JP3092785B2 - 流体振動検出装置及び流体振動検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体振動検出装置
及び流体振動検出方法に係り、特にガスメータ等に用い
られ、流体の流速、体積流量を求めるために用いられる
流体振動検出装置及び流体振動検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の膜式ガスメータに代るものとし
て、流体振動を利用したフルイディック流量センサを用
いたガスメータが開発されている。フルイディック流量
センサは、噴流の流れがターゲットの両側を交互に流れ
ることに着目し、その流れの切換わる振動周波数が流量
に比例することを利用して流量を算出するものである。

【０００３】このフルイディック流量センサを用いたガ
スメータは、機械的可動部がなく故障が少ない、部品点
数が少ない、小型である等の特徴を有し、都市の美観上
あるいは耐久性の観点からその普及が望まれている。こ
の種のフルイディック流量センサを用いたガスメータに
おいて、フルイディック発振を検出して流量を求める手
法としては、例えば、実開平６−７０１９号公報、特開
平４−２９０９２４号公報あるいは特開平６−３２３８
８０号公報に開示されている手法がある。

【０００４】実開平６−７０１９号公報には、双指向性
コンデンサマイクロフォンを用い、双指向性コンデンサ
マイクロフォンの振動膜の両面に流体振動に起因して変
化する圧力が印加され、この印加圧力によって生じた振
動膜の歪により発生する電気信号に基づいて流体の流量
を算出する構成が開示されている。

【０００５】特開平４−２９０９２４号公報には、圧電
膜の両側に流体振動に起因して変化する圧力が印加さ
れ、この印加圧力によって生じた圧電膜の歪により発生
する電気信号に基づいて流体の流速あるいは流体の流量
を求める構成が開示されている。 特開平６−３２３８
８０号公報には、ジェット流の動圧変化を検出して流体
の流量を算出すべく、圧力タップを用いて流体振動を検
出する構成が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】実開平６−７０１９号
公報に開示された手法においては、検出した圧力変化中
に含まれる同相の圧力ノイズ成分を除去することができ
るが、逆相の圧力ノイズ成分を除去することはできない
という問題点があった。

【０００７】特開平４−２９０９２４号公報に開示され
た手法においては、ジェット流（噴流）は必ずしも非対
称、かつ、逆相であるとは限らず、流れ自体に乱れがあ
るため、圧力ノイズ成分を確実に除去することはできな
いという問題点があった。特開平６−３２３８８０号公
報に開示された手法においては、ジェット流の動圧は静
圧に比較して非常に大きく、また圧力変動自体も大きい
ため、精度が低下してしまうという問題点があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、フルイディック
流量センサを用いて流体振動を検出するに際して、同相
及び逆相のノイズ成分を除去してより正確な流体振動検
出が可能な流体振動検出装置及び流体振動検出方法を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、図１の基本構成図に示すよ
うに、流体振動を利用したフルイディックセンサＦＳが
接続され、流体振動に起因する圧力変化に基づいて流体
振動周波数を検出する流体振動検出装置１において、フ
ルイディックセンサＦＳの第１の所定圧力検出位置にお
ける第１の圧力変動を検出し、第１検出信号Ｓ１を出力
する第１コンデンサマイクロフォン２と、フルイディッ
クセンサＦＳの第２の所定圧力検出位置における第２の
圧力変動を検出し、第２検出信号Ｓ２を出力する第２コ
ンデンサマイクロフォン３と、第１検出信号Ｓ１に含ま
れる第１検出信号Ｓ１のノイズ成分を除去して第１ノイ
ズ除去信号ＳＮ１を出力する第１ノイズ除去手段４と、
第２検出信号Ｓ２に含まれる第２検出信号Ｓ２のノイズ
成分を除去して第２ノイズ除去信号ＳＮ２を出力する第
２ノイズ除去手段５と、第１ノイズ除去信号ＳＮ１及び
第２ノイズ除去信号ＳＮ２に含まれる同相ノイズ成分を
除去して流体振動検出用信号ＳＤＴを出力する同相ノイ
ズ除去手段６と、を備えて構成する。

【００１０】請求項１記載の発明によれば、第１コンデ
ンサマイクロフォン２は、フルイディックセンサＦＳの
第１の所定圧力検出位置における第１の圧力変動を検出
し、第１検出信号Ｓ１を第１ノイズ除去手段４に出力
し、第１ノイズ除去手段４は、第１検出信号Ｓ１に含ま
れる第１検出信号Ｓ１のノイズ成分を除去して第１ノイ
ズ除去信号ＳＮ１を同相ノイズ除去手段６に出力する。

【００１１】これらと並行して第２コンデンサマイクロ
フォン３は、フルイディックセンサＦＳの第２の所定圧
力検出位置における第２の圧力変動を検出し、第２検出
信号Ｓ２を第２ノイズ除去手段５に出力し、第２ノイズ
除去手段５は、第２検出信号Ｓ２に含まれる第２検出信
号Ｓ２のノイズ成分を除去して第２ノイズ除去信号ＳＮ
２を同相ノイズ除去手段６に出力する。

【００１２】これらの結果、同相ノイズ除去手段６は、
第１ノイズ除去信号ＳＮ１及び第２ノイズ除去信号ＳＮ
２に含まれる同相ノイズ成分を除去して流体振動検出用
信号ＳＤＴを出力する。請求項２記載の発明は、請求項
１記載の発明において、前記第１の所定圧力検出位置及
び前記第１コンデンサマイクロフォンとの間の圧力伝播
経路中に前記第１の所定圧力検出位置における噴流の総
圧［静圧＋動圧］のうち動圧成分を除去する第１動圧成
分除去手段を設け、前記第２の所定圧力検出位置及び前
記第２コンデンサマイクロフォンとの間の圧力伝播経路
中に前記第２の所定圧力検出位置における噴流の総圧
［静圧＋動圧］のうち動圧成分を除去する第２動圧成分
除去手段を設けて構成する。

【００１３】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の作用に加えて、第１動圧成分除去手段は、第
１の所定圧力検出位置における噴流の総圧［静圧＋動
圧］のうち動圧成分を除去し、第２動圧成分除去手段
は、第２の所定圧力検出位置における噴流の総圧［静圧
＋動圧］のうち動圧成分を除去する。

【００１４】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記第１動圧成分除去手段は、前記噴流の
流れ方向に対して垂直に配置され、かつ、流体抵抗とし
て機能する第１ピンホール部を有する第１圧力タップで
あり、前記第２動圧成分除去手段は、前記噴流の流れ方
向に対して垂直に配置され、かつ、流体抵抗として機能
する第２ピンホール部を有する第２圧力タップであるよ
うに構成する。

【００１５】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の発明の作用に加えて、第１圧力タップの第１ピンホ
ール部は、流体抵抗として機能することにより動圧成分
を除去し、第２圧力タップの第２ピンホール部は、流体
抵抗として機能することにより動圧成分を除去する。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記第１圧力タップは、前記第１ピンホー
ル部と前記第１コンデンサマイクロフォンとの間の圧力
伝播経路中に前記第１の所定圧力検出位置における静圧
の圧力変動成分に含まれる微小変動成分を緩衝する第１
バッファ部を備え、前記第２圧力タップは、前記第２ピ
ンホール部と前記第２コンデンサマイクロフォンとの間
の圧力伝播経路中に前記第２の所定圧力検出位置におけ
る静圧の圧力変動成分に含まれる微小変動成分を緩衝す
る第２バッファ部を備えて構成する。

【００１７】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の発明の作用に加えて、第１圧力タップの第１バッフ
ァ部は、第１の所定圧力検出位置における静圧の圧力変
動成分に含まれる微小変動成分を緩衝し、第２圧力タッ
プの第２バッファ部は、第２の所定圧力検出位置におけ
る圧力変動成分に含まれる静圧の微小変動を緩衝する。

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４のいずれかに記載の発明において、前記第１ノイズ
除去手段及び前記第２ノイズ除去手段は、少なくとも静
圧の圧力変動に含まれる圧力変動成分のうち噴流の流体
振動周波数の周波数帯域を通過させるロウパスフィルタ
であり、前記同相成分除去手段は、前記第１ノイズ除去
信号及び前記第２ノイズ除去信号の差動増幅を行なう差
動増幅アンプであるように構成する。

【００１９】請求項５記載の発明によれば、請求項１乃
至請求項４のいずれかに記載の発明の作用に加えて、前
記第１ノイズ除去手段及び前記第２ノイズ除去手段であ
るロウパスフィルタは、少なくとも静圧の圧力変動に含
まれる圧力変動成分のうち、噴流の流体振動周波数の周
波数帯域を通過させることにより動圧成分を除去し、同
相成分除去手段である差動増幅アンプは、第１ノイズ除
去信号及び第２ノイズ除去信号の差動増幅を行なうこと
により第１ノイズ除去信号及び第２ノイズ除去信号に含
まれる同相ノイズ成分を除去する。

【００２０】請求項６記載の発明は、流体振動を利用し
たフルイディックセンサを用いて、流体振動に起因する
圧力変化に基づいて流体振動周波数を検出する流体振動
検出方法において、前記フルイディックセンサの第１の
所定圧力検出位置における第１の圧力変動を検出し、第
１検出信号を生成する第１検出工程と、前記フルイディ
ックセンサの第２の所定圧力検出位置における第２の圧
力変動を検出し、第２検出信号を生成する第２検出工程
と、前記第１検出信号に含まれる圧力ノイズ成分を除去
して第１ノイズ除去信号として出力する第１ノイズ除去
工程と、前記第２検出信号に含まれる圧力ノイズ成分を
除去して第２ノイズ除去信号として出力する第２ノイズ
除去工程と、前記第１ノイズ除去信号及び前記第２ノイ
ズ除去信号に含まれる同相ノイズ成分を除去して流体振
動検出用信号を生成する同相ノイズ除去工程と、を備え
て構成する。

【００２１】請求項６記載の発明によれば、第１検出工
程は、フルイディックセンサの第１の所定圧力検出位置
における第１の圧力変動を検出し、第１検出信号を生成
し、第２検出工程は、フルイディックセンサの第２の所
定圧力検出位置における第２の圧力変動を検出し、第２
検出信号を生成する。

【００２２】これにより第１ノイズ除去工程は、第１検
出信号に含まれる圧力ノイズ成分を除去して第１ノイズ
除去信号として出力し、第２ノイズ除去工程は第２検出
信号に含まれる圧力ノイズ成分を除去して第２ノイズ除
去信号として出力する。これらの結果、同相ノイズ除去
工程は、第１ノイズ除去信号及び第２ノイズ除去信号に
含まれる同相ノイズ成分を除去して流体振動検出用信号
を生成する。

【００２３】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、前記第１検出工程は、検出する圧力変動成
分のうち、動圧成分を除去する第１動圧成分除去工程を
有し、前記第２検出工程は、検出する圧力変動成分のう
ち、動圧成分を除去する第２動圧成分除去工程を有する
ように構成する。

【００２４】請求項７記載の発明によれば、請求項６記
載の発明の作用に加えて、前記第１検出工程の第１動圧
成分除去工程は、検出する圧力変動成分のうち、動圧成
分を除去し、前記第２検出工程の第２動圧成分除去工程
は、検出する圧力変動成分のうち、動圧成分を除去す
る。

【００２５】請求項８記載の発明は、請求項６または請
求項７記載の発明において、前記第１ノイズ除去工程及
び前記第２ノイズ除去工程は、少なくとも静圧の圧力変
動に含まれる圧力変動成分のうち、流体振動周波数の周
波数帯域を通過させることによりノイズを除去するとと
もに、前記同相成分除去工程は、前記第１ノイズ除去信
号及び前記第２ノイズ除去信号の差動増幅を行なうよう
に構成する。

【００２６】請求項８記載の発明によれば、請求項６ま
たは請求項７記載の発明の作用に加えて、前記第１ノイ
ズ除去工程及び前記第２ノイズ除去工程は、少なくとも
静圧の圧力変動に含まれる圧力変動成分のうち、流体振
動周波数の周波数帯域を通過させることによりノイズを
除去し、同相成分除去工程は、前記第１ノイズ除去信号
及び前記第２ノイズ除去信号の差動増幅を行なうことに
より同相ノイズ成分を除去する。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の好適
な実施形態を説明する。図２に流体振動検出装置の概要
構成ブロック図を示す。流体振動検出装置１０は、フル
イディック流量センサＦＳ1 の第１圧力取出口４２ａに
接続された第１圧力タップ１１と、第１圧力タップ１１
に一体として形成され、第１圧力タップ１１を介して印
加される第１圧力取出口４２ａ（図３（ａ）参照）近傍
の流体の圧力に応じた第１検出信号Ｓ1 を出力する静電
型の第１コンデンサマイクロフォン１２と、フルイディ
ック流量センサＦＳ1 の第２圧力取出口４２ｂに接続さ
れた第２圧力タップ１３と、第２圧力タップ１３に一体
として形成され、第２圧力タップ１３を介して印加され
る第２圧力取出口４２ｂ（図３（ａ）参照）近傍の流体
の圧力に応じた第２検出信号Ｓ2 を出力する静電型の第
２コンデンサマイクロフォン１４と、第１検出信号Ｓ1
の高周波成分であるノイズ成分を除去して第１ノイズ除
去検出信号ＳN1として出力する第１ロウパスフィルタ１
５と、第２検出信号Ｓ2 の高周波成分であるノイズ成分
を除去して第２ノイズ除去検出信号ＳN2として出力する
第２ロウパスフィルタ１６と、第１ノイズ除去検出信号
ＳN1を増幅して第１増幅ノイズ除去検出信号ＳAN1 とし
て出力する第１アンプ１７と、第２ノイズ除去検出信号
ＳN2を増幅して第２増幅ノイズ除去検出信号ＳAN2 とし
て出力する第２アンプ１８と、第１増幅ノイズ除去検出
信号ＳAN1 及び第２増幅ノイズ除去検出信号ＳAN2 が入
力され、差動増幅を行なって流体振動検出信号ＳDBとし
て出力する差動アンプ１９と、流体振動検出信号ＳDBの
直流成分を除去するためのコンデンサ２０と、直流成分
が除去された流体振動検出信号ＳDBを波形整形し、矩形
波である流量信号ＳFLを出力するヒステリシスを有する
コンパレータ回路であるシュミットトリガ回路２１と、
を備えて構成されている。

【００２８】この場合において、コンデンサ２０を設け
たのは、以下の理由による。すなわち、第１コンデンサ
マイクロフォン１２及び第２コンデンサマイクロフォン
１４並びに第１アンプ１７及び第２アンプ１８が全く同
一の性能である場合に相当する理想的な流体振動検出信
号には直流成分が含まれないはずであるが、実際には、
第１コンデンサマイクロフォン１２及び第２コンデンサ
マイクロフォン１４並びに第１アンプ１７及び第２アン
プ１８の性能が異なること等により多少の直流成分が含
まれてしまうので、この直流成分を除去するのが目的で
ある。

【００２９】図３にフルイディック流量センサのカバー
を取り外した状態の側面図を示す。フルイディック流量
センサＦＳ1 は、大別すると、図示しないカバーを取り
付けるためのカバー取付用ネジ孔３０及び流路形成用ス
ペース部３１を有するセンサ本体３２と、流路形成用ス
ペース３１内にネジ３３ａ、３３ｂにより固定され、流
路及び後述のジェットノズルを形成する第１ノズル形成
部材３４ａ及び第２ノズル形成部材３４ｂと、測定対象
である流体が流入する流入口３５の中心と排出管３６の
中心とを結ぶ直線上に設けられ、流体の振動を誘起する
ためのターゲット（誘振子）３７と、を備えて構成され
ている。

【００３０】上述したように流路形成用スペース３１内
に第１ノズル形成部材３４ａ及び第２ノズル形成部材３
４ｂが配置された結果、流路形成用スペース部３１内に
は、流体の流れを２次元的な流れに整流するためのセッ
トリングスペース３８と、流体の流れを整流し流体の流
路径を縮小するための流路縮小部３９と、流体の流れを
整流し所定の噴流に変換するためのジェットノズル４０
と、流体の流路径を再び拡大するための流路拡大部４１
と、が形成されることとなっている。

【００３１】流路拡大部４１のジェットノズル４０近傍
には、第１圧力タップ１１が接続される第１圧力取出口
４２ａ及び第２圧力タップ１３が接続される第２圧力取
出口４２ｂが設けられている。第１ノズル形成部材３４
ａ及び第２ノズル形成部材３４ｂは、図３（ｂ）に示す
ように、ネジ３３ａのためのネジ孔４３ａ、ネジ３３ｂ
のためのネジ孔４３ｂがそれぞれ設けられている。

【００３２】ここで、図４を参照して圧力タップの構成
について説明する。以下の説明においては、第１圧力タ
ップ１１及び第２圧力タップ１３の構成は同一であるの
で、第１圧力タップ１１を例として説明する。第１圧力
タップ１１は、大別すると、ピンホール部Ｔ11と、中継
部Ｔ12と、振動吸収部Ｔ13と、バッファ部Ｔ14と、コネ
クタ部Ｔ15と、を備えて構成されている。

【００３３】より詳細には、第１圧力タップ１１のピン
ホール部Ｔ11は、第１圧力取出口４２ａに接続され、噴
流の流れ方向に対して垂直に配置され、かつ、流体抵抗
として機能して第１圧力取出口４２ａ近傍の圧力変動が
直接的に第１コンデンサマイクロフォン１２に伝播され
るのを防止すべく内径０．５ｍｍ、長さ１ｍｍに形成さ
れ、中継部Ｔ12は、接着剤によりセンサ本体３２に固定
され、ピンホール部Ｔ11で検出した圧力を中継するステ
ンレス製で内径１．５ｍｍ、長さ１７ｍｍに形成され、
振動吸収部Ｔ13は、シリコンチューブ（あるいはビニー
ルチューブ）を用いて、フルイディック流量センサＦＳ
1 の本体が振動した場合等に当該振動及び圧力変動の一
部を吸収すべく形成され、バッファ部Ｔ14は、中継部Ｔ
12及び振動吸収部Ｔ13を介して伝播された圧力の微小変
動を吸収するバッファとして機能すべく内径略４ｍｍ、
長さ４５ｍｍに形成され、コネクタ部Ｔ15は、その内部
にコンデンサマイクロフォン１２が接着剤により固定さ
れた状態で形成されている。

【００３４】図４に示すように、圧力タップ（１１また
は１３）はその内径が徐々に拡大、すなわち、その断面
積が徐々に拡大する形状とされているので、動圧の変動
成分の影響を受けにくく、静圧のみをコンデンサマイク
ロフォンで検出することができる。

【００３５】次に動作を説明する。フルイディック流量
センサＦＳ1 にガスが導入されると、その流量に応じて
流体振動が生じ、この流体振動に起因して、第１圧力取
出口４２ａ及び第２圧力取出口４２ｂ近傍の圧力は変動
する。

【００３６】この第１圧力取出口４２ａ近傍の圧力変動
は、第１圧力タップ内１１に伝播される。ところでフル
イディック流量センサＦＳ1 の噴流の圧力成分には、動
圧成分と静圧成分とが含まれているが、動圧成分による
変動は大きく、また、量的にも多い。

【００３７】従って、圧力ノイズの影響を低減し、スム
ーズな出力波形を得るためには、動圧成分を除去して静
圧成分のみの圧力変動を検出する必要がある。そこで、
第１圧力タップ１１のピンホール部Ｔ11の内径を０．５
ｍｍと非常に細く形成することにより、ピンホール部Ｔ
11を流体抵抗として機能させ、噴流の動圧を検出するこ
となく、すなわち、フルイディック流量センサＦＳ1 内
の噴流の圧力変動（より詳細には、第１圧力取出口４２
ａ近傍の圧力変動）のうち動圧変動成分を除去するので
ある。

【００３８】この結果、静圧の変動成分のみが中継部Ｔ
12及び振動吸収部Ｔ13を介して、バッファ部Ｔ14に伝播
される。バッファ部Ｔ14に伝播された静圧の変動成分
は、緩衝されて真の静圧変動成分のみが第１コンデンサ
マイクロフォン１２に伝播されることとなる。

【００３９】同様にして、第２圧力取出口４２ｂ近傍の
圧力変動は、第２圧力タップ１３内に伝播され、第２圧
力取出口４２ｂ近傍の圧力変動のうち動圧の変動成分が
除去され、静圧の変動成分のみが中継部Ｔ12及び振動吸
収部Ｔ13を介して、バッファ部Ｔ14に伝播される。さら
にバッファ部Ｔ14に伝播された静圧の変動成分は、緩衝
されて真の静圧の変動成分のみが第２コンデンサマイク
ロフォン１４に伝播されることとなる。

【００４０】第１コンデンサマイクロフォン１２は、伝
播された静圧の変動成分を電気信号である第１検出信号
Ｓ1 に変換して、第１ロウパスフィルタ１５に出力し、
第２コンデンサマイクロフォン１４は、伝播された静圧
の変動成分を電気信号である第２検出信号Ｓ2 に変換し
て第２ロウパスフィルタ１６に出力する。

【００４１】第１ロウパスフィルタ１５は、第１検出信
号Ｓ1 の高周波成分（およそ１ｋＨｚ以上）であるノイ
ズ成分を除去して第１ノイズ除去検出信号ＳN1として第
１アンプ１７に出力し、第１アンプ１７は、第１ノイズ
除去検出信号ＳN1を増幅して第１増幅ノイズ除去検出信
号ＳAN1 として差動アンプ１９に出力する。

【００４２】一方、第２ロウパスフィルタ１６は、第２
検出信号Ｓ2 の高周波成分（およそ１ｋＨｚ以上）であ
るノイズ成分を除去して第２ノイズ除去検出信号ＳN2と
して第２アンプ１８に出力し、第２ノイズ除去検出信号
ＳN2を増幅して第２増幅ノイズ除去検出信号ＳAN2 とし
て差動アンプ１９に出力する。

【００４３】これらの結果、差動アンプ１９は、第１増
幅ノイズ除去検出信号ＳAN1 及び第２増幅ノイズ除去検
出信号ＳAN2 の差動増幅を行なって流体振動検出信号Ｓ
DBとしてコンデンサ２０に出力し、コンデンサ２０は、
流体振動検出信号ＳDBの直流成分を除去しシュミットト
リガ回路２１に出力する。

【００４４】シュミットトリガ回路２１は直流成分が除
去された流体振動検出信号ＳDBを波形整形し、矩形波で
ある流量信号ＳFLとして出力する。以上のようにして求
めた流量信号ＳFLはパルス波（矩形波）であるので、パ
ルス数をカウントし、予め求めておいた１パルス当たり
の流量（詳細については後述する）を用いて実際の流量
に換算することが可能となる。

【００４５】以上の説明のように、本実施形態によれ
ば、フルイディック流量センサより得られる二つの検出
信号の逆相ノイズ成分を対応するロウパスフィルタによ
り除去することができ、さらに二つの検出信号の差動増
幅を行なうことにより検出信号の同相ノイズ成分を除去
することができるので、同相及び逆相のノイズ成分を除
去してより正確な流体振動検出が行なえ、より正確な流
体流量を計測することが可能となる。

【００４６】ここで、図５及図６を参照してフルイディ
ック流量センサＦＳ1 及び流体振動検出装置１０を用い
てガスメータを構成する場合に、予め求めておくべき１
パルス当たりの流量の測定方法について説明する。図５
に流体振動検出装置（及びフルイディック流量センサ）
の検査装置の概要構成ブロック図を示す。

【００４７】図５において、図２と同一の部分には同一
の符号を付し、その詳細な説明を省略する。コンデンサ
２０とシュミットトリガ回路２１との中間接続点には、
ディジタルオシロスコープ６０の第１入力端子ＩＮ1 及
びＦＦＴ（Fast Fourie Transform）スペクトルアナラ
イザの入力端子が接続されている。

【００４８】シュミットトリガ回路２１の後段には、流
量信号ＳFLがベース端子に入力され、流量信号ＳFLの半
波整流を行って整流流量信号ＳFLH として出力するトラ
ンジスタ６２が接続されている。トランジスタ６２のコ
レクタ端子には、ディジタルオシロスコープの第２入力
端子ＩＮ2 及び半波整流された流量信号ＳFLである整流
流量信号ＳFLH のパルス数をカウントするパルスカウン
タ６３の入力端子が接続されている。

【００４９】図７にシュミットトリガ回路２１のより具
体的な回路構成を示す。シュミットトリガ回路２１を構
成するコンパレータ２１Ａの非反転入力端子には、ボリ
ュームＶＲが設けられており、トリガレベル（トリガ閾
値電圧）をガスの流量変化に対応して調整できるように
なっている。

【００５０】これは大流量では流体振動検出信号ＳDBの
信号レベルが高いためトリガレベルを高く設定する必要
があり、少流量では流体振動検出信号ＳDBの信号レベル
が低いためトリガレベルを低く設定する必要があるから
である。このことは、信号レベルが高い時は、信号に残
留するノイズ成分のレベルが高くなり、信号レベルが低
い時は、信号に残留するノイズ成分のレベルが低くなる
ことに起因している。

【００５１】従って、流体振動検出回路１０を用いる場
合には予め流体振動検出信号ＳDBの信号レベルにトリガ
レベルを対応させるため、ディジタルオシロスコープを
用いて、入力信号が完全に矩形波に変換されているか否
かを確認しておく必要がある。

【００５２】次に動作を説明する。まずフルイディック
流量センサＦＳ1 に一定流量、かつ、流量既知のガス
（例えば、空気）を流しておく。この状態で、コンデン
サ２０とシュミットトリガ回路２１との中間接続点にお
けるコンデンサ２０を通過した流体振動検出信号ＳDBの
信号波形をディジタルオシロスコープの第１入力端子Ｉ
Ｎ1 の波形として表示すると、図６（ｂ）に示すような
波形となっている。

【００５３】そして、この流体振動検出信号ＳDBに対
し、図６（ｂ）に示す閾値電圧ＶTH2を用いてシュミッ
トトリガ回路２１により波形整形して流量信号ＳFLを
得、さらにトランジスタ６２により半波整流することに
より整流流量信号ＳFLH を求める。

【００５４】求めた整流流量信号ＳFLH を図６（ａ）に
示す。整流流量信号ＳFLH の単位時間当たりのパルス数
は、整流流量信号ＳFLH の生成原理からもわかるよう
に、ガスの流量に比例している。従って、パルス数をカ
ウントすることにより１パルス当たりの流量を求めるこ
とが可能となることがわかる。

【００５５】ところで、外乱（電気的ノイズ、機械的振
動）により、流体振動検出信号ＳDBには、ノイズが含ま
れて波形が乱れてしまう場合がある。この結果、例え
ば、流体振動検出信号ＳDBの電圧が閾値電圧ＶTH2 より
も高いはずのタイミングに、当該タイミングにおける実
際の電圧が閾値電圧ＶTH2 を下回ってしまうと、整流流
量信号ＳFLH のパルス割れが発生してパルス数が減少す
る。逆に、信号に大きなノイズ成分が発生するとパルス
数が増加する。

【００５６】これによりパルスカウンタ６３によりパル
ス数をカウントした場合にカウント数が減少または増加
してしまい１パルス当たりの正確な流量を求めることが
できない。そこで、ＦＦＴスペクトルアナライザ６１を
用いて、コンデンサ２０を通過した流体振動検出信号Ｓ
DBの周波数解析を行ない流体振動の周波数を求め、パル
スカウンタ６３におけるパルスカウント数に対応する周
波数と比較することにより、これらがほぼ一致していれ
ば（許容範囲内にあれば）、得られたパルスカウント数
は妥当なものであるとして採用し、予め設定した流量に
基づいて１パルス当たりの流量を算出するように構成し
ている。

【００５７】一方、不一致の場合には得られたパルスカ
ウント数を採用しないようにする。この結果、得られる
１パルス当たりの流量を正確な値に設定することがで
き、正確なフルイディック流量センサの性能評価をする
ことが可能となる。さらにＦＦＴスペクトルアナライザ
６１を用いて求めたコンデンサ２０を通過した流体振動
検出信号ＳDBに対応する流体振動周波数及びパルスカウ
ンタ６３におけるパルスカウント数に対応する周波数が
不一致している（予め設定した許容範囲を逸脱した）場
合には、測定対象であるフルイディック流量センサある
いは流体振動検出装置が不良品であるとしてリジェクト
するように製品検査段階で用いるようにすることも可能
である。

【００５８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、第１コン
デンサマイクロフォン２は、フルイディックセンサＦＳ
の第１の所定圧力検出位置における第１の圧力変動を検
出し、第１検出信号Ｓ１を第１ノイズ除去手段４に出力
し、第１ノイズ除去手段４は、第１検出信号Ｓ１に含ま
れる第１検出信号Ｓ１ノイズ成分を除去して第１ノイズ
除去信号ＳＮ１を同相ノイズ除去手段６に出力し、第２
コンデンサマイクロフォン３は、フルイディックセンサ
ＦＳの第２の所定圧力検出位置における第２の圧力変動
を検出し、第２検出信号Ｓ２を第２ノイズ除去手段５に
出力し、第２ノイズ除去手段５は、第２検出信号Ｓ２に
含まれる第２検出信号Ｓ２ノイズ成分を除去して第２ノ
イズ除去信号ＳＮ２を同相ノイズ除去手段６に出力し、
同相ノイズ除去手段６は、第１ノイズ除去信号ＳＮ１及
び第２ノイズ除去信号ＳＮ２に含まれる同相ノイズ成分
を除去して流体振動検出用信号ＳＤＴを出力するので、
各コンデンサマイクロフォンの検出信号に含まれる逆相
ノイズ及び同相ノイズを除去することができ、より正確
な流体信号検出用信号を求めることができる。

【００５９】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加えて、第１動圧成分除去手段は、第
１の所定圧力検出位置における噴流の総圧［静圧＋動
圧］のうち動圧成分を除去し、第２動圧成分除去手段
は、第２の所定圧力検出位置における噴流の総圧［静圧
＋動圧］のうち動圧成分を除去するので、一時的、か
つ、急激な圧力変動の影響を受けることなく、スムーズ
な流体信号検出用信号を求めることができる。

【００６０】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の発明の効果に加えて、第１圧力タップの第１ピンホ
ール部は流体抵抗として機能することにより動圧成分を
除去し、第２圧力タップの第２ピンホール部は流体抵抗
として機能することにより動圧成分を除去して、静圧成
分のみを伝播し、スムーズな流体信号検出用信号を求め
ることができる。

【００６１】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の発明の効果に加えて、第１圧力タップの第１バッフ
ァ部は、第１の所定圧力検出位置における静圧の圧力変
動成分に含まれる微小変動を緩衝し、第２圧力タップの
第２バッファ部は、第２の所定圧力検出位置における静
圧の圧力変動成分に含まれる微小変動を緩衝するので、
さらにスムーズな流体信号検出用信号を求めることがで
きる。

【００６２】請求項５記載の発明によれば、請求項１乃
至請求項４のいずれかに記載の発明の作用に加えて、前
記第１ノイズ除去手段及び前記第２ノイズ除去手段であ
るロウパスフィルタは、少なくとも噴流の総圧［静圧＋
動圧］のうち静圧成分の周波数帯域を通過させることに
より高周波ノイズ成分を除去し、同相成分除去手段であ
る差動増幅アンプは、第１ノイズ除去信号及び第２ノイ
ズ除去信号の差動増幅を行なうことにより第１ノイズ除
去信号及び第２ノイズ除去信号に含まれる同相ノイズ成
分を除去するので、より正確な流体信号検出用信号を求
めることができる。

【００６３】請求項６記載の発明によれば、第１検出工
程は、フルイディックセンサの第１の所定圧力検出位置
における第１の噴流の静圧に含まれる圧力変動を検出
し、第１検出信号を生成し、第２検出工程は、フルイデ
ィックセンサの第２の所定圧力検出位置における第２の
噴流の静圧に含まれる圧力変動を検出し、第２検出信号
を生成し、第１ノイズ除去工程は、第１検出信号に含ま
れる圧力ノイズ成分を除去して第１ノイズ除去信号とし
て出力し、第２ノイズ除去工程は第２検出信号に含まれ
る圧力ノイズ成分を除去して第２ノイズ除去信号として
出力し、同相ノイズ除去工程は、第１ノイズ除去信号及
び第２ノイズ除去信号に含まれる同相ノイズ成分を除去
して流体振動検出用信号を生成するので、検出信号に含
まれる逆相ノイズ及び同相ノイズを除去することがで
き、より正確な流体信号検出用信号を求めることができ
る。

【００６４】請求項７記載の発明によれば、請求項６記
載の発明の作用に加えて、前記第１検出工程の第１動圧
成分除去工程は、検出する噴流の圧力変動成分のうち、
動圧成分を除去し、前記第２検出工程の第２動圧成分除
去工程は、検出する噴流の圧力変動成分のうち、動圧成
分を除去するもので、一時的、かつ、急激な圧力変動の
影響を受けることなく、スムーズな流体信号検出用信号
を求めることができる。

【００６５】請求項８記載の発明によれば、請求項６ま
たは請求項７記載の発明の作用に加えて、前記第１ノイ
ズ除去工程及び前記第２ノイズ除去工程は、少なくとも
静圧の圧力変動に含まれる圧力変動成分のうち噴流の流
体振動の周波数帯域を通過させることによりノイズを除
去し、同相成分除去工程は、前記第１ノイズ除去信号及
び前記第２ノイズ除去信号の差動増幅を行なうことによ
り同相ノイズ成分を除去するので、 検出信号に含まれ
る逆相ノイズ及び同相ノイズを確実に除去することがで
き、より正確な流体信号検出用信号を求めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成図である。

【図２】流体振動検出装置の概要構成ブロック線図であ
る。

【図３】フルイディック流量センサの説明図である。

【図４】圧力タップの説明図である。

【図５】流体振動検出装置の概要構成ブロック線図であ
る。

【図６】検査装置の動作説明波形図である。

【図７】シュミットトリガ回路の回路図である。

【符号の説明】

１ 流体振動検出装置 ２ 第１コンデンサマイクロフォン ３ 第２コンデンサマイクロフォン ４ 第１ノイズ除去手段 ５ 第２ノイズ除去手段 ６ 同相ノイズ除去手段 １０ 流体振動検出装置 １１ 第１圧力タップ １２ 第１コンデンサマイクロフォン １３ 第２圧力タップ １４ 第２コンデンサマイクロフォン １５ 第１ロウパスフィルタ １６ 第２ロウパスフィルタ １７ 第１アンプ １８ 第２アンプ １９ 差動アンプ ２０ コンデンサ ２１ シュミットトリガ回路 ＦＳ フルイディックセンサ ＦＳ1 フルイディック流量センサ Ｓ１ 第１検出信号 Ｓ２ 第２検出信号 Ｓ1 第１検出信号 Ｓ2 第２検出信号 ＳAN1 第１増幅ノイズ除去検出信号 ＳAN2 第２増幅ノイズ除去検出信号 ＳＤＴ 流体振動検出用信号 ＳDB 流体振動検出信号 ＳFL 流量信号 ＳＮ１ 第１ノイズ除去信号 ＳＮ２ 第２ノイズ除去信号 ＳN1 第１ノイズ除去検出信号 ＳN2 第２ノイズ除去検出信号 Ｔ11 ピンホール部 Ｔ12 中継部 Ｔ13 振動吸収部 Ｔ14 バッファ部 Ｔ15 コネクタ部

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体振動を利用したフルイディックセン
   サが接続され、流体振動に起因する圧力変化に基づいて
   流体振動周波数を検出する流体振動検出装置において、 前記フルイディックセンサの第１の所定圧力検出位置に
   おける第１の圧力変動を検出し、第１検出信号を出力す
   る第１コンデンサマイクロフォンと、 前記フルイディックセンサの第２の所定圧力検出位置に
   おける第２の圧力変動を検出し、第２検出信号を出力す
   る第２コンデンサマイクロフォンと、 前記第１検出信号に含まれる前記第１検出信号のノイズ
   成分を除去して第１ノイズ除去信号を出力する第１ノイ
   ズ除去手段と、 前記第２検出信号に含まれる前記第２検出信号のノイズ
   成分を除去して第２ノイズ除去信号を出力する第２ノイ
   ズ除去手段と、 前記第１ノイズ除去信号及び前記第２ノイズ除去信号に
   含まれる同相ノイズ成分を除去して流体振動検出用信号
   を出力する同相ノイズ除去手段と、 を備えたことを特徴とする流体振動検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の流体振動検出装置におい
   て、 前記第１の所定圧力検出位置及び前記第１コンデンサマ
   イクロフォンとの間の圧力伝播経路中に前記第１の所定
   圧力検出位置における噴流の総圧［静圧＋動圧］のうち
   動圧成分を除去する第１動圧成分除去手段を設け、 前記第２の所定圧力検出位置及び前記第２コンデンサマ
   イクロフォンとの間の圧力伝播経路中に前記第２の所定
   圧力検出位置における噴流の総圧［静圧＋動圧］のうち
   動圧成分を除去する第２動圧成分除去手段を設けた、 ことを特徴とする流体振動検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の流体振動検出装置におい
   て、 前記第１動圧成分除去手段は、前記噴流の流れ方向に対
   して垂直に配置され、かつ、流体抵抗として機能する第
   １ピンホール部を有する第１圧力タップであり、 前記第２動圧成分除去手段は、前記噴流の流れ方向に対
   して垂直に配置され、かつ、流体抵抗として機能する第
   ２ピンホール部を有する第２圧力タップであることを特
   徴とする流体振動検出装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の流体振動検出装置におい
   て、 前記第１圧力タップは、前記第１ピンホール部と前記第
   １コンデンサマイクロフォンとの間の圧力伝播経路中に
   前記第１の所定圧力検出位置における静圧の圧力変動成
   分に含まれる微小変動を緩衝する第１バッファ部を備
   え、 前記第２圧力タップは、前記第２ピンホール部と前記第
   ２コンデンサマイクロフォンとの間の圧力伝播経路中に
   前記第２の所定圧力検出位置における静圧の圧力変動成
   分に含まれる微小変動を緩衝する第２バッファ部を備え
   た、 ことを特徴とする流体振動検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の流体振動検出装置において、 前記第１ノイズ除去手段及び前記第２ノイズ除去手段
   は、少なくとも静圧に含まれる圧力変動成分のうち、噴
   流の流体振動周波数の周波数帯域を通過させるロウパス
   フィルタであり、 前記同相成分除去手段は、前記第１ノイズ除去信号及び
   前記第２ノイズ除去信号の差動増幅を行なう差動増幅ア
   ンプであることを特徴とする流体振動検出装置。
6. 【請求項６】 流体振動を利用したフルイディックセン
   サを用いて、流体振動に起因する圧力変化に基づいて流
   体振動周波数を検出する流体振動検出方法において、 前記フルイディックセンサの第１の所定圧力検出位置に
   おける第１の圧力変動を検出し、第１検出信号を生成す
   る第１検出工程と、 前記フルイディックセンサの第２の所定圧力検出位置に
   おける第２の圧力変動を検出し、第２検出信号を生成す
   る第２検出工程と、 前記第１検出信号に含まれるノイズ成分を除去して第１
   ノイズ除去信号として出力する第１ノイズ除去工程と、 前記第２検出信号に含まれるノイズ成分を除去して第２
   ノイズ除去信号として出力する第２ノイズ除去工程と、 前記第１ノイズ除去信号及び前記第２ノイズ除去信号に
   含まれる同相成分ノイズを除去して流体振動検出用信号
   を生成する同相ノイズ除去工程と、 を備えたことを特徴とする流体振動検出方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の流体振動検出方法におい
   て、 前記第１検出工程は、検出する噴流の圧力変動成分のう
   ち、動圧成分を除去する第１動圧成分除去工程を有し、 前記第２検出工程は、検出する噴流の圧力変動成分のう
   ち、動圧成分を除去する第２動圧成分除去工程を有す
   る、 ことを特徴とする流体振動検出方法。
8. 【請求項８】 請求項６または請求項７記載の流体振動
   検出方法において、 前記第１ノイズ除去工程及び前記第２ノイズ除去工程
   は、少なくとも静圧の圧力変動に含まれる圧力変動成分
   のうち、噴流の流体振動周波数の周波数帯域を通過させ
   ることによりノイズ成分を除去するとともに、 前記同相成分除去工程は、前記第１ノイズ除去信号及び
   前記第２ノイズ除去信号の差動増幅を行なうことを特徴
   とする流体振動検出方法。