CN1089900C - 相位差测定装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的相位差测定装置根据对被测定物发射的发射波和第一接收信号求出基准相位差(θ1)，根据发射波和第二接收信号求出表观上相位差(θ2′)。将表示表观上相位差(θ2′)通过某个基准点次数的转数n同角度360°的乘积值与表观上相位差(θ2′)相加以便求出真实的相位差(θ2)。转数n在表观上相位差θ2′边增加边通过基准点时变更为n＝n+1，在表观上相位差边减少边通过基准点时而变更为n＝n-1。
Description
本发明涉及利用称为光波或电波的电磁波或超声波来测定包含在测定流体中的悬浊物质的浓度、至对象物的距离等物理量或者溶解在测定流体中的化学物质浓度等化学量的相位差测定装置和方法。
目前，在浓度测定管内壁上没有悬浊物质附着的情况下，作为浓度计不仅能够测定测定流体中悬浊物质浓度，而且还能够测定溶解在测定流体中的物质，这种浓度计是采用微波来测定浓度的。特开昭59-19846号公报公开了这种微波浓度计。
图14为上述公报公开的微波温度计的构成图。在这个浓度计中，由微波振荡器70产生的频率f1的微波被分波器71分离，其中一部分微波经过设置在浓度测定管73中的波导管72入射到浓度测定管73中。经过设置在浓度测定管73中的其它波导管73取出在浓度测定管73内传播的微波而输入到混频器75中。
由分波器71分离的另外一部分微波经过移相器76输入到另一个混频器77中。而微波振荡器78产生的频率为f2的微波经过分波器79被分别输入到两个混频器75、77中。在各混频器75、77中将频率f1和f2的微波混合后取出频率为f3＝f1-f2的低频信号，再分别输入到相位比较器80中。然后在相位比较器80中，检测出来自一个混频器75的低频信号同来自另一个混频器77的低频信号间的相位差。
假设在浓度测定管73中不含有测定物质的测定流体在流动状态下通过路径B的微波的相位延迟为θ1，则为使通过路径C的微波相位延迟与θ1相一致来设定移相器76的延迟相位。
借此，在浓度测定管73中含有测定物质的测定流体在流动状态下，如果用相位比较器80测定出通过路径B的微波相位同通过路径C的微波相位间的相位差，则由通过路径B的微波的相位延迟可以示出同在测定流体中含有的测定物质浓度成比例的值。
但是，当通过检测出对应测定流体浓度状态变化的微波相位延迟来测定浓度时，可能发生下面的不利情况。
图15示出了由移相器76延迟相位之前的微波(M1)以及由移相器76延迟过相位的微波(M2)以及具有通过路径B相应于测定流体浓度的相位延迟的微波(M3)之间的关系。
相应于测定流体浓度变高，则微波(M3)与微波(M1)间的相位延迟θ2变大，而使测定流体在高浓度情况下，如图16所示，相位延迟θ2可能超过360°。尽管相位延迟θ2超过360°，表观上相位延迟θ′仍在0°～360°之间。
然而，在真实的相位延迟θ2(为了同表观上相位延迟θ2′区别而这样称呼)处在0°≤θ2≤360°的范围内的情况下，因为真实的相位延迟θ2没有旋转一周，取转数n＝0；真实的相位延迟θ2旋转1周，而在360°≤θ2≤720°范围的情况下，取转数n＝1。而当真实的相位延迟θ2沿逆时针方向(负方向)变化，真实的相位延迟θ2处在0°≤θ2≤-360°的角度范围情况下，取转数n＝-1。一定要使转数n发生同样的变化。
在相位比较器80中，由于真实的相位延迟θ2是在表观上相位延迟θ2′的状态下检出的，所以在相对于测定流体浓度的真实相位延迟θ2超过360°的情况下，尽管是高浓度的，但是表观上浓度的测定结果却是低的。反之，尽管真实的相位延迟θ2是在0°以下，但是表观上的浓度测定结果却比现实高。
另外，如果使在浓度测定管73中的微波传播距离变长，与这个传播距离的长度相对应的相位延迟θ2将变大，这样会产生和上述同样的问题。
虽然通过检测出微波的相位延迟来测定浓度会产生以上问题，但是在特开平2-238348号公报中公开了避免这个问题的浓度测定方法。如采用这个公报中的公开的技术，利用频率调制测定微波通过测定流体时产生的速度变化来检测流体的浓度。
鉴于上述的实际情况，本发明的目是是提供最佳的相位差测定装置和相位差测定方法。在该装置和该方法中，根据对处在基准状态的被测定物中发射和接收信号时的发射波和接收波间的相位差θ1、以及对处在测定状态的被测定物中发射和接收信号时的发射波和接收波间的相位差θ2，计算出两者的差Δθ＝θ2-θ1，再根据Δθ测定物理量或化学量。
本发明的目的是提供相位差测定装置和方法，通过该装置和该方法即使相位差θ1同θ2间的角度差超过360°或其角度差小于0°时，也能准确地测定出被测定物的状态(物理量或化学量)。
本发明的目是提供相位差测定装置和方法，该装置和该方法可以容易地实现为精确地测定高浓度被测流体的浓度、还可以精确地测定在大口径的浓度测定管内流动的被测流体浓度的浓度计。
本发明的目的是提供相位差测定装置和方法，它可以容易地实现为准确地测定连续移动的对象物间的距离的距离计。
本发明的相位差测定装置包括：向处在基准状态的被测定物发射和接收信号波而获得第一接收信号和向应处在测定状态的被测定物发射和接收信号波而获得第二接收信号的信号检测装置；求出所述信号波的发射波同所述第一接收信号间的相位差的基准相位差θ1和所述的发射波同所述的第二接收信号间的表观上相位差θ2′的相位检测装置；在表示所述表观上相位差θ2′通过作为所述表观上相位差θ2′的变化范围内的一个角度值的基准点次数的转数n同角度360°的乘积上加上所述表观上相位差θ2′而求出所述真实相位差θ2的相位差校正装置；连续地检测所述表观上相位差θ2′的增加或减小方向的倾向检测装置；当所述的倾向检测装置检测出表观上相位差θ2′边增加边通过所述基准点时，便将所述转数n变更为n＝n+1的第一转数变更装置；当所述的倾向检测装置检测出表观上相位差θ2′边减少边通过所述基准点时便将所述转数n变更为n＝n-1的第二转数变更装置；对应于所述真实相位差θ2同所述基准相位差θ1的角度差Δθ而输出所述被测定物的状态测定信息的测定信息输出装置；
所述的表观上相位差θ2′的变化范围是0°～360°，所述的基准点是0°。
按照以上构成的本发明，如果向处在测定状态的被测定物发射和接收信号波时的发射波和第二接收信号间的表观上相位差θ2′边增加边通过基准点时，将转数n变更为n＝n+1；而表观上相位差θ2′边减少边通过基准点时，将转数n变更为n＝n-1。将按如此方式确定的转数n乘以角度360°、其乘积值n×360°同表观上相位值θ2′相加后的值就是真实相位差θ2 。
本发明的相位差测定装置包括：向处在基准状态下的被测定物发射和接收信号波而获得第一接收信号，并向处在测定状态下的被测定物发射和接收信号波而获得第二接收信号的信号检测装置；求出作为所述信号波的发射波同所述第一接收信号间的相位差的基准相位差θ1及所述发射波同所述第二接收信号间的相位位θ2′的相位差检测装置；将表示所述表观上相位差θ2′通过所述表观上相位差θ2′的变化范围内的一个角度值的基准点次数的转数n同角度360°的乘积值与所述表观上相位差θ2′相加，而求出所述真实相位差θ2的相位差校正装置；在所定时间间隔内不连续地取入所述表观上相位差θ2′的输入装置；在相当于从基准点旋转1周的角度范围内对应于包含有从最大角度到最小角度的所述最大角度的所定范围来设定上范围、并判断所述获得的表观上相位差θ2′是否落入所述上范围的上范围判定装置；在所述角度范围内对应于包含从所述最小角度到最大角度的所述最小角度的所述范围来设定下范围、并判断所述获得的表观上相位差θ2′是否落入所述下范围的下范围判断转量；如果通过所述上范围判定装置判断出所述表观上相位差θ2′落入所述上范围内、并且通过所述下范围判定装置判断出接着获得的所述表观上相位差θ2′落入所述下范围内，则将所述转数n变更为n＝n+1的第一转数变更装置；如果通过所述下范围判定装置判断出所述表观上相位差θ2′落入所述下范围内、并且通过所述上范围判定装置判断出接着获得的表观上相位差θ2′落入所述上范围内，则将所述转数n变更为n＝n～1的第二转数变更装置；对应于所述真实的相位差θ2同所述基准相位差θ1的角度差Δθ而输出被测定物的状态测定信息的测定信息输出装置所述的基准点为0°，所述的角度范围为0°～360°，在该范围内设定第一所定角度和比该角度大的第二所定角度，将上范围判定装置的上范围设定为所述第二所定角度～360°，将下范围判定装置的下范围设定为0°～所述第一所定角度。
按照上述构成的本发明，如果通过上范围判定装置判断出表观上相位差θ2′落入上范围、并且通过下范围判断出接着获得的表观上相位差θ2′落入下范围内，则将转数n变更为n＝n+1；另外如果通过下范围判定装置判断出表观上相位差θ2′落入下范围、并且通过上范围判定装置判断出接着获得的表观上相位差θ2′落入上范围内，则将转数n变为n＝n-1。然后，将这样确定的转数n乘以角度360°，在其乘积值n×360°上加上表观上相位差θ2，此和值作为真实相位差θ2而被求出。
图1为本发明第一实施例的浓度计构成图；
图2为设在第一实施例浓度计中的相位差校正电路的工作流程图；
图3为由设在第一实施例浓度计中的信号变换电路设定的测量线数据图；
图4A为表示在浓度检测管中自来水流动的状态图；
图4B为表示在浓度检测管中测定流体流动的状态图；
图5为在第一实施例的浓度计中的由硬件构成相位差校正电路的电路装置构成图；
图6为设在第二实施例浓度计中的相位差校正电路的工作流程图；
图7示出在第二实施例中的上范围和下范围的设定例子；
图8为表示设在第二实施例中的转数设定器的转数初始值设定动作的流程图；
图9为由硬件构成设在第二实施例的浓度计中的相位差校正电路的构成图；
图10为本发明第三实施例的距离计构成图；
图11为表示第三实施例的距离计和距离测定动作的图；
图12为表示第三实施例中的发射波同反射波之间相位差的图；
图13为由设在第三实施例的距离计中的距离计算电路设定的检测线数据图；
图14为用于已有的相位差测定方式的浓度计构成图；
图15为表示微波相位延迟的图；
图16为表示表观上相位延迟角的旋转动作图。
下面结合适用于微波浓度计的第1实施例来说明本发明的相位差测定装置。
图1为关于本实施例的微波浓度计的构成图。这个微波浓度计的浓度检测管20通过隔离阀23、24配置在上游侧配管21和下游侧配管22之间。在这个浓度检测器20上安装有供水泵26和排水泵27。供水泵26同用于导入自来水等基准流体的水管28相连接，而排水泵27同配水管29相连接。
浓度检测管20在隔着管轴相对的位置上分别形成有微波入射和反射用的开口窗，通过密封填料在这个开口窗上安装天线安装板。这个天线安装板通过绝缘物将发射天线31和接收天线32密封安装上。
在这个浓度计的发射系统中设置有产生微波的微波振荡器33，这个微波振荡器33的输出通过功率分配器34向天线31发射。
这个浓度计的接收系统由相位差测定电路35、相位差校正电路36、转数条件设定器37和信号变换电路38组成。相位差测定电路把作为参考信号的来自所述功率分配器34的微波发射波的一部分同来自接收天线32的微波接收波一起导入，以便测定对应这个微波发射波的接收波的表观上相位延迟。相位差校正电路36根据图2所示的流程图进行处理，从表观上相位延迟求出真实相位延迟，然后计算出这个真实相位延迟同基准相位延迟间的相位差Δθ。转数条件设定器37是为设定接通浓度计电源时的转数n的部件，它可以进行转数动作模式选择(模式1为电源即将断开前的转数，模式2为转数0)并对正的转数进行手动设定。信号变换电路38设定如图3所示的测定线数据，根据检测线数据求出对应于相位差校正电路36输出的相位差Δθ的浓度值，并将对应于这个浓度值并转换成电流的信号输出。
下面说明采用按上述构成的本实施例的微波的浓度计浓度测定操作。
首先在浓度检测管20内导入浓度为零的基准流体(例如自来水)并测定基准相位延迟θ1。在此，所谓的相位延迟是相对在相位差测定电路35内的微波发射波的微波接收波的相位延迟。
在测定这个基准相位延迟θ1时，将隔离阀23、24打开后，接通排水泵27以排出测定管20内的污泥等测定流体，然后接通供水泵26供给自来水并洗净测定管20内的污物后，再关闭排水泵27使测定管20内的自来水处在充满状态。
如此使自来水充满后，如图4A所示，从微波振荡器33一产生微波信号，它通过功率分配器34经发射天线31发射，在测定管20内的自来水中传播并被接收天线32接收。由这个接收天线32接收的微波接收波被送入相位差测定电路35中。可以将来自功率分配器34的微波发射波的一部分送入这个相位差测定电路35中。
在相位差测定电路35中，根据微波发射波同微波接收波的比较，测定出有关基准流体的基准相位延迟θ1，将这个测定的基准相位延迟θ1送到相位差校正电路36中储存起来。此外，在相位差校正电路36中，作为来自转数条件设定器37的转数初始值设定为零。
然后，接通排水泵27，待测定管20内的自来水排出后，打开隔离阀23、24使含有测定物质的测定流体流入。在这个状态下使微波振荡器33的微波信号发射。和上述同样通过功率分配器34将这个微波信号送入发射天线31和相位差测定电路35中。如图4B所示，当从发射天线31发射的微波在浓度检测管20内的被测流体中传播到达接收天线32时，接收天线32输出具有对应被测流体浓度的相位延迟的微波信号。在相位差测定电路35中测定具有对应被测流体浓度的相位延迟的微波信号的表观上相位延迟θ2′。这样在含有测定物体的测定流体流动的状态下，时刻发射微波，在相位差测定电路35中测定表观上相位延迟θ2′，然后依次送到相位差校正电路36中。
在此，参照图2详细说明了相位差校正电路36处理的过程。相位差校正电路36在每个微小的时间Δt下从相位差测定电路35取入表观上延迟θ2′，然后按如下方式进行处理。
对表观上相位延迟θ2′微分求出θ2′的增加/减少的方向。即如果
是正的，则判断相位延迟θ2′是否增加并旋转一周。如果表观上相位延迟θ2′的微分值是正的并且相位延迟θ2′通过0°，现实被测定的表观上相位延迟θ2′虽然被观测出在0°≤θ2′＜360之间，但实际上由于真的相位延迟θ2是在360°≤θ2＜720°之间，而需将转数从0变更为1。
如果
是负的则判断表观上相位延迟θ2′是否减少并通过0°。在表观相位延迟θ2′的微分值是负的、具相位延迟θ2′通过0°的情况下，虽然观测出表观上相位延迟θ2′例如处在0°≤θ2′＜360°之间，但由于实际的相位延迟θ2是处在-360°≤θ2＜0 °之间，而应将转数从0为变更为-1。将这样变更的转数存储在未示出的转数存储器中，一有转数的变更，就用新的转数更新之。
接着，根据下式计算真实的相位延迟θ2。
θ2＝θ2′+n×360°……(1)
具体地说，如果表观上相位延迟θ2′的对时间微分值
是正的、且真实的相位延迟θ2超过360°(1周)而变为360°～720°之间的角度时，则应使θ2＝θ2′+360°。而如果表观上相位延迟θ2′对时间的微分值
是正的、且真实的相位延迟θ2超过720°(2周)而变为720°～980°之间的角度时，则应使θ2＝θ2′+720°
与此类推，如果θ2′对时间的微分值
是正的，则每超过360°角，就加上360°，以便求出真实的相位延迟角度θ2。
反之，如果表观上相位延迟θ2′对时间的微分值
是负的，且真实的相位延迟θ2也变为小于0°(-1周)而变为0°～-360°之间的角度时，则应取θ2＝θ2′-360°。同理，θ2′对时间微分值
是负的，且每反方向过0°就加上1个-360°，以便求出真实的相位延迟角度θ2。
通过下式可以计算在上述基准流体测定时存储的基准相位延迟θ1同由(1)式求出的真实相位延迟θ2之间的差Δθ。
相位差Δθ＝θ2-θ1……(2)
同理在上述的条件成立的情况下变更转数n，在求出真实的相位延迟θ2的同时求出相位差Δθ。
在信号变换电路37中，当接收来自相位差校正电路36的相位差Δθ时，根据表示浓度同相位差间的关系的测量线数据在求出浓度的同时，将其变换为对应这个浓度的信号后输出。例如，浓度测定范围在0～10％时，与其对应的输出电流信号为4～20mA。
另外，在这个浓度计的电源一度断开(含停电)之后，再度通电时通过在转数条件设定器37中设定的模式将所定的转数作为初始值使用。如果通过转数条件设定器37选择模式1，则电源断开前的转数n被设定，如果选择模式2则转数0被设定。
根据利用其它的浓度测定方法(干燥重量法等的离线测定)得到的测定结果以及这个浓度计所设置的各个部件的运行状况进行判断，也可以手动设定对应真实的相位延迟角度θ2的转数n。
如上所述，在本实施例浓度计中，由于经常掌握住真实的相位延迟θ2属于的转数，且在表观上相位延迟θ2′上加上转数n×360°的乘积值后计算出真实相位延迟θ2，所以即使真实的相位延迟θ2在360°以上或未达到0°也可以求出正确的真实相位延迟θ2。因此也可以测定象真实相位延迟θ2旋转几周的高浓度被测定流体的浓度，还可以通过大口径的管进行浓度测定。
该装置可以构成为能判断在从-180°至+180°之间的表观上相位延迟θ2′是否旋转1周。把-180°作基准点、根据表观上相位延迟θ2′的微分值的极性和表观上相位延迟θ2′是否通过-180°来判断表观上相位延迟θ2′的旋转。例如如果
是负的，并且表观上相位延迟θ2′通过-180°，则将转数n变更为n＝n-1；而如果
是正的，并且表观上相位延迟θ2′通过-180°，则将转数n变更为n＝n+1。
然而在上述第一实施例中虽然可以通过软件完成相位差校正电路的功能，但是也可以通过硬件电路完成相位差校正功能。
图5是表示用硬件完成相位差校正电路36功能的电路装置构成图。这个电路装置将来自相位差测定电路35的表观上相位延迟θ2′输入给微分电路41、第一比较器42和第二比较器43。把表示来自微分电路41的相位延迟θ2′对时间微分值的极性(正负)的信号输入到第一和第二与门电路44和45中。另外，在第一比较器42中把360°设定为用于检测表观上相位延迟θ2′超过了360°的门限值。在第二比较器43中把0°设定为用于检测表观上相位延迟θ2′变为0°以下的门限值。第一比较器42向第一与门电路44输出表观上相位延迟θ2′从360°变化时的转数增加信号；第二比较器43向第二与门电路45输出表观上相位延迟θ2′从0°变化时的转数减少信号。当相位延迟θ2′对时间微分值是正的，并且输入转数增加信号时的条件成立时，则第一与门电路44将上升信号输出到升降值计数器46的上升端；当相位延迟θ2′的时间微分值是负的，并且输入转数减少信号时的条件成立时，则第二与门电路45将下降信号输出到升降值计数器46的下降端。升降值计数器46在调零时通过将计数值复位为n＝0使计数器的输出和转数n相一致。上升信号在向升降值记数器46的上升端子输入时使计数值增加1，下降信号在向下降端输入时使计数值减少1。升降值计数器46的输出端同真值运算电路48相连接。真值运算电路48通过对上式(1)进行计算而计算出真实的相位延迟θ2。将真值运算电路48的输出输入到减法电路49中，通过对上述的(2)式进行计算而计算出相位差Δθ。
下面说明本发明的第二实施例
本实施例是将上述的第1实施例中的相位差校正电路和转数条件设定器的机能变更的例子。除了相位差校正电路和转数条件设定器以外的各个构成部分同第一实施例相应的构成部分相同。
在本实施例中的相位差校正电路38′(为了区别于第一实施例的相位差校正电路38，本实施例的相位差校正电路用符号38′表示)按照图7所示的流程图计算真实的相位延迟θ2。本实施例的转数条件设定器37′(为了区别于第一实施例的转数条件设定器37，本实施例的转数条件设定器用37′表示)根据图8所示的流程图决定电源再接通时的转数n。
下面说明相位差校正电路38′的真实相位延迟θ2的计算原理。
表观上相位延迟θ2′获得的角度范围如图7所示为0°～360°。对于0°～360°的这个角度范围是把从0°到360°侧的所定范围作为下范围。而对于360°～0°的角度范围是把从360°到0°侧的所定范围作为上范围。在本实施例中，作为上范围可以设定240°～360°的范围，标准的情况是把260°～360°的范围作为上范围设定。而作为下范围可以设定0°～120°的范围。标准的情况是把0°～100°的范围作为下范围设定。
以连续的某个短时间(在本实施例为5秒的间隔)的周期对表观上相位延迟θ2′进行测定。若在某个时间点的表观上相位延迟θ2′处在上范围、而在下一个时间点的表观上相位延迟θ2′处在下范围内，则将转数n变更为n＝n+1。另外若在某个时间点的表观上相位延迟θ2′处在下范围、而在下一个时间点的表观上相位延迟θ2′处在上范围，则将转数n变更为n＝n-1。将这个转数n代入上面的(1)式中便可计算真实的相位延迟θ2。
根据这样的条件使转数n变更是以下述条件即从上范围向下范围或从下范围向上范围发生大变化的现象(浓度变化、温度变化等)在实际上不发生为前题的，这些条件是在作为相位自延迟测量周期设定的短时间(例如5秒钟)内，表观上相位延迟θ2′在相同的转数n的范围(例如如果转数n＝0，则真实的相位延迟θ2在0°～360°的范围内)。也就是说，例如在5秒钟的间隔内，由表观上相位延迟θ2′从上范围向下范围变化或从下范围向上范围变化可以判定出转数n的变化。
转数条件设定器37′可以手动设定上述上范围、下范围和任意的转数初始值n，还可以手动设定高浓度门限值Xmax和负浓度门限值Xmin。所谓高浓度门限值Xmax是作为测定对象的浓度值予想得到的最大值、或者是在测定对象中不能获得的高浓度值。所谓负浓度门限值Xmin是把基准相位差θ1作为零点的场合下即使其零点在负侧漂移也不能得到的那样低的值。
同前述的第一实施例相同，按照上述构成的本实施例向由自来水构成的基准流体发射微波后，测定微波接收信号的相位延迟θ1并存储在相位差校正电路36′中。相位差校正正电路36′读出用于判定来自转数条件设定器37′的转数的上范围、下范围和转数的初始值n。
接着向含有测定物质的流体中发射微波，在短时间的周期(例如每隔5秒)内测定表观上相位延迟θ2′。测定表观上相位延迟θ2′时，根据图6所示的流程图进行处理并计算真实的相位延迟θ2，再计算相位差Δθ。
也就是说，由相位差测定电路35获得表观上相位延迟θ2′，然后判断θ2′是否在上范围内。如果获得的θ2′在上范围内，则判断例如5秒后的θ2′是否落在下范围内。如果5秒后的θ2′落在下范围内，由于表观上相位延迟θ2′如图7所示在5秒内正在从上范围向下范围变化，所以将转数n变更为n＝n+1。
另外，对于由相位差测定电路35获得的θ2′不属于上范围内的场合应判断该θ2′是否落在下范围内。如果所获得的这个θ2′处在下范围内，则判断5秒后的θ2′是否落入上范围内。如果5秒后的θ2′落入上范围，则如图7所示的B，由于在5秒内正从下范围向上范围变化，所以将转数n变更为n＝n-1。
而在其它的场合下转数n不需变更。
如果象上述那样确定了转数n，则可以通过上述(1)式计算真实的相位延迟θ2′，然后根据上述(2)式计算相位差Δθ。
利用转数条件设定器37′获得由相位差校正电路36′确定的最新转数n并存储在未示出的不挥发存储器中。转数条件设定器37′在这个浓度计的电源停电或人为断开后仍能保持电源即将断开之前的转数n。
当浓度计的电源再接通时，进行按图8所示的处理由转数条件设定器37′求出正确的转数n。
也就是说，为浓度计电源再接通时，由相位差校正电路36′和信号变换电路33利用电源即将断开之前的转数n(上述不挥发存储器的保持值)进行浓度计算。
通过转数条件设定器37′，当一旦检测出浓度计的电源又被接通时，就获得利用电源即将断开前的转数n计算出的浓度计算值。
接着判断电源即将断开之前的转数n是否满足n≥1的条件。如果上述浓度计算用的转数n为n≥1，则再将浓度计算值X同高浓度门限值Xmax进行比较。如果X≥Xmax，则将转数n变更为n＝n-1；如果X＜Xmax，则转数n不变更。
另外，如果电源即将断开前的转数n不满足n≥1，则判断n＜0的条件是否成立。如果n＜0成立，则将浓度计算值X同高浓度门限值Xmax进行比较。如果X≤Xmin，则将转数n变更为n＝n+1 。如果X＞Xmin，则转数n不变更，另外当n＝0时，转数n也不变更。
在转数n的值变化可以明显地判明时(例如电源断开前和电源再接通时、浓度发生大的变化时等)，可以借助转数条件设定器37′用手动方式设定任意的转数n。
将按以上方式确定的转数n输入到相位差校正电路36′中。以后的处理是通过相位差校正电路36使由转数条件设定器37′再设定的转数n按基准变化。
根据如上所述的的本实施例，因为在0°～360°的范围内设定下范围和上范围、并通过表观上相位延迟θ2′对现在属于的范围同上次属于的范围进行比较而判断出转数发生变化，所以可以正确地把握表观上相位延迟θ2′的转数，从而可以计算出正确的相位差Δθ。因此即使相位延迟超过360°成为一周以上时，也能正确地测定高浓度被测流体的浓度，并且还可以用大口径的浓度检测管正确地测定浓度。
另外，根据本实施例，通过在转数条件设定器37′中设定高浓度门限值Xmax和负浓度门限值Xmin、比较根据浓度计的电源再接通时的电源即将断开前的转数n而计算出的浓度计算值X和高浓度门限值Xmax或者负的浓度门限值Xmin来决定对应于现在测定流体浓度等的最适合的转数，因此即使在浓度计的电源再接通后也可以保持正确的转数。
在上述的第二实施例中，虽然在0°～360°的范围设定下范围和上范围，但是也可以在-180°～+180°范围内设定下范围和上范围来判断转数n。当在-180°～+180°范围内测定相位延迟时，在-180°～180°的角度范围内将从-180°～+180°侧的所定范围作为下范围；而在-180°～+180°的角度范围内，将从+180°～-180°侧的所定范围作为上范围。
上述第二实施例中的相位差校正电路36′的功能虽然是用软件完成的，但是也可以用硬件电路完成。
图9是用硬件完成第二实施例中的相位差校正电路36′功能的电路装置构成图，与图5中所示装置的相同部分用同一符号表示。
这个电路装置将来自相位差测定电路35的表观上相位延迟θ2′输入到上范围判定部件51和下范围判定部件52。上范围判定部件51设定上述的上范围(例如260°～360°)，如果表观上相位延迟θ2′进入上范围内则输出上范围检测信号。下范围判定部件52设定上述下范围(例如0°～120°)，如果表观上相位延迟θ2′落入下范围内则输出下范围检测信号。上范围检测信号和下范围检测信号输入到译码器53。这个译码器53分别将上范围信号变换为数据D1、将下范围检测信号变换为数据D2、将上范围检测信号和下范围检测信号以外的输入变换为数据D3，并将这些数据输入到先进先出存储器54内。先进先出存储器54存储连续的2个数据，并且一有来自译码码53的输入，就将这个输入数据存储起来同时输出前一个数据。在上范围检测信号同数据D2的与条件成立时第一与门电路55输出降计数信号。在下范围检测信号同数据D1的与条件成立时第二与门电路56输出升计数信号。从升降计数器46到减法器49为止的构成同图5所示的电路装置相同。
在适用于本发明浓度计的上述各实施例中，可以在悬浊物体流动状态下测定浓度，也可以在静止状态下测定浓度；另外可以采用自来水作为基准流体，也可以采用含有已知浓度的物质作为基准流体。浓度检测管20可以通过上游侧配管21和下游侧配管22夹住地配置，例如在被测定流体的流通配管内设置取入流体的容器，或者在设置旁路管时，则应将上述技术使用在这些容器和旁路管中，这些也包含在本发明的范围之内。
上面就本发明作为浓度计使用的实施例作了描述，本发明还可以适合于利用光波和电波等的电磁波或超声波等信号来测定两点间距离的光波距离计、电波距离计或超声波距离计。
下面说明本发明的第三个实施例，本实施例是将本发明适用于光波距离计的例子。
图10是第三实施例的光波距离计的构成图。
本实施例的光波距离计使从具有所定振动频率的振荡器61输出的振动信号通过分波器62而输入到发射器63，并使发射波从发射器63向目标物64发射发射波。来自发射波入射的目标物64的反射波由接收器65接收后转换成电接收信号。接收器65的输出端同相位差测定电路66相连接。相位差测定电路66输入来自接收器65的接收信号，并输入来自分波器62和发射波同一相位的发射信号，同时检测相对于发射信号的接收信号的相位延迟。与相位差测定电路66的输出端相连接的相位差校正电路67通过进行和上述图2或图7同样的处理而计算出相位差Δθ，并将Δθ输出到距离计算电路68中。距离计算电路68存储图13所示的测量线数据，根据来自相位差校正电路67的相位差Δθ求出移动距离，并将这个移动距离x和从测定点到目标物移动前的距离b相加后的距离x输出。信号变换电路69把对应于距离x的电流信号作为距离测定信号输出。
下面说明本实施例的距离测定操作。
首先将目标物64配置在图11所示的基准点B，在对着这个目标物64发射发射波的同时接收其反射波。如图13所示相对于发射波的反射波的相位相应于A，B间的距离b而移动角度θ1。由相位差测定电路66测定在这个基准位置B上的发射波同接收波间的相位差的基准相位差θ1，并输入到相位差校正电路67。
接着使从B点到目标物64间的距离变化所定距离，由相位差测定电路66测定在各距离的发射波同接收波之间的相位差θ2′。如图12所示，从在C点移动的目标物64的反射波与从在基准位置B的目标物64的反射波相比产生了Δθ＝θ2-θ1的相位差。将各C点的相位差θ2′输入到相位差校正电路68中。相位差校正电路68把在基准位置B的基准相位差θ1的转数n取为n＝0，将从相位差测定电路66输入的各个距离的相位差作为表观上相位差θ2′，并计算真实的相位差θ2。接着计算真实相位差θ2同基准相位差θ1的差，并输入到距离计算电路68中。
通过距离计算电路68求出离开基准位置B的距离x同在各距离的相位差Δθ＝(θ2-θ1)间的关系，确定关于如图13所示的移动距离X的测量线X＝a·Δθ并存储起来。
经过上述的准备，就可进入测定从A点的距离到随时间变化的目标物距离的通常操作。
在距离测定操作中，对于从移动后的位置C的反射波对发射波的相位差作为表观上相位差θ2′由相位差测定电路66测定。相位差校正电路66根据从相位差测定电路66输入的表观上相位差θ2′利用上述的图2或图6所述的处理在求出真实的相位差θ2的同时计算出相位差Δθ。
利用来自相位差校正电路66输入的相位差Δθ的距离计算电路68，根据x＝aΔθ的计算求出离开基准位置的距离x，将距离x同A点至B点的距离b相加便可计算出A点至目标物64间的距离x。
象这样进行计算的距离X由信号变换电路69变换成电流信号。
根据如上所述的本实施例，在使发射波入射到移动的目标物64中、根据发射波同其反射波之间的相位差测定到目标物的距离的场合下，即使发射波同反射波间的相位差偏移360°以上，也可以正确地测定距离X。
在以上的说明中，虽然是就将本发明适用在浓度计或距离计上的实施例进行了说明，但是也可以适用于利用相位差来测定物理量或化学量的其它装置中。
虽然是就将本发明适用于浓度计或距离计的实施例进行了说明，但是本发明也适用于利用相位差测定物理量或化学量的其它装置。
Claims (12)
1.一种相位差测定装置，其特征在于，它包括：向外在基准状态的被测定物发射和接收信号波而获得第一接收信号、并向测定状态的被测定物发射和接收信号波而获得第二接收信号的信号检测装置；
求出所述信号波的发射波同所述第一接收信号间的相位差的基准相位差(θ1)和所述的发射波同所述的第二接收信号之间的表观上相位差(θ2′)的相位检测装置；
在表示所述表观上相位差(θ2′)通过作为所述表观上相位差(θ2′)的变化范围内的1个角度值的基准点次数的转数n同角度360°的乘积上加上所述表观上的相位差(θ2′)、然后求出所述发射波同所述第二接收信号间的现实相位差的真实相位差(θ2)的相位差校正装置；
连续地检测所述表观上相位差(θ2′)的增加或减小方向的倾向检测装置；
当所述的倾向检测装置检测出表观上相位差(θ2′)边增加边通过所述的基准点时，将所述转数n变更为n＝n+1的变更装置；
当所述的倾向检测装置检测出表观上相位差(θ2′)边减少边通过所述基准点时，将所述转数n变更为n＝n-1的变更装置；
对应于所述真实相位差(θ2)同所述基准相位差(θ1)间的角度差(Δθ)而输出所述被测定物的状态测定信号的测定信息输出装置；
所述的表观上相位差(θ2′)的变化范围是0°～360°，所述的基准点是0°。
2.如权利要求1所述的相位差测定装置，其特征在于，还包括：用于选择在电源即将再接通后的所述真实相位差θ2的计算时采用所述电源即将断开前的转数n的第一模式和利用转数n＝0的第二模式二者之一的选择装置和相对所述相位差校正装置手动设定任意转数的手动设定装置。
3.如权利要求1所述的相位差测定装置，其特征在于，所述的信号检测装置对作为基本上不含待测定的物质的所述基准状态的被测定物的测定流体发射和接收作为信号波的微波而获得第一接收信号，并且对作为含有待测定浓度物质的处在测定状态的被测定物的测定流体发射和接收作为上述信号波的微波而获得第二接收信号；
所述的测定信息输出装置对应于所述真实的相位差(θ2)同所述基准相位差(θ1)间的角度差(Δθ)把含在所述测定流体中的待测浓度物质的浓度测定值作为所述状态测定信息输出，以便适用在采用微波工作的浓度计上。
4.如权利要求3所述的相位差测定装置，其特征在于，还包括：
对在所述浓度计的电源即将被断开前的所述转数n是否满足n≥1的条件进行判断的第一比较装置；
在所述浓度计的电源再接通后将利用所述电源即将被断开前的所述转数n或在其之后变更的转数n而求出的浓度计算值X同预先设定的高浓度门限值Xmax进行比较的第二比较装置；
如果所述的第一比较装置的判定结果n≥1、且所述的第二比较装置的比较结果X≥Xmax时，将所述转数n变更为n＝n-1的变更装置；
判断所述浓度计的电源被即将断开前的所述转数n是否满足n＜0条件的第三比较装置；
即使在负侧发生零点偏移，将不能发生的负浓度门限值Xmin同所述浓度计算值X进行比较的第四比较装置；
当所述第三比较装置的比较结果n＜0并且所述第四比较装置的比较结果X≤Xmin时，便将所述转数n变换为n＝n+1的变更装置。
5.如权利要求3所述的相位差测定装置，其特征在于，所述的信号检测装置包括：
所述测定流体流动的测定用管；
配置在所述测定用管内、发射所述微波的微波发射装置；
配置在所述测定管体内对着所述微波发射装置的、并接收通过所述测定流体的微波的微波接收装置。
6.如权利要求1所述的相位差测定装置，其特征在于，所述的信号检测装置对着作为配置在已知距离上的所述基准状态的被测定物的目标物发射和接收作为所述信号波的电磁波或超声波二者之一而获得第一接收信号；对作为移动状态的处在所述应测定状态的被测定物的目标物发射和接收作为信号波的电磁波或超声波二者之一而获得第二接收信号；
所述的测定信息输出装置对应于所述真实的相位差(θ2)同所述基准相位差(θ1)间的角度差(Δθ)把从基准位置到移动后的所述目标物的距离作为所述状态测定信息输出，以便适用在采用电磁波或超声波的距离计上。
7.一种相位差测定装置，其特征在于，它包括：
向外在基准状态的被测定物发射和接收信号波而取得第一接收信号、并向处在待测定状态的被测定物发射和接收信号波而取得第二接收信号的信号检测装置；
求出作为所述信号波的发射波同所述第一接收信号间的相位差的基准相位差(θ1 )和所述发射波同所述第二接收信号间的表观上相位差(θ2′)的相位检测装置；
在表示所述表观上相位差θ2′通过所述表观上相位差(θ2)的变化范围内的一个角度值的基准点次数的转数n同角度360°的乘积值上加上所述表观上相位差(θ2′)而求出作为所述发射波同所述第二接收信号间的现实相位差的所述真实相位差(θ2)的相位差校正装置；
在不连续的所定时间间隔内获得所述表观上相位差(θ2′)的装置；
在相当于从所述基准点1周旋转范围的角度范围内对应于包含从最大角度到最小角度的所述最大角度的所定范围来设定上范围、并判断所述获得的表观上相位差(θ2′)是否落入所述上范围的上范围判定装置；
在所述角度范围内对应于包含从所述最小角度到最大角度的所述最小角度的所定范围来设定下范围、并判断所述获得的表观上相位差(θ2′)是否落入所述下范围的下范围判断转置；
如果通过所述上范围判定装置判断出所述表观上相位差(θ2′)落入所述上范围内、并且通过所述下范围判定装置判断出接着获得的所述表观上相位差落入所述下范围内，便将所述转数n变更为n＝n+1的变更装置；
如果通过所述下范围判定装置判断出所述表观上相位差(θ2′)落入所述下范围内、并且通过所述上范围判定装置判断出接着获得的所述表观上相位差(θ2′)落入所述上范围内，便将所述转数n变更为n＝n-1的变更装置；
对应于所述真实的相位差(θ2)同所述基准相位差(θ1)间的角度差(Δθ)而输出所述被测定物的状态测定信息的测定信息输出装置；
所述的基准点为0°，所述的角度范围为0°～360°，在该范围内设定第一所定角度和比该角度大的第二所定角度，将上范围判定装置的上范围设定为所述第二所定角度～360°，将下范围判定装置的下范围设定为0°～所述第一所定角度。
8.如权利要求7所述的相位差测定装置，其特征在于，所述信号检测装置通过对着作为基本上不含应测定浓度物质的所述基准状态的被测定物的测定流体发射和接收作为所述信号波的微波而获得第一接收信号，并通过对作为含有应测定浓度物质的所述处在应测定状态的被测定物的测定流体发射和接收作为所述信号波的微波而获得经二接收信号；
所述的测定信息输出装置对应于所述真实相位差(θ2)同所述基准相位差(θ1)间的角度差(Δθ)、把在所述测定流体中含有的应测定物质浓度的浓度测量值作为所述测定信息输出，以便适用在利用微波的浓度计上。
9.如权利要求8所述的相位差测定装置，其特征在于，还包括：
对在所述浓度计的电源即将被断开前的所述转数n是否满足n≥1的条件进行判断的第一比较装置；
将在所述浓度计电源接通后利用所述电源即将被断开前的转数n或其后变更的转数n求出的浓度计算值X同预先设定的高浓度门限值Xmax进行比较的第二比较装置；
当所述第一比较装置的判断结果是n≥1、且所述第二比较装置的比较结果是X≥Xmax时，将所述转数n变更为n＝n-1的变更装置；
判断所述浓度计的电源即将被断开前的所述转数n是否满足n＜0条件的第三比较装置；
即使发生零点向负侧偏移，将不能发生的负浓度门限值Xmin同所述浓度值X进行比较的第四比较装置；
当所述第三比较装置的比较结果为n＜0、且所述第四比较装置的比较结果为X≤Xmin时，将转数n变更为n＝n+1的变更装置。
10.如权利要求7所述的相位差测定装置，其特征在于，所述的信号检测装置对着作为配置在已知距离上的所述基准状态的被测定物的目标物发射和接收作为所述信号波的电磁波或超声波二者之一而获得第一接收信号；对作为移动状态的处在所述应测定状态的被测定物的目标物发射和接收作为所述信号波的电磁波或超声波二者之一而获得第二接收信号；
所述的测定信息输出装置对应于所述真实的相位差(θ2)同所述的基准相位差(θ1)间的角度差(Δθ)，把从基准位置到移动后的所述目标物的距离作为所述的状态测定信息输出，以便适用在采用电磁波或超声波的距离计上。
11.一种相位差测定方法，其特征在于，它包括以下步骤：
对处在基准状态下的被测定物发射和接收信号波而获得第一接收信号；
根据所述信号波的发射波同所述第1接收信号的相位差求出基准相位差(θ1)；
对处在应测定状态的被测定物发射和接收信号波而获得第二接收信号；
根据所述发射波同所述第二接收信号的相位差求出表观上相位差(θ2′)；
将表示所述表观上相位差(θ2′)通过所述表观上相位差(θ2′)变化范围内的一个角度值的基准点次数的转数n同角度360°的乘积值加上所述表观上相位差(θ2′)而求出真实的相位差(θ2)；
对所述表观上相位差(θ2′)的增加或减小方向连续地进行检测；
如果检测出所述表观上相位差(θ2′)边增加边通过所述基准点，则将所述转数n变更为n＝n+1；
如果检测出所述表观上相位差(θ2′)边减小边通过所述基准点，则将所述转数n变更为n＝n-1；
根据所述真实的相位差(θ2)同所述基准相位差(θ1)的角度差(Δθ)来求出所述被测定物的状态测定信息；
所述的表观上相位差(θ2′)的变化范围是0°～360°，所述的基准点是0°。
12.一种相位差测定方法，其特征在于，它包括以下步骤：
对处在基准状态的被测定物发射和接收信号波而获得第一接收信号；
对处在测定状态的被测定物发射和接收信号波而获得第二接收信号；
求出作为所述信号波的发射波同所述第一接收信号的相位差的基准相位差(θ1)；
求出所述发射波同所述第二接收信号的表观上相位差(θ2′)；
将表示所述表观上相位差(θ2′)通过所述表观上相位差(θ2′)的变化范围内的一个角度值的基准点次数的转数n同角度360°的乘积值加上所述表观上相位差(θ2′)而求出真实的相位差；
按所定的时间间隔不连续地获得所述表观上的相位差(θ2′)；
对获得的所述表观上相位差是否落在对应于含有在相当从所述基准点旋转一周的范围的角度范围内从最大角度到最小角度的所述最大角度的所定范围来设定的上范围进行判断；
对获得的所述表观上相位差是否落在对应于含有在上述角度范围内从最小角度到最大角度的所述最小角度的所定范围内来设定的下范围进行判断；
把所述表观上相位差(θ2′)落入所述上范围内并把接着获得的所述表观上相位差(θ2′)落入所述下范围内作为条件，将所述转数n变更为n＝n+1：
把所述表观上相位差(θ2′)落入所述下范围内并把接着获得的所述表观上相位差(θ2′)落入所述上范围内作为条件，将所述转数n变更为n＝n-1：
对应于所述相位差(θ2)同所述基准相位差的角度差(Δθ)而输出所述被测定物的状态测定信息；
所述的基准点为0°，所述的角度范围为0°～360°，在该范围内设定第一所定角度和比该角度大的第二所定角度，将上范围判定装置的上范围设定为所述第二所定角度～360°，将下范围判定装置的下范围设定为0°～所述第一所定角度。
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