JP2008304281A - 超音波流量測定方法、超音波流量計、及び超音波流量測定プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】液体中に気泡などの異物が混入した場合でも、その液体の体積流量を正確に測定できる超音波流量計を提供すること。
【解決手段】液体W1を流す配管11の上流側及び下流側において対向するよう一対の超音波振動子12,13が配置されている。一対の超音波振動子12,13の間で超音波の送受信が行われ、超音波の波形信号が取得される。複数の超音波の波形信号が比較されて、波形信号の相関関数が算出される。波形信号の相関関数の相関値により測定に有効な波形信号であるか否かが判定され、有効と判定された波形信号に基づいて、超音波の伝搬時間差が求められ、さらにその伝搬時間差により液体W1の体積流量が求められる。
【選択図】図1
【解決手段】液体W1を流す配管11の上流側及び下流側において対向するよう一対の超音波振動子12,13が配置されている。一対の超音波振動子12,13の間で超音波の送受信が行われ、超音波の波形信号が取得される。複数の超音波の波形信号が比較されて、波形信号の相関関数が算出される。波形信号の相関関数の相関値により測定に有効な波形信号であるか否かが判定され、有効と判定された波形信号に基づいて、超音波の伝搬時間差が求められ、さらにその伝搬時間差により液体W1の体積流量が求められる。
【選択図】図1
Description
本発明は、超音波を利用して液体の流量を測定する超音波流量測定方法、超音波流量計、及び超音波流量測定プログラムに関するものである。
従来、超音波を利用して液体の体積流量を測定する超音波流量計が提案されている(例えば、特許文献1参照)。図5に示されるように、特許文献1の超音波流量計60では、液体W1を流す配管61の上流側及び下流側において対向するよう一対の超音波振動子62,63が配置される。そして、一方の超音波振動子から発せられた超音波が液体W1中を伝搬して他方の超音波振動子に至るまでの伝搬時間を測定する。具体的には、流体W1の流れの正逆方向に超音波を伝搬させ、その正方向の伝搬時間と逆方向の伝搬時間とを測定する。ここで、各超音波振動子62,63間の超音波の伝搬距離L、流体W1中の音速C、液体W1の流速Vとすると、正方向の伝搬時間Tdと逆方向の伝搬時間Tuとは、それぞれ以下の式(1),(2)で表される。
すなわち、液体W1の流速Vが速くなると、正方向に伝搬される超音波S0の伝搬時間Tdは短くなり、逆方向に伝搬される超音波S0の伝搬時間Tuは長くなる(図6参照)。そして、それら超音波S0の伝搬時間差ΔTは、次式(3)のように表される。
さらに、この流速Vに配管61の断面積Sを乗算することで液体W1の体積流量Q(=SV)が求められる。
ところで、上述した伝搬時間Td,Tuを測定する場合、例えば、各超音波振動子62,63で受信した超音波S0の受信信号(超音波信号)を増幅回路で増幅し、その受信信号が所定のしきい値電圧を超えた時刻t1,t2を検出している(図6参照)。この場合、受信信号にノイズ等が含まれると、測定誤差が生じる。そのため、従来では、超音波S0の送受信を多数回(例えば16回)行い、伝搬時間差ΔTの平均値を算出し、その平均値を用いることで測定精度を向上させている。
特開2002−162269号公報
ところが、液体W1中に気泡などの異物が混入した場合、その異物で超音波S0が乱反射するため、超音波S0の伝搬時間Td,Tu、ひいては体積流量Qに測定誤差が生じてしまったり、超音波S0が他方の超音波振動子に届かずに体積流量Qが測定不能となったりするといった問題が生じてしまう。この場合、超音波S0の送受信を多数回行い伝搬時間差ΔTの平均値で算出する手法を採用したとしても、誤った測定値がその平均値に反映されてしまうため、測定精度が低下してしまうこととなる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体中に気泡などの異物が混入した場合でも、その液体の体積流量を正確に測定することができる超音波流量測定方法、超音波流量計、及び超音波流量測定プログラムを提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、液体を流す流路の上流側及び下流側において対向するよう配置された一対の超音波振動子を用いて、前記液体の流れの正逆方向に超音波を伝搬させてその正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波との伝搬時間差に基づいて前記液体の体積流量を求める超音波流量測定方法において、前記一対の超音波振動子の間で超音波の送受信を行い、前記超音波の波形信号を取得するステップと、取得した複数の超音波の波形信号を比較して、前記波形信号の相関関数を算出するステップと、前記波形信号の相関関数の相関値により測定に有効な波形信号であるか否かを判定し、有効と判定した波形信号に基づいて、前記超音波の伝搬時間差を求めるとともに、その伝搬時間差により前記液体の体積流量を求めるステップとを含むことを特徴とする超音波流量測定方法をその要旨とする。
請求項1に記載の発明によれば、流路の上流側及び下流側において対向するよう一対の超音波振動子が配置され、それら超音波振動子の間で超音波の送受信が行われることで超音波の波形信号が取得される。そして、複数の超音波の波形信号が比較されて、波形信号の相関関数が算出される。ここで、流路を流れる液体中に気泡などの異物が含まれる場合、各超音波の波形信号は異なるものとなる。一方、液体中に異物が含まれない場合には、各超音波の波形信号は類似したものとなる。相関関数は、各波形信号の類似性を示す関数であり、その相関関数の相関値に基づいて、液体中に異物が含まれない正常な状態で取得された有効な波形信号であるか否かを判定することができる。そして、有効と判定した波形信号に基づいて、超音波の伝搬時間差が求められ、その伝搬時間差により液体の体積流量が求められる。このようにすれば、信頼性の高い波形信号のみを使用して体積流量を算出することができるので、従来技術のように超音波の送受信を多数回したうえで平均化処理を行わなくても、測定精度を十分に高めることができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記一対の超音波振動子の間にて所定パターンで超音波の送受信を行い、各超音波振動子で受信した各波形信号のデータを記憶するステップをさらに備え、異なるタイミングで受信した各波形信号について、各超音波の伝搬時間差を求め、それら伝搬時間差の平均値により、前記液体の体積流量を求めるようにしたことをその要旨とする。
請求項2に記載の発明によれば、一対の超音波振動子の間にて所定パターンで超音波の送受信が行われ、各超音波振動子で受信された各波形信号のデータが記憶される。そして、この記憶された各波形信号のデータについて、複数の組み合わせで各波形信号の伝搬時間差を求めることができ、それら伝搬時間差の平均値により、液体の体積流量をより正確に求めることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項2において、前記一対の超音波振動子の間で、超音波の伝搬方向が正方向、逆方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターン、または、逆方向、正方向、正方向及び逆方向の順序となる所定のパターンで超音波の送受信を行うことをその要旨とする。
具体的には、請求項3に記載の発明のように、正方向、逆方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターン、または、逆方向、正方向、正方向及び逆方向となる所定パターンで超音波の送受信を行う場合、各波形信号について4通りの組み合わせで伝搬時間差を求めることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項2または3において、前記所定パターンで超音波の送受信を行うことで取得した複数の超音波の波形信号について有効な波形信号がないと判定された場合には、前記所定パターンで超音波の送受信を再度行うようにしたことをその要旨とする。
請求項4に記載の発明によれば、測定に有効な波形信号がないと判定された場合には、所定パターンで超音波の送受信が再度行われるため、測定に有効な波形信号を確実に取得することができる。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記相関値が所定のしきい値未満の値である場合には、前記液体中に異物の混入ありと判断して、その旨を表示手段に表示させるステップを含むことをその要旨とする。
請求項5に記載の発明によれば、相関値が所定のしきい値未満の値である場合には、液体中に異物の混入ありと判断されてその旨が表示手段に表示される。この場合、液体に異物が混入した異常な状態を迅速に警告することができ、液体の供給系のメンテナンスを行うことにより、液体中に異物を含まない正常な状態に迅速に復帰させることが可能となる。
請求項6に記載の発明は、液体を流す流路の上流側及び下流側において対向するよう配置された一対の超音波振動子を備え、前記一対の超音波振動子により前記液体の流れの正逆方向に超音波を伝搬させ、その正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波との伝搬時間差に基づいて前記液体の体積流量を求める超音波流量計において、前記一対の超音波振動子の間で超音波の送受信を行い、前記超音波の波形信号を取得する波形信号取得手段と、前記波形信号取得手段で取得した複数の超音波の波形信号を比較して、前記波形信号の相関関数を算出する相関関数算出手段と、前記波形信号の相関関数の相関値により測定に有効な波形信号であるか否かを判定し、有効と判定した波形信号に基づいて、前記超音波の伝搬時間差を求めるとともに、その伝搬時間差により前記液体の体積流量を求める体積流量算出手段とを備えたことを特徴とする超音波流量計をその要旨とする。
請求項6に記載の発明によれば、流路の上流側及び下流側において対向するよう一対の超音波振動子が配置されている。それら超音波振動子の間で超音波の送受信が行われることで、波形信号取得手段により超音波の波形信号が取得される。そして、相関関数算出手段により、複数の超音波の波形信号が比較されて、波形信号の相関関数が算出される。その相関関数の相関値に基づいて、液体中に異物が含まれない正常な状態で取得された有効な波形信号であるか否かを判定することができる。そして、体積流量算出手段により、有効と判定した波形信号に基づいて、超音波の伝搬時間差が求められ、その伝搬時間差により液体の体積流量が求められる。このようにすれば、信頼性の高い波形信号のみを使用して体積流量を算出することができるので、従来技術のように超音波の送受信を多数回したうえで平均化処理を行わなくても、測定精度を十分に高めることができる。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の超音波流量測定方法における各ステップをコンピュータにより実行させるための超音波流量測定プログラムをその要旨とする。
請求項7に記載のプログラムをコンピュータに実行させることにより、信頼性の高い波形信号のみを使用して体積流量を算出することができ、測定精度を十分に高めることができる。
以上詳述したように、請求項1〜7に記載の発明によると、液体中に気泡などの異物が混入した場合でも、その液体の体積流量を正確に測定することができる。
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は本実施の形態の超音波流量計1を示す概略構成図である。超音波流量計1は、超音波伝搬時間差方式で液体W1(例えば半導体洗浄用の薬液)の体積流量を測定する測定器であって、液体W1を供給するための供給配管4の途中に設けられている。
供給配管4の上流側には、液体W1の流量を調整するための調整バルブ5が設けられており、この調整バルブ5には、その開度を変更するためのコントローラ6が接続されている。本実施の形態において、超音波流量計1で計測された体積流量の測定値がコントローラ6に送信され、そのコントローラ6が調整バルブ5の開度を制御することにより、供給配管4を流れる液体W1の流量が予め設定された所定の流量となるよう調整される。
以下、本実施の形態の超音波流量計1の具体的な構成について詳述する。
図1に示されるように、超音波流量計1は、略コ字状に屈曲形成された配管11と、その配管11の2つのコーナー部11a,11bにそれぞれ固定され配管11の直管部11cを介して対向するよう配置される一対の超音波振動子12,13と、配管11に固定され液体W1の音速を測定するための音速センサ16と、各超音波振動子12,13や音速センサ16に電気的に接続される制御装置20とを備える。本実施の形態の配管11は、耐薬品性に優れるフッ素樹脂(例えばテフロン(登録商標))を用いて形成されており、直管部11cの長さは10cm程度である。また、この配管11内に形成される流路の断面形状は円形であり、その口径は10mm程度である。このように、流路の断面形状を円形とすることにより、その流路内において、液体W1の乱流が防止され、液体W1がスムーズに流れるようになっている。
図2は、超音波流量計1の電気的構成を示すブロック図である。図2に示されるように、制御装置20は、CPU21、第1信号処理回路22、第2信号処理回路23、メモリ24、入力装置25、表示装置26、データ出力回路27を備える。
第1信号処理回路22は、切り替え回路31、パルス発生回路32、受信回路33、検波回路34、及びA/D変換回路35を備える。
切り替え回路31は、一対の超音波振動子12,13のうちの上流側の超音波振動子12をパルス発生回路32に接続するとともに下流側の超音波振動子13を受信回路33に接続する第1の接続位置と、下流側の超音波振動子13をパルス発生回路32に接続するとともに上流側の超音波振動子12を受信回路33に接続する第2の接続位置とを切り替え可能に構成されている。この切り替え回路31における接続位置は、CPU21から出力される切り替え信号によって制御される。
パルス発生回路32は、CPU32からの制御信号に応答して動作し、超音波振動子12,13を駆動するための駆動パルスを出力する。この駆動パルスが切り替え回路31を介して各超音波振動子12,13に供給される。ここで例えば、切り替え回路31が第1の接続位置に切り替えられた場合、上流側の超音波振動子12に駆動パルスが供給され、その超音波振動子12が振動することにより、所定周波数(具体的には、1MHzの周波数)の超音波が出力される。そして、その超音波は、配管11の液体W1中をその液体W1の流れの正方向に伝搬して下流側の超音波振動子13で受信される。また逆に、切り替え回路31が第2の接続位置に切り替えられた場合には、下流側の超音波振動子13に駆動パルスが供給され、その超音波振動子13が振動することにより、所定周波数(具体的には、1MHzの周波数)の超音波が出力される。そして、その超音波は、配管11の液体W1中をその液体W1の流れの逆方向に伝搬して上流側の超音波振動子12で受信される。
受信回路33は、図示しない信号増幅回路を含み、各超音波振動子12,13で受信された超音波信号を増幅した後、検波回路34に出力する。検波回路34は、図示しないゲート回路を含み、受信信号の中から1パルス分の超音波信号を抽出してA/D変換回路35に出力する。A/D変換回路35では、アナログ信号である超音波信号をデジタル信号にA/D変換する。CPU21は、このA/D変換後の超音波信号を取り込み、メモリ24に一旦記憶する。
本実施の形態の音速センサ16は、例えば、超音波を利用して液体W1の音速を測定するセンサであり、超音波の送受信を行うための超音波振動子(図示略)を備える。第2信号処理回路23は、その音速センサ16の駆動信号を出力したり、音速センサ16からのセンサ信号を受信したりする処理回路であり、第1信号処理回路22と同様の回路(図示しない切り替え回路、パルス発生回路、受信回路、検波回路、及びA/D変換回路等)を備える。
CPU21は、メモリ24を利用して制御プログラムを実行し、装置全体を統括的に制御する。制御プログラムとしては、体積流量を算出するためのプログラムや体積流量の測定値を表示するためのプログラムなどを含む。なお、CPU21が実行するプログラムとしては、メモリカードなどの記憶媒体に記憶されたプログラムや、通信媒体を介してダウンロードしたプログラムでもよく、その実行時には、メモリ24に読み込んで使用する。
表示装置26は、例えば液晶ディスプレイであり、体積流量の測定値を表示するために用いられる。入力装置25は、各種の操作ボタンを含み、測定の開始・終了、表示モードの設定などを行うために用いられる。データ出力回路27は、データ出力用のインターフェース(例えば、RS232などのポート)を含み、測定した体積流量に関するデータをコントローラ6に転送する。
次に、本実施の形態における体積流量の具体的な算出方法について説明する。
本実施の形態では、まず、上流側及び下流側に配置された一対の超音波振動子12,13において、例えば、250μs毎に、正方向、逆方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターンで一方の超音波振動子から超音波を送信するとともに、液体W1中を伝搬した各超音波を他方の超音波振動子で受信する。このとき、超音波振動子12,13で電気信号に変換された超音波信号は、さらに第1信号処理回路22において切り替え回路31、受信回路33、検波回路34、及びA/D変換回路35を経てデジタル信号に変換された後、超音波の波形信号としてメモリ24に記憶される。なお、本実施の形態では、上述した所定パターンの超音波の送受信にて取得された4パルス分の波形信号が、液体W1の体積流量を求めるためのデータの塊としてメモリ24に記憶される。
そして、それら超音波の波形信号を比較することで、波形信号の相関関数を算出する。具体的には、例えば、最初に送受信した第1パルスの波形信号と次に送受信した第2パルスの波形信号とを比較して、第1パルスを基準とした相関関数を求める。また、第1パルスの波形信号と第3パルスの波形信号とを比較して、第1パルスを基準とした相関関数を求める。さらに、第1パルスの波形信号と第4パルスの波形信号とを比較して、第1パルスを基準とした相関関数を求める。同様に、第2パルスの波形信号と第3パルスの波形信号とを比較して第2パルスを基準とした相関関数を求め、第2パルスの波形信号と第4パルスの波形信号とを比較して第2パルスを基準とした相関関数を求める。さらに、第3パルスの波形信号と第4パルスの波形信号とを比較して第3パルスを基準とした相関関数を求める。
ここで、配管11を流れる液体W1中に気泡などの異物が含まれる場合、その異物によって超音波が乱反射するため、受信された各超音波はその波形が異なるものとなる。この場合、各波形信号により求められた相関関数の相関値は、1よりも相当小さくなる。一方、液体中に気泡が含まれない場合には、各超音波の波形は類似したものとなるため、相関関数の相関値が1に近い値(例えば0.97)となる。従って、本実施の形態では、相関関数の相関値が1に近い値(例えば、0.9以上)である場合に、測定に有効な波形信号であると判定する。そして、有効と判定した波形信号に基づいて、超音波の伝搬時間差を求める。
本実施の形態では、第1パルスの超音波及び第4パルスの超音波は、両方とも液体W1中を正方向に伝搬している。従って、図3に示されるように、これら超音波の波形信号を比較して求めた相関関数f1は、その時間的なズレ量が0となる。これに対して、第1パルスの超音波及び第2パルスの超音波は、正方向及び逆方向に伝搬している。そのため、これら超音波の波形信号を比較して求めた相関関数f2は、前記相関関数f1と比較すると、超音波の伝搬時間差ΔTのズレが生じる。よって、本実施の形態では、相関関数f2の相関値が最大となる時刻に基づいて、超音波の伝搬時間差ΔTが求められる。
そして、この伝搬時間差ΔTを上記の式(5)に代入して流体W1の流速Vを求める。なお、音速Cは、音速センサ16により例えば1秒毎に取得した測定値を用いる。さらに、この流速Vに配管11の断面積Sを乗算することで液体W1の体積流量Q(=SV)を求める。
なお、実際の流量測定時には、配管11の2つのコーナー部11a,11bにおいて液体W1の流れが乱れる。また、配管11において中央部の方が側壁側よりも液体W1の流れが速くなる。従って、この液体W1の流速の分布を考慮して補正演算を行うことにより、より正確な体積流量Qが算出される。
次に、本実施の形態において、液体W1の体積流量Qを測定するための処理例について図4のフローチャートを用いて説明する。なお、図4の処理は、作業者が入力装置25に設けられている開始ボタンを操作したときに開始される。
まず、波形信号取得手段としてのCPU21は、第1信号処理回路22のパルス発生回路32を動作させ、250μs毎に駆動パルスを出力させるとともに、切り替え回路31の接続位置を切り替えて、上流側の超音波振動子12及び下流側の超音波振動子13に対して駆動パルスを順次供給する(ステップ100)。これにより、各超音波振動子12,13において、正方向、逆方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターンで超音波の送受信が行われる。そして、各超音波振動子12,13で受信された超音波信号は、第1信号処理回路22において切り替え回路31、受信回路33、検波回路34、及びA/D変換回路35を経てデジタル信号に変換される。CPU21は、そのA/D変換後の超音波信号を順次取り込み、超音波の波形信号としてメモリ24に記憶する。なおここでは、上述した所定パターンの4パルス分の波形信号がメモリ24に記憶される。
その後、相関関数算出手段としてのCPU21は、各超音波の波形信号を読み出し、それら波形信号を比較して相関関数を算出する(ステップ110)。そして、CPU21は、波形信号の相関関数の相関値により測定に有効な波形信号であるか否かを判定する(ステップ120)。具体的には、相関関数の相関値が所定のしきい値(例えば、0.9)以上である場合、CPU21は、測定に有効な波形信号であると判定し、その波形信号のデータをメモリ24に残す。一方、所定のしきい値よりも小さい場合には、比較した波形信号の少なくとも一方が測定に無効な波形信号である。この場合、CPU21は、他の波形信号との比較で求めた相関関数により、測定に無効な波形信号を特定して、その波形信号のデータをメモリ24から削除する。そして、4パルスの超音波において、正方向の第1パルス及び第4パルスの波形信号の両方、または逆方向の第2パルス及び第3パルスの波形信号の両方が無効な波形信号であると判定した場合、液体中に異物の混入ありと判断して、CPU21はその旨を表示装置26に表示させる(ステップ130)。その後、CPU21は、ステップ100の処理に戻り、所定パターンでの超音波の送受信を再度行う。
一方、正方向の第1パルス及び第4パルスの波形信号の少なくとも一方が有効であると判定し、かつ逆方向の第2パルス及び第3パルスの波形信号の少なくとも一方が有効であると判定した場合、体積流量算出手段としてのCPU21は、有効と判定した波形信号の相関関数に基づいて、正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波との伝搬時間差ΔTを求める(ステップ140)。
さらに、CPU21は、音速センサ16を用いて測定した音速Cとその伝搬時間差ΔTとを用い、式(5)に対応した演算を行うことにより液体W1の流速Vを求め、さらにその流速Vと配管11の断面積Sとを乗算することにより液体W1の体積流量Qを求める(ステップ150)。
上記ステップ140において、有効と判定した各波形信号について、複数の組み合わせで各波形信号の伝搬時間差ΔTを求めることができる場合には、ステップ150において、それら伝搬時間差ΔTの平均値によって、液体W1の体積流量を求めるようにする。
その後、CPU21は、体積流量Qの測定値を表示装置26に表示させる(ステップ160)。そして、CPU21は、体積流量Qの測定処理を継続するか否かを判定する(ステップ170)。具体的には、CPU21は、入力装置25の終了ボタンが操作されているか否かを判定し、終了ボタンが操作されていない場合には、ステップ100の処理に戻り、ステップ100〜ステップ170の処理を再度行う。そして、入力装置25の終了ボタンが操作された場合、CPU21は図4の処理を終了する。
従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。
(1)本実施の形態の超音波流量計1では、波形信号の相関関数が算出され、その相関関数の相関値に基づいて、液体W1中に異物が含まれない正常な状態で取得された有効な波形信号であるか否かを判定することができる。そして、有効と判定した波形信号に基づいて、超音波の伝搬時間差ΔTが求められ、その伝搬時間差ΔTにより液体W1の体積流量Qが求められる。このように、信頼性の高い波形信号のみを使用して体積流量Qを算出することができるので、測定精度を十分に高めることができる。具体的には、超音波流量計1では、従来技術において超音波の送受信を16回行って得られた平均値と同程度の測定精度を確保することができた。よって、超音波の送受信回数を抑えつつ測定精度を高めることができるので、従来技術と比較して測定時間の短縮が可能となる。
(2)本実施の形態の超音波流量計1では、超音波の伝搬方向が正方向、逆方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターンで超音波の送受信が行われ、4パルス分の波形信号が取得される。この場合、各波形信号について複数通りの組み合わせで伝搬時間差ΔTを求めることができ、それら伝搬時間差ΔTの平均値により、液体W1の体積流量Qをより正確に求めることができる。
(3)本実施の形態の超音波流量計1では、波形信号について測定に有効な波形信号がないと判定された場合には、所定パターンで超音波の送受信が再度行われるため、測定に有効な波形信号を確実に取得することができる。
(4)本実施の形態の超音波流量計1では、相関値が所定のしきい値(例えば。、0.9)未満の値である場合には、液体W1中に異物の混入ありと判断されてその旨が表示装置26に表示される。この場合、液体W1に異物が混入した異常な状態を迅速に警告することができ、液体W1の供給系(調整バルブ5、図示しない供給タンクやそれに繋がる配管など)のメンテナンスを行うことにより、液体W1中に異物を含まない正常な状態に迅速に復帰させることが可能となる。
なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、正方向、逆方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターンで超音波の送受信を行うようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、逆方向、正方向、正方向及び逆方向の順序となる所定パターンで超音波の送受信を行ってもよい。また、4パルス分の超音波の送受信に限定されるものではなく、少なくとも正方向及び逆方向の送受信を1回ずつ含む所定パターンで測定を行うものであればよい。さらに、上記実施の形態では、同じ方向に連続して2回以上超音波の送受信を行う態様を採用したが、同じ方向に連続して2回以上超音波の送受信を行わない態様(言い換えると、超音波の送受信の方向性が1回ごとに逆転する態様)を採用しても勿論よい。具体的には、正方向、逆方向、正方向及び逆方向の順序となる所定パターン、あるいは逆方向、正方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターンで、超音波の送受信を行うことも可能である。
・上記実施の形態では、相関関数の相関値が所定のしきい値(例えば、0.9)以上である場合に測定に有効な波形信号であると判定したが、このしきい値は適宜変更することができる。具体的には、測定開始前の初期設定時において、入力装置25を操作することにより、液体W1の種類に応じた最適なしきい値に変更可能に構成してもよい。
・上記実施の形態において、前回の処理で有効と判定した波形信号のデータを基準波形信号としてメモリ24に記憶しておき、次回の処理では、取得した波形信号とその基準波形信号とを比較して相関関数を求めるように構成してもよい。
・上記実施の形態では、配管11をテフロンで構成したが、これに限定されるものではなく、液体W1の種類に応じて適宜変更することができる。ただし、上記実施の形態のように、薬液を流す場合には、耐薬品性に優れる樹脂材料を用いて配管11を構成することが好ましい。
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1)請求項1乃至5のいずれか1項において、前記相関値が所定のしきい値以上である場合に、測定に有効な波形信号であると判定することを特徴とする超音波流量測定方法。
(2)請求項1乃至5のいずれか1項において、前記相関値が最大となる時刻のズレ量に基づいて各超音波の伝搬時間差を求めるようにしたことを特徴とする超音波流量測定方法。
(3)請求項1乃至5のいずれか1項において、同一方向に伝搬した2つの超音波の波形信号を比較して、各波形信号の相関関数を求めるようにしたことを特徴とする超音波流量測定方法。
(4)請求項1乃至5のいずれか1項において、異なる方向に伝搬した2つの超音波の波形信号を比較して、各波形信号の相関関数を求めるようにしたことを特徴とする超音波流量測定方法。
(5)請求項1乃至5のいずれか1項において、基準波形信号をメモリに予め設定しておき、前記波形信号とその基準波形信号とを比較して相関関数を求めるようにしたことを特徴とする超音波流量測定方法。
1…超音波流量計
11…流路を構成する配管
12,13…超音波振動子
21…波形信号取得手段、相関関数算出手段、体積流量算出手段としてのCPU
26…表示手段としての表示装置
11…流路を構成する配管
12,13…超音波振動子
21…波形信号取得手段、相関関数算出手段、体積流量算出手段としてのCPU
26…表示手段としての表示装置
Claims (7)
- 液体を流す流路の上流側及び下流側において対向するよう配置された一対の超音波振動子を用いて、前記液体の流れの正逆方向に超音波を伝搬させてその正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波との伝搬時間差に基づいて前記液体の体積流量を求める超音波流量測定方法において、
前記一対の超音波振動子の間で超音波の送受信を行い、前記超音波の波形信号を取得するステップと、
取得した複数の超音波の波形信号を比較して、前記波形信号の相関関数を算出するステップと、
前記波形信号の相関関数の相関値により測定に有効な波形信号であるか否かを判定し、有効と判定した波形信号に基づいて、前記超音波の伝搬時間差を求めるとともに、その伝搬時間差により前記液体の体積流量を求めるステップと
を含むことを特徴とする超音波流量測定方法。 - 前記一対の超音波振動子の間にて所定パターンで超音波の送受信を行い、各超音波振動子で受信した各波形信号のデータを記憶するステップをさらに備え、
異なるタイミングで受信した各波形信号について、各超音波の伝搬時間差を求め、それら伝搬時間差の平均値により、前記液体の体積流量を求めるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の超音波流量測定方法。 - 前記一対の超音波振動子の間で、超音波の伝搬方向が正方向、逆方向、逆方向及び正方向の順序となる所定パターン、または、逆方向、正方向、正方向及び逆方向の順序となる所定のパターンで超音波の送受信を行うことを特徴とする請求項2に記載の超音波流量測定方法。
- 前記所定パターンで超音波の送受信を行うことで取得した複数の超音波の波形信号について有効な波形信号がないと判定された場合には、前記所定パターンで超音波の送受信を再度行うようにしたことを特徴とする請求項2または3に記載の超音波流量測定方法。
- 前記相関値が所定のしきい値未満の値である場合には、前記液体中に異物の混入ありと判断して、その旨を表示手段に表示させるステップを含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の超音波流量測定方法。
- 液体を流す流路の上流側及び下流側において対向するよう配置された一対の超音波振動子を備え、前記一対の超音波振動子により前記液体の流れの正逆方向に超音波を伝搬させ、その正方向に伝搬した超音波と逆方向に伝搬した超音波との伝搬時間差に基づいて前記液体の体積流量を求める超音波流量計において、
前記一対の超音波振動子の間で超音波の送受信を行い、前記超音波の波形信号を取得する波形信号取得手段と、
前記波形信号取得手段で取得した複数の超音波の波形信号を比較して、前記波形信号の相関関数を算出する相関関数算出手段と、
前記波形信号の相関関数の相関値により測定に有効な波形信号であるか否かを判定し、有効と判定した波形信号に基づいて、前記超音波の伝搬時間差を求めるとともに、その伝搬時間差により前記液体の体積流量を求める体積流量算出手段と
を備えたことを特徴とする超音波流量計。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の超音波流量測定方法における各ステップをコンピュータにより実行させるための超音波流量測定プログラム。
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JP2007151028A JP2008304281A (ja) | 2007-06-06 | 2007-06-06 | 超音波流量測定方法、超音波流量計、及び超音波流量測定プログラム |
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