JP2010151452A - 超音波計測器 - Google Patents

Abstract

【課題】反射相関法における多峰性の問題をパルスドップラ法を用いることなく、また簡単な構成で克服する。
【解決手段】超音波を流体に照射して得られる反射波を用いて流体に関する所定の物理量を計測する超音波計測器であって、異なる仕様の複数の超音波バースト信号を流体に照射する計測用超音波照射手段と、超音波バースト信号が流体内で各々反射して得られる複数の反射信号を受信する反射波受信手段と、該反射波受信手段から出力される複数の受信信号に相関演算処理を施すことにより複数の相関係数を演算し、該複数の相関係数に基づいて物理量を演算する物理量演算手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて流体の流速や流量を計測する超音波計測器に関する。

周知のように、流量計の一種に反射相関法を利用した反射相関型超音波流量計がある。この反射相関型超音波流量計は、流体に照射した超音波パルスが流体に含まれる気泡や粒子によって反射して得られる反射波に相互相関処理を施すことにより流速を計測し、この流速と流路断面積とに基づいて流量を演算するものである。
また、流量計の他のものにパルスドップラ法に基づくドップラー型流量計がある。このドップラー型流量計は、流体に照射した超音波パルスが流体に含まれる気泡や粒子によって反射して得られる反射波の周波数偏移量（ドップラシフト量）に基づいて流速を計測し、この流速と流路断面積とに基づいて流量を演算するものである。

下記特許文献１には、上記反射相関型超音波流量計の問題点を克服するために、反射相関法とパルスドップラ法とを組み合わせた方式の超音波流速分布及び流量計（先行発明）が開示されている。この先行発明は、上記反射相関法に基づく相互相関値は流速を示す値であるが、相互相関処理の結果には相関性の高い値が一定の数値間隔で複数現れるため、つまり反射相関法に基づく流速は一定の値毎に複数得られる（これを「多峰性」という）ため、何れの相互相関値を真の流速を示す値として採用すべきか一義的に定めることができないという問題がある。先行発明は、この問題点を解決するために、最初にパルスドップラ法に基づいて流速の概略値を求め、このパルスドップラ法に基づいて得られた流速に基づいて決定された探索窓の範囲を用いて反射相関法に基づいて相互相関値を求めることにより多峰性の問題を解決するものである。
なお、下記特許文献２にも、反射相関法に基づく超音波流速計が開示されている。
特許第３６６９５８０号公報 特開２００５−１８１２６８号公報

ところで、パルスドップラ法には、測定可能な流速の上限値が反射相関法に比べて低く（反射相関法では理論的に上限値がない）、また低流速では精度が低下するため下限値が反射相関法に比べて高いという問題点、つまり流速の測定可能範囲が反射相関法に比べて狭いので適用が制限されるという問題点があり、また流体に含まれる気泡流が断続的な場合には流速が得られないという問題点もある。したがって、上記先行発明は、このようなパルスドップラ法を利用するものなので、パルスドップラ法の上記問題点を全て有するものである。
また、上記先行発明は、反射相関法とパルスドップラ法とを組み合わせ、各方式で流速を求めるものなので、装置構成が複雑である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点をを目的とするものである。
（１）反射相関法における多峰性の問題をパルスドップラ法を用いることなく克服する。
（２）反射相関法における多峰性の問題を簡単な装置構成で克服する。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、超音波を流体に照射して得られる反射波を用いて流体に関する所定の物理量を計測する超音波計測器であって、異なる仕様の複数の超音波バースト信号を流体に照射する計測用超音波照射手段と、超音波バースト信号が流体内で各々反射して得られる複数の反射信号を受信する反射波受信手段と、該反射波受信手段から出力される複数の受信信号に相関演算処理を施すことにより複数の相関係数を演算し、該複数の相関係数に基づいて物理量を演算する物理量演算手段とを具備する、という手段を採用する。

第２の解決手段として、上記第１の手段において、計測用超音波照射手段は、異なる仕様の複数の超音波バースト信号として、所定の周波数を有すると共に異なる少なくとも２つのタイムインターバルで間欠する少なくとも第１〜第３の超音波バースト信号を流体に照射し、反射波受信手段は、少なくとも第１〜第３の超音波バースト信号が流体内で反射して得られる少なくとも第１〜第３の反射信号を受信し、物理量演算手段は、反射波受信手段から出力される少なくとも第１〜第３の受信信号に相関演算処理を施すことにより少なくとも２つの相関係数を演算し、該少なくとも２つの相関係数に基づいて物理量を演算する、という手段を採用する。

第３の解決手段として、上記第１の手段において、計測用超音波照射手段は、異なる仕様の複数の超音波バースト信号として、所定のタイムインターバルで間欠すると共に異なる周波数を有する少なくとも２対の超音波バースト信号を流体に照射し、反射波受信手段は、少なくとも２対の超音波バースト信号が流体内で反射して得られる少なくとも２対の反射信号を受信し、物理量演算手段は、反射波受信手段から出力される少なくとも２対の受信信号に相関演算処理を施すことにより少なくとも２つの相関係数を演算し、該少なくとも２つの相関係数に基づいて物理量を演算する、という手段を採用する。

第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、少なくとも２つのタイムインターバルあるいは異なる周波数は素数関係の値である、という手段を採用する。

第５の解決手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、物理量演算手段は、複数の相関係数を乗算することにより評価用相関係数を演算し、該評価用相関係数のピーク値となる流速を流体の流速とする、という手段を採用する。

第６の解決手段として、上記第１〜第５いずれかの手段において、物理量演算手段は、流体の速度分布あるいは／及び流量を物理量として演算する、という手段を採用する。

本発明によれば、異なる仕様の複数の超音波バースト信号を流体に照射し、該超音波バースト信号が流体内で各々反射して得られる複数の反射信号を受信して得られた複数の受信信号に基づいて複数の相関係数を演算し、該複数の相関係数に基づいて物理量を演算するので、パルスドップラ法を用いることなく、かつ、簡単な装置構成で反射相関法における多峰性の問題を克服して物理量を計測することができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る超音波計測器Ａの機能構成を示すブロック図である。この図1に示すように、超音波計測器Ａは、マルチインターバル送信回路１、第1の増幅器２、トランスデューサ３、第２の増幅器４、Ａ/Ｄ変換器５、ウォールフィルタ６、マルチインターバル反射相関演算部７、流量演算部８及び制御部９から構成されている。

なお、これら各機能構成要素のうち、マルチインターバル送信回路１、第1の増幅器２、トランスデューサ３及び制御部９は、本実施形態における計測用超音波照射手段に相当し、トランスデューサ３、第２の増幅器４、Ａ/Ｄ変換器５及び制御部９は、本実施形態における反射波受信手段に相当し、またウォールフィルタ６、マルチインターバル反射相関演算部７、流量演算部８及び制御部９は本実施形態における物理量演算手段に相当する。これら各機能構成要素のうち、第1の増幅器２、第２の増幅器４及びウォールフィルタ６は、必須の構成要素ではなく、必要に応じて削除しても良いものである

このような超音波計測器Ａは、図示するように、所定の断面形状を有する管路Ｒ内を流れる流体Ｘ（計測対象）の流速分布を演算し、この流速分布から得られる平均流速と管路Ｒの断面積Ｓとに基づいて流体Ｘの流量Ｑを演算する計測器である。また、この超音波計測器Ａにおいて、ウォールフィルタ６、マルチインターバル反射相関演算部７及び流量演算部８は、ソフトウエア的に信号処理する演算処理部の機能構成要素である。この演算処理部の内部メモリには、上記断面積Ｓ等、流速分布及び流量Ｑの演算に必要なパラメータや演算アルゴリズムを規定する演算プログラム（ソフトウエア）が予め記憶されている。

マルチインターバル送信回路１は、超音波の周波数帯域、例えば５００ｋＨｚ〜２ＭｋＨｚの周波数帯域の何れかの周波数ｆを有すると共に異なる２つのタイムインターバルＴ1，Ｔ2でパルス状（バースト状）に間欠する３つの送信バースト信号を異なる仕様の複数の送信バースト信号として第1の増幅器２に出力する電子回路であり、正弦波発振回路と、該正弦波発振回路が発振した周波数ｆの正弦波信号（連続信号）を上記タイムインターバルで繰り返すバースト信号に強度変調する強度変調回路から構成されている。第1の増幅器２は、送信回路１から入力された送信バースト信号を所定の増幅度で増幅してトランスデューサ３に出力する。

トランスデューサ３は、図示するように、管路Ｒの外表面に設けられており、第1の増幅器２から入力された送信バースト信号を計測用超音波バースト信号ＵＳに変換し、流体Ｘの流れ方向に直交する方向に対して角度θで管路Ｒ内に出射すると共に、該計測用超音波バースト信号ＵＳが管路Ｒ内の気泡等の粒子で反射することにより当該管路Ｒから入射した評価用超音波バースト信号ＵＡを電気信号（受信信号）に変換（受信）する電気/音響変換器である。

上記計測用超音波バースト信号ＵＳは、第1の増幅器２から入力された送信バースト信号（電気信号）を超音波に変換したものなので、異なる仕様の複数の超音波バースト信号であり、上記送信バースト信号が有する正弦波の周波数ｆと同一周波数を有すると共に２つの異なるタイムインターバルＴ1，Ｔ2で繰り返すバースト状の音響信号である。本実施形態における、このような計測用超音波バースト信号ＵＳは、管路Ｒ内を矢印で示すように上流から下流に向かって流れる流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射され、評価用超音波バースト信号ＵＡとしてトランスデューサ３に入射し順次受信される。

ここで、計測用超音波バースト信号ＵＳが２つの異なるタイムインターバルＴ1，Ｔ2を備えることは、本実施形態の超音波計測器Ａにおける構成上の最も特徴とする点である。従来の反射相関法に基づく流速計測では、単一のタイムインターバルからなる超音波バースト信号を被測定流体に出射するが、本超音波計測器Ａでは、異なる２つのタイムインターバルＴ1，Ｔ2で繰り返す計測用超音波バースト信号ＵＳを管路Ｒ内の流体Ｘに照射する。各タイムインターバルＴ1，Ｔ2は、後述するように、素数関係、例えば２対３の関係あるいは３対２の関係、５対８の関係あるいは８対５の関係が好ましく、かつ最小公倍数が極力大きい方が好ましい。なお、以下の説明では、２つの異なるタイムインターバルＴ1，Ｔ2を総称する場合には、タイムインターバルＴと記載する。

図２は、上記計測用超音波バースト信号ＵＳ及び評価用超音波バースト信号ＵＡの波形を示す波形図である。計測用超音波バースト信号ＵＳは、第１〜第３の超音波バースト信号ＵＳ1〜ＵＳ3からなり、第１〜第３の超音波バースト信号ＵＳ1〜ＵＳ3は何れも周波数ｆの正弦波であり、第１の超音波バースト信号ＵＳ1と第２の超音波バースト信号ＵＳ2とはタイムインターバルＴ1で、また第２の超音波バースト信号ＵＳ2と第３の超音波バースト信号ＵＳ3とはタイムインターバルＴ2で隣り合う関係に設定されている。

評価用超音波バースト信号ＵＡは、上記第１超音波バースト信号ＵＳ1が流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射された第１の反射信号ＵＡ1、上記第２超音波バースト信号ＵＳ2が流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射された第２の反射信号ＵＡ2、また上記第３超音波バースト信号ＵＳ3が流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射された第３の反射信号ＵＡ3からなる。このような第１〜第３の反射信号ＵＡ1〜ＵＡ3からなる評価用超音波バースト信号ＵＡは、トランスデューサ３によって受信されることにより第１〜第３の反射信号ＵＡ1〜ＵＡ3に相当する３つのバースト信号（電気信号）からなる受信信号に変換される。

第２の増幅器４は、トランスデューサ３から入力された受信信号を所定の増幅度で増幅してＡ/Ｄ変換器５に出力する。Ａ/Ｄ変換器５は、上記第２の増幅器４から入力された受信信号（アナログ信号）をサンプリング定理を満たす所定のサンプリングレート、つまり上記周波数ｆの２倍以上の繰返し周期でサンプリングすることによりデジタル信号（受信データ）に変換してウォールフィルタ６に出力する。

ウォールフィルタ６、マルチインターバル反射相関演算部７及び流量演算部８は、上記Ａ/Ｄ変換器５から入力された受信データをソフトウエア的に信号処理する演算処理部の機能構成要素である。ウォールフィルタ６は、所定のアルゴリズムのフィルタ処理を上記受信データに施すことにより、該受信データに含まれる管路Ｒからの反響成分（ノイズ信号）を除去し、流体Ｘ中の気泡や粒子による反射成分のみを含む受信データをマルチインターバル反射相関演算部７に出力する。

マルチインターバル反射相関演算部７は、上記ウォールフィルタ６から入力される受信データ、つまり上述した第１〜第３の反射信号ＵＡ1〜ＵＡ3からなる評価用超音波バースト信号ＵＡ（より正確には評価用超音波バースト信号ＵＡから上記反響成分が除去されたもの）に相当するバースト信号について、図２に示すように複数の時間領域Ｒ1、Ｒ2、……、Ｒn毎に相関演算処理を施すことにより気泡や粒子の移動速度の分布、つまり管路Ｒ内における流体Ｘの流速の分布（流速分布）を演算する。マルチインターバル反射相関演算部７の演算結果である上記流速分布は、流量演算部８に出力されると共に超音波計測器Ａの計測値の１つとして外部に出力される。なお、このようなマルチインターバル反射相関演算部７の詳細処理については動作説明として後述する。

流量演算部８は、上記マルチインターバル反射相関演算部７で求められた流速分布と流速を算出した位置近傍での管路Ｒの断面積Ｓとに基づいて流体Ｘの流量Ｑを演算する。制御部９は、上述したマルチインターバル送信回路１、Ａ/Ｄ変換器５及び演算処理部を同期制御することにより、マルチインターバル送信回路１における送信バースト信号の発生タイミングに同期して受信信号をＡ/Ｄ変換器５で受信データに変換させると共に該受信データを演算処理部で演算処理させる。

次に、このように構成された超音波計測器Ａの詳細動作について、図３、図４をも参照して説明する。

マルチインターバル送信回路１は、制御部９から測定開始を示す送信指示信号が入力されると、上述した送信バースト信号を第1の増幅器２に出力する。この送信バースト信号は、第1の増幅器２で増幅された後、トランスデューサ３に入力されて超音波に変換されて、図２に示すような計測用超音波バースト信号ＵＳとして管路Ｒ内に出射される。この計測用超音波バースト信号ＵＳは、管路Ｒ内を上流から下流に向かって流れる流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射され、評価用超音波バースト信号ＵＡとしてトランスデューサ３に検出される。

すなわち、トランスデューサ３は、計測用超音波バースト信号ＵＳにおける第１超音波バースト信号ＵＳ1が流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射された第１の反射信号ＵＡ1と、同じく計測用超音波バースト信号ＵＳにおける第２超音波バースト信号ＵＳ2が流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射された第２の反射信号ＵＡ2と、同じく計測用超音波バースト信号ＵＳにおける第３超音波バースト信号ＵＳ3が流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射された第３の反射信号ＵＡ3とからなる評価用超音波バースト信号ＵＡ（超音波信号）を受信信号（電気信号）に変換して第２の増幅器４に出力する。

この受信信号は、第１〜第３の反射信号ＵＡ1〜ＵＡ3からなる評価用超音波バースト信号ＵＡを電気信号に変換したものなので、信号として第１〜第３の反射信号ＵＡ1〜ＵＡ3と同様な情報を内包する信号である。このような受信信号（アナログ信号）は、Ａ/Ｄ変換器５によって受信データ（デジタル信号）に変換されてマルチインターバル反射相関演算部７に入力されるが、Ａ/Ｄ変換器５における量子化処理は、サンプリング定理を満足するものなので、受信データは上記受信信号と同様な情報を内包する信号である。

このような受信データは、ウォールフィルタ６によって上述したフィルタ処理が施されることにより、流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射された信号成分のみを含む信号となり、マルチインターバル反射相関演算部７に入力される。マルチインターバル反射相関演算部７は、第１の反射信号ＵＡ1と第２の反射信号ＵＡ2の相互相関係数（第１の相関係数Ｋ1）を演算すると共に第２の反射信号ＵＡ2と第３の反射信号ＵＡ3の相互相関係数（第２の相関係数Ｋ2）を演算する。

図３は、上記第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2の変化を示す波形図である。周知のように、信号の相関演算では演算対象となる２つの信号の時間軸上での相対位置関係を順次オフセットさせて相互相関係数を演算するので、図３における横軸は流体Ｘの流速を示す。また、第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2は、上述した計測用超音波バースト信号ＵＳの周期性に起因する「多峰性」によって計測用超音波バースト信号ＵＳの波数分だけ振動するバースト状の波形となる。このような第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2における振動周期Ｗは、上記周波数ｆ、タイムインターバルＴ、角度θ及び音速Ｃをパラメータとする下記演算式（１）によって与えられる。
Ｗ＝Ｃ／（２ｆＴsinθ） （１）

ここで、第１の相関係数Ｋ1は、タイムインターバルＴ1の関係にある第１の反射信号ＵＡ1と第２の反射信号ＵＡ2との相関関係を示す量であり、振動周期Ｗ1は、式（１）に基づいて式（２）のように表される。一方、第２の相関係数Ｋ2は、上記タイムインターバルＴ1とは異なるタイムインターバルＴ2の関係にある第２の反射信号ＵＡ2と第３の反射信号ＵＡ3との相関関係を示す量であり、振動周期Ｗ2は、同じく式（１）に基づいて式（３）のように表される。
Ｗ1＝Ｃ／（２ｆＴ1sinθ） （２）
Ｗ2＝Ｃ／（２ｆＴ2sinθ） （３）
このような第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2に共通するピーク点Ｗaを与える流速ｕaは流体Ｘの真の流速を示すものであり、それ以外のピーク点は流体Ｘの真の流速を示すものではない。

マルチインターバル反射相関演算部７は、このような観点から、上記第１の相関係数Ｋ1と第２の相関係数Ｋ2とを乗算することにより評価用相関係数Ｋｈを演算し、この評価用相関係数Ｋｈのピーク点、つまり第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2に共通するピーク点Ｗaを与える流速ｕaを流速計測値とする。評価用相関係数Ｋｈは、第１の相関係数Ｋ1と第２の相関係数Ｋ2とを乗算したものなので、第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2に共通するピーク点Ｗa以外のピーク点はピーク点Ｗaに対して相対的に抑圧されて小さくなり、第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2に共通するピーク点Ｗaが強調された波形となる。

図４において、（ａ）は、タイムインターバルＴ1を３００μｓ、タイムインターバルＴ2を５００μｓとした場合における流速のデータ点数（出現数）の実験結果を示し、（ｂ）は、上記（ａ）に対する参考例として、タイムインターバルＴ1、Ｔ2を同一の３００μｓとした場合における流速のデータ点数（出現数）の実験結果を示している。この図４（ａ）と図４（ｂ）との比較から判るように、タイムインターバルＴ1とタイムインターバルＴ2とが異なる場合は、タイムインターバルＴ1、Ｔ2が同じ場合に比較してデータ点数が真の流速を示す１点に集中し、「多峰性」の影響が大幅に軽減されている。

なお、このように第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2に共通するピーク点Ｗaを効果的に強調するためには、各タイムインターバルＴ1，Ｔ2が素数関係、例えば２対３の関係あるいは３対２の関係、５対８の関係あるいは８対５の関係が好ましく、かつ最小公倍数が極力大きい方が好ましい。

すなわち、本実施形態に係る超音波計測器Ａでは、タイムインターバルＴ1で隣り合う第１の超音波バースト信号ＵＳ1及び第２の超音波バースト信号ＵＳ2並びにタイムインターバルＴ1とは異なるタイムインターバルＴ2で第２の超音波バースト信号ＵＳ2に隣り合う第３の超音波バースト信号ＵＳ3からなる計測用超音波バースト信号ＵＳを流体Ｘに照射し、この計測用超音波バースト信号ＵＳが流体Ｘ中の気泡や粒子によって反射されて得られる評価用超音波バースト信号ＵＡについて得られる第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2に基づいて流体Ｘの流速を求めるので、簡単な装置構成で「多峰性」に煩わされることなく真の流速を計測することができる。

さらに、マルチインターバル反射相関演算部７は、上述した第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2を図２に示した各時間領域Ｒ1、Ｒ2、……について演算し、各時間領域Ｒ1、Ｒ2、……に対応する管路Ｒ内の各領域における流速分布を演算して流量演算部８に出力する。流量演算部８は、上記流速分布の平均値である平均流速ｕを演算し、さらにこの平均流速ｕと管路Ｒの断面積Ｓとに基づいて流体Ｘの流量Ｑを演算して外部に計測結果として出力する。

なお、上記実施形態では、第１〜第３の超音波バースト信号ＵＳ1〜ＵＳ3からなる計測用超音波バースト信号ＵＳを流体Ｘに照射するようにしたが、真の流速を示すピーク点Ｗaをさらに効果的に強調するために、各タイムインターバルＴ1、Ｔ2とは異なるタイムインターバルＴ3の第４の超音波バースト信号ＵＳ4を追加した計測用超音波バースト信号ＵＳ、あるいはさらに各タイムインターバルＴ1〜Ｔ3とは異なるタイムインターバルＴ4の第５の超音波バースト信号ＵＳ5を追加した計測用超音波バースト信号ＵＳを用いて流速分布を演算するようにしても良い。

例えば、上記第１〜第４の超音波バースト信号ＵＳ1〜ＵＳ4からなる計測用超音波バースト信号ＵＳを流体Ｘに照射する場合、第１〜第３の相関係数Ｋ1〜Ｋ3が得られるので、これら第１〜第３の相関係数Ｋ1〜Ｋ3を乗算することによって評価用相関係数Ｋｈを求め、該評価用相関係数Ｋｈに基づいて流速を特定する。また、上記第１〜第５の超音波バースト信号ＵＳ1〜ＵＳ5からなる計測用超音波バースト信号ＵＳを流体Ｘに照射する場合、第１〜第４の相関係数Ｋ1〜Ｋ4が得られるので、これら第１〜第４の相関係数Ｋ1〜Ｋ4を乗算することによって評価用相関係数Ｋｈを求め、該評価用相関係数Ｋｈに基づいて流速を特定する。なお、必要に応じてさらに多い６個以上の超音波バースト信号を用いて流速を特定するようにしても良い。

また、演算式（１）が示しているようにタイムインターバルＴを異なる値とすることに代えて、図５に示すように、タイムインターバルＴを一定値に固定し、流体Ｘに照射する超音波バースト信号の周波数ｆを異なる周波数ｆ1、ｆ2とすることによっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、周波数ｆが互いに異なる少なくても２対の超音波バースト信号ＵＳa1、ＵＳa2、ＵＳb1、ＵＳｂ2を計測用超音波バースト信号ＵＳ’として流体Ｘに照射する。なお、上記異なる周波数ｆ1、ｆ2は、上述した各タイムインターバルＴ1，Ｔ2と同様に素数関係となることが好ましい。

すなわち、タイムインターバルが所定値（一定値）で異なる周波数ｆ1、ｆ2を有する少なくとも２対の超音波バースト信号ＵＳa1、ＵＳa2、ＵＳb1、ＵＳｂ2からなる計測用超音波バースト信号ＵＳ’を仕様の異なる複数の超音波バースト信号として流体Ｘに照射することが考えられる。そして、少なくとも２対の超音波バースト信号ＵＳa1、ＵＳa2、ＵＳb1、ＵＳｂ2に基づく少なくとも２対の反射信号ＵＡa1、ＵＡa2、ＵＡb1、ＵＡｂ2のうち、各対を構成する反射信号ＵＡa1と反射信号ＵＡa2とに基づいて第１の相関係数Ｋ1を求め、また反射信号ＵＡb1と反射信号ＵＡb2とに基づいて第２の相関係数Ｋ2を求め、これら第１、第２の相関係数Ｋ1、Ｋ2に基づいて評価用相関係数Ｋｈを求める。

本発明の一実施形態に係る超音波計測器Ａの機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における計測用超音波バースト信号ＵＳ及び評価用超音波バースト信号ＵＡの波形図である。 本発明の一実施形態における第１の相関係数Ｋ1及び第２の相関係数Ｋ2の変化を示す波形図である。 本発明の一実施形態におけるタイムインターバルを３００μｓと５００μｓとに設定した場合における流速のデータ点数（実験結果）とタイムインターバルを同一の３００μｓに設定した場合における流速のデータ点数（実験結果）を示す棒グラフである。 本発明の一実施形態の変形例における計測用超音波バースト信号ＵＳ’の波形図である。

符号の説明

Ａ…超音波計測器、１…マルチインターバル送信回路、２…第1の増幅器、３……トランスデューサ、４…第２の増幅器、５…Ａ/Ｄ変換器、６…ウォールフィルタ、７…マルチインターバル反射相関演算部、８…流量演算部、９…制御部、Ｘ…流体、Ｒ…管路

Claims (6)

1. 超音波を流体に照射して得られる反射波を用いて流体に関する所定の物理量を計測する超音波計測器であって、
   異なる仕様の複数の超音波バースト信号を流体に照射する計測用超音波照射手段と、
   前記超音波バースト信号が流体内で各々反射して得られる複数の反射信号を受信する反射波受信手段と、
   該反射波受信手段から出力される複数の受信信号に相関演算処理を施すことにより複数の相関係数を演算し、該複数の相関係数に基づいて前記物理量を演算する物理量演算手段と
   を具備することを特徴とする超音波計測器。
2. 前記計測用超音波照射手段は、前記異なる仕様の複数の超音波バースト信号として、所定の周波数を有すると共に異なる少なくとも２つのタイムインターバルで間欠する少なくとも第１〜第３の超音波バースト信号を流体に照射し、
   前記反射波受信手段は、前記少なくとも第１〜第３の超音波バースト信号が流体内で反射して得られる少なくとも第１〜第３の反射信号を受信し、
   前記物理量演算手段は、前記反射波受信手段から出力される少なくとも第１〜第３の受信信号に相関演算処理を施すことにより少なくとも２つの相関係数を演算し、該少なくとも２つの相関係数に基づいて前記物理量を演算することを特徴とする請求項１記載の超音波計測器。
3. 前記計測用超音波照射手段は、前記異なる仕様の複数の超音波バースト信号として、所定のタイムインターバルで間欠すると共に異なる周波数を有する少なくとも２対の超音波バースト信号を流体に照射し、
   前記反射波受信手段は、前記少なくとも２対の超音波バースト信号が流体内で反射して得られる少なくとも２対の反射信号を受信し、
   前記物理量演算手段は、前記反射波受信手段から出力される少なくとも２対の受信信号に相関演算処理を施すことにより少なくとも２つの相関係数を演算し、該少なくとも２つの相関係数に基づいて前記物理量を演算することを特徴とする請求項１記載の超音波計測器。
4. 前記少なくとも２つのタイムインターバルあるいは前記異なる周波数は素数関係の値であることを特徴とする請求項２または３記載の超音波計測器。
5. 前記物理量演算手段は、複数の相関係数を乗算することにより評価用相関係数を演算し、該評価用相関係数のピーク値となる流速を前記流体の流速とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波計測器。
6. 前記物理量演算手段は、前記流体の速度分布あるいは／及び流量を前記物理量として演算することを特徴とする請求項１〜５いずれか一項に記載の超音波計測器。

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