JP2002181598A - 超音波渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波渦流量計を構成する信号処理回路にヒル
ベルト変換器及びカルマンフィルタを採用することによ
り、送受信の位相差に対してプログラムにより対応する
ことができる信号処理回路を提供する。 【解決手段】 測定流体を流す管路に設けられた渦発生
体の下流位置であって、管路の対向する位置に設けた送
受信器の間で超音波を送受して、当該渦発生体に発生す
る渦周波数を測定する超音波渦流量計であって、渦周波
数の測定は、ＦＩＲフイルタで構成されたヒルベルト変
換器により信号処理すること、及び、ヒルベルト変換器
により求めた位相が３６０°以上になった場合には、過
去のデータと理想データとから未来のデータを予測する
カルマンフィルタにより信号処理するようにしたことで
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波渦流量計に
関し、詳しくは位相変調された受信信号の位相差が３６
０°以上になった場合でも、過去に信号処理した値から
未来の信号を予測するようにして、数個の復調器を使用
しなくともプログラムの変更のみで信号処理できるよう
にした超音波渦流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術における、超音波渦流量計は、
図２に示すように、測定流体を流す管路１に設けられた
渦発生体２の下流側に配置した送信器３と受信器４と、
超音波信号のバースト信号を送信器３に送る駆動回路５
と、測定流体を通過した流体透過超音波の周波数帯域の
信号をろ過して増幅する増幅フィルタ６と、増幅フィル
タ６で増幅された受信信号の増幅を閾値と比較して受信
信号波形を矩形波に整形するコンパレータ７と、矩形波
に整形された信号を復調する復調回路８と、復調された
信号から渦周波数成分を取り出して流速値に関する情報
を取り出す渦波形処理回路９とから構成されている。

【０００３】このような構成からなる超音波渦流量計に
おいて、図３に示すように、駆動回路５はバースト信号
を送信器３に印加する（Ａの信号）。すると、受信器４
はバースト状の流体透過渦超音波信号や管路伝播超音
波、多重反射波等が受信される。このうち増幅フィルタ
６により流体透過渦超音波信号を抽出して増幅し（Ｂの
信）、増幅した信号を閾値（トリガレベル）と比較して
矩形波信号を生成する（Ｃの信号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術における超音波渦流量計における、受信した
流体透過渦超音波信号を位相変調して復調する回路は専
用ＩＣにより行い、位相差が３６０°以上になると４個
の位相比較器から選択して位相復調するように回路を構
成する必要があり、回路が複雑になるという問題があ
る。

【０００５】従って、位相が３６０℃以上になっても回
路構成を複雑にすることなく対処することができる信号
処理の回路構成に解決しなければならい課題を有する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る超音波渦流量計は次に示す構成にする
ことである。

【０００７】（１）測定流体を流す管路に設けられた渦
発生体の下流位置であって、管路の対向する位置に設け
た送受信器の間で超音波を送受し、当該渦発生体に発生
する渦周波数を測定する手段を備えた超音波渦流量計で
あって、前記渦周波数を測定する手段は、ＦＩＲフイル
タで構成されたヒルベルト変換器を備えたことを特徴と
する超音波渦流量計。 （２）前記ヒルベルト変換器により求めた位相差が３６
０°以上になった場合には、過去のデータと理想データ
とから未来のデータを予測するカルマンフィルタにより
信号処理することを特徴とする（１）記載の超音波渦流
量計。

【０００８】（３）測定流体を流す管路に設けられた渦
発生体の下流位置であって、管路の対向位置に設けた送
受信器と、該送信器に所定の発振周波数で発振している
バースト信号を送る超音波信号送出手段と、前記送信器
に送信したバースト信号から得られたベースバンド帯の
信号を直交する二つの信号に分離すると共にそれぞれに
ついて前置歪補償を行う第１、第２ＦＩＲフィルタを設
けた送信ヒルベルト変換手段と、該送信ヒルベルト変換
手段により補償された信号から位相信号を演算により求
める送信ピタゴラス演算手段と、前記受信器で受信した
バースト信号から得られたベースバンド帯の信号を直交
する二つの信号に分離すると共にそれぞれについて前置
歪補償を行う第１、第２ＦＩＲフィルタを設けた受信ヒ
ルベルト変換手段と、該受信ヒルベルト変換手段により
補償された信号から位相信号を演算により求める受信ピ
タゴラス演算手段と、前記送信ピタゴラス演算手段と前
記受信ピタゴラス演算手段とにより得られた両者の位相
信号の差から位相差信号を求める位相復調手段と、該位
相復調手段により得られた位相差信号から渦流量値を生
成する流量演算手段とからなる超音波渦流量計。 （４）前記位相復調手段と流量演算手段との間には、前
記送信ピタゴラス演算手段と前記受信ピタゴラス演算手
段とにより得られた両者の位相信号の差が３６０°以上
になったときに、過去のデータと理想データとから未来
のデータを予測するカルマンフィルタを設けたことを特
徴とする（３）記載の超音波渦流量計。

【０００９】このように、位相復調された受信信号を復
調するには、デジタルフィルタであるＦＩＲフィルタを
使用し、位相が３６０°以上になった場合でも、過去に
信号処理した値から未来の信号を予測し、数個の復調器
を使用しなくともプログラムだけで正常に信号処理でき
るようになる。

【００１０】又、位相復調するためにはヒルベルト変換
器を使用して位相差を求め、この位相差が３６０°以上
になった場合は、カルマンフィルタにより過去のデータ
と理想データとから未来のデータを予測し信号処理する
ようにしたことによって、回路構成を複雑にしなくてす
む。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る超音波渦流量
計の実施形態を、図面を参照して説明する。尚、従来技
術と同じものには同一符号を付与して説明する。

【００１２】本願発明に係る超音波渦流量計は、図１に
示すように、測定流体を流す管路１に設けられた渦発生
体２の下流側に対向配置した送信器３及び受信器４と、
超音波信号のバースト信号を送信器３に送る駆動回路５
と、超音波の送信周期を守るタイミング回路１０と、基
準クロック信号を生成する基準クロック部１１と、駆動
回路５により送信される超音波送信信号をデジタル信号
に変換するＡ/Ｄ変換部１２と、Ａ／Ｄ変換部１２によ
りデジタル値に変換された信号を直交する二つの信号に
分離すると共にそれぞれについて前置歪補償を行うデジ
タルフィルタである第１、第２ＦＩＲフィルタ１３、１
４を設けた送信ヒルベルト変換手段である送信ヒルベル
ト変換器１５と、この送信ヒルベルト変換器１５により
補償された信号から位相情報信号と振幅情報信号を抽出
する送信ピタゴラス演算手段である送信ピタゴラス演算
部１６と、受信器４で受信したバースト信号から得られ
たベースバンド帯の信号を直交する二つの信号に分離す
ると共にそれぞれについて前置歪補償を行うデジタルフ
ィルタである第１、第２ＦＩＲフィルタ１８、１９を設
けた受信ヒルベルト変換手段である受信ヒルベルト変換
器２０と、この受信ヒルベルト変換器２０により補償さ
れた信号から位相情報信号と振幅情報信号を抽出する受
信ピタゴラス演算手段である受信ピタゴラス演算部２１
と、送信ピタゴラス演算部１６と受信ピタゴラス演算部
２１との両者で得られた位相信号から位相差を求める位
相復調手段である位相復調部２２と、この位相復調部２
２により得られた位相差信号の位相が３６０°以上にな
ったときに、過去のデータと理想データとから未来のデ
ータを予測するカルマンフィルタ２３と、位相復調部２
２により得られた位相差信号又はカルマンフイルタ２３
により得られた渦波形信号から渦流量値を生成する流量
演算手段である流量演算器２４とから構成されている。

【００１３】送受信ヒルベルト変換器１５、２０を構成
する第１及び第２のＦＩＲフィルタ１３、１４、１８，
１９は、デジタルフィルタであって、その信号処理はプ
ログラムにより行う構成になっている。

【００１４】このような構成からなる超音波渦流量計に
おいて、先ず、受信器４で受信された超音波信号は位相
変調され、Ａ／Ｄ変換器１７によりデジタル化される。
このデジタル化された信号は第１及び第２ＦＩＲフィル
タ１８、１９により２つの信号（位相情報信号と振幅情
報信号）に分離されると共に歪補償される。この２つの
信号は受信ピタゴラス演算部２１に入力して受信側の位
相信号を算出する。

【００１５】一方、駆動回路５、タイミング回路１０、
基準クロック部１１により構成され、送信器３に超音波
信号を供給する送信側においても同様に、送信する超音
波信号をＡ／Ｄ変換器１２によりデジタル化される。こ
のデジタル化された信号は第１及び第２ＦＩＲフィルタ
１３、１４により直交した２つの信号（位相情報信号と
振幅情報信号）に分離されると共に歪補償される。この
２つに分離した信号は、送信ピタゴラス演算部１６に入
力され、２つの信号から送信側の位相信号を演算により
求める。

【００１６】これらの送信ピタゴラス演算部１６及び受
信ピタゴラス演算部２１により演算された位相信号は、
位相復調部２２に入力され位相差信号を生成する。この
位相差信号は、カルマンフイルタ２３に入力され、管路
１の口径や流量範囲、流体条件等により定めた理想出力
信号と比較しながら、渦波形信号を出力する。この渦波
形信号は流量演算器２４により演算され渦流量値を出力
する。このようにカルマンフィルタ２３は、理想出力信
号と位相差信号と比較して渦波形信号を生成するように
したことにより、位相差信号が３６０°以上になって
も、デジタルフィルタである第１及び第２ＦＩＲフィル
タ１３、１４、１８，１９及びカルマンフイルタ２３を
含めた信号処理をプログラムにより行うことができるた
め、別途位相差を算出する回路等を付加することなく信
号処理することができるのである。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本願の超音波渦流
量計は、ぞの位相差を検出して信号処理するためには、
デジタルフィルタであるＦＩＲフィルタを採用したヒル
ベルト変換器を使用すると共に、位相差が３６０°以上
の場合には、カルマンフィルタにより対処するようにし
たことにより、その信号処理するにあたりプログラムに
よって対応できるため、位相差が例えば３６０°以上に
なっても、回路構成を増加させる等しなくてすむという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヒルベルト変換器及びカルマンフ
ィルタを備えた回路のブロック図である。

【図２】従来技術における超音波渦流量計の略示的なブ
ロック図である。

【図３】同図２における超音波渦流量計における信号処
理形態を示した波形図である。

【符号の説明】

１ 管路 ２ 渦発生体 ３ 送信器 ４ 受信器 ５ 駆動回路 １０ タイミング回路 １１ 基準クロック部 １２ Ａ／Ｄ変換器 １３ 第１ＦＩＲフィルタ １４ 第２ＦＩＲフィルタ １５ 送信ヒルベルト変換器 １６ 送信ピタゴラス演算部 １７ Ａ／Ｄ変換器 １８ 第１ＦＩＲフィルタ １９ 第２ＦＩＲフィルタ ２０ 受信ヒルベルト変換器 ２１ 受信ピタゴラス演算部 ２２ 位相復調部 ２３ カルマンフィルタ ２４ 流量演算部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】測定流体を流す管路に設けられた渦発生体
   の下流位置であって、管路の対向する位置に設けた送受
   信器の間で超音波を送受し、当該渦発生体に発生する渦
   周波数を測定する手段を備えた超音波渦流量計であっ
   て、前記渦周波数を測定する手段は、ＦＩＲフイルタで
   構成されたヒルベルト変換器を備えたことを特徴とする
   超音波渦流量計。
2. 【請求項２】前記ヒルベルト変換器により求めた位相差
   が３６０°以上になった場合には、過去のデータと理想
   データとから未来のデータを予測するカルマンフィルタ
   により信号処理することを特徴とする請求項１記載の超
   音波渦流量計。
3. 【請求項３】測定流体を流す管路に設けられた渦発生体
   の下流位置であって、管路の対向位置に設けた送受信器
   と、該送信器に所定の発振周波数で発振しているバース
   ト信号を送る超音波信号送出手段と、前記送信器に送信
   したバースト信号から得られたベースバンド帯の信号を
   直交する二つの信号に分離すると共にそれぞれについて
   前置歪補償を行う第１、第２ＦＩＲフィルタを設けた送
   信ヒルベルト変換手段と、該送信ヒルベルト変換手段に
   より補償された信号から位相信号を演算により求める送
   信ピタゴラス演算手段と、前記受信器で受信したバース
   ト信号から得られたベースバンド帯の信号を直交する二
   つの信号に分離すると共にそれぞれについて前置歪補償
   を行う第１、第２ＦＩＲフィルタを設けた受信ヒルベル
   ト変換手段と、該受信ヒルベルト変換手段により補償さ
   れた信号から位相信号を演算により求める受信ピタゴラ
   ス演算手段と、前記送信ピタゴラス演算手段と前記受信
   ピタゴラス演算手段とにより得られた両者の位相信号の
   差から位相差信号を求める位相復調手段と、該位相復調
   手段により得られた位相差信号から渦流量値を生成する
   流量演算手段とからなる超音波渦流量計。
4. 【請求項４】前記位相復調手段と流量演算手段との間に
   は、前記送信ピタゴラス演算手段と前記受信ピタゴラス
   演算手段とにより得られた両者の位相信号の差が３６０
   °以上になったときに、過去のデータと理想データとか
   ら未来のデータを予測するカルマンフィルタを設けたこ
   とを特徴とする請求項３記載の超音波渦流量計。