JP2009236595A - Ultrasonic flow measuring method and program - Google Patents

Ultrasonic flow measuring method and program Download PDF

Info

Publication number
JP2009236595A
JP2009236595A JP2008081163A JP2008081163A JP2009236595A JP 2009236595 A JP2009236595 A JP 2009236595A JP 2008081163 A JP2008081163 A JP 2008081163A JP 2008081163 A JP2008081163 A JP 2008081163A JP 2009236595 A JP2009236595 A JP 2009236595A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
wave
calculating
reflector
search
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008081163A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Tezuka
英昭 手塚
Harutsugu Mori
治嗣 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electric Power Co Inc filed Critical Tokyo Electric Power Co Inc
Priority to JP2008081163A priority Critical patent/JP2009236595A/en
Publication of JP2009236595A publication Critical patent/JP2009236595A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reflection type ultrasonic flowmeter and a flow measuring method using a correlation method capable of highly accurate measurements without being affected by Fourier uncertainty. <P>SOLUTION: The reflection type ultrasonic flowmeter and the flow measuring method using a correlation method have steps for performing wavelet transformation on reference waves and search waves instead of Fourier transformation and comparing wavelet coefficients to determine the correlation between the reference waves and the search waves. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波パルスを利用して流体の流速分布および流量を測定する超音波流速分布および流量計に係り、特に、比較的クリーンな流体を含む種々の流体の流速分布および流量を非接触測定できる相関法を利用した反射型超音波流量計測方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to an ultrasonic flow velocity distribution and a flow meter that measure flow velocity distribution and flow rate of the fluid using ultrasonic pulses, and in particular, non-contact the flow velocity distribution and flow rate of various fluids including relatively clean fluid. The present invention relates to a reflection type ultrasonic flow rate measurement method and program using a measurable correlation method.

相関法を利用した反射型超音波流量計として特許文献1、特許文献2、特許文献3に開示された技術がある。
特開2003−344131 特開2004−333260 特開2005−208068
There are techniques disclosed in Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 as reflection type ultrasonic flowmeters using the correlation method.
JP 2003-344131 A JP 2004-333260 A JP2005-208068

相関法を利用した反射型超音波流量計は、異なるパルスに対する同一の反射体からのエコー信号を波形の相関から探し出して、その時間差から反射体の速度を算出し、その速度を用いて流速分布や流量を測定するものである。   The reflection type ultrasonic flowmeter using the correlation method finds the echo signal from the same reflector for different pulses from the correlation of the waveform, calculates the velocity of the reflector from the time difference, and uses this velocity to distribute the flow velocity It measures the flow rate.

図6に反射型超音波流量計の測定形態を示す。配管20の中の流体に対して、トランスジューサ17から超音波パルスを複数回入射し、このエコーを解析することで、測定線(ML)に沿った流速分布を求める。   FIG. 6 shows a measurement form of the reflection type ultrasonic flowmeter. An ultrasonic pulse is incident on the fluid in the pipe 20 a plurality of times from the transducer 17 and the echo is analyzed to obtain a flow velocity distribution along the measurement line (ML).

図7はトランスジューサ17から入射された超音波ビーム30と流体中の気泡等の反射体40の関係を説明するものである。反射体40は流れに沿って移動するため、ある超音波パルスが衝突した位置をAとすると、その後の超音波パルスとはBのように下流で衝突する。   FIG. 7 illustrates the relationship between the ultrasonic beam 30 incident from the transducer 17 and the reflector 40 such as bubbles in the fluid. Since the reflector 40 moves along the flow, assuming that a position where a certain ultrasonic pulse collides is A, the subsequent ultrasonic pulse collides downstream as B.

このため、トランスジューサ17との距離が異なるため、図8のように、入射波である超音波パルスと受信波である超音波エコーとの時間差がパルスによって異なる、という現象が起こる。図8では、時刻tで発振した超音波パルスとΔt後の発振したパルスの間に、反射体40はΔxだけ変位するが、これは、受信波形ではΔτとして観測される。 For this reason, since the distance from the transducer 17 is different, a phenomenon occurs in which the time difference between the ultrasonic pulse as the incident wave and the ultrasonic echo as the reception wave differs depending on the pulse as shown in FIG. In FIG. 8, the reflector 40 is displaced by Δx between the ultrasonic pulse oscillated at time t 0 and the pulse oscillated after Δt. This is observed as Δτ in the received waveform.

以上から式(1)、(2)により、トランスジューサ17からの距離xとその位置での流速u(x)を求めることができる。
ここで超音波パルスを発振してから反射波を受信するまでの時間をτ、超音波の速度をcとしている。
From the above, the distance x from the transducer 17 and the flow velocity u (x) at that position can be obtained from the equations (1) and (2).
Here, τ is the time from when the ultrasonic pulse is oscillated until the reflected wave is received, and c is the velocity of the ultrasonic wave.

このように、同一の反射体からのエコー信号を特定することができれば、その時間差から反射体の速度、すなわち流速を求めることができる。この同一の反射体からのエコーを探すために、エコー信号から特定の時間帯の波形を切り出し参照波とし、このエコー信号の他の部分から参照波と時間的に同じ幅の任意の波形(探索波)を切り出して相関を計算し、同一の反射体からの反射波を見つけるのが、自己相関法を利用した反射型超音波流量計である。   Thus, if the echo signal from the same reflector can be specified, the speed of the reflector, that is, the flow velocity can be obtained from the time difference. In order to search for an echo from this same reflector, a waveform in a specific time zone is cut out from the echo signal as a reference wave, and an arbitrary waveform (search for the same width in time as the reference wave) is searched from other parts of the echo signal. The reflection type ultrasonic flowmeter using the autocorrelation method finds the reflected wave from the same reflector by cutting out the wave) and calculating the correlation.

相関法を利用した反射型超音波流量計の基本的な構成は図9に示すようなものである。トリガ発信ボード12と超音波発信・受信手段であるパルサーレシーバ14、トランスジューサ17、受信した超音波エコー信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するADコンバータ15、ADコンバータのメモリ22、デジタル化された超音波エコー信号を処理して流速分布および流量を算出する信号処理手段であるパーソナルコンピューター(パソコン)11からなる。   A basic configuration of a reflection type ultrasonic flowmeter using the correlation method is as shown in FIG. The trigger transmission board 12, the pulsar receiver 14 which is an ultrasonic transmission / reception means, the transducer 17, the AD converter 15 which samples the received ultrasonic echo signal and converts it into a digital signal, the AD converter memory 22, the digitized super It comprises a personal computer (personal computer) 11 which is a signal processing means for processing a sound wave echo signal to calculate a flow velocity distribution and a flow rate.

まず、トリガ発信ボード12がトリガ信号を生成し、これに従いパルサーレシーバ14が電気パルス信号を生成する。この電気パルス信号をトランスジューサ17が超音波パルスに変換して発振する。 First, the trigger transmission board 12 generates a trigger signal, and the pulsar receiver 14 generates an electric pulse signal according to the trigger signal. The transducer 17 converts this electric pulse signal into an ultrasonic pulse and oscillates.

トリガ信号は、ADコンバータ15にも同期をとるために送信される。 The trigger signal is also transmitted to the AD converter 15 for synchronization.

トランスジューサ17は、超音波パルスのビームを金属配管20内に投入射する一方、超音波パルスの発振後、測定対象流体に混在する反射体からの反射波である、超音波エコー信号を受信する。受信した超音波エコー信号は、トランスジューサ17からパルサーレシーバ14を介してADコンバータ15に送られる。ADコンバータ15はトリガ信号に同期してサンプリングを行い、変換したデジタルエコー信号をパソコン11に送信する。   The transducer 17 inputs an ultrasonic pulse beam into the metal pipe 20 and receives an ultrasonic echo signal that is a reflected wave from a reflector mixed in the measurement target fluid after the ultrasonic pulse is oscillated. The received ultrasonic echo signal is sent from the transducer 17 to the AD converter 15 via the pulser receiver 14. The AD converter 15 performs sampling in synchronization with the trigger signal, and transmits the converted digital echo signal to the personal computer 11.

ADコンバータにて変換されたデジタル超音波エコー信号は、信号処理手段であるパソコン11で処理され、流速分布、流量が求められる。   The digital ultrasonic echo signal converted by the AD converter is processed by the personal computer 11 as signal processing means, and the flow velocity distribution and the flow rate are obtained.

さて、相関法を利用した反射型超音波流量計においては、相関係数を算出し参照波と探索波の相関を取ることで、参照波と探索波が同じ波形であるかどうかを判断しているが、数学的な意味合いは、参照波と探索波をそれぞれフーリエ変換し、符号する周波数帯の大きさを比較していることと同等であり、フーリエ変換が有する不確定性の問題を有している。   Now, in the reflection type ultrasonic flowmeter using the correlation method, the correlation coefficient is calculated and the correlation between the reference wave and the search wave is determined to determine whether the reference wave and the search wave have the same waveform. However, the mathematical meaning is equivalent to the Fourier transform of the reference wave and the search wave, respectively, and the size of the frequency band to be encoded is compared, and it has the uncertainty problem that the Fourier transform has. ing.

図10に参照波、探索波の切り出しを例示するが、参照波、探索波ともに限られた時間間隔の波形であるため、このフーリエ変換の際には式(3)のように窓関数を乗じて行う。
ω(x−b)はx=b近傍の解析を行う際の窓関数である。
FIG. 10 illustrates the extraction of the reference wave and the search wave. Since both the reference wave and the search wave are waveforms with limited time intervals, the window function is multiplied as shown in Expression (3) in this Fourier transform. Do it.
ω (x−b) is a window function used when analyzing the vicinity of x = b.

しかし、窓関数を乗じてフーリエ変換する方法では、フーリエ解析の不確定性原理に基づく精度の限界が生じてしまう。 However, in the method of performing Fourier transform by multiplying by a window function, a precision limit based on the uncertainty principle of Fourier analysis occurs.

本発明は、フーリエ解析の不確定性原理に影響されることなく、高精度の測定技術を提供することを目的とし、参照波と探索波の相関を、ウェーブレット変換を用いて行うようにしたものである。   The present invention aims to provide a highly accurate measurement technique without being influenced by the uncertainty principle of Fourier analysis, and performs correlation between a reference wave and a search wave by using a wavelet transform. It is.

すなわち、本発明とは以下のものである
(1)
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと、
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するAD変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号の中から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと、
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
を備えた超音波流速分布測定方法であって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流速分布測定方法
(2)
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するAD変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
流速分布から流量を算出する超音波流量測定方法であって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流量測定方法
(3)
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと、
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するAD変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号の中から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと、
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
を備えた超音波流速分布測定プログラムであって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流速分布測定プログラム
(4)
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するAD変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
流速分布から流量を算出する超音波流量測定プログラムであって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流量測定プログラム
That is, the present invention is as follows (1)
A trigger transmission step for outputting a trigger signal;
An ultrasonic pulse oscillation step of oscillating an ultrasonic pulse a plurality of times toward the measurement line of the fluid flowing in the pipe by the trigger signal;
An ultrasonic pulse receiving step for receiving a reflected wave of an ultrasonic pulse by a reflector in the fluid and converting it to an ultrasonic echo signal;
AD conversion step for analog-digital conversion and storing the ultrasonic echo signal;
A correlation calculation step for extracting a reference wave and a search wave from the stored digital ultrasonic echo signal and calculating an autocorrelation;
A phase identifying step that considers the reflected wave from the same reflector when the correlation between the reference wave and the search wave is equal to or greater than a certain value;
A phase difference calculating step of calculating a phase difference between the reference wave and the search wave specified by the phase specifying step;
A velocity calculating step for calculating the velocity of the ultrasonic reflector along the measurement line from the phase difference obtained by the phase difference calculating step;
A position specifying step of specifying a position of a reflector on a measurement line from a time difference between the ultrasonic pulse and an ultrasonic echo with respect to the ultrasonic pulse;
An ultrasonic flow velocity distribution measuring method comprising a flow velocity distribution calculating step of calculating a flow velocity distribution from the calculated velocity and position of the ultrasonic reflector,
The correlation calculation step includes:
A wavelet transform step for wavelet transforming each of the reference wave and the search wave;
Comparing wavelet coefficients for the same wavelet function in the wavelet transformed reference wave and search wave;
A step of determining a correlation between the reference wave and the search wave based on the comparison data,
Ultrasonic velocity distribution measurement method (2)
A trigger transmission step for outputting a trigger signal, and an ultrasonic pulse oscillation step for oscillating an ultrasonic pulse a plurality of times toward a measurement line of a fluid flowing in the pipe by the trigger signal;
An ultrasonic pulse receiving step for receiving a reflected wave of an ultrasonic pulse by a reflector in the fluid and converting it to an ultrasonic echo signal;
AD conversion step for analog-digital conversion and storing the ultrasonic echo signal;
A correlation calculation step of extracting a reference wave and a search wave from the stored digital ultrasonic echo signal and calculating an autocorrelation;
A phase identifying step that considers the reflected wave from the same reflector when the correlation between the reference wave and the search wave is equal to or greater than a certain value;
A phase difference calculating step of calculating a phase difference between the reference wave and the search wave specified by the phase specifying step;
The velocity calculation step for calculating the velocity of the ultrasonic reflector along the measurement line from the phase difference obtained by the phase difference calculation step, and the position of the reflector on the measurement line is specified from the time difference between the ultrasonic pulse and the ultrasonic echo corresponding thereto. An ultrasonic flow rate measuring method for calculating a flow rate from a flow rate distribution calculating step and a flow rate distribution calculating step for calculating a flow velocity distribution from the position specifying step, the calculated velocity and position of the ultrasonic reflector,
The correlation calculation step includes:
A wavelet transform step for wavelet transforming each of the reference wave and the search wave;
Comparing wavelet coefficients for the same wavelet function in the wavelet transformed reference wave and search wave;
A step of determining a correlation between the reference wave and the search wave based on the comparison data,
Ultrasonic flow measurement method (3)
A trigger transmission step for outputting a trigger signal;
An ultrasonic pulse oscillation step of oscillating an ultrasonic pulse a plurality of times toward the measurement line of the fluid flowing in the pipe by the trigger signal;
An ultrasonic pulse receiving step for receiving a reflected wave of an ultrasonic pulse by a reflector in the fluid and converting it to an ultrasonic echo signal;
AD conversion step for analog-digital conversion and storing the ultrasonic echo signal;
A correlation calculation step for extracting a reference wave and a search wave from the stored digital ultrasonic echo signal and calculating an autocorrelation;
A phase identifying step that considers the reflected wave from the same reflector when the correlation between the reference wave and the search wave is equal to or greater than a certain value;
A phase difference calculating step of calculating a phase difference between the reference wave and the search wave specified by the phase specifying step;
A velocity calculating step for calculating the velocity of the ultrasonic reflector along the measurement line from the phase difference obtained by the phase difference calculating step;
A position specifying step of specifying a position of a reflector on a measurement line from a time difference between the ultrasonic pulse and an ultrasonic echo with respect to the ultrasonic pulse;
An ultrasonic flow velocity distribution measurement program comprising a flow velocity distribution calculation step for calculating a flow velocity distribution from the calculated velocity and position of the ultrasonic reflector,
The correlation calculation step includes:
A wavelet transform step for wavelet transforming each of the reference wave and the search wave;
Comparing wavelet coefficients for the same wavelet function in the wavelet transformed reference wave and search wave;
A step of determining a correlation between the reference wave and the search wave based on the comparison data,
Ultrasonic velocity distribution measurement program (4)
A trigger transmission step for outputting a trigger signal, and an ultrasonic pulse oscillation step for oscillating an ultrasonic pulse a plurality of times toward a measurement line of a fluid flowing in the pipe by the trigger signal;
An ultrasonic pulse receiving step for receiving a reflected wave of an ultrasonic pulse by a reflector in the fluid and converting it to an ultrasonic echo signal;
AD conversion step for analog-digital conversion and storing the ultrasonic echo signal;
A correlation calculation step of extracting a reference wave and a search wave from the stored digital ultrasonic echo signal and calculating an autocorrelation;
A phase identifying step that considers the reflected wave from the same reflector when the correlation between the reference wave and the search wave is equal to or greater than a certain value;
A phase difference calculating step for calculating a phase difference between the reference wave and the search wave specified by the phase specifying step;
The velocity calculation step for calculating the velocity of the ultrasonic reflector along the measurement line from the phase difference obtained by the phase difference calculation step, and the position of the reflector on the measurement line is determined from the time difference between the ultrasonic pulse and the ultrasonic echo corresponding thereto. An ultrasonic flow rate measurement program for calculating a flow rate from a flow rate distribution calculating step and a flow rate distribution calculating step for calculating a flow rate distribution from the position specifying step, the calculated velocity and position of the ultrasonic reflector,
The correlation calculation step includes:
A wavelet transform step for wavelet transforming each of the reference wave and the search wave;
Comparing wavelet coefficients for the same wavelet function in the wavelet transformed reference wave and search wave;
A step of determining a correlation between the reference wave and the search wave based on the comparison data,
Ultrasonic flow measurement program

本発明によれば、フーリエ解析の不確定性原理に影響されることなく、高精度の測定を行うことができる。   According to the present invention, highly accurate measurement can be performed without being affected by the uncertainty principle of Fourier analysis.

本発明に係る超音波流速分布および流量計の実施の形態について添付図面を参照して説明する。 An embodiment of an ultrasonic flow velocity distribution and a flow meter according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係る超音波流速分布および流量計の一実施形態を概略的に示す測定システムである。 FIG. 1 is a measurement system schematically showing an embodiment of an ultrasonic flow velocity distribution and a flow meter according to the present invention.

この超音波流速分布および流量計10は、制御手段、信号処理手段としてのパーソナルコンピュータ(パソコン)11に流体の流速分布および流量計測機能を付加したものである。 The ultrasonic flow velocity distribution and flow meter 10 is obtained by adding a fluid flow velocity distribution and flow rate measurement function to a personal computer (personal computer) 11 as a control means and a signal processing means.

超音波流速分布および流量計10は、パソコン11と、トリガ信号を出力するトリガ発振手段としてのトリガ発振ボード12と、超音波発振手段としてのパルサーレシーバ14、トランスジューサ17を備える。パルサーレシーバ14はコネクタケーブル13を介してトリガ発振ボード12に接続され、トランスジューサ17はコネクタケーブル16を介してパルサーレシーバ14に接続される。トランスジューサ17とパルサーレシーバ14は超音波パルス受信手段も兼ねている。 The ultrasonic flow velocity distribution and flow meter 10 includes a personal computer 11, a trigger oscillation board 12 as trigger oscillation means for outputting a trigger signal, a pulsar receiver 14 and a transducer 17 as ultrasonic oscillation means. The pulsar receiver 14 is connected to the trigger oscillation board 12 via the connector cable 13, and the transducer 17 is connected to the pulsar receiver 14 via the connector cable 16. The transducer 17 and pulsar receiver 14 also serve as ultrasonic pulse receiving means.

さらに、超音波流速分布および流量計10はADコンバータ15を有する。トリガ発振ボード12はパルサーレシーバ14およびADコンバータ15の信号授受タイミングを制御しており、トリガ信号の出力波形は、予め設定されたソフトウエアのプログラムにより任意に設定できる。 Further, the ultrasonic flow velocity distribution and the flow meter 10 has an AD converter 15. The trigger oscillation board 12 controls signal transmission / reception timing of the pulsar receiver 14 and the AD converter 15, and the output waveform of the trigger signal can be arbitrarily set by a preset software program.

パルサーレシーバ14は、トリガ発振ボード12からのトリガ信号を入力して超音波パルス発振信号をトランスジューサ17に出力する。パルサーレシーバ14は、デジタルシンセサイザを内蔵し、50kHzから20MHzまでの超音波パルス発振信号の出力が可能であり、様々な発振周波数特性を有するトランスジューサ17に対応できる。 The pulsar receiver 14 receives the trigger signal from the trigger oscillation board 12 and outputs an ultrasonic pulse oscillation signal to the transducer 17. The pulsar receiver 14 incorporates a digital synthesizer, can output an ultrasonic pulse oscillation signal from 50 kHz to 20 MHz, and can correspond to the transducer 17 having various oscillation frequency characteristics.

一方、トランスジューサ17は、パルサーレシーバ14から出力される超音波パルス発振信号を超音波パルスに変換し、測定線MLに沿って入射する。トランスジューサ17は被測定流体を案内する流体配管20に所定の設置角度θをなして外側から設置される。 On the other hand, the transducer 17 converts the ultrasonic pulse oscillation signal output from the pulsar receiver 14 into an ultrasonic pulse and makes it incident along the measurement line ML. The transducer 17 is installed from the outside at a predetermined installation angle θ in a fluid pipe 20 that guides the fluid to be measured.

トランスジューサ17から発振された超音波パルスは流体配管20内を流れる被測定流体中に入射され、懸濁する(混在する)超音波反射体により反射される。その反射波はトランスジューサ17に戻り、このトランスジューサ17にて反射波の大きさに応じた超音波エコー信号に変換される。超音波パルスの反射波である超音波エコー信号は続いてパルサーレシーバ14に送られ、パルサーレシーバ14に内蔵されたローパスおよびハイパスフィルタ、またはバンドパスフィルタにより反射波である超音波エコー信号をフィルタリングし、使用超音波パルスの周波数帯のみを抽出し、ノイズの悪影響を抑制している。 The ultrasonic pulse oscillated from the transducer 17 is incident on the fluid to be measured flowing in the fluid pipe 20 and is reflected by the ultrasonic reflector that is suspended (mixed). The reflected wave returns to the transducer 17 and is converted into an ultrasonic echo signal corresponding to the magnitude of the reflected wave by the transducer 17. The ultrasonic echo signal that is the reflected wave of the ultrasonic pulse is subsequently sent to the pulsar receiver 14, and the ultrasonic echo signal that is the reflected wave is filtered by a low-pass and high-pass filter built in the pulsar receiver 14 or a band-pass filter. Only the frequency band of the ultrasonic pulse used is extracted, and the adverse effect of noise is suppressed.

パルサーレシーバ14でフィルタリングされたアナログ式の超音波エコー信号は続いてADコンバータ15に送られる。このADコンバータ15は超音波エコー信号をデジタル信号に変換している。ADコンバータ15で変換されたデジタル超音波エコー信号はADコンバータ15のボード上のメモリ22に蓄えられ、パソコン11のハードディスクへの保存が可能となる。 The analog ultrasonic echo signal filtered by the pulsar receiver 14 is then sent to the AD converter 15. The AD converter 15 converts an ultrasonic echo signal into a digital signal. The digital ultrasonic echo signal converted by the AD converter 15 is stored in the memory 22 on the board of the AD converter 15 and can be stored in the hard disk of the personal computer 11.

ADコンバータ15の解像度は、例えば8bitでサンプリング周波数が500MHzまで可能である。 The AD converter 15 has a resolution of, for example, 8 bits and a sampling frequency of up to 500 MHz.

信号処理手段であるパソコン11は、超音波パルスの反射波である超音波エコー信号を信号処理して解析し、前記超音波反射体あるいは超音波反射体群の位置と速度を求め、流体の流速分布および流量を算出するようになっている。 The personal computer 11 which is a signal processing means performs signal processing on an ultrasonic echo signal which is a reflected wave of the ultrasonic pulse, analyzes it, obtains the position and velocity of the ultrasonic reflector or ultrasonic reflector group, and determines the flow velocity of the fluid. The distribution and flow rate are calculated.

次に、本発明にかかる超音波流速分布測定方法、流量測定方法の処理を説明する。
図2に、本発明にかかる流量測定方法のフローを示す。
Next, processing of the ultrasonic flow velocity distribution measuring method and the flow measuring method according to the present invention will be described.
FIG. 2 shows a flow of the flow rate measuring method according to the present invention.

トリガ発振ボード12からトリガ発振信号がパルサーレシーバ14とADコンバータ15に送られると(S1)、パルサーレシーバ14から超音波パルス発振のための電気信号がトランスジューサ17に送信され、トランスジューサ17は、超音波パルス発振信号を受信して所要周波数、例えば4MHzの正弦波状の超音波バースト信号に変換し、超音波パルスの発振を行なう(S2)。 When a trigger oscillation signal is sent from the trigger oscillation board 12 to the pulsar receiver 14 and the AD converter 15 (S1), an electrical signal for ultrasonic pulse oscillation is transmitted from the pulsar receiver 14 to the transducer 17, and the transducer 17 The pulse oscillation signal is received and converted into an ultrasonic burst signal having a required frequency, for example, 4 MHz, and an ultrasonic pulse is oscillated (S2).

トランスジューサ17は超音波パルスのビームを流体配管20内に投影する一方、超音波パルスの発振後、測定対象流体19に混在する気泡やパーティクル粒子等の超音波反射体からの反射波の受信を開始し、得られた反射波の超音波エコー信号をパルサーレシーバ14に返信させる(S3)。この超音波の反射波は、パルサーレシーバ14の機能により、超音波周波数に応じたバイパスおよびローパスフィルタにより信号処理される(S4)。その後、ADコンバータ15に転送され、高速でデジタルサンプリング処理され、デジタル化される(S5)。 The transducer 17 projects an ultrasonic pulse beam into the fluid pipe 20 and starts receiving a reflected wave from an ultrasonic reflector such as bubbles and particle particles mixed in the measurement target fluid 19 after the ultrasonic pulse is oscillated. Then, the ultrasonic echo signal of the obtained reflected wave is returned to the pulsar receiver 14 (S3). This ultrasonic reflected wave is signal-processed by a bypass and a low-pass filter corresponding to the ultrasonic frequency by the function of the pulser receiver 14 (S4). Thereafter, it is transferred to the AD converter 15 where it is digitally sampled at high speed and digitized (S5).

サンプリング処理されたデジタル超音波エコー信号は信号処理手段であるパソコン11に入力される(S6)。パソコン11が入力されたデジタル超音波エコー信号を解析することにより、配管20中を流動する流体の流速分布を算出する(S7)。 The sampled digital ultrasonic echo signal is input to the personal computer 11 as signal processing means (S6). By analyzing the digital ultrasonic echo signal inputted by the personal computer 11, the flow velocity distribution of the fluid flowing in the pipe 20 is calculated (S7).

ステップS8では、合成された流速分布データを配管20の内部面積に沿う積分演算を行うことで流量を算出する。 In step S <b> 8, the flow rate is calculated by performing an integration operation along the internal area of the pipe 20 on the synthesized flow velocity distribution data.

パソコン11による流速分布算出ステップS7は、図3に示すように、相関計算処理ステップ(ステップS71)と、位相差計算ステップ(ステップS72)と、位置・速度算出ステップ(ステップS73)と、流速分布算出ステップ(ステップS75)等からなる。 As shown in FIG. 3, the flow velocity distribution calculation step S7 by the personal computer 11 includes a correlation calculation processing step (step S71), a phase difference calculation step (step S72), a position / speed calculation step (step S73), and a flow velocity distribution. The calculation step (step S75) and the like.

まず、ステップS71では、自己相関計算処理ステップがなされ、デジタル超音波エコー信号から抽出された参照波について、同一系列から探索される探索波の相関を計算し相関値を算出する。 First, in step S71, an autocorrelation calculation processing step is performed, and for the reference wave extracted from the digital ultrasonic echo signal, the correlation of the search wave searched from the same series is calculated to calculate the correlation value.

自己相関計算処理ステップは、図4に示すように、参照波切り出しステップ(S711)、探索波切り出しステップ(S712)、参照波ウェーブレット変換ステップ(S713)、探索波ウェーブレット変換ステップ(S714)、同一ウェーブレット関数に対する係数の比較ステップ(S715)、相関判定−探索波特定ステップ(S716〜S718)からなる。   As shown in FIG. 4, the autocorrelation calculation processing step includes a reference wave cutout step (S711), a search wave cutout step (S712), a reference wave wavelet transform step (S713), a search wave wavelet transform step (S714), and the same wavelet. A coefficient comparison step for the function (S715) and a correlation determination-search wave identification step (S716 to S718) are included.

参照波切り出しステップ(S711)では、あらかじめ決められた時間的な幅をもつ参照波を図10のように切り出す。参照波の選び方は、サンプリング開始時刻からの複数の特定の時間の箇所すなわち計測を行いたい距離を選択するが、選択デジタル超音波エコー信号のレベルが一定値以上になった時刻を基点に自動的に選択したり、画面に波形を表示し測定者からの指定を受け付けても良い。 In the reference wave cutout step (S711), a reference wave having a predetermined temporal width is cut out as shown in FIG. The reference wave is selected by selecting a plurality of specific time points from the sampling start time, that is, the distance to be measured, automatically based on the time when the level of the selected digital ultrasonic echo signal exceeds a certain value. Or display a waveform on the screen and accept the designation from the measurer.

探索波切り出しステップ(S712)では、参照波と同じ幅の任意の信号を切り出す。   In the search wave cutout step (S712), an arbitrary signal having the same width as the reference wave is cut out.

参照波ウェーブレット変換ステップ(S713)では、あらかじめ参照波に対して設定されたaの数値群について式(4)にしたがって信号の変換を行う。
In the reference wave wavelet transform step (S713), signal conversion is performed according to Equation (4) for the numerical value group a set in advance for the reference wave.

ここで、式(4)は式(5)で示されるウェーブレット関数に対する係数である。また、bは、参照波、探索波の時間軸上の位置によって決まる数であり、また、aはウェーブレット関数の形を決めるフーリエ変換の周波数に相当する数である。フーリエ変換では信号を正弦波の重ね合わせとして解析するが、ウェーブレット変換では信号をこのウェーブレット関数の重ね合わせとして解析している。このため、aの数値群はψaがフーリエ変換における周波数刻みと同等になるように設定される。
Here, Equation (4) is a coefficient for the wavelet function shown in Equation (5). Further, b is a number determined by the position of the reference wave and the search wave on the time axis, and a is a number corresponding to the frequency of Fourier transform that determines the shape of the wavelet function. In the Fourier transform, the signal is analyzed as a superposition of sine waves. In the wavelet transform, the signal is analyzed as a superposition of this wavelet function. For this reason, the numerical value group of a is set so that ψa is equivalent to the frequency step in the Fourier transform.

探索波ウェーブレット変換ステップ(S714)では、探索波に対してS713と同様に、式(4)にしたがって変換し、各ψaの係数を求める。 In the search wave wavelet transform step (S714), the search wave is converted according to the equation (4) as in S713, and the coefficient of each ψa is obtained.

ウェーブレット比較ステップ(S715)では、あらかじめ選択しておいた同一のウェーブレット関数ψaについて、参照波および探索波における係数を比較し、結果を記憶する。比較の方法は、たとえば係数の差の絶対値を加算していく方法や、差の二乗和のルート(多次元空間での距離)があるが、これに限られない。   In the wavelet comparison step (S715), the coefficients in the reference wave and the search wave are compared for the same wavelet function ψa selected in advance, and the result is stored. The comparison method includes, for example, a method of adding absolute values of coefficient differences and a root of sum of squares of differences (distance in a multidimensional space), but is not limited thereto.

相関判定−探索波特定ステップ(S716、S718)では、ウェーブレット関数に対する係数の隔たりが一定以下のときに、参照波と探索波が同一反射体からのエコーであると判定する。   In the correlation determination-search wave identification step (S716, S718), it is determined that the reference wave and the search wave are echoes from the same reflector when the coefficient separation with respect to the wavelet function is not more than a certain value.

また、係数が一定以上の時には、探索波の切り出し位置を変更し(S717)、再度相関の計算を行う。   When the coefficient is equal to or greater than a certain value, the search wave cut-out position is changed (S717), and the correlation is calculated again.

図5に参照波と、参照波と同一の反射波と判定された探索波の関係を示す。 FIG. 5 shows the relationship between the reference wave and the search wave determined to be the same reflected wave as the reference wave.

ステップS72の位相差計算ステップでは、特定した探索波の位相と参照波の位相との位相差を計算する。図5においては、参照波と探索波の位相差であるΔτを計算することに該当する。 In the phase difference calculation step of step S72, the phase difference between the phase of the identified search wave and the phase of the reference wave is calculated. In FIG. 5, this corresponds to calculating Δτ, which is the phase difference between the reference wave and the search wave.

ステップS73の位置・速度算出ステップでは、計算した位相差(図5ではΔτ)から反射体の速度を算出し、また超音波パルスから超音波エコーまでの時間(図5ではτ)から反射体の位置を算出する。 In the position / velocity calculating step of step S73, the velocity of the reflector is calculated from the calculated phase difference (Δτ in FIG. 5), and the time of the reflector from the time from the ultrasonic pulse to the ultrasonic echo (τ in FIG. 5) is calculated. Calculate the position.

ステップS73の位置・速度算出が、系列中の全探索範囲について完了したと判断したら(S74)、流速分布算出ステップ(S75)がなされる。流速分布算出ステップでは、反射体群位置および速度から超音波反射体群の位置と速度との関係、すなわち、流速分布が算出される。流速分布算出の際は、各系列における同じ対応時刻において同位置で取得された全ての超音波反射体の速度を加算平均又は2乗平均して算出する。 If it is determined that the position / velocity calculation in step S73 has been completed for all search ranges in the series (S74), a flow velocity distribution calculation step (S75) is performed. In the flow velocity distribution calculation step, the relationship between the position and velocity of the ultrasonic reflector group, that is, the flow velocity distribution is calculated from the reflector group position and velocity. When calculating the flow velocity distribution, the velocities of all ultrasonic reflectors acquired at the same position at the same corresponding time in each series are calculated by averaging or squaring average.

本発明は、流量計や流速計の製造業、流量計や流速計の販売業やメンテナンス業、プラントの保守・メンテナンス業、プラントの制御に関わるコンピュータプログラムの製作・メンテナンス業などにおいて、利用可能性がある。   The present invention can be used in the flow meter and current meter manufacturing industry, the flow meter and current meter sales business and maintenance business, the plant maintenance and maintenance business, and the computer program production and maintenance business related to plant control. There is.

本発明にかかる超音波流速分布計および流量計の機能ブロック図。The functional block diagram of the ultrasonic flow velocity distribution meter and flow meter concerning this invention. 本発明にかかる超音波流速分布および流量測定方法のフロー図。The flowchart of the ultrasonic flow velocity distribution and flow rate measuring method concerning this invention. 相関法による流速分布算出ステップのフロー図。The flowchart of the flow-velocity distribution calculation step by a correlation method. ウェーブレット変換による相関判定を行うフロー図。The flowchart which performs the correlation determination by wavelet transformation. 参照波と探索波の関係を説明する図。The figure explaining the relationship between a reference wave and a search wave. 反射型超音波流量計の概念図。The conceptual diagram of a reflection type ultrasonic flowmeter. 超音波ビーム中を移動する反射体を説明する図。The figure explaining the reflector which moves the inside of an ultrasonic beam. 超音波ビーム中の反射体の位置と超音波エコー信号を説明する図。The figure explaining the position of the reflector in an ultrasonic beam, and an ultrasonic echo signal. 相関法を利用した反射型超音波流量計の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the reflection type ultrasonic flowmeter using a correlation method. 超音波エコー信号から参照波および探索波の切り出しを例示する図。The figure which illustrates extraction of a reference wave and a search wave from an ultrasonic echo signal.

符号の説明Explanation of symbols

10 超音波流量計
11 パーソナルコンピューター
12 トリガ発振ボード
13 コネクタケーブル
14 パルサーレシーバ
15 ADコンバータ
16 コネクタケーブル
20 配管
22 メモリ
30 超音波ビーム
40 反射体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic flowmeter 11 Personal computer 12 Trigger oscillation board 13 Connector cable 14 Pulsar receiver 15 AD converter 16 Connector cable 20 Piping 22 Memory 30 Ultrasonic beam 40 Reflector

Claims (4)

トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと、
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するAD変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号の中から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと、
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
を備えた超音波流速分布測定方法であって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流速分布測定方法
A trigger transmission step for outputting a trigger signal;
An ultrasonic pulse oscillation step of oscillating an ultrasonic pulse a plurality of times toward the measurement line of the fluid flowing in the pipe by the trigger signal;
An ultrasonic pulse receiving step for receiving a reflected wave of an ultrasonic pulse by a reflector in the fluid and converting it to an ultrasonic echo signal;
AD conversion step for analog-digital conversion and storing the ultrasonic echo signal;
A correlation calculation step for extracting a reference wave and a search wave from the stored digital ultrasonic echo signal and calculating an autocorrelation;
A phase identifying step that considers the reflected wave from the same reflector when the correlation between the reference wave and the search wave is equal to or greater than a certain value;
A phase difference calculating step of calculating a phase difference between the reference wave and the search wave specified by the phase specifying step;
A velocity calculating step for calculating the velocity of the ultrasonic reflector along the measurement line from the phase difference obtained by the phase difference calculating step;
A position specifying step of specifying a position of a reflector on a measurement line from a time difference between the ultrasonic pulse and an ultrasonic echo with respect to the ultrasonic pulse;
An ultrasonic flow velocity distribution measuring method comprising a flow velocity distribution calculating step of calculating a flow velocity distribution from the calculated velocity and position of the ultrasonic reflector,
The correlation calculation step includes:
A wavelet transform step for wavelet transforming each of the reference wave and the search wave;
Comparing wavelet coefficients for the same wavelet function in the wavelet transformed reference wave and search wave;
A step of determining a correlation between the reference wave and the search wave based on the comparison data,
Ultrasonic velocity distribution measurement method
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するAD変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
流速分布から流量を算出する超音波流量測定方法であって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流量測定方法
A trigger transmission step for outputting a trigger signal, and an ultrasonic pulse oscillation step for oscillating an ultrasonic pulse a plurality of times toward a measurement line of a fluid flowing in the pipe by the trigger signal;
An ultrasonic pulse receiving step for receiving a reflected wave of an ultrasonic pulse by a reflector in the fluid and converting it to an ultrasonic echo signal;
AD conversion step for analog-digital conversion and storing the ultrasonic echo signal;
A correlation calculation step of extracting a reference wave and a search wave from the stored digital ultrasonic echo signal and calculating an autocorrelation;
A phase identifying step that considers the reflected wave from the same reflector when the correlation between the reference wave and the search wave is equal to or greater than a certain value;
A phase difference calculating step of calculating a phase difference between the reference wave and the search wave specified by the phase specifying step;
The velocity calculation step for calculating the velocity of the ultrasonic reflector along the measurement line from the phase difference obtained by the phase difference calculation step, and the position of the reflector on the measurement line is specified from the time difference between the ultrasonic pulse and the ultrasonic echo corresponding thereto. An ultrasonic flow rate measuring method for calculating a flow rate from a flow rate distribution calculating step and a flow rate distribution calculating step for calculating a flow velocity distribution from the position specifying step, the calculated velocity and position of the ultrasonic reflector,
The correlation calculation step includes:
A wavelet transform step for wavelet transforming each of the reference wave and the search wave;
Comparing wavelet coefficients for the same wavelet function in the wavelet transformed reference wave and search wave;
A step of determining a correlation between the reference wave and the search wave based on the comparison data,
Ultrasonic flow measurement method
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと、
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するAD変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号の中から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと、
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
を備えた超音波流速分布測定プログラムであって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流速分布測定プログラム
A trigger transmission step for outputting a trigger signal;
An ultrasonic pulse oscillation step of oscillating an ultrasonic pulse a plurality of times toward the measurement line of the fluid flowing in the pipe by the trigger signal;
An ultrasonic pulse receiving step for receiving a reflected wave of an ultrasonic pulse by a reflector in the fluid and converting it to an ultrasonic echo signal;
AD conversion step for analog-digital conversion and storing the ultrasonic echo signal;
A correlation calculation step for extracting a reference wave and a search wave from the stored digital ultrasonic echo signal and calculating an autocorrelation;
A phase identifying step that considers the reflected wave from the same reflector when the correlation between the reference wave and the search wave is equal to or greater than a certain value;
A phase difference calculating step of calculating a phase difference between the reference wave and the search wave specified by the phase specifying step;
A velocity calculating step for calculating the velocity of the ultrasonic reflector along the measurement line from the phase difference obtained by the phase difference calculating step;
A position specifying step of specifying a position of a reflector on a measurement line from a time difference between the ultrasonic pulse and an ultrasonic echo with respect to the ultrasonic pulse;
An ultrasonic flow velocity distribution measurement program comprising a flow velocity distribution calculation step for calculating a flow velocity distribution from the calculated velocity and position of the ultrasonic reflector,
The correlation calculation step includes:
A wavelet transform step for wavelet transforming each of the reference wave and the search wave;
Comparing wavelet coefficients for the same wavelet function in the wavelet transformed reference wave and search wave;
A step of determining a correlation between the reference wave and the search wave based on the comparison data,
Ultrasonic velocity distribution measurement program
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するAD変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
流速分布から流量を算出する超音波流量測定プログラムであって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流量測定プログラム
A trigger transmission step for outputting a trigger signal, and an ultrasonic pulse oscillation step for oscillating an ultrasonic pulse a plurality of times toward a measurement line of a fluid flowing in the pipe by the trigger signal;
An ultrasonic pulse receiving step for receiving a reflected wave of an ultrasonic pulse by a reflector in the fluid and converting it to an ultrasonic echo signal;
AD conversion step for analog-digital conversion and storing the ultrasonic echo signal;
A correlation calculation step of extracting a reference wave and a search wave from the stored digital ultrasonic echo signal and calculating an autocorrelation;
A phase identifying step that considers the reflected wave from the same reflector when the correlation between the reference wave and the search wave is equal to or greater than a certain value;
A phase difference calculating step of calculating a phase difference between the reference wave and the search wave specified by the phase specifying step;
The velocity calculation step for calculating the velocity of the ultrasonic reflector along the measurement line from the phase difference obtained by the phase difference calculation step, and the position of the reflector on the measurement line is specified from the time difference between the ultrasonic pulse and the ultrasonic echo corresponding thereto. An ultrasonic flow measurement program for calculating a flow rate from a flow rate distribution calculating step and a flow velocity distribution calculating step for calculating a flow velocity distribution from the position specifying step, the calculated velocity and position of the ultrasonic reflector,
The correlation calculation step includes:
A wavelet transform step for wavelet transforming each of the reference wave and the search wave;
Comparing wavelet coefficients for the same wavelet function in the wavelet transformed reference wave and search wave;
A step of determining a correlation between the reference wave and the search wave based on the comparison data,
Ultrasonic flow measurement program
JP2008081163A 2008-03-26 2008-03-26 Ultrasonic flow measuring method and program Pending JP2009236595A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008081163A JP2009236595A (en) 2008-03-26 2008-03-26 Ultrasonic flow measuring method and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008081163A JP2009236595A (en) 2008-03-26 2008-03-26 Ultrasonic flow measuring method and program

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009236595A true JP2009236595A (en) 2009-10-15

Family

ID=41250740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008081163A Pending JP2009236595A (en) 2008-03-26 2008-03-26 Ultrasonic flow measuring method and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009236595A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10290791A (en) * 1997-04-18 1998-11-04 Advance Co Ltd Laser rheometer
JP2003344131A (en) * 2002-05-24 2003-12-03 Keio Gijuku Ultrasonic flow velocity distribution and flowmeter
JP2004125481A (en) * 2002-09-30 2004-04-22 Babcock Hitachi Kk Sonic type method and apparatus for measuring temperature/flow of gas

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10290791A (en) * 1997-04-18 1998-11-04 Advance Co Ltd Laser rheometer
JP2003344131A (en) * 2002-05-24 2003-12-03 Keio Gijuku Ultrasonic flow velocity distribution and flowmeter
JP2004125481A (en) * 2002-09-30 2004-04-22 Babcock Hitachi Kk Sonic type method and apparatus for measuring temperature/flow of gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3669580B2 (en) Ultrasonic flow velocity distribution and flow meter
JP3795510B2 (en) Ultrasonic flow velocity distribution meter and flow meter, ultrasonic flow velocity distribution and flow measurement method, ultrasonic flow velocity distribution and flow measurement processing program
DK202000051Y3 (en) IMPROVED TRANSMISSION TIME EXTRACT SOUND FLOW METER
JP4953001B2 (en) Flow rate measuring device, flow rate measuring method, and computer program
JP4135056B2 (en) Ultrasonic flow meter
CN101762298B (en) Ultrasonic meter
EP3155382B1 (en) Extended range adc flow meter
RU2447280C1 (en) Method to detect fluid level in oil well
JP2005241546A (en) Doppler ultrasonic flowmeter, processing device thereof and program
JP3669588B2 (en) Ultrasonic flow velocity distribution meter and flow meter, ultrasonic flow velocity distribution and flow measurement method, ultrasonic flow velocity distribution and flow measurement processing program
JP2008157677A (en) System and method for measuring quantity of flow, computer program, and ultrasonic transducer
JP3350501B2 (en) Flow measurement device
CN110988853A (en) Ultrasonic arrival time calculation method based on effective peak value
JP2009236595A (en) Ultrasonic flow measuring method and program
RU2471153C2 (en) Method and system for measurement of total flow of liquid medium and ultrasonic flow metre
JP2009198388A (en) Ultrasonic flowmeter
JP2009229346A (en) Flow velocity measuring device and flow velocity measuring method
JP5516783B2 (en) Flow velocity measuring device and flow velocity measuring method
JP2008232965A (en) Ultrasonic flowmeter, flow rate measurement method, and computer program
Jeong et al. Implementation of Ultrasonic Flow Meter System with Quadrature Demodulation
CN115506773A (en) Underwater wellhead gas pipeline sand grain size distribution detection system and method
JPWO2005064287A1 (en) Ultrasonic flow meter, flow measurement method and computer program
JP2005345357A (en) Ultrasonic flowmeter, ultrasonic flow measuring method, and computer program
JP2017215188A (en) Flow velocity distribution measuring method and device thereof
JP2009243985A (en) Doppler type ultrasonic flowmeter, flow velocity calculation unit, flow measurement method, and computer program

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110118

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121221

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130419