JP2010249560A - 超音波流量計及び流量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の残響の影響を除去し、かつ、安定して測定することが可能な超音波流量計を実現する。
【解決手段】一定間隔で超音波の送信信号を発生させる超音波流量計であって、遅延回路を介して超音波送受信回路に供給し、かつ、その遅延時間を時間的に変動させる超音波流量計において、遅延時間を変動させて送信間隔を変動させるときの測定と送信間隔を変動させない測定の結果から補正係数を求め、前記変動させない測定の結果を補正することにより流量を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波パルスを利用して流量を計測する超音波流量計及び流量測定方法に関する。

従来、この種の超音波流量計としては、特公平５―３５３６４号公報に記載されたものが知られている。図２は上記公報に記載された超音波流量計のブロック図である。
図２について簡単に説明する。Ｐ１，Ｐ２は超音波パルスを送受信するトランスデューサ、１は信号処理回路で、伝搬時間データに基づいて流量信号を発生する。２は順／逆切替回路で、信号処理回路１からの切替信号により切替動作をする。

３は送信回路で、信号処理回路１からの送信指令パルスの入力により順／逆切替回路２を介してトランスデューサＰ１又はＰ２に送信波信号を送る。４は受信回路で、トランスデューサＰ２又はＰ１で受信した超音波パルスを順／逆切替回路２を介して受信する。５はフリップフロップ回路で、信号処理回路１からの送信指令パルスと受信回路４の出力が供給され、超音波パルスがトランスデューサＰ１，Ｐ２間を伝搬する時間に相当するパルス幅のパルスを出力する。

６はクロックパルス発生回路、７はカウンタで、フリップフロップ回路５の出力パルスとクロックパルス発生回路６のクロックパルスが供給され、伝搬時間データを得て信号処理回路１に送出する。

１０は遅延回路で、送信回路３と信号処理回路１との間に挿入されている。この遅延回路１０の遅延量は時間的に変動するので、信号処理回路１からの送信指令パルスが一定のタイミングで送給されてきても、送信回路３への出力パルスのタイミングは時間的に変動したものとなる。

上述の構成において、信号処理回路１から順方向の切替信号が順／逆切替回路２に供給されると、順／逆切替回路２は送信回路３とトランスデューサＰ１とを接続し、トランスデューサＰ２と受信回路４とを接続する。前記切替信号から所定時間遅れて、送信指令パルスが信号処理回路１から遅延回路１０に供給される。このときの送信指令パルスは一定の周期で連続している。

遅延回路１０の遅延量は時間的に変動するので、その出力は送信指令パルスに対して、遅れたものとなる。遅延回路１０の出力は送信回路３を介してトランスデューサＰ１に送られ、このトランスデューサＰ１から超音波パルスが送り出され、トランスデューサＰ２で受信される。トランスデューサＰ２の出力は受信回路４を介して、遅延回路１０の出力と共にフリップフロップ回路５に供給される。

フリップフロップ回路５の出力は、遅延回路１０の出力で立上がり、受信回路４の出力で立下がるパルスとなる。
ここで、信号処理回路１では順方向及び逆方向でのカウンタ７の出力の平均値を求め、この平均値に基づいて流量を演算している。このとき、超音波パルスの規則性は乱れているので受信信号に含まれる妨害波も不規則となり、上記の平均値の演算の際に妨害波の影響がキャンセルしあって、上記の平均値は妨害波の影響を排除したものになる。

特公平５−３５３６４号公報

上記の超音波流量計によれば、複数回超音波を測定して、その波形の平均（同期加算平均）を取ることにより、受信する信号のＳＮ比を向上させることができる。ただし、上記の手法では、前に送信した波形が後に送信した波形を処理する際に影響することにより誤差が発生する場合がある。（超音波の残響の影響）それを除去する方法として、遅延回路により送信する際に遅延時間をランダムに変動させることにより、前に送信した波形をランダムの成分にして平均化して除去することがある。

図３は送信信号の送信間隔を毎回送信する際に変化させた例を示す図である。図３において、ａは送信回路３から所定の周期で送信される送信信号（パルス信号）であり、送信は送信間隔(ｂ１〜ｂｎ)を変化させて行われる。

ｃは受信信号で残響信号（ｄ１〜ｄｎ）を含んだものとなる。そのため、前に送信した残響信号は送受信の際にタイミングが異なるものとなる。
ｅは同期加算平均を行うイメージ図であり、送信間隔を毎回送信する際に変化させると、前に送信した信号が同期加算平均により減少することを示している。

ところで、通常残響成分は定常的である。その定常的な残響成分を送信回路による遅延時間をランダムにすることにより、短期的な波形自体の変動が大きくなる。そのために、測定結果の出力揺動が大きくなるという問題があった。
従って本発明は、超音波の残響の影響を除去し、かつ、安定して測定することが可能な超音波流量計を提供することを目的としている。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
一定間隔で超音波の送信信号を発生させる超音波流量計であって、遅延回路を介して超音波送受信回路に供給し、かつ、その遅延時間を時間的に変動させる超音波流量計において、遅延時間を変動させて送信間隔を変動させるときの測定と送信間隔を変動させない測定の結果から補正係数を求め、前記変動させない測定の結果を補正することにより流量を測定することを特徴とする超音波流量計。

請求項２記載の発明は、
一定間隔で超音波の送信信号を発生させる超音波流量計の流量測定方法であって、遅延回路を介して超音波送受信回路に供給し、かつ、その遅延時間を時間的に変動させる超音波流量計の流量測定方法において、
１．遅延時間を変動させ送信間隔を変動させて測定結果を得る工程と、
２．遅延時間を変動させず送信間隔を変動させないで測定結果を得る工程と、
３．工程１で求めた送信間隔を変動させて得た測定結果から工程２で求めた送信間隔を変動させないで得た測定結果を減算して補正係数を求める工程と、
４．工程３により求めた補正係数を平均化処理する工程と、
５．工程２により求めた送信間隔を変動させないで得た測定結果と工程４の平均化処理により求めた結果により流量を測定することを特徴とする超音波流量計の流量測定方法。

本発明によれば以下のような効果がある。
遅延回路を介して超音波送受信回路に供給し、かつ、その遅延時間を時間的に変動させる超音波流量計において、遅延時間を変動させて送信間隔を変動させるときの測定と送信間隔を変動させない測定の結果から補正係数を求め、前記変動させない測定の結果を補正することにより流量を測定するので、補正係数測定モードで補正係数を求めることにより、通常測定モードで測定して誤差が発生していても補正が可能であるので高精度で測定できる。
また、通常測定モードでは、送信間隔をランダムに変動させて測定するときよりも出力の揺動が小さくなる。
従って、残響の影響を除去して高精度で測定が可能となり、かつ、出力の安定した測定が可能となる。

本発明の一実施例を示した流量測定手順を示す説明図である。 本発明及び従来例を示した超音波流量計の構成図である。 送信信号と受信信号の関係を示す説明図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す超音波流量計の流量測定手順を示す説明図である。なお、本発明における超音波流量計の構成は図２に示す従来のブロック構成図と同様なのでここでの説明は省略する。

本発明においては、補正係数測定モードと、通常測定モードの２種類のモードを用いて流量を計算する。
図１において、（ａ）で示す部分は補正係数測定モードを示し、（ｂ）で示す部分は通常測定モードを示している。

（ａ）で示す補正係数測定モードでは、（Ａ）において、送信間隔をランダムに変動させて測定を行い、また、（Ｂ）において、送信間隔を変動させない状態で測定を行う。これら２つの測定の結果より、送信間隔を変動させないときに発生している誤差（Ａ−Ｂ）を演算し、それを補正するための補正係数を計算する。

上記の送信間隔を変動させた状態と変動させない状態の結果から計算した送信間隔を変動させないときの誤差については時間的な応答は遅いので、平均処理を行い（Ｄ）において、双方の平均的な差を計算する。

（ｂ）で示す通常測定モードでは、（Ｂ）において、送信間隔を変動させない状態での測定を行い、補正係数測定モード（ａ）にて計算した平均処理の結果を用いて補正計算を行う。そして、本発明の超音波流量計では、（ｂ）の測定モードで測定した結果を測定結果として出力する。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

１ 信号処理装置
２ 切替器
３ 送信回路
４ 受信回路
５ フリップフリップ回路
６ クロックパルス発生回路
７ カウンタ
１０ 遅延回路
Ｐ１，Ｐ２ 送受信トランスデューサ
１４ プローブカードステージ

Claims (2)

1. 一定間隔で超音波の送信信号を発生させる超音波流量計であって、遅延回路を介して超音波送受信回路に供給し、かつ、その遅延時間を時間的に変動させる超音波流量計において、遅延時間を変動させて送信間隔を変動させるときの測定と送信間隔を変動させない測定の結果から補正係数を求め、前記変動させない測定の結果を補正することにより流量を測定することを特徴とする超音波流量計。
2. 一定間隔で超音波の送信信号を発生させる超音波流量計の流量測定方法であって、遅延回路を介して超音波送受信回路に供給し、かつ、その遅延時間を時間的に変動させる超音波流量計の流量測定方法において、
   １．遅延時間を変動させ送信間隔を変動させて測定結果を得る工程と、
   ２．遅延時間を変動させず送信間隔を変動させないで測定結果を得る工程と、
   ３．工程１で求めた送信間隔を変動させて得た測定結果から工程２で求めた送信間隔を変動させないで得た測定結果を減算して補正係数を求める工程と、
   ４．工程３により求めた補正係数を平均化処理する工程と、
   ５．工程２により求めた送信間隔を変動させないで得た測定結果と工程４の平均化処理により求めた結果により流量を測定することを特徴とする超音波流量計の流量測定方法。

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