JP2002365115A - 超音波流量計 - Google Patents

超音波流量計

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JP2002365115A
JP2002365115A JP2001172940A JP2001172940A JP2002365115A JP 2002365115 A JP2002365115 A JP 2002365115A JP 2001172940 A JP2001172940 A JP 2001172940A JP 2001172940 A JP2001172940 A JP 2001172940A JP 2002365115 A JP2002365115 A JP 2002365115A
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JP
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ultrasonic
conduit
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signal waveform
upstream
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English (en)
Inventor
Hisato Watakabe
壽人 渡壁
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波受信機からの信号波形に混入するノイ
ズを効果的に除去し、測定精度を高めた相関式超音波流
量計を提供すること。 【解決手段】 相関値演算処理装置36により導管10
0の上流側と下流側に配設された超音波送受信装置1
8、22;20、24から出力される信号波形の間の相
関値を演算することにより、両者の波形の時間遅れから
導管100内を流通する流体の流速を演算する超音波流
量計10において、導管100において上流側の超音波
送受信装置の更に上流に導管100内を流通する流体の
流速変動周波数を測定する流速計36を配設し、流速計
36の測定値に基づき相関値演算処理装置36へ出力さ
れる信号波形からノイズを除去するバンドパスフィルタ
30、32を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波流量計、特に
相関式超音波流量計に関する。
【0002】
【従来の技術】管内流の流速または流量を測定する流量
計としては種々のタイプの流量計が知られているが、特
に超音波を利用したものとして、例えば特開平9−19
6729号公報には、導管外周面に対向させて取り付け
られた超音波送信機と超音波受信機とから成る二組の超
音波送受信装置を前記導管内を流通する流体の流れ方向
に関して上流側と下流側に配設し、前記上流側の超音波
受信機と下流側の超音波受信機からの信号波形の相関値
を演算することにより、導管内を流通する流体の流速を
演算するようにした所謂相関式超音波流量計が開示され
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】こうした相関式超音波
流量計は、流を検知する検知部を管外に配置しているの
で、検知部が流れに影響を与えたり、流れの影響を受け
たり、或いは、流体から化学的または物理的に損傷を受
けることがない等の利点を有している。然しながら、相
関式超音波流量計では、配管の振動や管内流の圧力変動
等によるノイズが超音波受信機からの信号波形に混入す
るために、相関値演算処理装置において演算される相関
値が低くなり、測定精度が低下する虞がある。
【0004】本発明は、こうした従来技術の問題点を解
決することを技術課題としており、超音波受信機からの
信号波形に混入するノイズを効果的に除去し、測定精度
を高めた相関式超音波流量計を提供することを目的とし
ている。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
は、導管内を流通する流体の流れ方向に関して上流側と
下流側に配設され前記導管を挟んで前記導管の外周面に
取り付けられた超音波送信機と超音波受信機とを含んで
成る超音波送受信装置と、前記上流側の超音波受信機か
ら出力される信号波形と下流側の超音波受信機からの信
号波形との間の相関値を演算する相関値演算処理装置と
を具備し、前記超音波送受信装置の各々の超音波送信機
から送出された超音波を対応する超音波受信機により受
信し、前記相関値演算処理装置において上流側の超音波
受信機から出力される信号波形と下流側の超音波受信機
から出力される信号波形との間で相関値を演算すること
により、両者の波形の時間遅れから前記導管内を流通す
る流体の流速を演算する超音波流量計において、前記導
管において前記上流側の超音波送受信装置の更に上流に
配設され、前記導管内を流通する流体の流速変動周波数
を測定する流速計と、前記流速計の測定値に基づき、前
記超音波受信機から前記相関値演算処理装置へ出力され
る信号波形からノイズを除去するバンドパスフィルタを
具備する超音波流量計を要旨とする。
【0006】請求項3に記載の本発明は、導管内を流通
する流体の流れ方向に関して上流側と下流側に配設され
前記導管を挟んで前記導管の外周面に取り付けられた超
音波送信機と超音波受信機とを含んで成る超音波送受信
装置と、前記上流側の超音波受信機から出力される信号
波形と下流側の超音波受信機からの信号波形との間の相
関値を演算する相関値演算処理装置と、前記超音波受信
機から前記相関値演算処理装置へ出力される信号波形か
らノイズを除去するバンドパスフィルタとを具備し、前
記超音波送受信装置の各々の超音波送信機から送出され
た超音波を対応する超音波受信機により受信し、前記相
関値演算処理装置において上流側の超音波受信機から出
力される信号波形と下流側の超音波受信機から出力され
る信号波形との間で相関値を演算することにより、両者
の波形の時間遅れから前記導管内を流通する流体の流速
を演算する超音波流量計において、前記相関値演算処理
装置において演算される相関値のピーク値が所定の閾値
よりも大きくなるように前記バンドパスフィルタにおけ
るバンド幅を設定するバンド幅設定装置を具備する超音
波流量計を要旨とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好ましい実施形態を説明する。本発明の第1の実施形
態による相関式超音波流量計10は、所定の流体、例え
ば水が流通する導管100の外周面に取り付けられた超
音波送信機18、20と超音波受信機22、24とを含
んで成る超音波送受信装置を具備している。図1におい
て、前記流体は導管100内を左から右へ向けて流れて
おり、超音波送受信装置18、22は、超音波送受信装
置20、24に対して、導管100内を流通する流体の
流れ方向に関して所定距離L(m)を以て上流側に配設さ
れている。距離Lは適宜に選定することができる。上流
側の超音波送受信装置および下流側の超音波送受信装置
の各々において、超音波送信機18、20は対応する超
音波受信機22、24に対設されている。好ましくは、
超音波送信機18、20と超音波受信機22、24は導
管100の中心軸線Oを含む平面内で互いに対設されて
いる。
【0008】超音波送信機18、20は、増幅器14、
16を介して共通の発振器、好ましくはパルス発振器1
2に接続されており、超音波送信機18、20には同じ
波形の信号が入力される。超音波送信機18、20は、
パルス発振器12から受信した信号に対応した超音波を
各々の超音波受信機22、24へ向けて送出する。超音
波送信機18、20から送出された超音波は導管100
内を流通する流体を横断して伝播し超音波受信機22、
24において受信される。超音波受信機22、24は、
受信した超音波に対応した信号波形を独立のF/M検波
装置26、28に送出し、F/M検波装置26、28は
変調処理した信号を独立のバンドパスフィルタ30、3
2へ送出する。
【0009】上流側の超音波送受信装置18、22の更
に上流側には流速計または流速変動周波数検出装置36
が配設されており、該流速変動周波数検出装置36には
バンド幅設定装置38が接続されている。流速変動周波
数検出装置36は、例えば熱線流量計により形成するこ
とができ、流速変動周波数検出装置36は超音波送受信
装置18、22の上流側の流体の流速変動を検知し、バ
ンド幅設定装置38が流速変動周波数検出装置36から
の信号レベルを所定の閾値レベル以下の信号をノイズと
して除去して導管100内を流通する流体の流速変動周
波数を抽出し、該流速変動周波数に対応した周波数のバ
ンド幅をバンドパスフィルタ30、32に設定する。
【0010】バンドパスフィルタ30、32の各々は、
F/M検波装置26、28からの信号をバンド幅設定装
置38により設定されるバンド幅に制限して相関値演算
処理装置34へ送出する。相関値演算処理装置34は、
以下の式(1)に基づいて、F/M検波装置26、28
およびバンドパスフィルタ30、32において波形処理
された上流側および下流側の超音波受信機18、20か
らの信号波形f1およびf2の間の相関値Cを演算する。
【数1】 式(1)から理解されるように、相関値Cは、2つの信
号波形を示す関数f1およびf2の位相差が0となる場合
にピーク値または最大値となる。
【0011】既述したように、超音波送信機18、20
は同じ波形の超音波を出力するが、導管100を横断す
る超音波は導管100内を流通する流体の影響を受け、
超音波受信機22、24は、この流体の影響を受けた超
音波信号を受信する。そして、超音波受信機22、24
は、導管100内を流通する流体の流れ方向に隔置され
ているので、上流側の超音波受信機22が受信した上記
流れの影響は、導管100内の流体の流速に対応した遅
れ時間を以て下流側の超音波受信機24により検知され
る。従って、式(1)において、τを変化させて相関値
Cのピークを与えるτを見つけることにより、導管10
0内を流通する流体の流速に対応した遅れ時間τを見つ
けることが可能となる。
【0012】相関値演算処理装置34は相関値Cのピー
クを与えるτを求め、以下の式(2)から導管100内
を流通する流体の流速u(m/sec)を求め、更に、以下の
式(3)によりその流量q(m3/sec)を演算し、適当な
出力装置35、例えば、ディスプレーやプリント装置に
出力する。相関式超音波流量計10は、流速または流量
の一方のみを演算、出力するようにしてもよい。 u=L/τ…(2) q=u×A…(3) 但し、Aは導管100の断面積(m2)
【0013】本実施形態によれば、流速変動周波数検出
装置36により検知された超音波送受信装置18、22
の上流側の流体の流速変動周波数に対応した周波数のバ
ンド幅をバンドパスフィルタ30、32に設定するの
で、超音波受信機22、24から出力される信号波形か
ら流速変動に起因しないノイズを効果的に除去可能とな
り、相関値演算処理装置34に出力される信号波形の相
関が高まり、相関値演算処理装置34における相関値演
算に基づき求められる導管100内を流通する流体の流
速の精度が高くなる。
【0014】次に、図2を参照して本発明の第2の実施
形態を説明する。第2の実施形態は、バンド幅の設定方
法が異なっている点を除いて第1の実施形態と基本構成
が類似しており、図2において図1の実施形態と同様の
構成要素には同じ参照番号が付されている。
【0015】第2の実施形態による相関式超音波流量計
40は、F/M検波装置26、28とバンドパスフィル
タ30、32との間に設けられF/M検波装置26、2
8からの信号を一時的に保存するバッファ装置42、4
4と、バンドパスフィルタ30、32のバンド幅を設定
するバンド幅設定装置46とを具備している。
【0016】本実施形態では、バッファ装置42、44
は、F/M検波装置26、28において変調処理された
信号を一時的に保存し、該信号を後述するようにバンド
幅設定装置38から送出される信号に合わせてバンドパ
スフィルタ30、32へ出力する。バンドパスフィルタ
30、32の各々は、第1の実施形態と同様に、F/M
検波装置26、28からの信号をバンド幅設定装置38
により設定されるバンド幅に制限して相関値演算処理装
置34へ送出する。相関値演算処理装置34は、第1の
実施形態と同様に、受信した信号波形に基づき相関値C
を演算し、相関値Cのピーク値をバンド幅設定装置46
へ出力する。
【0017】バンド幅設定装置46は、判定部46aに
おいて、相関値演算処理装置34から受信した相関値C
のピーク値が所定値よりも大きいか否かを判定する。相
関値Cのピーク値が所定値よりも小さい場合、バンド幅
設定装置46はバンド幅設定部46bにおいてバンド幅
を変更して、該バンド幅をバッファ装置42、44へ送
出する。バンド幅設定装置46から新たなバンド幅を受
信したバッファ装置42、44は、このバンド幅と共に
保存しているF/M検波装置26、28からの信号波形
をバンドパスフィルタ30、32へ送出する。上記処理
は、相関値演算処理装置34において演算される相関値
Cのピーク値が所定値以上となるまで繰り返される。相
関値Cのピーク値が所定値以上となると、第1の実施形
態と同様に、相関値演算処理装置34は導管100内を
流通する流体の流速および流量若しくは流速と流量の一
方を演算し出力装置35に出力する。
【0018】本実施形態によれば、バンド幅設定装置4
6が、相関値演算処理装置34において演算される相関
値Cのピーク値が所定の値よりも大きくなるように、バ
ンドパスフィルタ30、32におけるバンド幅を設定す
るので、相関値演算処理装置34における相関値演算に
基づき求められる導管100内を流通する流体の流速の
精度が高くなる。
【0019】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、導管内
の流体の流速変動周波数に対応した周波数のバンド幅を
バンドパスフィルタに設定するので、超音波受信機から
出力される信号波形から流速変動に起因しないノイズを
効果的に除去可能となり、相関値演算処理装置に出力さ
れる信号波形の相関が高まり、相関値演算処理装置にお
ける相関値演算に基づき求められる導管内を流通する流
体の流速または流量の精度が高くなる。
【0020】請求項2に記載の発明によれば、バンド幅
設定装置が、相関値演算処理装置において演算される相
関値のピーク値が所定の値よりも大きくなるように、バ
ンドパスフィルタにおけるバンド幅を設定するので、相
関値演算処理装置における相関値演算に基づき求められ
る導管内を流通する流体の流速または流量の精度が高く
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による相関式超音波流
量計を示すブロック図である。
【図2】本発明の第2の実施形態による相関式超音波流
量計を示すブロック図である。
【符号の説明】
10…相関式超音波流量計 12…パルス発振器 14…増幅器 16…増幅器 18…超音波送信機 20…超音波送信機 22…超音波受信機 24…超音波受信機 26…F/M検波装置 28…F/M検波装置 30…バンドパスフィルタ 32…バンドパスフィルタ 34…相関値演算処理装置 35…出力装置 36…流速変動周波数検出装置 38…バンド幅設定装置 40…相関式超音波流量計 42…バッファ装置 44…バッファ装置 46…バンド幅設定装置 46a…判定部 46b…バンド幅設定部 100…導管

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導管内を流通する流体の流れ方向に関し
    て上流側と下流側に配設され前記導管を挟んで前記導管
    の外周面に取り付けられた超音波送信機と超音波受信機
    とを含んで成る超音波送受信装置と、前記上流側の超音
    波受信機から出力される信号波形と下流側の超音波受信
    機からの信号波形との間の相関値を演算する相関値演算
    処理装置とを具備し、前記超音波送受信装置の各々の超
    音波送信機から送出された超音波を対応する超音波受信
    機により受信し、前記相関値演算処理装置において上流
    側の超音波受信機から出力される信号波形と下流側の超
    音波受信機から出力される信号波形との間で相関値を演
    算することにより、両者の波形の時間遅れから前記導管
    内を流通する流体の流速を演算する超音波流量計におい
    て、 前記導管において前記上流側の超音波送受信装置の更に
    上流に配設され、前記導管内を流通する流体の流速変動
    周波数を測定する流速計と、 前記流速計の測定値に基づき、前記超音波受信機から前
    記相関値演算処理装置へ出力される信号波形からノイズ
    を除去するバンドパスフィルタを具備する超音波流量
    計。
  2. 【請求項2】 前記導管内を流通する流体の流速変動周
    波数帯域に前記バンドパスフィルタにおけるバンド幅を
    設定するバンド幅設定装置を具備する請求項1に記載の
    超音波流量計。
  3. 【請求項3】 導管内を流通する流体の流れ方向に関し
    て上流側と下流側に配設され前記導管を挟んで前記導管
    の外周面に取り付けられた超音波送信機と超音波受信機
    とを含んで成る超音波送受信装置と、前記上流側の超音
    波受信機から出力される信号波形と下流側の超音波受信
    機からの信号波形との間の相関値を演算する相関値演算
    処理装置と、前記超音波受信機から前記相関値演算処理
    装置へ出力される信号波形からノイズを除去するバンド
    パスフィルタとを具備し、前記超音波送受信装置の各々
    の超音波送信機から送出された超音波を対応する超音波
    受信機により受信し、前記相関値演算処理装置において
    上流側の超音波受信機から出力される信号波形と下流側
    の超音波受信機から出力される信号波形との間で相関値
    を演算することにより、両者の波形の時間遅れから前記
    導管内を流通する流体の流速を演算する超音波流量計に
    おいて、 前記相関値演算処理装置において演算される相関値のピ
    ーク値が所定の閾値よりも大きくなるように前記バンド
    パスフィルタにおけるバンド幅を設定するバンド幅設定
    装置を具備する超音波流量計。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019170234A (ja) * 2018-03-28 2019-10-10 Necプラットフォームズ株式会社 駆除剤噴霧装置、駆除剤噴霧方法及びプログラム

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