JP2002062198A - 音響式ガス温度計測方法および音響式ガス温度計 - Google Patents
音響式ガス温度計測方法および音響式ガス温度計Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発信器に投入する単位時間当たりエネルギー
を低減し、小さな発信器を採用でき、発信器の耐久性を
向上させ、時間平均的手法によりガス温度出力値の大き
な変動を抑制する手段を備えた音響式ガス温度計を提供
する。 【解決手段】 火炉本体１に音波信号を供給し定在波を
生じさせる発信器２と、発信器２を所定周波数範囲の信
号で駆動する信号発生器５と、壁面でバックグラウンド
ノイズを含む音波信号と定在波を含む音波信号とを受信
する受信器３と、前記両信号の周波数分布を解析するス
ペクトル解析器６と、解析された音波信号の一方の周波
数分布を記憶するメモリ７と、メモリ７とスペクトル解
析器６とから解析された音波信号を取り込み差分信号を
求める差分器８と、差分信号の周波数スペクトルから定
在波の共振周波数を抽出するピーク検出器９と、共振周
波数と壁面間の距離とにより音響の伝播速度を求めガス
温度を演算するガス温度演算器１２とからなる。
を低減し、小さな発信器を採用でき、発信器の耐久性を
向上させ、時間平均的手法によりガス温度出力値の大き
な変動を抑制する手段を備えた音響式ガス温度計を提供
する。 【解決手段】 火炉本体１に音波信号を供給し定在波を
生じさせる発信器２と、発信器２を所定周波数範囲の信
号で駆動する信号発生器５と、壁面でバックグラウンド
ノイズを含む音波信号と定在波を含む音波信号とを受信
する受信器３と、前記両信号の周波数分布を解析するス
ペクトル解析器６と、解析された音波信号の一方の周波
数分布を記憶するメモリ７と、メモリ７とスペクトル解
析器６とから解析された音波信号を取り込み差分信号を
求める差分器８と、差分信号の周波数スペクトルから定
在波の共振周波数を抽出するピーク検出器９と、共振周
波数と壁面間の距離とにより音響の伝播速度を求めガス
温度を演算するガス温度演算器１２とからなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響式ガス温度計
に係り、特に、プラント設備などにおいて従来の熱電対
や放射温度計では計測困難な高温ガス温度を継続的に計
測する音響式ガス温度計に関する。
に係り、特に、プラント設備などにおいて従来の熱電対
や放射温度計では計測困難な高温ガス温度を継続的に計
測する音響式ガス温度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の音波を利用したガス温度計では、
放電時の爆発音が受信器まで到達する時間を計測し、ま
たは、数十マイクロ秒〜数ミリ秒の短時間に発信器から
発生させたパルス状の音波が受信器まで到達する時間を
計測して、その時間差からガス温度を計算している。
放電時の爆発音が受信器まで到達する時間を計測し、ま
たは、数十マイクロ秒〜数ミリ秒の短時間に発信器から
発生させたパルス状の音波が受信器まで到達する時間を
計測して、その時間差からガス温度を計算している。
【０００３】図４は、従来の音響式ガス温度計の系統構
成の一例を示すブロック図であり、図５は、図４の音響
式ガス温度計の動作原理を示すタイムチャートである。
この場合の計測対象は、ボイラの火炉本体１内のガス温
度とする。
成の一例を示すブロック図であり、図５は、図４の音響
式ガス温度計の動作原理を示すタイムチャートである。
この場合の計測対象は、ボイラの火炉本体１内のガス温
度とする。
【０００４】計測を開始すると、解析装置４は、信号発
生器５から短時間のパルス状信号を発信器２に送り、音
波を発生させる。解析装置４は、発信時刻を記録してお
く。火炉本体１内を伝播した音波は、受信器３で受信さ
れ、解析装置４に送られる。解析装置４は、ピーク検出
器９で、受信音波の到達時刻を算出する。ガス温度演算
器１２は、発信音波１５の発信時刻と受信音波１６の受
信時刻との時間差ｔdから音速を計算し、発信器２と受
信器３との間の既知の伝達距離Ｌを用いて、次式によ
り、ガス温度Ｔ Ｔ＝Ｃ(Ｌ／ｔd)２ を算出する。ただし、Ｃは定数である。
生器５から短時間のパルス状信号を発信器２に送り、音
波を発生させる。解析装置４は、発信時刻を記録してお
く。火炉本体１内を伝播した音波は、受信器３で受信さ
れ、解析装置４に送られる。解析装置４は、ピーク検出
器９で、受信音波の到達時刻を算出する。ガス温度演算
器１２は、発信音波１５の発信時刻と受信音波１６の受
信時刻との時間差ｔdから音速を計算し、発信器２と受
信器３との間の既知の伝達距離Ｌを用いて、次式によ
り、ガス温度Ｔ Ｔ＝Ｃ(Ｌ／ｔd)２ を算出する。ただし、Ｃは定数である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の音響式ガス温度
計では、火炉本体１内のガス温度を得るために、発信器
２から受信器３までの時間差ｔdを計測し、ガス温度を
算出していた。
計では、火炉本体１内のガス温度を得るために、発信器
２から受信器３までの時間差ｔdを計測し、ガス温度を
算出していた。
【０００６】実際のプラント設備、例えばボイラの火炉
本体１の内部では、燃料の噴射音，送風音，ガスの燃焼
音，ガスの排出音などが、バックグラウンドノイズとし
て充満しており、放電による爆発音や相当強力なパルス
状の音波を信号として発信しないと、バックグラウンド
ノイズに埋もれてしまい、検出できないことになる。
本体１の内部では、燃料の噴射音，送風音，ガスの燃焼
音，ガスの排出音などが、バックグラウンドノイズとし
て充満しており、放電による爆発音や相当強力なパルス
状の音波を信号として発信しないと、バックグラウンド
ノイズに埋もれてしまい、検出できないことになる。
【０００７】そこで、従来の音響式ガス温度計では、発
信器２から出力された音波１回分の到達時間で気体温度
を計測していたために、バックグラウンドノイズレベル
よりも数十ｄＢ高いエネルギーの音波を短期間に集中し
て出力する必要があり、発信器２には、瞬間的な高出力
に耐え得る大型発信器を用いなければならなかった。
信器２から出力された音波１回分の到達時間で気体温度
を計測していたために、バックグラウンドノイズレベル
よりも数十ｄＢ高いエネルギーの音波を短期間に集中し
て出力する必要があり、発信器２には、瞬間的な高出力
に耐え得る大型発信器を用いなければならなかった。
【０００８】また、継続的に計測する場合は、高いエネ
ルギーの音波を多数回発信することになり、発信器の長
期的耐久性を損なうという問題があった。
ルギーの音波を多数回発信することになり、発信器の長
期的耐久性を損なうという問題があった。
【０００９】さらに、ガス温度を繰り返し計測する場合
に、各回の計測が短期間で終了してしまうために、短い
周期のノイズ変化の影響が大きく現れ、ガス温度出力値
が大きく変動するという問題もあった。
に、各回の計測が短期間で終了してしまうために、短い
周期のノイズ変化の影響が大きく現れ、ガス温度出力値
が大きく変動するという問題もあった。
【００１０】本発明の目的は、単位時間当たりに発信器
に投入するエネルギーを低減させて小さな発信器を採用
できるようにして、発信器の耐久性を向上させるととも
に、ある程度の時間平均的手法によりガス温度出力値の
大きな変動を抑制する手段を備えた音響式ガス温度計測
方法および音響式ガス温度計を提供することである。
に投入するエネルギーを低減させて小さな発信器を採用
できるようにして、発信器の耐久性を向上させるととも
に、ある程度の時間平均的手法によりガス温度出力値の
大きな変動を抑制する手段を備えた音響式ガス温度計測
方法および音響式ガス温度計を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、壁面に囲まれた空間内のガス温度を音響
の伝播速度により計測する音響式ガス温度計測方法にお
いて、壁面に設置した発信器から空間内に所定周波数範
囲の音波信号を供給して定在波を生じさせ、壁面に設置
した受信器により定在波を含む音波信号を受信し、音波
信号の周波数スペクトルから定在波の共振周波数を抽出
し、共振周波数と壁面間の距離とに基づき音響の伝播速
度を求めてガス温度を演算する音響式ガス温度計測方法
を提案する。
成するために、壁面に囲まれた空間内のガス温度を音響
の伝播速度により計測する音響式ガス温度計測方法にお
いて、壁面に設置した発信器から空間内に所定周波数範
囲の音波信号を供給して定在波を生じさせ、壁面に設置
した受信器により定在波を含む音波信号を受信し、音波
信号の周波数スペクトルから定在波の共振周波数を抽出
し、共振周波数と壁面間の距離とに基づき音響の伝播速
度を求めてガス温度を演算する音響式ガス温度計測方法
を提案する。
【００１２】本発明は、また、壁面に囲まれた空間内の
ガス温度を音響の伝播速度により計測する音響式ガス温
度計測方法において、壁面に設置した受信器によりバッ
クグラウンドノイズを含む音波信号を受信し、壁面に設
置した発信器から空間内に所定周波数範囲の音波信号を
供給して定在波を生じさせ、壁面に設置した受信器によ
り定在波を含む音波信号を受信し、バックグラウンドノ
イズを含む音波信号と定在波を含む音波信号との差分信
号を求め、差分信号の周波数スペクトルから定在波の共
振周波数を抽出し、共振周波数と壁面間の距離とに基づ
き音響の伝播速度を求めてガス温度を演算する音響式ガ
ス温度計測方法を提案する。
ガス温度を音響の伝播速度により計測する音響式ガス温
度計測方法において、壁面に設置した受信器によりバッ
クグラウンドノイズを含む音波信号を受信し、壁面に設
置した発信器から空間内に所定周波数範囲の音波信号を
供給して定在波を生じさせ、壁面に設置した受信器によ
り定在波を含む音波信号を受信し、バックグラウンドノ
イズを含む音波信号と定在波を含む音波信号との差分信
号を求め、差分信号の周波数スペクトルから定在波の共
振周波数を抽出し、共振周波数と壁面間の距離とに基づ
き音響の伝播速度を求めてガス温度を演算する音響式ガ
ス温度計測方法を提案する。
【００１３】本発明は、さらに、壁面に囲まれた空間内
のガス温度を音響の伝播速度により計測する音響式ガス
温度計において、壁面に設置され空間内に音波信号を供
給して定在波を生じさせる発信器と、発信器に所定周波
数範囲の駆動信号を出力する信号発生器と、壁面に設置
されバックグラウンドノイズを含む音波信号と定在波を
含む音波信号とを択一的に受信する受信器と、バックグ
ラウンドノイズを含む音波信号および定在波を含む音波
信号の周波数分布をそれぞれ解析するスペクトル解析器
と、解析された音波信号のいずれか一方の周波数分布を
記憶するメモリと、メモリとスペクトル解析とからバッ
クグラウンドノイズを含む音波信号と定在波を含む音波
信号とを取り込み差分信号を求める差分器と、差分信号
の周波数スペクトルから定在波の共振周波数を抽出する
ピーク検出器と、共振周波数と壁面間の距離とに基づき
音響の伝播速度を求めてガス温度を演算するガス温度演
算器とからなる音響式ガス温度計を提案する。
のガス温度を音響の伝播速度により計測する音響式ガス
温度計において、壁面に設置され空間内に音波信号を供
給して定在波を生じさせる発信器と、発信器に所定周波
数範囲の駆動信号を出力する信号発生器と、壁面に設置
されバックグラウンドノイズを含む音波信号と定在波を
含む音波信号とを択一的に受信する受信器と、バックグ
ラウンドノイズを含む音波信号および定在波を含む音波
信号の周波数分布をそれぞれ解析するスペクトル解析器
と、解析された音波信号のいずれか一方の周波数分布を
記憶するメモリと、メモリとスペクトル解析とからバッ
クグラウンドノイズを含む音波信号と定在波を含む音波
信号とを取り込み差分信号を求める差分器と、差分信号
の周波数スペクトルから定在波の共振周波数を抽出する
ピーク検出器と、共振周波数と壁面間の距離とに基づき
音響の伝播速度を求めてガス温度を演算するガス温度演
算器とからなる音響式ガス温度計を提案する。
【００１４】所定周波数の音波信号は、所定周波数範囲
の掃引信号でもよく、所定周波数範囲の白色雑音でもよ
い。
の掃引信号でもよく、所定周波数範囲の白色雑音でもよ
い。
【００１５】本発明においては、壁面に設置した発信器
から空間内に所定周波数範囲の音波信号を供給して定在
波を生じさせて利用することが特徴である。基本的に
は、壁面に設置した受信器により定在波を含む音波信号
を受信し、音波信号の周波数スペクトルから定在波の共
振周波数を抽出し、共振周波数と壁面間の距離とに基づ
き音響の伝播速度を求めてガス温度を演算することにな
る。
から空間内に所定周波数範囲の音波信号を供給して定在
波を生じさせて利用することが特徴である。基本的に
は、壁面に設置した受信器により定在波を含む音波信号
を受信し、音波信号の周波数スペクトルから定在波の共
振周波数を抽出し、共振周波数と壁面間の距離とに基づ
き音響の伝播速度を求めてガス温度を演算することにな
る。
【００１６】このようにすると、バックグラウンドノイ
ズのレベルよりも１０〜２０ｄＢ程度高いエネルギーの
音波信号を空間内に供給すれば、定在波が生じ、十分に
検出できる。したがって、発信器には、それほど高耐力
でない発信器を使用できる。
ズのレベルよりも１０〜２０ｄＢ程度高いエネルギーの
音波信号を空間内に供給すれば、定在波が生じ、十分に
検出できる。したがって、発信器には、それほど高耐力
でない発信器を使用できる。
【００１７】より確実に共振周波数を検出するには、予
めバックグラウンドノイズを含む音波信号を受信し、次
に、前記空間内に所定周波数範囲の音波信号を供給して
定在波を生じさせ、定在波を含む音波信号を受信し、バ
ックグラウンドノイズを含む音波信号と定在波を含む音
波信号との差分信号を求める。さらに、差分信号の周波
数スペクトルから定在波の共振周波数を抽出し、共振周
波数と壁面間の距離とに基づき音響の伝播速度を求めて
ガス温度を演算する。
めバックグラウンドノイズを含む音波信号を受信し、次
に、前記空間内に所定周波数範囲の音波信号を供給して
定在波を生じさせ、定在波を含む音波信号を受信し、バ
ックグラウンドノイズを含む音波信号と定在波を含む音
波信号との差分信号を求める。さらに、差分信号の周波
数スペクトルから定在波の共振周波数を抽出し、共振周
波数と壁面間の距離とに基づき音響の伝播速度を求めて
ガス温度を演算する。
【００１８】この処理手順によれば、バックグラウンド
ノイズの影響を排除できるので、共振周波数をより確実
に検出可能であり、ガス温度をより正確に演算できる。
ノイズの影響を排除できるので、共振周波数をより確実
に検出可能であり、ガス温度をより正確に演算できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明による音響式ガス
温度計の一実施形態の系統構成を示すブロック図であ
る。火炉本体１内には、温度計測対象のガスが充満して
いる。本実施形態の解析装置４は、発信器２から火炉本
体１内部に後述する周波数の音波を発信して、受信器３
により火炉本体１内部の音波を取り出す。解析装置４
は、発信器２に音波源となる電気信号を供給する信号発
生器５と、受信器３で受信された音波に含まれる周波数
ごとの強度分布を解析するスペクトル解析器６と、音波
信号を発信しないときのバックグラウンド信号の周波数
分布の解析結果を一時記憶するメモリ７と、音波信号を
発信したときの周波数分布の解析結果からメモリ７に記
憶されていたバックグラウンド信号の周波数分布の解析
結果を差し引く差分器８と、差分器８の差信号のピーク
周波数を検出するピーク検出器９と、ピーク検出器９で
検出されたピーク周波数に基づいてガス温度を算出する
ガス温度演算器１２と、スペクトル解析器６による周波
数分布の解析結果の出力先をメモリ７または差分器８に
切り換えるスイッチ１１と、信号発生器５の発信タイミ
ングおよび発信周波数範囲とスイッチ１１の切り換えタ
イミングとを同期的に制御するコントローラ１０とから
なる。
温度計の一実施形態の系統構成を示すブロック図であ
る。火炉本体１内には、温度計測対象のガスが充満して
いる。本実施形態の解析装置４は、発信器２から火炉本
体１内部に後述する周波数の音波を発信して、受信器３
により火炉本体１内部の音波を取り出す。解析装置４
は、発信器２に音波源となる電気信号を供給する信号発
生器５と、受信器３で受信された音波に含まれる周波数
ごとの強度分布を解析するスペクトル解析器６と、音波
信号を発信しないときのバックグラウンド信号の周波数
分布の解析結果を一時記憶するメモリ７と、音波信号を
発信したときの周波数分布の解析結果からメモリ７に記
憶されていたバックグラウンド信号の周波数分布の解析
結果を差し引く差分器８と、差分器８の差信号のピーク
周波数を検出するピーク検出器９と、ピーク検出器９で
検出されたピーク周波数に基づいてガス温度を算出する
ガス温度演算器１２と、スペクトル解析器６による周波
数分布の解析結果の出力先をメモリ７または差分器８に
切り換えるスイッチ１１と、信号発生器５の発信タイミ
ングおよび発信周波数範囲とスイッチ１１の切り換えタ
イミングとを同期的に制御するコントローラ１０とから
なる。
【００２０】図２は、図１の火炉本体１における共振モ
ードと共振周波数ｆrとの関係を説明する図である。本
発明は、火炉本体などの壁面に囲まれた空間内に共振現
象により生ずる定在波を利用する。
ードと共振周波数ｆrとの関係を説明する図である。本
発明は、火炉本体などの壁面に囲まれた空間内に共振現
象により生ずる定在波を利用する。
【００２１】ここでは、火炉本体１の平断面が長方形で
あり、その長手方向壁面の間隔が、(ａ)に示すように、
Ｌであり、音波の波長がλであるとする。ｎ＝１すなわ
ち１次の定在波は、(ｂ)に示すように、半波長すなわち
Ｌ＝(１／２)λ1場合に生ずる。ｎ＝２すなわち２次の
定在波は、(ｃ)に示すように、１波長すなわちＬ＝λ2
の場合に生ずる。ｎ＝３すなわち３次の定在波は、(ｄ)
に示すように、(３／２)波長すなわちＬ＝(３／２)λ3
の場合に生ずる。
あり、その長手方向壁面の間隔が、(ａ)に示すように、
Ｌであり、音波の波長がλであるとする。ｎ＝１すなわ
ち１次の定在波は、(ｂ)に示すように、半波長すなわち
Ｌ＝(１／２)λ1場合に生ずる。ｎ＝２すなわち２次の
定在波は、(ｃ)に示すように、１波長すなわちＬ＝λ2
の場合に生ずる。ｎ＝３すなわち３次の定在波は、(ｄ)
に示すように、(３／２)波長すなわちＬ＝(３／２)λ3
の場合に生ずる。
【００２２】解析装置４において、信号発生器５は、発
信器２を駆動し、周波数スペクトル解析器６は、受信器
３で受信した信号を解析し、周波数分布を求める。ピー
ク検出器９は、火炉本体１内部の気体の生じた定在波の
共振周波数ｆrを求め、ガス温度演算器１２は、この共
振周波数ｆrに基づいて、ガス温度Ｔを算出する。
信器２を駆動し、周波数スペクトル解析器６は、受信器
３で受信した信号を解析し、周波数分布を求める。ピー
ク検出器９は、火炉本体１内部の気体の生じた定在波の
共振周波数ｆrを求め、ガス温度演算器１２は、この共
振周波数ｆrに基づいて、ガス温度Ｔを算出する。
【００２３】図３は、図１の実施形態で検出される共振
音波信号を含んだスペクトル１４とバックグラウンドノ
イズスペクトル１３とそれらの差分演算により得られた
共振音波信号のみのスペクトルとの関係を周波数領域で
示す図である。
音波信号を含んだスペクトル１４とバックグラウンドノ
イズスペクトル１３とそれらの差分演算により得られた
共振音波信号のみのスペクトルとの関係を周波数領域で
示す図である。
【００２４】解析装置４は、まず、基準となる火炉本体
１内のノイズ周波数分布、すなわち図３(Ｂ)に示した火
炉本体１のその時点で固有なノイズ周波数分布を保存す
るために、周波数スペクトル解析器６を用い、受信器３
で受信した信号からオリジナル周波数スペクトル１３を
求め、スイッチ１１をメモリ７側に切り換え、メモリ７
に保存しておく。
１内のノイズ周波数分布、すなわち図３(Ｂ)に示した火
炉本体１のその時点で固有なノイズ周波数分布を保存す
るために、周波数スペクトル解析器６を用い、受信器３
で受信した信号からオリジナル周波数スペクトル１３を
求め、スイッチ１１をメモリ７側に切り換え、メモリ７
に保存しておく。
【００２５】次に、信号発生器５で、例えば白色雑音を
発生し、発信器２を駆動する。この際に発信器５の駆動
電力を節約するために、予め火炉本体１内で予想される
共振周波数ｆrを含む周波数範囲を設定しておき、信号
発生器５の出力をこの周波数範囲に制限することが望ま
しい。周波数スペクトル解析器６は、受信器３で受信し
た信号から図３(Ａ)に示した周波数スペクトル１４を求
める。
発生し、発信器２を駆動する。この際に発信器５の駆動
電力を節約するために、予め火炉本体１内で予想される
共振周波数ｆrを含む周波数範囲を設定しておき、信号
発生器５の出力をこの周波数範囲に制限することが望ま
しい。周波数スペクトル解析器６は、受信器３で受信し
た信号から図３(Ａ)に示した周波数スペクトル１４を求
める。
【００２６】コントローラ１０が、スイッチ１１を差分
器８側に切り換えると、差分器８は、この周波数スペク
トル１４とメモリ７に保存しておいたオリジナル周波数
スペクトル１３との差分を求め、図３(Ｃ)に示す共振周
波数ｆ1，ｆ2，ｆ3を含む差分周波数スペクトルを出力
する。ピーク検出器９は、共振周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3を
抽出する。ガス温度演算器１２は、その共振周波数ｆ1,
ｆ2,ｆ3,…からガス温度Ｔを計算する。
器８側に切り換えると、差分器８は、この周波数スペク
トル１４とメモリ７に保存しておいたオリジナル周波数
スペクトル１３との差分を求め、図３(Ｃ)に示す共振周
波数ｆ1，ｆ2，ｆ3を含む差分周波数スペクトルを出力
する。ピーク検出器９は、共振周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3を
抽出する。ガス温度演算器１２は、その共振周波数ｆ1,
ｆ2,ｆ3,…からガス温度Ｔを計算する。
【００２７】ガス温度演算器１２は、共振モードの次数
をｎ（ｎは自然数）とした場合、ガス温度Ｔと共振周波
数ｆr(＝ｆ1,ｆ2,ｆ3,…)との下記の関係から,ガス温度
Ｔ Ｔ＝Ｃ(２Ｌ／ｎｆ1)２ を算出する。ここで、Ｔ：ガス温度，Ｃ：定数，Ｌ：火
炉本体１の１辺の長さ，ｆr：共振周波数，ｎ：共振モ
ードの次数である。共振周波数ｆrは、より具体的に
は、ｆ2＝２×ｆ1,ｆ3＝３×ｆ1,…である。
をｎ（ｎは自然数）とした場合、ガス温度Ｔと共振周波
数ｆr(＝ｆ1,ｆ2,ｆ3,…)との下記の関係から,ガス温度
Ｔ Ｔ＝Ｃ(２Ｌ／ｎｆ1)２ を算出する。ここで、Ｔ：ガス温度，Ｃ：定数，Ｌ：火
炉本体１の１辺の長さ，ｆr：共振周波数，ｎ：共振モ
ードの次数である。共振周波数ｆrは、より具体的に
は、ｆ2＝２×ｆ1,ｆ3＝３×ｆ1,…である。
【００２８】本実施形態においては、火炉本体などの壁
面に囲まれた空間内に共振現象により生ずる定在波を利
用するので、バックグラウンドノイズが充満していて
も、それと同程度のエネルギーの共振用音波信号を出力
して、そのノイズレベルの上に定在波を生じさせればよ
く、差分を求めることで、バックグラウンドノイズにか
かわりなく、音波信号を検出できる。したがって、発信
器２には、それほど高耐力ではない発信器を使用でき
る。
面に囲まれた空間内に共振現象により生ずる定在波を利
用するので、バックグラウンドノイズが充満していて
も、それと同程度のエネルギーの共振用音波信号を出力
して、そのノイズレベルの上に定在波を生じさせればよ
く、差分を求めることで、バックグラウンドノイズにか
かわりなく、音波信号を検出できる。したがって、発信
器２には、それほど高耐力ではない発信器を使用でき
る。
【００２９】また、継続的に計測する場合も、それほど
高くないエネルギーの音波を発信するので、発信器の長
期的耐久性を損なうことがない。
高くないエネルギーの音波を発信するので、発信器の長
期的耐久性を損なうことがない。
【００３０】さらに、スペクトルの周波数分布を解析し
てガス温度を計測する方式であるから、時間的に平均化
することになり、短い周期のノイズ変化の影響が緩和さ
れ、ガス温度出力値が大きく変動することが避けられ
る。
てガス温度を計測する方式であるから、時間的に平均化
することになり、短い周期のノイズ変化の影響が緩和さ
れ、ガス温度出力値が大きく変動することが避けられ
る。
【００３１】上記実施形態においては、図３(Ｂ)のバッ
クグラウンドノイズスペクトル１３をメモリ７に保存し
たが、図３(Ａ)の周波数スペクトル１４を先に保存し、
その直後に測定した図３(Ｂ)のバックグラウンドノイズ
スペクトル１３を差分器８で差し引くようにしてもよ
い。
クグラウンドノイズスペクトル１３をメモリ７に保存し
たが、図３(Ａ)の周波数スペクトル１４を先に保存し、
その直後に測定した図３(Ｂ)のバックグラウンドノイズ
スペクトル１３を差分器８で差し引くようにしてもよ
い。
【００３２】また、信号発生器５は、白色雑音に代え、
所定周波数範囲を掃引する信号を出力することも可能で
ある。いずれの場合も、火炉本体１の１辺の長さと想定
される測定温度範囲とが分かれば、白色雑音に含まれる
べき周波数範囲も掃引すべき周波数範囲も予め設定でき
る。
所定周波数範囲を掃引する信号を出力することも可能で
ある。いずれの場合も、火炉本体１の１辺の長さと想定
される測定温度範囲とが分かれば、白色雑音に含まれる
べき周波数範囲も掃引すべき周波数範囲も予め設定でき
る。
【００３３】さらに、火炉本体１の平断面は、正方形で
もよく、円形や楕円形でもよい。形状が複雑になるにつ
れて、例えば図２の(ｄ)における中心の腹の最大振幅と
壁面に近い腹の最大振幅とが同じにならない場合も想定
されるが、定在波を利用することに変わりはない。
もよく、円形や楕円形でもよい。形状が複雑になるにつ
れて、例えば図２の(ｄ)における中心の腹の最大振幅と
壁面に近い腹の最大振幅とが同じにならない場合も想定
されるが、定在波を利用することに変わりはない。
【００３４】なお、発信器と受信器とは、正対する必要
はなく、発信器は、定在波を生じさせればよく、受信器
は、生じた定在波を受信できればよい。
はなく、発信器は、定在波を生じさせればよく、受信器
は、生じた定在波を受信できればよい。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、壁面に囲まれた空間内
に共振現象により生ずる定在波を利用するので、バック
グラウンドノイズが充満していても、それと同程度のエ
ネルギーの共振用音波信号を出力し、そのノイズレベル
の上に定在波を生じさせ、差分を求め、バックグラウン
ドノイズにかかわりなく、音波信号を検出できる。した
がって、発信器２には、それほど高耐力ではない発信器
を使用できる。
に共振現象により生ずる定在波を利用するので、バック
グラウンドノイズが充満していても、それと同程度のエ
ネルギーの共振用音波信号を出力し、そのノイズレベル
の上に定在波を生じさせ、差分を求め、バックグラウン
ドノイズにかかわりなく、音波信号を検出できる。した
がって、発信器２には、それほど高耐力ではない発信器
を使用できる。
【００３６】また、継続的に計測する場合も、それほど
高くないエネルギーの音波を発信するので、発信器の長
期的耐久性を損なうことがない。
高くないエネルギーの音波を発信するので、発信器の長
期的耐久性を損なうことがない。
【００３７】さらに、スペクトルの周波数分布を解析し
てガス温度を計測する方式であるから、時間的に平均化
することになり、短い周期のノイズ変化の影響が緩和さ
れ、ガス温度出力値が大きく変動することが避けられ
る。
てガス温度を計測する方式であるから、時間的に平均化
することになり、短い周期のノイズ変化の影響が緩和さ
れ、ガス温度出力値が大きく変動することが避けられ
る。
【００３８】その結果、従来のガス温度計測方法と比較
して、小出力の音波発信器を用いても、時間的に安定し
たガス温度計測が可能となる。
して、小出力の音波発信器を用いても、時間的に安定し
たガス温度計測が可能となる。
【図１】本発明による音響式ガス温度計の一実施形態の
系統構成を示すブロック図である。
系統構成を示すブロック図である。
【図２】図１の火炉本体１における共振モードと共振周
波数ｆrとの関係を説明する図である。
波数ｆrとの関係を説明する図である。
【図３】図１の実施形態で検出される共振音波信号を含
んだスペクトル１４とバックグラウンドノイズスペクト
ル１３とそれらの差分演算により得られた共振音波信号
のみのスペクトルとの関係を周波数領域で示す図であ
る。
んだスペクトル１４とバックグラウンドノイズスペクト
ル１３とそれらの差分演算により得られた共振音波信号
のみのスペクトルとの関係を周波数領域で示す図であ
る。
【図４】従来の音響式ガス温度計の系統構成の一例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図５】図４の音響式ガス温度計の動作原理を示すタイ
ムチャートである。
ムチャートである。
１ 火炉本体 ２ 発信器 ３ 受信器 ４ 解析装置 ５ 信号発生器 ６ スペクトル解析器 ７ メモリ ８ 差分器 ９ ピーク検出器 １０ コントローラ １１ スイッチ １２ ガス温度演算器 １３ バックグラウンドノイズスペクトル １４ 共振音波を含んだスペクトル １５ 発信音波 １６ 受信音波
Claims (5)
- 【請求項１】 壁面に囲まれた空間内のガス温度を音響
の伝播速度により計測する音響式ガス温度計測方法にお
いて、 前記壁面に設置した発信器から前記空間内に所定周波数
範囲の音波信号を供給して定在波を生じさせ、 前記壁面に設置した受信器により前記定在波を含む音波
信号を受信し、 前記音波信号の周波数スペクトルから前記定在波の共振
周波数を抽出し、 前記共振周波数と前記壁面間の距離とに基づき前記音響
の伝播速度を求めてガス温度を演算することを特徴とす
る音響式ガス温度計測方法。 - 【請求項２】 壁面に囲まれた空間内のガス温度を音響
の伝播速度により計測する音響式ガス温度計測方法にお
いて、 前記壁面に設置した受信器によりバックグラウンドノイ
ズを含む音波信号を受信し、 前記壁面に設置した発信器から前記空間内に所定周波数
範囲の音波信号を供給して定在波を生じさせ、 前記壁面に設置した受信器により前記定在波を含む音波
信号を受信し、 前記バックグラウンドノイズを含む音波信号と前記定在
波を含む音波信号との差分信号を求め、 前記差分信号の周波数スペクトルから前記定在波の共振
周波数を抽出し、 前記共振周波数と前記壁面間の距離とに基づき前記音響
の伝播速度を求めてガス温度を演算することを特徴とす
る音響式ガス温度計測方法。 - 【請求項３】 壁面に囲まれた空間内のガス温度を音響
の伝播速度により計測する音響式ガス温度計において、 前記壁面に設置され前記空間内に音波信号を供給して定
在波を生じさせる発信器と、 前記発信器に所定周波数範囲の駆動信号を出力する信号
発生器と、 前記壁面に設置されバックグラウンドノイズを含む音波
信号と前記定在波を含む音波信号とを受信する受信器
と、 前記バックグラウンドノイズを含む音波信号および前記
定在波を含む音波信号の周波数分布をそれぞれ解析する
スペクトル解析器と、 解析された前記音波信号のいずれか一方の周波数分布を
記憶するメモリと、 前記メモリと前記スペクトル解析とから前記バックグラ
ウンドノイズを含む音波信号と前記定在波を含む音波信
号とを取り込み差分信号を求める差分器と、 前記差分信号の周波数スペクトルから前記定在波の共振
周波数を抽出するピーク検出器と、 前記共振周波数と前記壁面間の距離とに基づき前記音響
の伝播速度を求めてガス温度を演算するガス温度演算器
とからなることを特徴とする音響式ガス温度計。 - 【請求項４】 請求項３に記載の音響式ガス温度計にお
いて、 前記所定周波数の音波信号が、所定周波数範囲の掃引信
号であることを特徴とする音響式ガス温度計。 - 【請求項５】 請求項３に記載の音響式ガス温度計にお
いて、 前記所定周波数の音波信号が、所定周波数範囲の白色雑
音であることを特徴とする音響式ガス温度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000250829A JP2002062198A (ja) | 2000-08-22 | 2000-08-22 | 音響式ガス温度計測方法および音響式ガス温度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000250829A JP2002062198A (ja) | 2000-08-22 | 2000-08-22 | 音響式ガス温度計測方法および音響式ガス温度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002062198A true JP2002062198A (ja) | 2002-02-28 |
Family
ID=18740336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000250829A Pending JP2002062198A (ja) | 2000-08-22 | 2000-08-22 | 音響式ガス温度計測方法および音響式ガス温度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002062198A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015068346A (ja) * | 2013-09-27 | 2015-04-13 | アルストム テクノロジー リミテッドＡＬＳＴＯＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｔｄ | 燃焼器内部の温度を決定する方法および制御ユニット |
| CN104881535A (zh) * | 2015-05-21 | 2015-09-02 | 东南大学 | 改进的火电厂锅炉温度场重建测温算法 |
| EP3959493A4 (en) * | 2019-04-22 | 2023-01-25 | Tata Consultancy Services Limited | MULTISENSORY TECHNIQUES FOR MEASUREMENT OF AVERAGE TEMPERATURE OF MIXING FLUID INSIDE A CHAMBER |
| JP7374017B2 (ja) | 2020-02-26 | 2023-11-06 | 東京エレクトロン株式会社 | 測定方法及び測定システム |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS557601A (en) * | 1978-02-28 | 1980-01-19 | Shinwa Boeki Kk | Thermometer |
| JPH06174562A (ja) * | 1992-12-10 | 1994-06-24 | Mitsubishi Electric Corp | 気体温度測定装置 |
| JPH0763622A (ja) * | 1993-08-30 | 1995-03-10 | Babcock Hitachi Kk | 音響式温度計測装置 |
| JPH09318463A (ja) * | 1996-05-29 | 1997-12-12 | Babcock Hitachi Kk | 音響式ガス温度計測装置 |
| JPH10115561A (ja) * | 1996-10-15 | 1998-05-06 | Babcock Hitachi Kk | 音響式温度計 |
| JPH10339672A (ja) * | 1997-06-06 | 1998-12-22 | Babcock Hitachi Kk | 音響式ガス温度計測装置 |
| JP2000172291A (ja) * | 1998-12-02 | 2000-06-23 | Sony Corp | 音声認識装置 |
-
2000
- 2000-08-22 JP JP2000250829A patent/JP2002062198A/ja active Pending
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 下平 克己、外３名: "M系列PRK波を用いた音響式ガス温度計測", 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 98, no. 389, JPN6010021558, 6 November 1998 (1998-11-06), JP, pages 1 - 8, ISSN: 0001600868 * |
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| JP7374017B2 (ja) | 2020-02-26 | 2023-11-06 | 東京エレクトロン株式会社 | 測定方法及び測定システム |
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