π/2，它们的波形如图9(A)到图9(D)所示的那样不连续，它们的边界是在1和0，而每一个移动了π/2。

图9(E)的滤波器输出中示出了利用多路转换器36在每次取样时选择最佳相位信号S_a1、S_b1、S_c1及S_d1的结果，多路转换器36利用由通道选择器35输出的选择信号Y_n工作。图9(F)中示出了选择多路转换器36的这样一个最佳位置的次序。开关数N₁、N₂、N₃和N₄按这个次序分别对应得到相位信号S_a1、S_b1、S_c1及S_d1的数目，而且，在这个例子中，可通过按N₁→N₂→N₃→N₂→N₁→N₂→N₃→N₂→N₁的次序选择开关，获得图9(E)所示的波形。

史密特触发电路21把图9(E)所示的滤波器输出转换为图9(G)所示的矩形波。除了在多路转换器36的切换位置处在图9(E)所示波形中的宽度为0.25的迅速变化外，可以对应涡流信号获得矩形史密特输出而不会有什么问题，因为触发电路电平的中间值置于0.5。

上面的说明是关于图3所示实施例的整体结构和工作的概述。当然，要利用图10和图11详细说明对于信号分析器33和通道选择器35的内部结构，该结构是用于选择相位信号S_a1、S_b1、S_c1及S_d1的最佳值的电路。

图10是显示图3所示信号分析器33的内部结构的一张方框图。把相位为0、π/2、π、3π/2的参考信号S_R3、S_R4、S_R5及S_R6分别提供给状态检测器33a、33b、33c及33d，而这些状态检测器检测超声波信号S_U5的状态，检测在这些参考信号上升时间时它是在高电平或在低电平，并把它们作为状态信号S_sa、S_sb、S_sc及S_sd输出给状态/逻辑转换器33e。状态/逻辑转换器33e利用这些状态信号S_sa、S_sb、S_sc及S_sd数字化超声波信号S_U5的相位状态，并把它作为相位图形信号X_n输出。

图11是显示图3所示通道选择器35的内部结构的一张方框图。通道选择器由输入状态存储器35a、输出状态存储器35b、状态比较器35c、状态分析器35d、通道决定器35e及其它一些装置组成。

输入状态存储器35a存储在状态/逻辑转换器33e中的先前的周期中所确定的相位图形信号X_n-1，而输出状态存储器35b存储在先前的周期中输出给多路转换器36的选择信号Y_n-1的内容。状态比较器35c辨别在当前周期中所确定的相位图形信号X_n和在先前的周期中所确定的相位图形信号X_n-1之间的差异。而状态分析器35d辨别在当前周期中所确定的相位图形信号X_n和在先前的周期中所确定的选择信号Y_n-1之间的相互关系。通道决定器35e分别接收状态比较器35c和状态分析器35d的输出，并通过确定由对于这些输入的判定结果而得到的输出内容来输出对于当前周期的选择信号Y_n。

下面，利用图12的波形图说明信号分析器33的工作，图10中示出了信号分析器33的实质性内部结构。图12(A)到图12(D)分别显示了具有相位0、π/2、π及3π/2的参考信号S_R3、S_R4、S_R5及S_R6；图12(E)到图12(H)显示了处于四种相位状态S_U5(0)、S_U5(1)、S_U5(2)及S_U5(3)时的超声波信号；而图12(I)示出了这些超声波信号的顺序。

状态检测器33a、33b、33c及33d检测在参考信号S_R3、S_R4、S_R5及S_R6上升时超声波信号S_U5是否是在高电平或是在低电平，并且在状态/逻辑转换器33e中把这些状态数字化为超声波信号S_U5的当前相位图形状态。例如，当对应于参考信号S_R3超声波信号S_U5是超声波信号S_U5(0)时，超声波信号S_U5(0)具有图12(E)所示的相位关系，在每个参考信号S_R3、S_R4、S_R5及S_R6上升时，用状态检测器33a、33b、33c及33d检测为低(L)、高(H)、高(H)及低(L)的双值数据状态信号S_sa、S_sb、S_sc及S_sd。然后，状态/逻辑转换器33e利用这些状态信号S_sa、S_sb、S_sc及S_sd把这相位状态确定为相位图形信号X_n=0，并输出它。

就以这样一种方式，对于超声波信号S_U5(1)到S_U5(3)的那些状态(图12(F)到图12(H))，用H或L代表的状态信号S_sa、S_sb、S_sc及S_sd以和参考信号S_R3、S_R4、S_R5及S_R6的一个周期的一种相位关系被输出，而状态/逻辑转换器33e利用这些状态信号确定相位图形信号X_n=1，并输出它们给通道选择器35。

用定时信号TG₅控制相位图形信号X_n=1到3的上述检测，并且在对应于如图12(I)所示的相位为零的参考信号S_R3的第一个周期的一段时间内进行检测。在对应于第二个周期的那段时间内，用定时信号TG₃在通道选择器35内进行输出选择，而且进一步，在对应于第三个周期的那段时间内以及以后，取样/保持器37通过定时信号TG₄获得输出的相位信号，并且在滤波后，保存这个信号这样一段时间，直到下一个相位检测开始(图12(I))。下面还要进一步说明这些。

利用显示实质性内部结构的图11概述通道选择器35的工作，图13示出了一张选择图，而图14标明了一张流程图。在图13中，上边的部分显示了当相位移动2π或更多时的涡流信号的波形，中间的部分显示了对应这个涡流信号的振幅的相位，而下边的部分显示了相应的选择图。通过结合图7(A)到图7(D)所示的特性曲线而得到这个选择图，以便说明在具有图7(A)到图7(D)所示的特性曲线的相位检测器32a到32d之间要选择那一个。

选择信号Y的选择数字0表明对于相位为0的参考信号S_R3的、相位检测器32a的直线线段的特性(输入/输出特性)；选择数字1表明对于相位为π/2的参考信号S_R4的、相位检测器32b的直线线段特性；选择数字2表明对于相位为π的参考信号S_R5的、相位检测器32c的直线线段特性；而选择数字3依次表明对于相位为3π/2的参考信号S_R6的、相位检测器32d的直线线段特性；而它们按上述次序用实线、虚线、长短交替的虚线及圆圈虚线代表。也就是说，对应于Y_n=0到3分别选择相位检测器32a到32d。同时，用数字0到3代表相位图形信号X_n，为了鉴别超声波信号S_U5是图12(E)到图12(H)的相位图形的哪一个。它们的相位依次移动了π/2。

为了恢复正常的涡流信号，以一种类似于图9的方式转换选择信号Y_n，从而它的连接以一种循环的方式而被闭合，就如同对应于图13的上部所示的涡流信号的选择图中的粗线所示出的那样。要逻辑上处理这种工作，应该以图14所示的流程图中所示的形式进行数据处理。在图14的右边空白处，示出了为进行对应于流程的信号处理的、图11中所示的电路数号。在下面的说明中，在计数选择信号Y_n和相位图形信号X_n时，应该应用当数字从3变到0时加1、而当数字从0变到3时减1的规则。

在步骤1中，状态分析器35d辨别在当前周期中输入的超声波信号S_U5的相位图形信号X_n和在先前的周期中表明所选择的相位检测器的选择信号Y_n-1(它已存储在输出状态存储器35b中)之间的关系，状态分析器35d计算它们之间的差y，并把结果输出给通道决定器35e。

在步骤2中，输入比较器35c计算在当前的周期中输入的超声波信号S_U5的相位图形信号X_n和在先前的周期中输入的超声波信号S_U5的相位图形信号X_n-1(它已存储在输入状态存储器35a中)之间的差x。进而在步骤3中，判定输入比较器35c中的相位图形信号X_n是否有变化或者没有。如果没有变化，流程跳到步骤10，在步骤10中，通道决定器35e把在先前的周期中的选择信号Y_n-1作为在当前的周期中的选择信号Y_n输出，并进行到步骤11，然后，进行到步骤12，在步骤12中，用当前周期中的那些内容分别取代输入状态存储器35a和输出状态存储器35b的内容。

如果在步骤3中有变化，流程进行到步骤4，在步骤4中，如果相位图形信号X_n已增加+1，流程进行到步骤5。在步骤5中，判定在选择图(图13)的哪个点，X_n已经增加。

如果在步骤5中，y=0由于X_n增加1(相位图形增加1)而保持(X_n=X_n-1)，输入的相位信号跳出到迫使输出转换的选择图的右上部。例如，这意味着必须把Y=0的线性特性曲线转换为图13中的Y=1的线性特性曲线，也就是说，转换相位检测器32a到32b。因此，对于这种情况，在步骤6中应该进行Y=Y_n-1+1，以便转换通道。结果是输出，而流程进行到步骤11和步骤12，在步骤11和步骤12中，用当前周期中的那些内容分别取代输入状态存储器35a和输出状态存储器35b的内容。

如果在步骤5中除了X_n增加1外y=0并不保持，这就意味着无需转换通道，因为输入的相位信号在图13中的选择图中在同一条线上变化，而Y_n应该保持为先前的值。

如果无需改变Y_n，流程进行以步骤10，通道决定器35e把先前的周期中的选择信号Y_n-1作为当前周期中的选择信号Y_n输出，而流程进行到步骤11和步骤12，在步骤11和步骤12中，用当前周期中的那些内容分别取代输入状态存储器35a和输出状态存储器35b的内容。

步骤3、4、5及6所示的上述流程相应于图13所示的选择图中的直线线段特性曲线的右上部分以及对于锯齿形波部分的选择特性曲线，该锯齿形波部分用相位移动增加的方向上粗线代表

。下面，如果步骤3中有变化，流程进行到步骤4，而如果不保持x=+1，流程进行到步骤7。在步骤7中，与x=+1相反，对于相位图形信号X_n减少到-1的情况(相位图形减少1)作一个判定。对这种情况，该步骤对应于图13所示的选择图中的直线线段特性曲线的左下部分以及对于锯齿形波部分的选择特性曲线，该锯齿形部分用相位移动减少方向上的粗线代表。对于这种情况，步骤8和9与步骤5和6相反，但是以类似于用于选择处理的方式作一个判定。

图15示出了与图3所示实施例不同的、表明本发明的第二个实施例的结构。与图3所示结构中具有相同功能的部件用相同的标号给出，并适当省略关于它们的说明。

这种结构输出超声波信号S_U4(图4(C))，超声波信号S_U4是脉冲形成器26直接到相位检测器32a至32d而没有取样器27插在中间的输出，但输入信号S_U4经由取样器27到信号分析器33。这样的一种结构也可具有类似于图3所示结构的效果。

图16示出了与图3所示实施例不同的、表明本发明的第三个实施例的结构。对于这种情况，给每个相位检测器32a、32b、32c及32d分别配置对应于图3所示的取样/保持器37的四个取样/保持器39a、39b、39c及39d，并用多路转换器36从这些取样/保持器中选择输出，而且把它输出给滤波器38。这样一种结构也可具有类似于图3所示结构的效果。

图17示出了与图3所示实施例不同的、表明本发明的第四个实施例的结构。对于这种情况，用一个相位检测器40取代四个相位检测器32a、32b、32c及32d，并用多路转换器36转换要提供给相位检测器40的参考信号S_R3、S_R4、S_R5及S_R6，以便选择任何一个提供给相位检测器40。这样一种结构也可具有类似于图3所示结构的效果。

图18示出了与图3所示的实施例不同的、表明本发明的第五个实施例的结构。对于这种情况，用定时器41替代定时器25，但这种结构的功能与图3以及上述那些图所示结构的功能类似，只是没有定时信号TG₁以便控制发送冲击波。结果，从驱动器42送出的驱动信号DS₃是连续波，但是以和图3所示的相同的方式进行信号处理。这样一种结构也可具有类似于图3所示结构的效果。

图19示出了这样一种情况，其中，发送由驱动器送出的、且数目减少到少于图4所示冲击波DS₂的数目的冲击波DS′₂(图19(A))，并把该波作为超声波信号S′_U3(图19(B))接收，而且还用从定时器25输出的取样信号S′_P1(图19(C))对该波取样。对于这种情况，利用取样信号S′_P1，在超声波信号波变为稳态值之前对该超声波信号波取样。

这样一种结构具有下述优点，即使被测量用管道13反射过许多次的波或在测量用管道13中的被交混回响的波叠加，也易于使信号与噪声分开，因为在穿过测量用管道13迂回后，在接收这噪声之前，就可对所收到的信号波取样。

此外，在上述图3以及图15至图18中所示实施例中的信号处理采用了由离散的硬件(例如门阵列)构成的结构。不过，易于理解，通过采用微机软件也可进行这种信号处理。

图20示出了一张对于一些实施例的整体结构的方框图，构造这些结构用来消除声速的影响。对于这种情况，采用了一种结构，其中，附加了一个微机，用于在图3所示的史密特触发电路21的后面利用所得到的脉冲信号处理信号。来自史密特触发电路21的脉冲信号用计数器43转换为数字信号，并施加给微机44。微机44包括中央处理单元(CPU)44a、存储器44b等，并完成各种功能，例如，产生时间信号、控制输出、计算等等，并不限于流程信号处理。

要去除声速的影响，必须通过采用微机44适当控制定时器45来把取样信号S′P1保持在最佳位置。图21中示出了用于此目的的定时器45的实质性内部结构，而图22中示出了它的工作时间。

图21示出了定时器45的结构，定时器45由分频器46、计数器47和门脉冲发生器48组成，从微机44输入控制信号CS₁，以便控制上述分频器的分频率，输入控制信号CS₂，以便控制取样信号S′_P1。

分频器46接收来自时钟脉冲发生器10的参考时钟脉冲CL₁，分开对应于由控制信号CS₁所确定的分频率的该参考时钟脉冲，并且通过发送出定时信号TG₁(图22(A))，以便发送冲击波给驱动器24，驱动信号DS₂(图22(B))发送给超声波发送器12。

计数器47与定时信号TG₁的上升同步开始对参考时钟脉冲GL₁输入计数，并通过接收超声波信号S′_U4(图22(C))，从它的输出端Q，把计数n作为接收信号RS送给微机44。如果设测量用管道13的内径为D及参考时钟脉冲CL₁的频率为fo，CPU44a可利用存储在存储器44b中的下述公式计算声速：

C=D/(n/fo) (3)

CPU44a当取样信号S′_P1起动存储在存储器44b中的下述计算程序时，利用以这样的一种方式所得到的声速C计算时间，并发送出控制信号CS₂，控制信号CS₂把这计算出的值作为预置的设定值PS设置给门脉冲发生器48。设置这个预置的设定值，从而使得这个设定值是在接收取样信号S′_P1后一预定数量的波到达时的时间。

门脉冲发生器48开始与这时间信号TG₁的上升同步对参考时钟脉冲CL₁输入进行计数，并且当这计数到达预置的设定值PS时，门脉冲发生器48发出取样信号S′_P1(图22(D))，取样信号S′_P1的门脉冲宽度事先从输出端Q设定。

由于通过以这样一种方式测量声速C精确设定取样信号S′_P1的位置，既使声速变化巨大，所产生的涡流信号不能通过门脉冲位置的移动被遗漏。不过，无需对每次发射冲击波测量声速，但是，当必需时，在任何周期中进行测量就足够了。

图23显示了一个整体结构，其中，在图20中的结构上附加一个部件，在这个部件中，对每种尺寸的测量用管道，有效地进行形成涡流信号波形。在图23中，用滤波器49取代图20中的滤波器38。在滤波器49中，用由微机44输出的尺寸选择信号SS转换滤波器转角频率，并通过声速调整信号SA进行声速补偿。图24示出了用于滤波器49的实质性结构。

对每种相应的测量仪器尺寸，涡流流量计信号的信号频带及振幅这两者都是不同的，因而，一般说来，信号处理电路结构变得复杂，但采用图24所示的结构简化了电路结构。在图24中，一个固定电容器C₀、串联电路电容器C₁到C₄和相应的开关SW₁到SW₄，以及一个电阻器R_f并联跨接在运算放大器50的反相输入端(-)和输出端，运算放大器50的非反相输入端(+)连接到公共电位点COM，而每一个分别与开关SW′₁到SW′₄并联的一个固定电容器C₅、固定电阻器R₀及电阻器R₁至R₄都串联连接在反相输入端(-)和输入端A之间，来自取样/保持器37的输出信号输入给输入端A。这些作为一个整体构成了一个带通滤波器。

通过从微机44输出的尺寸选择信号SS转换开关SW₁至SW₄以及SW′₁至SW′₄。运算放大器50的输出端连接到可变增益放大器51的输入端。还通过从同一微机44输出声速调整信号SA来调整这个放大器51的增益。最后，运算放大器51的输出经由放大器51的输出端B输出给史密特触发电路21的输入端。

首先，利用图25中的特性曲线图说明通过尺寸选择信号SS所开关的带通滤波器的工作。水平轴表示涡流频率f_v，而垂直轴表示增益G_A1。如果用R_v代表固定电阻器R₀和电阻器R₁至R₄的串联电阻值，并用C_v代表固定电容器C₀和电容器C₁至C₄的并联电容值，由下述公式确定下限转角频率f_CL：

f_CL∝1/C_fR_v (4)由下述公式确定上限转角频率f_CH：

f_CH∝1/R_fC_v (5)而增益G_AA确定为

G_AA=(R_f/R_v) (6)同时，通过下面实质上对应于公式(2)的第二项的公式给出调制因子m，调制因子m标引由涡流造成的相应变化量。

m∝DV_vf_s/C² (7)这里D是尺寸，V_v是流速，C是声速，而f_s是超声波信号的频率。

如下表达在输入端A所得到的涡流的相位解调信号V_D(振幅)，因为如果超声波信号的频率f_s是恒量的话，它正比于调制因子m。

V_D∝DV_v/C² (8)而同时如下表示涡流频率

f_v∝V_v/D (9)

微机44利用输出给滤波器49的尺寸选择信号SS设定带通滤波器的电阻R正比于尺寸D，且电容C_v正比于尺寸D。利用这种设定，把带通滤波器增益G_AA设定为反比于尺寸D，也就是说，电阻R_v正比于尺寸D，而由方程(7)，由于调制因子m正比于D，则涡流相位解调信号V_DO的振幅变为与尺寸D无关，但只取决于声速C和流速V_v。为此，就有这样的优点，即波形不大可能饱和。

此外，由于增益G_AA和下限转角频率f_CL反比于电阻R_v，也就是说，如方程(4)和(6)所示的那样反比于测量仪器的尺寸D，并利用尺寸选择信号SS设定电容C_v正比于尺寸，上限转角频率f_CH反比于尺寸D。

为此，如图25所示，对于每种尺寸，带通滤波的带宽在流速范围内是相等的。进而，在流速V_v和相位解调信号V_DO之间的关系并未表明与尺寸有关，而是如图26所示，只依赖于声速C而变化。

如上所述，在运算放大器的输出端所得到的涡流相位解调信号V_DO随声速C和流速V_v而变化。在这些当中，对于声速C，通过从微机44输出的声速调整信号SA补偿可变增益放大器51的增益，并把这增益输出给输出端B。用公式(3)中的声速C制备声速调整信号SA，该声速C用图20所示的CPU44a算出。

以这样一种方式所构成的滤波器49只有可变元件R_v和C_v；C_f和R_f固定，进而，尽管C_f(由于它确定下边的转角频率)变得具有大电容，它还是便宜的，因为它是一个固定电容器。滤波器49还有下述优点，即组件和控制线路足够少。

图27示出了对于通过改进一部分图23所示的结构所得到的实施例的整体结构。图28示出了对于通过改进一部分图24所示的结构所得到的滤波器的实质结构。选择信呈Y′_n从选择器35输入给微机44，而转换信号SD从微机44输出给滤波器52。

在图28所示的滤波器52中，开关SW5插在电容器C_f与电阻器R₀的连接点和公共电位点COM之间，而开关SW₅用从微机44输出的开关信号SD打开或关闭。下面，利用图29所示的波形图说明以这样一种方式所构造的滤波器52的工作，且同时把它与图24所示的滤波器49作比较。在滤波器49中，例如，其中输入给输入端A的涡流相位解调信号V_D(图29(A))的调制因子m不大，如果当信号V_D的起点通过由温度变化造成的初始相位变化而线性漂移时转换参考信号波，且相位变化超过2π，信号V_D在图29(B)所示的转换的瞬时代表一个大的有差异的变化，所述转换是由一个突变电压变化造成，这个突变电压变化导致这样的情况，其中，长时间不能测量。这样，通过在这转换点的转换信号SD(图29(D))关闭开关SW₅，以便使电容器C_f与电阻器R₀的连接点和公共电位点短路。就以这种方式，不能测量的时间变得极短，那段时间就只是短路时间(图29(C))，这提供了在转换变为急速之后返回的优点。

通过用微机44计算来确定这个转换号SD。用方程(7)在微机44中计算调制因子m，而这个因子m首先与存储在存储器44b中的、小的、预定的、指定值m₀比较。结果，如果是m＜m₀的关系，就通过从通道选择器35输出的选择信号Y′_n输出转换信号SD，以便关闭与转换伴随在一起的开关SW₅。不过，如果m＞m₀，转换信号SD就不输出，而不管选择信号Y′_n的变化。就以这样一种方式，当调制因子m大时，参考做号就只取决于正常选择信号Y_n而被转换。然而，如果调制因子m小，短路开关SW₅就可输出一个稳定的信号，因为它使参考信号转换的影响变小。

图30是说明由一种特殊情况所产生的缺陷的一个例子的波形图。图31显示了对于该实施例的整体结构，其中，改进了图3所示电路的一部分，以便克服这些缺陷。图32是一张流程图，显示了图31的结构中所进行计算流程。

如从图30(A)中所见，如果调制因子m小，也就是说，涡流信号的振幅小，例如，涡流信号停留在选择信号Y_n-1转换到Y_n的位置附近，就会出现如下所述的不能精确重现波形的问题。例如，如图12(I)所示，由于在输入判定的瞬时和在相位检测的瞬时之间有一个时间移动作为实际的信号处理，硬件中的信号延迟或频率的稍微变化导致在判定顺序的瞬时和实际检测相位的瞬时之间的相位移动。不管这样一个事实，即最初用选择信号转换后(Y_n=1)必须进行处理，如果在转换前(Y_{n- 1}=0)进行处理，就会出现这种情况，如图30(B)所示的那样，导致波形扭曲。这样，图31中示出了消除这种情况的一种结构。从信号分析器33输出的相位图形信号X_n和从通道选择器35输出的选择信号Y_n输入给微机44，并且通过下面的方法可消除这个问题，这方法是通过进行图32中的流程图中所示的计算程序给通道选择器35的通道决定器35e(图11)输出一个强制转换信号FS，以便强制进行转换到最佳选择信号Y_n。

下面说明这个流程图。作为一个前提，利用方程(7)中所示的计算表达式在微机44中计算并确定调制因子m，因而就假定这个因子m要小于指定的值。在步骤(a)和(b)中，微机44中的CPU44a把选择信号Y_n和相位图形信号X_n判读进存储器44b的预定的区域。在步骤(C)中，计算在选择信号Y_n和相位图形信号X_n之间的差值Y_n-X_n，以便决定差值是否为2或者是3。这差值是2或是3意味着相位信号围绕选择范围的可资利用的输出间距的25％～75％被定位(图13)。

如果决定的结果是“是”，就不输出强制转换信号FS(步骤(d))，因为无需强制转换，而如果决定的结果是“否”，流程就进行到步骤(e)，在步骤(e)中决定预定的期限是否已过去，或者没过去，并且重复步骤(c)和(e)，直到所述期限已过去。如果在预定的期限过去之前，在步骤(C)中决定为“是”，就不输出强制转换信号FS(步骤(d))，因为无需强制转换。如果预定的期限已过去，这就意味着在选择图(图13)的上端或下端涡流信号已停滞，因而，通过强制开关信号FS把信号移到靠近中心。

如果在步骤(f)中的决定的结果是Y_n-X_n=1，这意味着涡流信号已定位在选择图(图13)的上端，并且通过在步骤(g)中把强制转换信号FS输出给通道选择器35，使Y_n前进1(增加1)。另一方面，如果Y_n-X_n=0，这意味着涡流信号已定位在选择图的下端，这样，Y_n就向后移动1(减去1)。

如上所述，在转换选择信号Y_n的瞬时，当一个小调制因子的涡流信号已停滞一段预定的时间时，通过把信号移动到一个邻近的选择信号以便强制移动工作的中心点，来防止涡流信号变得扭曲，从而在选择图(图13)的靠近中心处使信号运行。

下面，在图3所示电路中，将说明在所接收的超声波信号中有遗漏脉冲的错误。如图33(A)所示，当驱动信号DS₂施加给超声波发送器12时，通过测量流体中的涡流调制超声波，并用超声波接收器15把该超声波作为超声波信号S_U3接收(图33(B))，而且，该超声波在脉冲形成器26中被转换为脉冲后(图33(C))，并在取样器27中通过取样信号S_P1被取样后，作为超声波信号S_U5输出。

这个被取样的超声波信号S_U5包括用图33中的一个放大的图G中所示的涡流调制了相位的脉冲波，但如果气泡或其它物质掩盖了通过测量用管道13的超声波，所有或部分这些脉冲波会消失。对于这样一种情况，如果超声波信号S_U5通过被送到相位检测器32a到32d不处理而受到正常的涡流信号的恢复处理，输出就变得异常。

利用图34所示的电路结构解决这个问题。信号检测器53作为这种情况中的硬件结构是新提供的，而且开关SW₆也插在多路转换器36和取样保持器37之间。信号检测器53接收来自时钟脉冲发生器10的参考时钟脉冲CL₁、从定时器25输出的取样信号S_P1、及超声波信号S_U5，并检测在由取样信号S_P1取样的超声波信号S_U5中的一个或更多个周期中是否存在脉冲(参考放大的图G)。

结果，通过发送双值决定信号JS防止输出异常涡流信号给开关SW₆，例如，如果存在脉冲，发送H电平，而如果不存在脉冲，发送L电平，并当检测到L电平时，并掉开关SW₆。决定信号JS还输出给微机44，微机44利用软件保持该输出，当L电平长时间延续时输出警报或者利用所装入的基于决定信号JS的程序烧断输出，以便控制输出。

图35显示了用积分滤波器49和可变增益放大器51简化图24所示结构所得到的电路结构。也就是说，跨接运算放大器50的输入和输出端配置负反馈电路55，以便使滤波器56有可变增益功能。图35所示的结构可用来取代图23所示的滤波器49。

负反馈电路55包括电阻器R₆至R₁₀、电容器C₅至C₇、开关SW₅和开关SW₆。一个电阻器R₆和电容器C₅的并联电路跨接运算放大器50的输出端和反相输入端，而且，开关SW₅与一个电阻器R₇和电容器C₆的并联电路串联的串联电路跨接这个并联电路。

电阻器R₈至R₁₀串联连接在运算放大器50的输出端和公共电位点COM之间，而电容器C₇并联跨接在电阻器R₈的两端。开关SW₅的一端与电阻器R₈、R₉及电容器C₇的连接点连接，而开关SW₆跨接在电阻器R₉的两端。

类似于图24所示情况，用尺寸转换信号SS选择电阻器R_v，但由于不存在相应于电容器C_v的电容器，电路的作用为固定高截止滤波器。为此，如图36所示，高频侧的转角频率f′_CH是一个与图25所示情况不同的恒定值，不管尺寸更小或更大。

通过开关SW₅和SW₆的组合转换滤波器56的增益，可分四步来做转换，这取决于声速调整信号SA′的开和关的组合。如上所述，给运算放大器50提供增益可变的功能消除了独立提供图24所示的可变增益放大器的需要，用这一点来减少组件。因此，如同与本发明的实施例一起所作的实质说明，既使相位变化由于涡流而超过2π，权利要求1所述的发明可稳定地再现涡流信号，因为自动开关一个以上的相位检测装置。为此，可在一种用于测量流体的环境中，例如，对大的测量用管道尺寸、快的流速或低声速的气体，稳定地检测涡流信号，这样，可扩大应用范围。

此外，由于既使初始相位随对于测量流体的声速变化而变化且整个相位变化超过2π，检测相位的装置都是自动开关的，因而就可以稳定地检测涡流，既使是初始相位是在0或2π附近。

权利要求2所述的发明具有简化电路结构的优点，因为除了权利要求1所述的发明的效果外，只通过一个相位检测装置就可得到类似的效果。

由于超声波的发送和接收是间歇性的，权利要求3所述的发明具有能分离并排斥噪声的优点，该噪声在把超声波从超声波发送器发送进测量流体时经由测量用管道到达超声波接收器。

由于采用了冲击波的瞬变状态，除了权利要求3所述的发明的优点之外，权利要求4所述的发明具有极大地减少冲击波的数目的优点，导致小的交混回响、几乎无噪声并降低耗电量。

权利要求5至权利要求8所述的发明在结构上不同于权利要求1所述的发明。不过，既使结构不同，这些发明实质上具有与权利要求1所述的发明同样的结果。

由于利用对于测量流体所测得的声速把取样信号设定在一个适当位置，权利要求9所述的发明并未忽略由于门脉冲位置的位移造成的涡流信号，既使是声速变化巨大。

由于既使改变涡流流量计的尺寸，利用尺寸转换信号，对于那些尺寸，可适当转换构成带通滤波器的转角频率，权利要求10所述的发明利用简单的电路结构可有效地进行涡流信号的波形成形，因为带通滤波器的带宽对于每种尺寸变成相等的流速范围。

由于略去了可变电容器转换，而是代之以采用一个固定高截止滤波器，权利要求11所述的发明利用一种简化的结构就可提供与权利要求10所述的发明等效的效果。

由于带通滤波器的输出信号与尺寸无关，并依赖于流速和声速而变化，权利要求12所述的发明可通过用声速调整信号补偿可变增益放大装置的增益，进行涡流信号的波形成形，而不管声速变化。

由于把滤波器构造成具有可变放大功能，权利要求13所述的发明尽管减少了组件的数目，也可提供与权利要求12所述的发明等效的效果。

由于采用了一种结构，以便插入一个开关，这个开关通过在一个电容器和可变电阻器的联接点与一个公共电位点之间连接的转换信号被短时间关闭，如果涡流相位解调信号的调制因子小，那么，权利要求14所述的发明可避免由于在转换的瞬时一个突变电压变化造成的不能测量，既使是当基点由于初始相位随温度变化而变化已经漂移时转换参考信号波。

由于采用了一种结构，其中强迫转换选择信号的强制转换信号，当调制因子小且相位图形信号围绕对于该选择信号的转换瞬时停滞一段预定的时间时，输出给通道选择器，那么，权利要求15所述的发明可准确地恢复涡流信号，既使是当转换上述选择信号时涡流信号在转换点附近停滞一段相当长的时间。

由于采用了一种结构，其中，通过所接收的波检测电路检测到在一个周期或更多个周期中缺少超声波信号的脉冲，并输出一个决定信号，那么，权利要求16所述的发明可提供稳定的测量而不会导致脉冲消失，既使是气泡或其它超声波掩盖了穿过测量用管道的那些物质。

由于当输入决定信号时，通过计算装置，所装入的程序控制输出，例如，保存或报警输出，那么，权利要求17所述的发明可易于检测输出异常。

Claims

1．一种涡流流量计，把这流量计构造成为利用传播时间由于卡曼涡流而改变的超声波信号计算流过一条流路的测量流体的流量，这种流量计配置有一个参考信号发生装置、一个信号分析装置、许多相位检测装置、以及一个通道选择装置，上述参考信号发生装置输出许多不同相位的参考信号，上述信号分析装置通过确定在所述超声波信号的相位和每一个所述参考信号之间的关系输出一个输入状态信号，上述许多相位检测装置通过检测在所述超声波信号和所述参考信号之间的相位差输出一些相位信号，上述通道选择装置利用所述输入状态信号选择一个最佳的所述相位信号并把它作为选择信号输出，并且该流量计利用所述选择的相位信号计算并输出流量信号。

2．一种涡流流量计，把这流量计构造成为利用传播时间由于卡曼涡流而改变的超声波信号计算流过一条流路的测量流体的流量，这种流量计配置有一个参考信号发生装置、一个信号分析装置、一个通道选择装置、以及一个相位检测装置、上述参考信号发生装置输出许多不同相位的参考信号，上述信号装置通过确定在所述超声波信号的相位和每一个所述参考信号之间的关系输出一个输入状态信号，上述通道选择装置利用所述输入状态信号选择一个最佳的所述参考信号，发出选择信号，上述相位检测装置基于所述参考信号通过检测所述超声波信号的相位差输出一个相位信号，所述参考信号是用所述选择信号选择的，并且该流量计利用所述相位信号计算并输出流量信号。

3．一种如权利要求1或2所述的流量计，其特征是采用冲击波作为驱动信号，用来把超声波射入所述测量流体，以及通过用一个取样装置对所述冲击波部分取样来产生所述超声波信号。

4．如权利要求1所述的涡流流量计，其特征是所述输入状态信号和所述相位信号分别作为用许多相位图形规定的数值数据和作为脉冲宽度数据输出，而所述通道选择装置利用所述数值数据选择所述脉冲宽度数据的任何一项，并把它输出给取样/保持装置，并且涡流信号通过该取样/保持装置而被恢复并作为所述流量信号而输出。

5．如权利要求1所述的一种涡流流量计，这种流量计配置有一个定时控制器和一个计算装置，这个定时控制器接收一个第一控制信号、基于这个第一控制信号发送出驱动信号、接收传播时间由于卡曼涡流而变化的信号、并作为所接收的信号发送出这些信号以及通过一个第二控制信号发送出一个取样信号，上述计算装置利用在所述第一控制信号的发送和所述所接收的信号的接收之间的时间差计算声速，并基于所述声速，通过计算所述取样信号上升的时刻，发送出所述第二控制信号，而且，这种流量计采用用所述取样信号而取样的信号作为所述超声波信号。

6．如权利要求1所述的一种涡流流量计，这种流量计配置有一个滤波器和一个计算装置，这个滤波器有一个运算放大器，一个可变电阻器连接到这个运算放大器的输入端，而一个可变电容器连接在这个运算放大器的负反馈电路中，而且，用一个大小转换信号分别改变所述可变电阻器和所述可变电容器，从而使它们的值分别正比于测量仪器的大小，上述计算装置对应于测量仪器大小的所述大小转换信号，并且把所述相位信号施加给所述滤波器的所述输入端，而且这种流量计输出对应于所述滤波器输出的所述流量信号。

7．如权利要求1所述的一种涡流流量计，这种流量计配置有一个滤波器和一个计算装置，这个滤波器有一个运算放大器，一个可变电阻器连接到这个运算放大器的输入端，而一个负反馈电路跨接在这个运算放大器的输入和输出端，并且用一个大小转换信号改变所述可变电阻器，以便正比于测量仪器小大，而所述相位信号施加给所述运算放大器的所述输入端，而且这种流量计输出对应于所述滤波器输出的所述流量信号。

8．如权利要求1所述的一种涡流流量计，这种流量计配置有一个滤波器和一个计算装置，这个滤波器由一个运算放大器构成，一个电容器和一个可变电阻器串联连接在这个运算放大器的输入端，而一个可变电容器连接在这个运算放大器的负反馈电路中，一个开关连接在所述电容器与所述可变电阻器的连接点和一个公共电位点之间，并通过一个转换信号短时间关闭，上述计算装置通过，由所述通选择装置决定指示由于涡流造成的相位变化量的调制因子是小而输出的一个选择信号，来输出与开关动作相关的所述转换信号，而所述相位信号施加给所述输入端，而且这种流量计利用所述滤波器的输出而输出所述流量信号。

9．如权利要求1所述的一种涡流流量计，这种流量计配置有一个计算装置，在这个计算装置中，输入作为一个相位图象信号的所述选择信号和所述输入状态信号，调制因子小，而且当所述相位图形信号围绕对于所述选择信号的转换点停滞一段预定的时间时，一个通过强制来转换所述选择信号的强制转换信号输出给所述通道选择器。

10．如权利要求1所述的一种涡流流量计，这种流量计配置有一个信号检测器和一个保持装置，当这个信号检测器利用从时钟脉冲发生器输出的参考时钟脉冲、并利用在超声波用一个取样信号发送进测量流体后利用一个取样信号对接收到的冲击波部分取样所得到超声波信号，在所述超声波信号的一个或更多个周期中，检测没有脉冲时，这个信号检测器输出一个决定信号，上述保持装置保持处在用所述决定信号检测之前的状态的所述通道选择器的输出信号。

11．如权利要求3所述的一种涡流流量计，其特征是把在所述取样装置中的取样点确定为在所述冲击波达到一个稳定值之前的一个点。

12．如权利要求6所述的一种涡流流量计，这种流量计配置有一个可变增益放大装置，通过一个用于所述滤波器输出信号的声速调整信号改变这个可变增益放大装置的增益，并给所述计算装置添加计算所述声速调整信号的功能，该声速调整信号补偿声速的变化，而且这种流量计输出对应于所述可变增益放大器的输出信号的所述流量信号。

13．如权利要求7所述的一种涡流流量计，其特征是所述滤波器输出一个相位解调信号，用一些构成所述负反馈电路的元件改变这个相位解调信号的值，用声速调整信号开关所述负反馈电路，并且给所述计算装置添加计算所述声速调整信号的功能，所述声速调节信号补偿声速的变化。

14．一种涡流流量计，这种流量计配置有一个驱动器、一个超声波接收器、一个参考信号发生装置、一个取样装置、一个信号分析装置、和许多相位检测装置、以及一个通道选择装置，上述驱动器基于参考时钟脉冲驱动或连续驱动一个超声波发送器，上述超声波接收器从所述超声波发送器接收通过把超声波发送给涡流所得到的调制过的超声波并把它们作为超声波信号输出，上述参考信号发生装置基于所述参考时钟脉冲产生许多不同相位的参考信号，上述取样装置对所述超声波信号部分取样，上述信号分析装置通过确定在所述取样装置的输出信号和每一个所述参考信号之间的相位关系输出一个输入状态信号，上述许多相位检测装置通过检测在所述超声波信号和所述参考信号之间的相位差输出相位信号，上述通道选择装置利用所述输入状态信号选择一个最佳的所述相位信号，而且这种流量计利用所述选择过的相位信号计算并输出流量信号。

15．一种涡流流量计，构成为利用超声波信号计算穿过一条流路流动的测量流体的流量，该超声波信号的传播时间由于卡曼涡流而改变，这种流量计配置有一个参考信号发生装置、一个信号分析装置、许多相位检测装置、许多取样/保持装置、以及一个通道选择装置，上述参考信号发生装置输出许多不同相位的参考信号，上述信号分析装置通过在所述超声波信号和每一个所述参考信号之间的相位关系输出一个输入状态信号，上述许多相位检测装置通过检测在所述超声波信号和所述参考信号之间的相位差输出相位信号，这些相位信号的每一个输入给上述许多取样/保持装置的每一个并被取样/保持，上述许多取样/保持装置发送出许多保持信号，上述通道选择装置利用所述输入状态信号选择最佳保持信号，而且这种流量计利用所述选择的相位信号计算并输出流量信号。

16．如权利要求10所述的一种涡流流量计，这种流量计配置有一个计算装置，这个计算装置当输入所述决定信号时，基于所装入的程序控制输出。