JP2001208581A - 超音波式渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波の周波数に拘らず流体の検出感度を向
上させる。 【解決手段】 流路１Ａに渦発生体２が設けられた流量
計本体１には、超音波送信器３と受信用超音波センサ４
を取り付ける。また、超音波送信器３と受信用超音波セ
ンサ４には、位相比較器７と波形変換回路９を接続し、
波形変換回路９から渦信号Ｖ4 を出力する。一方、受信
用超音波センサ４には、受信信号Ｖ0 に振幅変調された
超音波信号を復調する振幅復調回路１１を接続する。そ
して、波形変換回路９と振幅復調回路１１の次段には、
加算回路１２と減算回路１３とを接続し、加算回路１２
と減算回路１３の次段には、加算信号Ｖ6 と減算信号Ｖ
7 とのうち振幅の大きな信号を選択する選択回路１４を
接続する。これにより、選択回路１４に接続された演算
回路１５は、振幅の大きな選択信号Ｖ8 を用いて渦が発
生する周波数を演算し、流体の流量等を計測することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管路の途中に渦発
生体を設け、該渦発生体後方に発生する渦が超音波に与
える位相変調を検出し、流体の流量または流速を測定す
る超音波式渦流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、超音波式渦流量計として、流路
を形成する流量計本体と、該流量計本体の流路内に設け
られ渦を発生させる渦発生体と、該渦発生体の下流側に
位置して前記流量計本体に設けられ流路内に超音波を送
信する超音波送信器と、該超音波送信器と対向して前記
流量計本体に設けられ該超音波送信器から送信された超
音波を受信する超音波受信器と、前記超音波送信器から
送信された送信信号と超音波受信器から受信した受信信
号との位相を比較し前記渦発生体によって発生した渦を
検出する位相比較器とによって構成されたものが知られ
ている（例えば、特開平３−１６５２２０号等）。

【０００３】そこで、このような従来技術による超音波
式渦流量計について図４ないし図８に基づき説明する。

【０００４】図中、１は管路の途中に接続される流量計
本体で、該流量計本体１は、略円筒形状をなし、その内
部には流体が通過する流路１Ａが形成されている。

【０００５】２は流量計本体１の流路１Ａ内に設けられ
た例えば略三角柱形状の渦発生体で、該渦発生体２は、
その幅寸法が下流側に向かって漸次テーパ状に縮小する
と共に、その最上流側には、流れに直交した一の平面が
配設されている。そして、渦発生体２は、流路１Ａに流
体が流れると、いわゆるカルマン渦と呼ばれる渦Ａ，Ｂ
を左，右交互に発生させる。なお、渦発生体２は、三角
柱形状に限らず円柱形状、四角柱形状であってもよい。

【０００６】３は流量計本体１の流路１Ａに超音波を送
信する超音波送信器で、該超音波送信器３は、渦発生体
２の下流側に位置して流量計本体１に設けられた圧電素
子等からなる送信用超音波センサ３Ａと、該送信用超音
波センサ３Ａに接続された発信器３Ｂとによって構成さ
れている。そして、送信用超音波センサ３Ａは、該発信
器３Ｂから出力される矩形波状の送信信号Ｖ1 （図５参
照）に応じて駆動し、例えば５０Ｈz 〜１ＭＨｚ程度の
略一定となった周波数ｆ0 の超音波を流路１Ａを横切る
ように送信している。

【０００７】４は送信用超音波センサ３Ａと対向して流
量計本体１に設けられた超音波受信器としての受信用超
音波センサで、該受信用超音波センサ４は、送信用超音
波センサ３Ａと同様に圧電素子等によって構成され、送
信用超音波センサ３Ａから送信された超音波を受信し、
略正弦波状の受信信号Ｖ0 を出力する。

【０００８】５は受信用超音波センサ４に接続された増
幅器で、該増幅器５は受信用超音波センサ４から出力さ
れた受信信号Ｖ0 を増幅し、後述の波形整形回路６に入
力している。

【０００９】６は増幅器５の出力側に接続された波形整
形回路で、該波形整形回路６は、例えばゼロクロスコン
パレータ等によって構成されている。そして、波形整形
回路６は、増幅器５によって増幅した受信信号Ｖ0 を波
形整形し、矩形波となった整形信号Ｖ2 （図５参照）を
出力する。

【００１０】７は超音波送信器３の発信器３Ｂに接続さ
れると共に、波形整形回路６を介して受信用超音波セン
サ４に接続された位相比較器で、該位相比較器７は、例
えば送信信号Ｖ1 と整形信号Ｖ2 との立ち上がり部位を
比較することによって、渦Ａ，Ｂによって発生する送信
信号Ｖ1 と整形信号Ｖ2 との間の位相差Φを検出し、パ
ルス波からなる検出信号Ｖ3 を次段の増幅器８に向けて
出力する。

【００１１】９は増幅器８を介して位相比較器７に接続
された波形変換回路で、該波形変換回路９は、増幅器８
によって増幅したパルス波状の検出信号Ｖ3 を平滑化
し、正弦波状の渦信号Ｖ4 に変換して出力する。

【００１２】１０は波形変換回路９に接続された演算回
路で、該演算回路１０は、波形変換回路９から出力され
る渦信号Ｖ4 に基づいて渦Ａ，Ｂが発生する周波数を演
算する。これにより、演算回路１０は、流量計本体１の
流路１Ａを流れる流体の流量または流速に応じた出力信
号を出力する。

【００１３】従来技術による超音波式渦流量計は上述の
如き構成を有するもので、次にその作動について図４お
よび図５に基づき説明する。

【００１４】まず、発信器３Ｂを駆動し、渦発生体２の
下流側に位置する送信用超音波センサ３Ａと受信用超音
波センサ４との間に一定の周波数ｆ0 に変調された超音
波を伝搬させる。

【００１５】ここで、流量計本体１の流路１Ａを流体が
通過していないときには、図５に示すように送信信号Ｖ
1 と整形信号Ｖ2 との間に、超音波が流路１Ａを横切る
のに必要となる時間に応じた一定の位相差Φ0 が生じて
いる。そして、位相比較器７は、送信信号Ｖ1 と整形信
号Ｖ2 との立ち上がり部位の時間差から位相差Φ0 を差
し引くことによって位相差Φを検出し、位相差Φに応じ
た検出信号Ｖ3 を出力する。このため、流量計本体１の
流路１Ａを流体が通過していないときには、検出信号Ｖ
3 は略０Ｖに維持されるから、検出信号Ｖ3 を平滑化し
て信号変換した渦信号Ｖ4 も略０Ｖに維持される。

【００１６】一方、流量計本体１の流路１Ａを流体が通
過すると、渦発生体２の下流側には流体の流速に応じた
周波数の渦Ａ，Ｂが左，右交互に発生する。このとき、
送信用超音波センサ３Ａと受信用超音波センサ４との間
を伝搬する超音波は、渦Ａ，Ｂによるドップラー効果が
作用するから、送信用超音波センサ３Ａ側の渦Ａが２つ
の超音波センサ３Ａ，４間を通過するときには、超音波
の伝搬速度は見かけ上速くなり、受信用超音波センサ４
側の渦Ｂが２つの超音波センサ３Ａ，４間を通過すると
きには、超音波の伝搬速度は見かけ上遅くなる。

【００１７】このため、送信信号Ｖ1 と整形信号Ｖ2 と
の間の位相差Φは渦Ａ，Ｂに応じて増減し、検出信号Ｖ
3 は渦Ａ，Ｂによってパルス幅が増減したパルス状の信
号となる。そして、渦信号Ｖ4 は検出信号Ｖ3 を平滑化
することによって略正弦波となるから、演算回路１０に
よって渦Ａ，Ｂが発生する周波数、即ち単位時間当りの
渦Ａ，Ｂの発生数を演算することによって、流路１Ａを
流れる流体の流量または流速を測定することができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、送信用超音波センサ３Ａから送信された超
音波を受信用超音波センサ４によって受信した後、ゼロ
クロスコンパレータ等からなる波形整形回路６によって
整形信号Ｖ2 を出力している。

【００１９】ここで、超音波を受信する受信用超音波セ
ンサ４は、図６に示すような周波数特性を有し、受信用
超音波センサ４から出力される受信信号Ｖ0 の振幅は、
受信用超音波センサ４が受信する超音波の周波数に応じ
て変化する。

【００２０】即ち、超音波の周波数が周波数ｆ1 よりも
低いときには、周波数が高くなる（周波数ｆ1 に近付
く）に従って受信信号Ｖ0 の振幅は増加する。これに対
し、超音波の周波数が周波数ｆ1 よりも高いときには、
周波数が高くなる（周波数ｆ1から遠ざかる）に従って
受信信号Ｖ0 の振幅は減少する。

【００２１】一方、受信用超音波センサ４が受信する超
音波は、渦Ａ，Ｂのドップラー効果によってその速度が
変化するから、この速度の変化に応じて見かけ上の周波
数も変化する。このため、受信信号Ｖ0 の振幅は、図７
に示すように渦Ａ，Ｂの発生する周波数に応じて略正弦
波状に増減し、図７中に二点鎖線で示す超音波信号Ｓが
振幅変調される。

【００２２】また、ゼロクロスコンパレータからなる波
形整形回路６は、一般にノイズを除去するためのヒステ
リシスを有し、＋Ｖt よりも高い電圧となったときに
「Ｈ」（ハイ）状態の整形信号Ｖ2 に切換わり、−Ｖt
よりも低い電圧となったときに「Ｌ」（ロー）状態の整
形信号Ｖ2 に切換わる。

【００２３】このため、図８中の特性線ａに示すように
受信信号Ｖ0 が基準となる振幅で振動しているときに
は、整形信号Ｖ2 は図８中の第２段に示す特性線ｄとな
るのに対し、図８中の特性線ｂに示すように受信信号Ｖ
0 のが基準となる振幅よりも大きな振幅で振動している
ときには、整形信号Ｖ2 は図８中の第３段に示す特性線
ｅとなり、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置は、特性線ｄ
に比べてΔＴ1 だけ早くなる。

【００２４】一方、図８中の特性線ｃに示すように受信
信号Ｖ0 が基準となる振幅よりも小さい振幅で振動して
いるときには、整形信号Ｖ2 は図８中の第４段に示す特
性線ｆとなり、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置は、特性
線ｄに比べてΔＴ2 だけ遅くなる。

【００２５】この結果、位相比較器７は、受信信号Ｖ0
の振幅の変化による整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置の変
化をも位相差Φの変化として検出し、検出信号Ｖ3 のパ
ルス幅が変化する。このため、検出信号Ｖ3 を平滑化し
た渦信号Ｖ4 も、その振幅が増減する。

【００２６】さらに、図６に示すように超音波送信器３
から出力される超音波の周波数ｆ0が受信用超音波セン
サ４の特性の変曲点である周波数ｆ1 よりも低いときに
は、超音波の周波数が渦Ａ，ＢによってΔｆだけ増減し
ても、超音波の周波数が高くなるに従って受信信号Ｖ0
の振幅が大きくなる。このため、渦Ａによって超音波の
周波数が周波数ｆ0 よりも低くなったときには、受信信
号Ｖ0 の振幅は小さくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上
がり位置が遅くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は増加す
る。一方、渦Ｂによって超音波の周波数が周波数ｆ0 よ
りも高くなったときには、受信信号Ｖ0 の振幅は大きく
なるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が早くなり、
検出信号Ｖ3 のパルス幅は増加する。このため、渦信号
Ｖ4 の振幅は、図５中に二点鎖線で示す特性線ｇのよう
に増加し、検出感度を向上することができる。

【００２７】これに対し、図６に示すように超音波送信
器３から出力される超音波の周波数ｆ0 ′が受信用超音
波センサ４の特性の変曲点である周波数ｆ1 よりも高い
ときには、超音波の周波数が渦Ａ，ＢによってΔｆだけ
増減すると、超音波の周波数が高くなるに従って受信信
号Ｖ0 の振幅が小さくなる。このため、渦Ａによって超
音波の周波数が周波数ｆ0 ′よりも低くなったときに
は、受信信号Ｖ0 の振幅は大きくなるから、整形信号Ｖ
2 の立ち上がり位置が早くなり、検出信号Ｖ3 のパルス
幅は減少する。一方、渦Ｂによって超音波の周波数が周
波数ｆ0 ′よりも高くなったときには、受信信号Ｖ0 の
振幅は小さくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置
が遅くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は減少する。この
ため、渦信号Ｖ4 の振幅は、図５中に点線で示す特性線
ｈのように減少し、検出感度が低下するという問題があ
る。

【００２８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、超音波の周波数に拘ら
ず流体の流量または流速の検出感度を向上することがで
きるようにした超音波式渦流量計を提供することにあ
る。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために本発明は、流路を形成する流量計本体と、該流量
計本体の流路内に設けられ渦を発生させる渦発生体と、
該渦発生体の下流側に位置して前記流量計本体に設けら
れ流路内に超音波を送信する超音波送信器と、該超音波
送信器と対向して前記流量計本体に設けられ該超音波送
信器から送信された超音波を受信する超音波受信器と、
前記超音波送信器から送信された送信信号と超音波受信
器から受信した受信信号との位相を比較し前記渦発生体
によって発生した渦を検出する位相比較器とからなる超
音波式渦流量計に適用される。

【００３０】そして、請求項１の発明が採用する構成の
特徴は、超音波受信器には超音波の周波数に応じて受信
信号に振幅変調された超音波信号を復調する振幅復調器
を接続し、該振幅復調器から出力される振幅復調信号と
位相比較器から出力される渦信号とを加算する加算器を
設け、前記位相比較器から出力される渦信号から振幅復
調器から出力される振幅復調信号を減算する減算器を設
け、前記加算器から出力される加算信号と減算器から出
力される減算信号とを用いて流体の流量または流速を計
測する構成としたことにある。

【００３１】このように構成することにより、振幅復調
器は受信信号に振幅変調された超音波信号を復調する。
そして、加算器は振幅復調器から出力される振幅復調信
号と位相比較器から出力される渦信号とを加算し、減算
器は渦信号に対し振幅復調信号を減算する。このため、
渦信号と振幅復調信号との増減が同じ位相（同相）で変
化するときには、加算器から出力される加算信号の振幅
が渦信号の振幅よりも増加し、渦信号と振幅復調信号と
の増減が逆の位相（逆相）で変化するときには、減算器
から出力される減算信号の振幅が渦信号の振幅よりも増
加する。

【００３２】この結果、渦信号と振幅復調信号とが同
相、逆相のいずれで変化するときであっても、加算信号
と減算信号とのうちいずれか一方の振幅は渦信号の振幅
よりも大きくなるから、加算信号と減算信号とを用いる
ことによって流体の流量または流速を計測することがで
きる。

【００３３】また、請求項２の発明は、加算器と減算器
とには加算器から出力される加算信号と減算器から出力
される減算信号とのうち振幅の大きな信号を選択する選
択器を接続する構成としたことにある。

【００３４】これにより、選択器は加算信号と減算信号
とのうち振幅の大きな信号を選択するから、選択器によ
って選択した選択信号を用いることによって、渦が発生
する周波数を演算し、流路を流れる流体の流量または流
速を計測することができる。

【００３５】また、請求項３の発明は、超音波受信器と
位相比較器との間には該超音波受信器から出力された受
信信号を矩形波に波形整形する波形整形回路を設け、振
幅復調器は、該波形整形回路の前段側で超音波受信器に
接続する構成としたことにある。

【００３６】これにより、位相比較器は、波形整形回路
によって受信信号を矩形波に波形整形された整形信号と
超音波送信器から送信された送信信号とを比較すること
によって渦発生体によって発生した渦を検出することが
できる。また、振幅復調器は波形整形回路の前段側で超
音波受信器に接続したから、超音波受信器が超音波を受
信するときに受信信号に変調した超音波信号を振幅復調
器によって復調することができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
超音波式渦流量計を図１ないし図３を参照しつつ詳細に
説明する。なお、本実施の形態では、前述した従来技術
と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略
するものとする。

【００３８】図中、１１は波形整形回路６の前段側で受
信用超音波センサ４に増幅器５を介して接続された振幅
復調回路で、該振幅復調回路１１は、超音波の周波数に
応じて受信信号Ｖ0 に振幅変調（ＡＭ変調）された正弦
波状の超音波信号Ｓ（図７参照）を復調して振幅復調信
号Ｖ5 を出力する。

【００３９】１２は位相比較器７に波形変換回路９を介
して接続されると共に、振幅復調回路１１に接続された
加算回路で、該加算回路１２は、波形変換回路９から出
力される渦信号Ｖ4 と振幅復調回路１１から出力される
振幅復調信号Ｖ5 とを加算し、正弦波状の加算信号Ｖ6
を出力する。

【００４０】１３は位相比較器７に波形変換回路９を介
して接続されると共に、振幅復調回路１１に接続された
減算回路で、該減算回路１３は、波形変換回路９から出
力される渦信号Ｖ4 に対し振幅復調回路１１から出力さ
れる振幅復調信号Ｖ5 を減算し、正弦波状の減算信号Ｖ
7 を出力する。

【００４１】１４は加算回路１２と減算回路１３とに接
続された選択回路で、該選択回路１４は、加算回路１２
から出力される加算信号Ｖ6 の振幅と減算回路１３から
出力される減算信号Ｖ7 の振幅とを比較し、これら２つ
の信号Ｖ6 ，Ｖ7 のうち振幅の大きい信号を選択信号Ｖ
8 として出力する。

【００４２】１５は選択回路１４に接続された演算回路
で、該演算回路１５は、選択回路１４から出力される選
択信号Ｖ8 に基づいて渦Ａ，Ｂが発生する周波数を演算
し、流量計本体１の流路１Ａを流れる流体の流量または
流速に応じた出力信号を出力する。また、演算回路１５
には、表示回路１６が接続され、該表示回路１６は、演
算回路１５の演算結果である流体の流量等を表示する。

【００４３】本実施の形態による超音波渦流量計は上述
の如き構成を有するもので、次にその作動について説明
する。

【００４４】まず、発信器３Ｂを駆動し、渦発生体２の
下流側に位置する送信用超音波センサ３Ａと受信用超音
波センサ４との間に一定の周波数ｆ0 に変調された超音
波を伝搬させる。

【００４５】ここで、図６に示すように超音波送信器３
から出力される超音波の周波数ｆ0が受信用超音波セン
サ４の特性の変曲点である周波数ｆ1 よりも低い場合に
ついて検討する。

【００４６】この場合、超音波の周波数が渦Ａ，Ｂによ
ってΔｆだけ増減すると、超音波の周波数が高くなるに
従って受信信号Ｖ0 の振幅が大きくなる。このため、渦
Ａによって超音波の周波数が周波数ｆ0 よりも低くなっ
たときには、受信信号Ｖ0 の振幅は小さくなるから、整
形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が遅くなり、検出信号Ｖ3
のパルス幅は増加する。一方、渦Ｂによって超音波の周
波数が周波数ｆ0 よりも高くなったときには、受信信号
Ｖ0 の振幅は大きくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上が
り位置が早くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は増加す
る。

【００４７】この結果、波形変換回路９から出力される
渦信号Ｖ4 の振幅は、図２に示すように受信信号Ｖ0 の
振幅が変化しないときに比べて増加し、流量等の検出感
度が向上している。このとき、振幅復調回路１１は、受
信信号Ｖ0 から復調した振幅復調信号Ｖ5 を出力し、こ
の振幅復調信号Ｖ5 は、渦信号Ｖ4 と同相で変化する。
このため、振幅復調信号Ｖ5 は、渦信号Ｖ4 が増加する
ときに増加し、渦信号Ｖ4 が減少するときに減少してい
る。

【００４８】次に、加算回路１２は同相で変化する振幅
復調信号Ｖ5 と渦信号Ｖ4 とを加算するから、加算回路
１２から出力される加算信号Ｖ6 は、その振幅が渦信号
Ｖ4よりも増加する。一方、減算回路１３は渦信号Ｖ4
から振幅復調信号Ｖ5 を減算するから、減算回路１３か
ら出力される減算信号Ｖ7 は、その振幅が渦信号Ｖ4よ
りも減少する。

【００４９】そして、選択回路１４は、加算信号Ｖ6 の
振幅と減算信号Ｖ7 の振幅とを比較し、振幅の大きい加
算信号Ｖ6 を選択するから、加算信号Ｖ6 と等しい選択
信号Ｖ8 を出力する。最後に、演算回路１５は、渦信号
Ｖ4 よりも振幅の大きくなった選択信号Ｖ8 を用いて渦
Ａ，Ｂが発生する周波数、即ち単位時間当りの渦Ａ，Ｂ
の発生数を演算し、流路１Ａを流れる流体の流量または
流速を測定する。

【００５０】次に、図６に示すように超音波送信器３か
ら出力される超音波の周波数ｆ0 ′が受信用超音波セン
サ４の特性の変曲点である周波数ｆ1 よりも高い場合に
ついて検討する。

【００５１】この場合、超音波の周波数が渦Ａ，Ｂによ
ってΔｆだけ増減すると、超音波の周波数が高くなるに
従って受信信号Ｖ0 の振幅が小さくなる。このため、渦
Ａによって超音波の周波数が周波数ｆ0 ′よりも低くな
ったときには、受信信号Ｖ0の振幅は大きくなるから、
整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が早くなり、検出信号Ｖ
3 のパルス幅は減少する。一方、渦Ｂによって超音波の
周波数が周波数ｆ0 ′りも高くなったときには、受信信
号Ｖ0 の振幅は小さくなるから、整形信号Ｖ2の立ち上
がり位置が遅くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は減少す
る。

【００５２】この結果、波形変換回路９から出力される
渦信号Ｖ4 の振幅は、図３に示すように受信信号Ｖ0 の
振幅が変化しないときに比べて減少し、流量等の検出感
度が低下している。このとき、振幅復調回路１１は、受
信信号Ｖ0 から復調した振幅復調信号Ｖ5 を出力し、こ
の振幅復調信号Ｖ5 は、渦信号Ｖ4 と逆相で変化する。
このため、振幅復調信号Ｖ5 は、渦信号Ｖ4 が増加する
ときに減少し、渦信号Ｖ4 が減少するときに増加してい
る。

【００５３】次に、加算回路１２は逆相で変化する振幅
復調信号Ｖ5 と渦信号Ｖ4 とを加算するから、加算回路
１２から出力される加算信号Ｖ6 は、その振幅が渦信号
Ｖ4よりも減少する。一方、減算回路１３は渦信号Ｖ4
から振幅復調信号Ｖ5 を減算するから、減算回路１３か
ら出力される減算信号Ｖ7 は、その振幅が渦信号Ｖ4よ
りも増加する。

【００５４】そして、選択回路１４は、加算信号Ｖ6 の
振幅と減算信号Ｖ7 の振幅とを比較し、振幅の大きい減
算信号Ｖ7 を選択するから、減算信号Ｖ7 と等しい選択
信号Ｖ8 を出力する。最後に、演算回路１５は、渦信号
Ｖ4 よりも振幅の大きくなった選択信号Ｖ8 を用いて渦
Ａ，Ｂが発生する周波数、即ち単位時間当りの渦Ａ，Ｂ
の発生数を演算し、流路１Ａを流れる流体の流量または
流速を測定する。

【００５５】かくして、本実施の形態では、受信用超音
波センサ４には振幅復調回路１１を接続し、該振幅復調
回路１１と位相比較器７とには加算回路１２と減算回路
１３とを接続する構成としたから、振幅復調回路１１に
よって受信信号Ｖ0 に振幅変調された超音波信号Ｓを復
調して振幅復調信号Ｖ5 を出力し、加算回路１２によっ
て振幅復調信号Ｖ5 と渦信号Ｖ4 とを加算し、減算回路
１３によって渦信号Ｖ4 から振幅復調信号Ｖ5 を減算す
ることができる。このため、渦信号Ｖ4 と振幅復調信号
Ｖ5 とが同相で変化するときには、加算回路１２から出
力される加算信号Ｖ6 が渦信号Ｖ4 よりも振幅が増加
し、渦信号Ｖ4 と振幅復調信号Ｖ5 とが逆相で変化する
ときには、減算回路１３から出力される減算信号Ｖ7 が
渦信号Ｖ4よりも振幅が増加する。

【００５６】この結果、渦信号Ｖ4 と振幅復調信号Ｖ5
とが同相、逆相のいずれで変化するときであっても、加
算信号Ｖ6 と減算信号Ｖ7 とのうちいずれか一方の信号
は、渦信号Ｖ4 よりも大きな振幅で変化するから、加算
信号Ｖ6 と減算信号Ｖ7 とを用いることによって、流体
の流量等を高精度に検出することができる。

【００５７】また、加算回路１２と減算回路１３とには
加算信号Ｖ6 と減算信号Ｖ7 とのうち振幅の大きな信号
を選択する選択回路１４を接続したから、選択回路１４
によって選択した選択信号Ｖ8 を用いることによって、
渦Ａ，Ｂが発生する周波数を演算し、流路を流れる流体
の流量または流速を測定することができる。特に、選択
回路１４は加算信号Ｖ6 と減算信号Ｖ7 とのうち振幅の
大きな信号を選択するから、流体が低速で流れるときの
ように、渦Ａ，Ｂが小さいときであっても、渦Ａ，Ｂが
発生する周波数を正確に測定することができ、流量また
は流速の検出感度を高めることができる。

【００５８】さらに、受信用超音波センサ４と位相比較
器７との間には波形整形回路６を接続し、振幅復調回路
１１は波形整形回路６の前段側で受信用超音波センサ４
に接続する構成としたから、位相比較器７は波形整形回
路６によって矩形波に波形整形された整形信号Ｖ2 と超
音波送信器３の送信信号Ｖ1 とを比較することによって
渦発生体２によって発生した渦Ａ，Ｂを検出することが
できる。

【００５９】また、位相比較器７から出力される渦信号
Ｖ4 は、受信用超音波センサ４の周波数特性と波形整形
回路６とのヒステリシスによって、その振幅が超音波信
号Ｓに応じて増減する。このとき、振幅復調回路１１は
受信用超音波センサ４に接続したから、受信用超音波セ
ンサ４から出力される受信信号Ｖ0 に変調された超音波
信号Ｓを復調することができる。このため、振幅復調回
路１１から出力された振幅復調信号Ｖ5 を位相比較器７
から出力された渦信号Ｖ4 に加算、減算することによっ
て、渦信号Ｖ4 よりも振幅の大きな加算信号Ｖ6 、減算
信号Ｖ7 を出力することができる。

【００６０】なお、前記実施の形態では、波形変換回路
９と振幅復調回路１１とに減算回路１３を接続するもの
としたが、減算回路１３に代えて、振幅復調回路１１に
接続され振幅復調回路１１から出力される振幅復調信号
Ｖ5 の正負を反転する反転回路と、該反転回路と波形変
換回路９とに接続され反転回路から出力される反転信号
と波形変換回路９から出力される渦信号とを加算する加
算回路とを設ける構成としてもよい。

【００６１】また、前記実施の形態では、位相比較器７
に直接的に波形変換回路９を接続するものとしたが、従
来技術と同様に位相比較器７と波形変換回路９との間に
増幅器８を接続してもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、超音波受信器には振幅復調信号を出力する振幅復
調器を接続し、振幅復調信号と渦信号とを加算する加算
器を設け、渦信号から振幅復調信号を減算する減算器を
設ける構成としたから、振幅復調器によって受信信号に
振幅変調された超音波信号を復調して振幅復調信号を出
力し、加算器によって振幅復調信号と渦信号とを加算
し、減算器によって渦信号から振幅復調信号を減算する
ことができる。このとき、渦信号と振幅復調信号とが同
相で変化するには、加算信号が渦信号よりも振幅が増加
し、渦信号と振幅復調信号とが逆相で変化するときに
は、減算信号が渦信号よりも振幅が増加する。このた
め、渦信号と振幅復調信号とが同相、逆相のいずれで変
化するときであっても、加算信号と減算信号とのうちい
ずれか一方の信号は、渦信号よりも大きな振幅で変化す
るから、加算信号と減算信号とを用いることによって、
流体の流量等を高精度に検出することができる。

【００６３】また、請求項２の発明によれば、加算器と
減算器とには加算信号と減算信号とのうち振幅の大きな
信号を選択する選択器を接続する構成としたから、選択
器によって選択した選択信号を用いることによって、渦
が発生する周波数を演算できる。また、選択器は加算信
号と減算信号とのうち振幅の大きな信号を選択するか
ら、流体が低速で流れるときのように渦が小さいときで
あっても、渦が発生する周波数を正確に測定することが
でき、流量または流速の検出感度を高めることができ
る。

【００６４】また、請求項３の発明によれば、超音波受
信器と位相比較器との間には該超音波受信器から出力さ
れた受信信号を矩形波に波形整形する波形整形回路を接
続して設け、振幅復調器は該波形整形回路の前段側で前
記超音波受信器に接続する構成としたから、位相比較器
は、波形整形回路によって受信信号を矩形波に波形整形
された整形信号と超音波送信器から送信された送信信号
とを比較することによって渦発生体によって発生した渦
を検出することができる。また、振幅復調器は波形整形
回路の前段側で超音波受信器に接続したから、超音波受
信器が超音波を受信するときに受信信号に変調した超音
波信号を振幅復調器によって復調することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による超音波式渦流量計の
全体構成を示すブロック図である。

【図２】渦信号と振幅復調信号とが同相で変化するとき
の渦信号、振幅復調信号、加算信号、減算信号、選択信
号の時間変化を示す特性線図である。

【図３】渦信号と振幅復調信号とが逆相で変化するとき
の渦信号、振幅復調信号、加算信号、減算信号、選択信
号の時間変化を示す特性線図である。

【図４】従来技術による超音波式渦流量計の全体構成を
示すブロック図である。

【図５】送信信号、整形信号、検出信号、渦信号の時間
変化を示す特性線図である。

【図６】超音波の周波数と受信用超音波センサから出力
される受信信号の振幅の増幅度との関係を示す特性線図
である。

【図７】受信信号、整形信号の時間変化を示す特性線図
である。

【図８】受信信号の振幅が変化したときの整形信号の時
間変化を示す特性線図である。

【符号の説明】

１ 流量計本体 １Ａ 流路 ２ 渦発生体 ３ 超音波送信器 ４ 受信用超音波センサ（超音波受信器） ６ 波形整形回路 ７ 位相比較器 １１ 振幅復調回路（振幅復調器） １２ 加算回路（加算器） １３ 減算回路（減算器） １４ 選択回路（選択器）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路を形成する流量計本体と、該流量計
   本体の流路内に設けられ渦を発生させる渦発生体と、該
   渦発生体の下流側に位置して前記流量計本体に設けられ
   流路内に超音波を送信する超音波送信器と、該超音波送
   信器と対向して前記流量計本体に設けられ該超音波送信
   器から送信された超音波を受信する超音波受信器と、前
   記超音波送信器から送信された送信信号と超音波受信器
   から受信した受信信号との位相を比較し前記渦発生体に
   よって発生した渦を検出する位相比較器とからなる超音
   波式渦流量計において、 前記超音波受信器には超音波の周波数に応じて受信信号
   に振幅変調された超音波信号を復調する振幅復調器を接
   続し、該振幅復調器から出力される振幅復調信号と位相
   比較器から出力される渦信号とを加算する加算器を設
   け、前記位相比較器から出力される渦信号から振幅復調
   器から出力される振幅復調信号を減算する減算器を設
   け、前記加算器から出力される加算信号と減算器から出
   力される減算信号とを用いて流体の流量または流速を計
   測する構成としたことを特徴とする超音波式渦流量計。
2. 【請求項２】 前記加算器と減算器とには加算器から出
   力される加算信号と減算器から出力される減算信号との
   うち振幅の大きな信号を選択する選択器を接続する構成
   としてなる請求項１に記載の超音波式渦流量計。
3. 【請求項３】 前記超音波受信器と位相比較器との間に
   は該超音波受信器から出力された受信信号を矩形波に波
   形整形する波形整形回路を設け、前記振幅復調器は該波
   形整形回路の前段側で前記超音波受信器に接続する構成
   としてなる請求項１または２に記載の超音波式渦流量
   計。