JP3235637B2 - 超音波式流体振動流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体振動を起こしてい
る測定流体に超音波を放射しこの流体振動により超音波
が変調された信号を受信して測定流体の流量を計測する
超音波式流体振動流量計に係り、特に、検出感度が向上
された超音波式流体振動流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流体振動流量計としては、測定流体が渦
発生体に当たって発生する一種の流体振動である渦に超
音波を放射して渦の数を計数しその周波数から測定流体
の流量を測定する渦流量計、或いは測定流体をノズルを
介して噴出させて発生する噴流をターゲットに当てるこ
とにより流体振動を起こさせその振動周波数を測定管路
の内壁に固定された圧電形のセンサを用いて噴流の両側
面に生じる圧力差から測定流体の流量を測定するフルイ
デック（Fluidic）流量計などがある。

【０００３】ここでは、これらの従来の流体振動流量計
のうち、渦流量計をベースとして従来の技術を説明す
る。先ず、実公昭４８−１７０１０号「考案の名称：流
速測定装置」に開示されている渦流量計を取り上げ、以
下、この概要について図７〜図１０を用いて説明する。

【０００４】図７はこの従来の渦流量計の構成を示す構
成図である。１は流れの中に挿入したカルマン渦を生成
するための渦発生体で、ここでは円柱状の物体が例示さ
れている。２は渦発生体１で生成された渦、３は測定流
体が流れる測定管路を示している。

【０００５】４は超音波信号発信器、５は超音波信号受
信器である。これらの超音波信号発信器４および超音波
信号受信器５は、渦発生体１の下流側に測定流体の流れ
方向とほぼ直角になるように互に対向して測定管路３に
取り付けられており、カルマン渦の生成数（単位時間に
流れていく渦の数）を検出するための検出装置を構成し
ている。

【０００６】いま、図７の点線で示す超音波信号の伝播
経路に渦が存在していない場合は、超音波信号発信器４
と超音波信号受信器５との距離をＤ、媒体中の音速をＣ
_Aとすれば、その伝播時間τ₀は τ₀＝Ｄ／Ｃ_A （１） で示される。

【０００７】次に、この点線の位置にカルマン渦が存在
し超音波の送出方向と渦の速度成分Ｖ₁の方向とが同じ
ときの伝播時間τ₁は、渦の直径をｄ_Vとすれば、 τ₁＝［ｄ_V／（Ｃ_A＋Ｖ₁）］＋［（Ｄ−ｄ_V）／Ｃ_A］ （２） で示される。

【０００８】また、この点線の位置にカルマン渦が存在
し超音波の送出方向と渦の速度成分Ｖ₂の方向とが逆方
向のときの伝播時間τ₂は、渦の直径をｄ_Vとすれば、 τ₂＝［ｄ_V／（Ｃ_A−Ｖ₂）］＋［（Ｄ−ｄ_V）／Ｃ_A］ （３） で示される。

【０００９】以上の点を、超音波信号の伝播時間τの時
間ｔに対する変化として図示すると図８に示すようにな
る。そして、単位時間に信号の伝播時間が変化する回数
は、伝播経路を渦が通過する数、つまりカルマン渦の生
成数に等しいので、この変化を適当な装置により計数す
ることにより流体の流量を知ることができる。

【００１０】図９は、この変化を計数する装置の例を示
す。この装置は、パルス発生器及び増幅器などを含む電
子回路６、ＦＭ信号復調器７、計数器８などで構成され
ている。

【００１１】電子回路６はパルス信号を超音波発信器４
に加え、超音波発信器４はここから超音波信号を渦に向
かって発信させる。一方、超音波受信器５はこの渦で変
調された受信信号によって生じた新たなパルス信号を電
子回路６を介して再び超音波発信器４に印加する。

【００１２】このような方式を採用する結果、これらの
ループには超音波発信器４の遅れ時間、流体中の伝播時
間、超音波受信器５の遅れ時間などの和に対応する総遅
れ時間に逆比例した周波数のパルス信号Ｐ₀が得られ
る。

【００１３】流体中の伝播時間はカルマン渦が通過する
毎に変化するので、パルス信号Ｐ₀は渦で周波数変調さ
れた信号となる。このパルス信号Ｐ₀は復調器７で復調
された後、計数器８に印加され、この計数器８の計数結
果から流量を知ることができる。

【００１４】しかしながら、以上のような渦流量計は、
原理的には成立するが、実際に製品として完成させるた
めには、次に説明するような問題がある。この問題点を
図１０に示す渦流量計の縦断面図を用いて説明する。

【００１５】ステンレス製の測定管路３の直径方向には
渦発生体１が、この渦発生体１の下流側の測定管路３の
外壁には、超音波発信器４と超音波受信器５とが対向し
て測定流体に対して非接触状態で固定されている。

【００１６】この結果、超音波発信器４から送出された
超音波は渦をよぎる伝播経路により超音波受信器５で受
信される太線で示す超音波Ａの他に、超音波発信器４か
ら測定管路３の内部を経由して超音波受信器５で受信さ
れる点線で示す超音波Ｂ、超音波発信器４から送出され
測定管路３の内壁で反射を繰り返して超音波受信器５で
受信される細線で示す定在波としての超音波Ｃが存在す
る。

【００１７】これらの超音波Ｂ、Ｃはノイズであるが、
図９に示す構成の場合は、連続波として超音波発信器４
から超音波を送信するので、超音波受信器５はこれらの
ノイズをも含んで検出されることとなり、安定にかつ正
確に渦を検出することができない。

【００１８】このように、測定管路の中を伝播するノイ
ズ、或いは測定管路に形成される定在波などによるノイ
ズの存在のために、製品レベルでは具体的に実現できな
いという問題があった。

【００１９】また、先に説明したフルイデック（Fluidi
c）流量計の場合は、測定管路の内壁に圧電形のセンサ
を設けた接液形のセンサで噴流の両側の圧力の変化を検
出する構成であるので、測定流体が腐食性の流体、或い
は汚染流体などに用いることが出来ないという問題があ
る。

【００２０】この問題点を、解決する発明として、たと
えば、本願出願人が出願した特願平６−００４２４０号
がある。

【００２１】図１１は、特願平６−００４２４０号の１
実施例の構成を示すブロック図である。

【００２２】測定管路１０は例えばステンレス製であり
測定流体を流す。渦発生体１１はこの測定管路１０の直
径方向に固定され梯形状の横断面を有している。超音波
送波器１２は渦発生体１１の下流側でこの測定管路１０
の外壁に測定流体に非接触状態で固定されている。さら
に、超音波受波器１３がこの超音波送波器１２に対向し
て配置されている。

【００２３】発振器１４は、例えば１〜２ＭＨｚ程度の
発振周波数ｆ_osで連続して発振する発振電圧Ｖ_osをスイ
ッチ１５に送出する。スイッチ１５は、ゲート幅Ｗ₁を
持つ基準信号Ｓ₁によりオン／オフ制御され、発振電圧
Ｖ_osをゲート幅Ｗ₁に対応するバースト波Ｓ_Bとして超音
波送波器１２に印加する。

【００２４】ダンピング回路１６は、この基準信号Ｓ₁
でオフ／オンされ、超音波送波器１２で生じるゆっくり
変動する残留振動を伴う振動電圧Ｖ_Rを抵抗で終端して
速やかにゼロレベルに減衰させる。

【００２５】基準タイミング回路１７は、基準信号Ｓ₁
を発生させ信号サンプリングの時間基準を与える。この
基準信号Ｓ₁のハイレベルでスイッチ１５をオンとし、
ローレベルでダンピング回路１６の抵抗をオンとする。
同時に、基準タイミング回路１７はサンプリング信号発
生回路１８にも基準信号Ｓ₁を出力する。

【００２６】サンプリング信号発生回路１８は、基準信
号Ｓ₁を受信し、これをサンプリング信号Ｓ₂とリセット
信号Ｓ₃として、基準信号Ｓ₁に対して測定管路１０の内
径Ｌと測定流体の音速Ｃ_Aとの関数（Ｌ／Ｃ_A）で決まる
時間Ｔだけ遅らして出力する。

【００２７】このうち、サンプリング信号Ｓ₂はゲート
幅Ｗ₁に対応する所定のゲート幅Ｗ₂を有し、リセット信
号Ｓ₃はゲート幅Ｗ₂に対して極めて短い時間幅でリセッ
トする信号として出力される。

【００２８】一方、超音波受波器１３で受信された振幅
変調信号Ｓ_Aは、プリアンプ１９で増幅されてサンプリ
ング回路２０に出力される。サンプリング回路２０で
は、サンプリング信号Ｓ₂のゲート幅Ｗ₂に入る振幅変調
信号Ｓ_Aのみをサンプリングして同調アンプ２１に出力
する。

【００２９】同調アンプ２１は、サンプリングされた振
幅変調信号Ｓ_Aを選択増幅し同調信号Ｓ_sとして次段のピ
ーク検出／半波回路２２に出力する。この同調アンプ２
１は、通常のものに比べてＱ値を低く、例えばＱ＝１０
〜２０程度に設定し、ダンピングをかける。

【００３０】このＱ値が大きいと、バースト波を打たな
くてもゲート幅Ｗ₁の中に含まれる発振周波数ｆ_osの所
定の波数を越えて継続して波が出力され、次の信号処理
に影響を与える不都合があるからである。

【００３１】ピーク検出／半波回路２２にはリセット信
号Ｓ₃が印加されており、同調信号Ｓ_sのピーク値をホー
ルドすると共にホールド直前に短時間のあいだリセット
することを繰り返してして同調信号Ｓ_sの包絡線に対応
するヒストグラムを形成し、この後、半波整流して半波
整流電圧Ｓ_Hとして出力する。

【００３２】この半波整流電圧Ｓ_Hは、高いカットオフ
周波数を有するローパスフイルタ２３に出力され、ここ
でピーク検出／半波回路２２で発生するノイズなどを除
去して、アクテイブローパスフイルタ２４に出力され
る。

【００３３】アクテイブローパスフイルタ２４は、低い
カットオフ周波数に設定されており、渦信号の中に含ま
れるノイズ或いは流体ノイズなどの低い周波数のノイズ
を除去して、シュミットトリガ２５に出力する。シュミ
ットトリガ２５では、アクテイブローパスフイルタ２４
の出力に含まれる渦信号を対応するパルス信号Ｓ_Vに変
換する。

【００３４】次に、以上のように構成された実施例の動
作について、図１２、図１３に示す波形図を用いて説明
する。発振器１４から出力された発振電圧Ｖ_os（図１２
（Ａ））は、基準信号Ｓ₁（図１２（Ｂ））のオン／オ
フのハイレベルで発振電圧Ｖ_osをオンとし、ローレベル
で発振電圧Ｖ_osをオフとする。このようにして、超音波
送波器１２に図１２（Ｃ）に示すバースト波Ｓ_Bを出力
する。

【００３５】急峻な変化を示すバースト波Ｓ_Bが超音波
送波器１２に印加されても、超音波送波器１２を構成す
る振動子には残留振動が存在するので、図１２（Ｄ）に
示すようなゆっくり変動する振動電圧Ｖ_Rとなる。

【００３６】この振動電圧Ｖ_Rの期間が長くなると、次
のバースト波Ｓ_Bの送出時点まで継続することとなる。
これを避けるために、ダンピング回路１６で基準信号Ｓ
₁（図１２（Ｂ））のオン／オフのローレベルの期間に
抵抗で超音波送波器１２を終端して残留振動を速く収束
させる。

【００３７】超音波送波器１２へのバースト波Ｓ_Bの印
加により、超音波送波器１２から超音波が渦に向かって
送出される。超音波は渦で振幅変調を受けて超音波受波
器１３で振幅変調信号Ｓ_A（図１２（Ｅ））として受信
される。

【００３８】この振幅変調信号Ｓ_Aには、渦で振幅変調
を受けた渦信号成分Ｘの他に、図１０で説明したように
測定管路１０を経由して伝播する管路伝播波Ｎ₁、測定
管路１０の内壁の相互を伝播して形成される定在波Ｎ₂
などによるノイズ（図１２（Ｅ））が混入されている。

【００３９】このような振幅変調信号Ｓ_Aは、プリアン
プ１９で所定倍に増幅されてサンプリング回路２０に出
力される。サンプリング回路２０には、サンプリング信
号発生回路１８から図１２（Ｆ）に示すサンプリング信
号Ｓ₂が印加され、このサンプリング信号Ｓ₂により振幅
変調信号Ｓ_Aがサンプリングされる。

【００４０】基準信号Ｓ₁の送出から時間経過Ｔの後に
は、渦信号成分Ｘが存在するので、この時点でサンプリ
ング信号Ｓ₂により渦信号成分Ｘをサンプリングする。
サンプリングされた渦信号成分Ｘを含む振幅変調信号Ｓ
_Aは同調アンプ２１により増幅されてその出力端に図１
２（Ｇ）に示す同調信号Ｓ_sとして出力される。

【００４１】図１２（Ｂ）に示す基準信号Ｓ₁は、所定
時間の間隔で順次送出されるので、これ等を時系列的に
並べると図１３に示すような同調信号の波形となる。こ
の波形には、例えば渦信号成分Ｘに対応する部分が含ま
れる。この場合のαの部分は超音波とカルマン渦の方向
が逆方向の場合を示している。βの部分は超音波とカル
マン渦の方向が同方向の部分である。つまり、ピーク値
と渦とが１対１で対応していることになる。

【００４２】このようにして得られた同調信号Ｓ_sはピ
ーク検出／半波回路２２に出力される。このピーク検出
／半波回路２２にはリセット信号Ｓ₃が印加され、同調
信号Ｓ_sのヒストグラムが形成され、さらに半波整流さ
れてその出力端に半波整流電圧Ｓ_Hを出力する。

【００４３】この半波整流電圧Ｓ_Hは、ローパスフイル
タ２３とアクテイブローパスフイルタ２４でノイズが除
去されてシュミットトリガ２５の出力端に渦の数に対応
するパルス信号Ｓ_Vとして出力される。

【００４４】次に、図１１に示す超音波受波器１３が振
幅変調信号Ｓ_Aを大きくかつ安定に受信するための条件
について以下に説明する。渦がないときの伝播時間τ₀
は、式（１）で示され、渦があるときの伝播時間τ
₃は、渦の流体振動をＶ_Aｓｉｎω_Vｔとすれば、式
（２）と式（３）を考慮して、 τ₃＝［ｄ_V／（Ｃ_A±Ｖ_Aｓｉｎω_Vｔ）］＋［（Ｄ−ｄ_V）／Ｃ_A］ （４） となる。ただし、Ｖ_Aは渦の循環流の速さである。

【００４５】したがって、渦が通過するときに生じる超
音波の位相変化は、発振器１４の発振電圧Ｖ_OSの有する
発振角周波数をω_OS（＝２πｆ_OS）とすれば、 ｄΦ＝（τ₀−τ₃）ω_OS （５） となる。

【００４６】ここで、最大位相偏移をΔΦとすれば、Ｃ
_A ²≫Ｖ_A ²なる関係から、 ΔΦ＝±Ｖ_Aｄ_Vω_OS／Ｃ_A ² （６） となる。このときの最大周波数偏移をΔｆ_MAXとする
と、Δｆ_MAXは Δｆ_MAX＝（ΔΦ）´＝２Ｖ_Aｄ_Vω_OSω_V／Ｃ_A ² （７） として得られる。

【００４７】一方、超音波受波器１３は圧電形の振動子
で構成されているが、その振動子の共振周波数ｆ_aと反
共振周波数ｆ_rの近傍における等価回路２６は、図１４
において点線で囲んで示したように、インダクタンスＬ
₁とコンデンサＣ₁と抵抗Ｒ₁との直列回路に、コンデン
サＣ₂が並列に接続された並列回路として示すことがで
きる。

【００４８】そして、この並列回路に広帯域化のための
インダクタンスＬ₂が直列に接続されて端子Ｔ₁、Ｔ₂に
引き出されている。この場合の端子Ｔ₁、Ｔ₂からみたイ
ンピーダンスＺは、図１５に示すように共振周波数ｆ_a
で最小になり、反共振周波数ｆ_rで最大となる。

【００４９】これらの周波数領域では、他の周波数領域
での変化より大きなインピーダンスＺの変化を示す。し
たがって、発振周波数ｆ_OSの値を共振周波数ｆ_aと反共
振周波数ｆ_rとの間に設定すると、大きなインピーダン
ス変化ΔＺが得られる。

【００５０】この結果、超音波受波器１３の出力端に
は、渦で変調された大きな振幅の振幅変調信号を得るこ
とができる。これは、バースト波としたときに得られる
図１２（Ｅ）に示す振幅変調信号Ｓ_Aにおいても同様で
ある。

【００５１】なお、図１４ではインダクタンスＬ₂が超
音波受波器１３の振動子に直列に挿入される構成として
示されているが、この構成では共振周波数ｆ_aを下げる
形で帯域を広げる例として示してある。このような構成
により、温度変化により生じるｆ_aとｆ_rの変化に対して
発振周波数ｆ_OSの動作範囲（ｆ_a〜ｆ_r）に余裕を持たせ
ることができる。

【００５２】また、発振周波数ｆ_OSを送信側の超音波送
波器１２の共振周波数として選定すれば、発振器１４か
ら最大の効率で超音波を測定流体に放射させることがで
きる。各超音波送波器及び超音波受波器に対してその共
振周波数を考慮して発振周波数の値を選定することは安
定な動作を確保する上で有効である。

【００５３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な装置においては、受信振動子単体のＱ特性は急峻な曲
線特性を有するが、超音波受波器１３を構成するとき、
受信振動子はホルダーに接着剤等で結合するためＱ特性
は劣化する。特に、超音波受波器１３全体の信頼性を向
上させるため、接着剤を強固なものとすると、劣化の程
度は著しくなる。

【００５４】このため、従来例のように、受信振動子単
体のＱ特性のみを利用すると、検出感度は低下し、特
に、低流量での安定な測定は困難であった。

【００５５】本発明は、この問題点を、解決するもので
ある。本発明の目的は、検出感度が向上された超音波式
流体振動流量計を提供するにある。

【００５６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、 （１）管路中を流れ流体振動を起こしている測定流体に
超音波を放射しこの流体振動により前記超音波が変調さ
れた信号を受信して前記測定流体の流量を計測する超音
波式流体振動流量計であって、前記測定流体とは非接触
状態で測定管路に取り付けられ前記超音波の送出及び受
信をする一対の超音波送波器及び超音波受波器と、発振
周波数を含むバースト波で前記超音波送波器を間欠的に
駆動する駆動手段と、前記バースト波の送出のタイミン
グを制御する基準信号を送出する基準タイミング手段
と、この基準信号に同期し前記測定管路の径と前記測定
流体の音速との関数でサンプリング時点が変化するサン
プリング信号を発生するサンプリング信号発生手段と、
前記超音波受波器で前記流体振動による周波数変調に起
因する振幅変調された振幅変調信号を前記サンプリング
信号によりサンプリングするサンプリング手段と、この
サンプリング手段によりサンプリングされた前記振幅変
調信号の包絡線を求めるフイルタ手段とを具備し、この
包絡線から前記流体振動の振動周波数を検出することを
特徴とする超音波式流体振動流量計において、前記バー
スト波の受信振幅の最大値の周波数特性の勾配方向と前
記超音波受波器の周波数特性の勾配方向が同一方向にな
るように該超音波受波器が設置される個所の前記測定管
路の管壁の厚さが選択されたことを特徴とする超音波式
流体振動流量計。 （２）管路中を流れ流体振動を起こしている測定流体に
超音波を放射しこの流体振動により前記超音波が変調さ
れた信号を受信して前記測定流体の流量を計測する超音
波式流体振動流量計であって、前記測定流体とは非接触
状態で測定管路に取り付けられ前記超音波の送出及び受
信をする一対の超音波送波器及び超音波受波器と、発振
周波数を含むバースト波で前記超音波送波器を間欠的に
駆動する駆動手段と、前記バースト波の送出のタイミン
グを制御する基準信号を送出する基準タイミング手段
と、この基準信号に同期し前記測定管路の径と前記測定
流体の音速との関数でサンプリング時点が変化するサン
プリング信号を発生するサンプリング信号発生手段と、
前記超音波受波器で前記流体振動による周波数変調に起
因する振幅変調された振幅変調信号を前記サンプリング
信号によりサンプリングするサンプリング手段と、この
サンプリング手段によりサンプリングされた前記振幅変
調信号の包絡線を求めるフイルタ手段とを具備し、この
包絡線から前記流体振動の振動周波数を検出することを
特徴とする超音波式流体振動流量計において、前記サン
プリング手段の前段あるいは後段の信号処理回路のいず
れかに挿入された同調アンプの周波数特性の勾配方向が
前記超音波受波器の周波数特性の勾配方向と同一方向に
なるように選定されたことを特徴とする超音波式流体振
動流量計。を構成したものである。

【００５７】

【作 用】以上の構成において、超音波受波器が設置さ
れる個所の測定管路の管壁の厚さが、バースト波の受信
振幅の最大値の周波数特性の勾配方向と超音波受波器の
周波数特性の勾配方向が同一方向になるように構成す
る。或いは、同調アンプの周波数特性の勾配方向が、超
音波受波器の周波数特性の勾配方向と同一方向になるよ
うに選定する。

【００５８】

【実施例】以下、実施例に基づき詳細に説明する。図１
は本発明の一実施例の要部構成説明図である。図におい
て、図１１と同一記号の構成は同一機能を表わす。以
下、図１１と相違部分のみ説明する。

【００５９】図１は、測定管路１０内でのバースト波の
干渉の概念図を示したものである。以下この干渉につい
て説明する。測定管路１０の材質は、例えば、ステンレ
スであり、一般的に、測定流体や超音波受波器１３との
接合材３１に比べ、音響インピーダンスが大きい。この
ため、測定管路１０に入射した超音波は、この両界面で
反射を繰り返し干渉が生じる。

【００６０】ここで、超音波は平面波で、測定管路１０
内部での減衰を考えないものとする。また、各バースト
波の管路入射時の音圧振幅をＡ_iとすると、各バースト
波に対応する反射波の位相は、最終バースト波ｎ番目に
比べ、２（ｎ−ｉ）ｋｌだけ進んでいる。また、振幅は
Ｒ^n-iＡ_iである。

【００６１】但し、ｋ＝ω／ｃ、ω：超音波の角周波
数、ｃ：測定管路１０内の音速、ｌ：測定管路１０の肉
厚、Ｒ：両界面での総合反射率である。

【００６２】以上から、ｎ番目のバースト波が測定管路
１０と超音波受波器１３との界面に到達した時の音圧は
次式で示される。 Ｐ₁＝Σⁿ _i=1（１−ｅｘｐ（−αｉ））Ｒ^n-iＡ_nsin［ωｔ−｛２（ｎ−ｉ） ＋１｝ｋｌ］ （８）

【００６３】また、渦によってω→ω’の変化が生じた
時は、 Ｐ₂＝Σⁿ _i=1（１−ｅｘｐ（−αｉ））Ｒ^n-iＡ_nsin［ω’ｔ−｛２（ｎ−ｉ ）＋１｝ｋ’ｌ］ （９） 但し、（８）（９）式でのα：一周期毎の音圧の増加率
（図２参照）、ｔ：ｎ番目のバースト波が測定管路１０
に入射した時を０とした時刻。超音波受波器１３に到達
する超音波は、（８）（９）式に比例したものとなる。

【００６４】また、信号処理回路では、サンプリングゲ
ート時間内に到達する最大値の包絡線を入力としている
ことから、測定管路１０内での超音波の伝播に伴って得
られる振幅変調率は Ａ_m＝|Ｐ_2max−Ｐ_1max|/((Ｐ_2max＋Ｐ_1max)/２)×100（％） （１０） （１０）式において、測定管路１０の肉厚を、ｌ≒（λ
／２）ｍ付近で変化させたときのＰ_1maxの値を図示する
と、図３に示す如く、ｌによって変動する。ここで、ｍ
は１、２、……の自然整数である。

【００６５】一方、超音波受波器１３を構成する振動子
の周波数特性を図示すると、図４に示す如くなる。

【００６６】即ち、図３、図４で明らかなように、ω→
ω’の周波数変化に対して、管壁の厚さｌの値と周波数
ｆの値とを、超音波受波器１３が設置される個所の測定
管路１０の管壁の厚さｌが、バースト波の受信振幅の最
大値の周波数特性の勾配方向と超音波受波器１３の周波
数特性ｆの勾配方向が同一方向になるように構成すると
（図３、図４の実線部分）、振幅変調率Ａ_mは大きくな
る。例えば、図３に示すｌ_mの厚さを採用する。

【００６７】次に、上記と同様な考え方に基づき、図
４，図５に示す如く、同調アンプの周波数特性の勾配方
向が、超音波受波器の周波数特性の勾配方向と同一方向
になるように選定すると（図４、図５の実線部分）、振
幅変調率Ａ_mは大きくなる。例えば、図４に示すｆ_c'の
周波数を選定する。

【００６８】下記に、測定管路１０の管壁の厚さｌと振
幅変調率Ａ_mの計算の一実例を示す。

【００６９】図７に、同調アンプの周波数と変調出力Ｐ
_Vの関係の実験例を示す。ここで、使用周波数ｆ_c＝１０
００〜１１００ＫＨｚの場合に、同調周波数をＡは９２
０ＫＨｚ、Ｂは１１４０ＫＨｚとした場合である。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、 （１）管路中を流れ流体振動を起こしている測定流体に
超音波を放射しこの流体振動により前記超音波が変調さ
れた信号を受信して前記測定流体の流量を計測する超音
波式流体振動流量計であって、前記測定流体とは非接触
状態で測定管路に取り付けられ前記超音波の送出及び受
信をする一対の超音波送波器及び超音波受波器と、発振
周波数を含むバースト波で前記超音波送波器を間欠的に
駆動する駆動手段と、前記バースト波の送出のタイミン
グを制御する基準信号を送出する基準タイミング手段
と、この基準信号に同期し前記測定管路の径と前記測定
流体の音速との関数でサンプリング時点が変化するサン
プリング信号を発生するサンプリング信号発生手段と、
前記超音波受波器で前記流体振動による周波数変調に起
因する振幅変調された振幅変調信号を前記サンプリング
信号によりサンプリングするサンプリング手段と、この
サンプリング手段によりサンプリングされた前記振幅変
調信号の包絡線を求めるフイルタ手段とを具備し、この
包絡線から前記流体振動の振動周波数を検出することを
特徴とする超音波式流体振動流量計において、前記バー
スト波の受信振幅の最大値の周波数特性の勾配方向と前
記超音波受波器の周波数特性の勾配方向が同一方向にな
るように該超音波受波器が設置される個所の前記測定管
路の管壁の厚さが選択されたことを特徴とする超音波式
流体振動流量計。 （２）管路中を流れ流体振動を起こしている測定流体に
超音波を放射しこの流体振動により前記超音波が変調さ
れた信号を受信して前記測定流体の流量を計測する超音
波式流体振動流量計であって、前記測定流体とは非接触
状態で測定管路に取り付けられ前記超音波の送出及び受
信をする一対の超音波送波器及び超音波受波器と、発振
周波数を含むバースト波で前記超音波送波器を間欠的に
駆動する駆動手段と、前記バースト波の送出のタイミン
グを制御する基準信号を送出する基準タイミング手段
と、この基準信号に同期し前記測定管路の径と前記測定
流体の音速との関数でサンプリング時点が変化するサン
プリング信号を発生するサンプリング信号発生手段と、
前記超音波受波器で前記流体振動による周波数変調に起
因する振幅変調された振幅変調信号を前記サンプリング
信号によりサンプリングするサンプリング手段と、この
サンプリング手段によりサンプリングされた前記振幅変
調信号の包絡線を求めるフイルタ手段とを具備し、この
包絡線から前記流体振動の振動周波数を検出することを
特徴とする超音波式流体振動流量計において、前記サン
プリング手段の前段あるいは後段の信号処理回路のいず
れかに挿入された同調アンプの周波数特性の勾配方向が
前記超音波受波器の周波数特性の勾配方向と同一方向に
なるように選定されたことを特徴とする超音波式流体振
動流量計。を構成した。

【００７１】この結果、第１請求項に記載した発明によ
れば、バースト波の受信振幅の最大値の周波数特性の勾
配方向と超音波受波器の周波数特性の勾配方向が同一方
向になるように超音波受波器が設置される個所の前記測
定管路の管壁の厚さが選択されたので、振幅変調率を大
きくでき、超音波受波器のＱ特性の劣化をカバーでき、
検出感度が向上された超音波式流体振動流量計が得られ
る。

【００７２】第２請求項に記載した発明によれば、サン
プリング手段の前段あるいは後段の信号処理回路のいず
れかに挿入された同調アンプの周波数特性の勾配方向が
超音波受波器の周波数特性の勾配方向と同一方向になる
ように選定されたので、振幅変調率を大きくでき、超音
波受波器のＱ特性の劣化をカバーでき、検出感度が向上
された超音波式流体振動流量計が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の要部構成説明図である。

【図２】図１の入射音波の振幅値の変化を示す説明図で
ある。

【図３】図１のバースト波における音圧の最大値と測定
管路の肉厚との関係を示す説明図である。

【図４】図１の超音波受波器の周波数特性説明図であ
る。

【図５】図１の同調増幅器の周波数特性説明図である。

【図６】図１の同調アンプの周波数と変調出力Ｐ_Vの関
係の実験データ例の説明図である。

【図７】従来の渦流量計の検出部の構成を示す構成図で
ある。

【図８】図８に示す渦流量計の動作を説明する波形図で
ある。

【図９】図８に示す渦流量計の検出部を含む全体の構成
を示す構成図である。

【図１０】図８に示す渦流量計の問題点を説明する説明
図である。

【図１１】他の従来の渦流量計の構成を示すブロック図
である。

【図１２】図１２に示す渦流量計の動作を説明する波形
図である。

【図１３】図１２に示す渦流量計の動作を説明する波形
図である。

【図１４】図１２に示す渦流量計の超音波送波器及び超
音波受波器の等価回路である。

【図１５】図１２に示す渦流量計の超音波送波器及び超
音波受波器のインピーダンス特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 渦発生体 ２ 渦 ３ 測定管路 ４ 超音波信号発信器 ５ 超音波信号受信器 １０ 測定管路 １１ 渦発生体 １２ 超音波送波器 １３ 超音波受波器 １４ 発振器 １５ スイッチ １６ ダンピング回路 １７ 基準タイミング回路 １８ サンプリング信号発生回路 １９ プリアンプ ２０ サンプリング回路 ２１ 同調アンプ ２２ ピーク検出／半波整流回路 ２３ ローパスフイルター ２４ アクティブローパスフイルタ ２５ シュミットトリガ ２６ 超音波受波器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/00 - 9/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管路中を流れ流体振動を起こしている測定
   流体に超音波を放射しこの流体振動により前記超音波が
   変調された信号を受信して前記測定流体の流量を計測す
   る超音波式流体振動流量計であって、 前記測定流体とは非接触状態で測定管路に取り付けられ
   前記超音波の送出及び受信をする一対の超音波送波器及
   び超音波受波器と、発振周波数を含むバースト波で前記
   超音波送波器を間欠的に駆動する駆動手段と、前記バー
   スト波の送出のタイミングを制御する基準信号を送出す
   る基準タイミング手段と、この基準信号に同期し前記測
   定管路の径と前記測定流体の音速との関数でサンプリン
   グ時点が変化するサンプリング信号を発生するサンプリ
   ング信号発生手段と、前記超音波受波器で前記流体振動
   による周波数変調に起因する振幅変調された振幅変調信
   号を前記サンプリング信号によりサンプリングするサン
   プリング手段と、このサンプリング手段によりサンプリ
   ングされた前記振幅変調信号の包絡線を求めるフイルタ
   手段とを具備し、この包絡線から前記流体振動の振動周
   波数を検出することを特徴とする超音波式流体振動流量
   計において、 前記バースト波の受信振幅の最大値の周波数特性の勾配
   方向と前記超音波受波器の周波数特性の勾配方向が同一
   方向になるように該超音波受波器が設置される個所の前
   記測定管路の管壁の厚さが選択されたことを特徴とする
   超音波式流体振動流量計。
2. 【請求項２】管路中を流れ流体振動を起こしている測定
   流体に超音波を放射しこの流体振動により前記超音波が
   変調された信号を受信して前記測定流体の流量を計測す
   る超音波式流体振動流量計であって、 前記測定流体とは非接触状態で測定管路に取り付けられ
   前記超音波の送出及び受信をする一対の超音波送波器及
   び超音波受波器と、発振周波数を含むバースト波で前記
   超音波送波器を間欠的に駆動する駆動手段と、前記バー
   スト波の送出のタイミングを制御する基準信号を送出す
   る基準タイミング手段と、この基準信号に同期し前記測
   定管路の径と前記測定流体の音速との関数でサンプリン
   グ時点が変化するサンプリング信号を発生するサンプリ
   ング信号発生手段と、前記超音波受波器で前記流体振動
   による周波数変調に起因する振幅変調された振幅変調信
   号を前記サンプリング信号によりサンプリングするサン
   プリング手段と、このサンプリング手段によりサンプリ
   ングされた前記振幅変調信号の包絡線を求めるフイルタ
   手段とを具備し、この包絡線から前記流体振動の振動周
   波数を検出することを特徴とする超音波式流体振動流量
   計において、 前記サンプリング手段の前段あるいは後段の信号処理回
   路のいずれかに挿入された同調アンプの周波数特性の勾
   配方向が前記超音波受波器の周波数特性の勾配方向と同
   一方向になるように選定されたことを特徴とする超音波
   式流体振動流量計。