JP3909660B2 - Vortex flow meter - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、渦流量計に関し、特に振動などのノイズがあっても誤差が発生することがない渦流量計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5(A)に、カルマン渦流量計の渦検出部の構成を示す。この図において、渦発生体7は管路6に垂直に配置される。管路6に流れる被測定流体が渦発生体7にぶつかるとカルマン渦が発生し、そのため渦発生体7には交番的な揚力が加わって微小変形する。
【0003】
渦発生体の上部には1対の圧電素子81,82が上下方向に埋め込まれ、この圧電素子81,82によって渦発生体7の微小変形を検出する。単位時間に発生するカルマン渦の数は流速に比例するので、これによって被測定流体の流量を測定することができる。
【0004】
圧電素子81,82はカルマン渦による信号だけでなく、管路6の振動などによって発生するノイズも検出する。図5(B)にカルマン渦信号と振動によるノイズの応力分布を示す。図中Sはカルマン渦による応力分布を、Nは振動によるノイズの応力分布を示す。図に示すように、これらの応力分布はかなり異なっている。
【0005】
図中、S1,N1は圧電素子81が検出する渦信号とノイズの応力、S2,N2は圧電素子82が検出する渦信号とノイズの応力である。圧電素子81,82はこれらの応力に応じた電荷を出力し、この電荷はチャージアンプによって電圧に変換される。
【0006】
圧電素子81,82の出力をそれぞれQ1,Q2とすると、これらの値は下記(1)、(2)式で表すことができる。なお、応力S1,S2,N1、N2による圧電素子81,82の出力を同じ記号で表している。
Q1=S1+N1 ・・・・・・・・・・ (1)
Q2=−S2−N2 ・・・・・・・・・ (2)
(2)式の右辺に“−”の記号がついているが、これは位相が逆であることを示している。
【0007】
前記(2)式にN1/N2を乗算し、(1)式を加算すると、
Q1+(N1/N2)×Q2=S1+N1−(S2+N2)×N1/N2
=S1−(N1/N2)×S2 ・・・(3)
が得られる。S1/S2≠N1/N2であり、かつN1/N2が既知であれば、前記(3)式から明らかなようにノイズ成分N1、N2を除去することができる。なお、(N1/N2)は“ノイズ比”と呼ばれている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような渦流量計には、次のような課題があった。
【0009】
ノイズ比(N1/N2)は出荷時に標準的な振動を加えて調整して決定している。このノイズ比は変化しないと仮定しているが、実際には渦流量計が設置されている状況によって異なる場合がある。そのため、ノイズを完全に除去することができず、流量測定値に誤差が発生するという課題があった。
【0010】
また、運転状況が変わると最適なノイズ比が微妙に変化して、流量測定値の誤差が変動してしまうという課題もあった。
【0011】
さらに、出荷時に設定されたノイズ比と実際のノイズ比の差が大きくなると、サービスマンが現地に赴くなど人手を介してノイズ比の再調整を行わなければならず、コストや時間ががかかるという課題もあった。
【0012】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、渦発生体によって発生した渦信号を検出する2つの検出部81,82と、その出力のそれぞれを複数の周波数バンドに分割してそれらのバンドの信号強度を出力する第1のスペクトル分析部2と、その出力が入力されノイズ比を決定するノイズ比演算部3と、このノイズ比演算部3が演算したノイズ比が入力されて2つの検出部81,82の出力に関連する信号をこのノイズ比の比率で加算する加算部41とを有し、この加算部41の出力に基づいて流量値を求めると共に、ノイズ比演算部3は2つの検出部81,82の各バンドの信号強度の比からノイズのバンドを判定して、ノイズと判定されたバンドのうち信号強度が最大のバンドの信号強度比をノイズ比として加算部41に出力するようにしたものである。常に最適のノイズ比を設定できる。
【0013】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、加算部41の出力が入力されるバンドパスフィルタ43を有し、このバンドパスフィルタ43によってノイズ比演算部3が信号と判定したバンドのみ通過させるようにして、このバンドパスフィルタの出力から流量値を求めるようにしたものである。ノイズを減らすことができる。
【0014】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、加算部41の出力が入力される第2のスペクトル分析部42と、加算部41の出力が入力されるバンドパスフィルタ43とを有し、第2のスペクトル分析部42はその入力を複数の周波数バンドに分割して各バンドの信号強度を求め、この信号強度が予め定められた感度曲線より大きいバンドを信号のバンドと判定し、このバンドの信号のみ通過させるようにバンドパスフィルタ43を制御するようにして、このバンドパスフィルタ43の出力から流量値を求めるようにしたものである。ノイズをさらに減らすことができる。
【0015】
請求項4記載の発明は、請求項1ないし請求項3記載の発明において、ノイズ比演算部3は信号と判定されたバンドの信号強度の比が予め定められた詰まり判定比以下であると詰まり警報を出力するようにしたものである。管路の詰まりを検出することができる。
【0016】
請求項5記載の発明は、請求項1ないし請求項4記載の発明において、ノイズ比演算部3はノイズと判定されたバンドにおける加算部41の出力の信号強度が予め定められた異常振動判定第1閾値より小さい場合または異常振動判定第2閾値より大きい場合に異常振動アラームを出力するようにしたものである。異常振動を検出できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、図に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明に係る渦流量計の一実施例を示す構成図である。なお、図5と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【0018】
図1において、1は電荷−デジタル変換部であり、チャージコンバータ11,12およびA/Dコンバータ13,14から構成されている。圧電素子81の電荷出力はチャージコンバータ11に入力されて電圧信号に変換され、この電圧信号はA/Dコンバータ13でデジタル信号に変換される。同様に、圧電素子82の電荷出力はチャージコンバータ12で電圧信号に変換され、さらにA/Dコンバータ14でデジタル信号に変換される。
【0019】
2はスペクトル分析部であり、スペクトル分析器21および22で構成される。A/Dコンバータ13の出力はスペクトル分析器21に入力されてスペクトル分析される。すなわち、スペクトル分析器21は入力信号を複数の周波数のバンドに分解し、各バンドの信号強度を出力する。同様に、スペクトル分析器22はA/Dコンバータ14の出力を複数の周波数のバンドに分解し、各バンドの信号強度を出力する。
【0020】
3はCPUであり、スペクトル分析部2の出力が入力され、これらの入力からノイズ比を決定して出力する。5は出力回路であり、CPU3の出力が入力される。
【0021】
4は信号処理部であり、電荷−デジタル変換部1の出力が入力される加算器41,この加算器41の出力が入力されるスペクトル分析器42およびバンドパスフィルタ43,このバンドパスフィルタ43の出力が入力されるシュミットトリガ44およびこのシュミットトリガ44の出力が入力されるカウンタ45から構成される。
【0022】
加算器41はA/Dコンバータ13,14の出力およびCPU3が出力するノイズ比を用いて、下記(4)式の演算を行う。すなわち、A/Dコンバータ31,32の出力値をそれぞれA,B、ノイズ比をλN、加算器41の出力をCとすると、
C=A+λN×B ・・・・・・・・・・ (4)
の演算を実行して、その演算結果Cをスペクトル分析器42およびバンドパスフィルタ43に出力する。
【0023】
スペクトル分析器42は加算器41の出力Cのスペクトルを分析し、バンドパスフィルタコントローラ43Cを介してバンドパスフィルタ43の通過周波数帯域を設定する。加算器41の出力Cはこのバンドパスフィルタ43でフィルタリングされ、帯域外の周波数成分が除去される。
【0024】
バンドパスフィルタ43の出力はシュミットトリガ44でパルス信号に変換され、このパルス信号はカウンタ45でカウントされる。図1の(a)はバンドパスフィルタ43の出力であり、その波形はほぼサイン波になっている。同(b)はシュミットトリガ44の出力であり、パルス波になっている。
【0025】
カウンタ45で積算されたカウント値はCPU3に入力される。CPU3はこのカウント値により、渦信号の周波数を演算して、この周波数から流量測定値を求めて出力回路5に出力する。
【0026】
次に、この実施例の動作のうち、詰まりと異常振動の判定およびノイズ比の設定について、図2のフローチャートに基づいて説明する。まず、スペクトル分析器21,22の出力を取得し、スペクトル分析器21の信号強度が最大のバンドにおける、スペクトル分析器21の出力とスペクトル分析器22の出力の比、すなわちそのバンドにおける信号強度の比を求める。
【0027】
信号強度の比が得られると、この比によって渦信号であるかノイズであるかを判定する。渦信号のバンドであると判定されると、詰まりがあるかどうかを判定し、詰まりがあると詰まりアラームをオンにする。そして、信号強度が大きいバンドの順にノイズのバンドであるかを調べて、ノイズのバンドの信号強度の比をノイズ比として加算器41に設定する。
【0028】
ノイズと判定されると、異常振動があるかどうかを判定し、異常振動があると異常振動アラームをオンにする。そして、異常振動の有無に関わらず、そのバンドの信号強度の比をノイズ比として加算器41に設定する。なお、これらの処理はCPU3によってソフトウエアで行われる。
【0029】
次に、図3を用いて信号とノイズの判定および詰まりの判定について説明する。図3のグラフの縦軸はスペクトル分析器21と同22の出力の比、横軸は詰まりの程度を表す。同図のSP1、NP1はスペクトル分析器21の出力であり、それぞれ信号とノイズを表している。同様に、SP2,NP2はスペクトル分析器22の出力であり、それぞれ信号とノイズを表している。
【0030】
これらSP1,NP1、SP2,NP2はそれぞれ図5(B)の応力S1,S2,N1、N2に対応している。同図からわかるように、信号(S1,S2)の場合は圧電素子81が検出する応力S1の方が圧電素子82が検出する応力S2より大きくなり、ノイズ(N1,N2)の場合は同程度か圧電素子82が検出するノイズN2の方が大きくなる。
【0031】
圧電素子81の出力はスペクトル分析器21の出力に対応し、圧電素子82の出力はスペクトル分析器22の出力に対応する。従って、信号の場合はスペクトル分析器21の出力の方が同22の出力よりも大きく、ノイズの場合は同程度が小さくなる。そのため、図3の縦軸である
スペクトル分析器21の出力/スペクトル分析器22の出力
が1.0より大きいと信号、小さいとノイズと判定することができる。
【0032】
実際には、予め決められた最小信号比よりもこの比が大きいと信号と判定し、小さいとノイズと判定するようにする。この最小信号比は口径によって異なり、たとえば口径が50Aの場合は1.1の値を用いる。
【0033】
図3に示すように、詰まりが大きくなるに従って信号の比SP1/SP2は低下する傾向を示す。そのため、詰まり判定比を設定し、SP1/SP2がこの値よりも小さくなると、詰まりが発生していると判定するようにしている。
【0034】
異常振動であるかの判定は、加算器41の出力によって行う。CPU3がノイズのバンドと判定したバンドの信号強度が感度曲線より大きく第1閾値T1より小さいか、信号強度が第2閾値T2より大きいと、異常振動と判定する。第2閾値T2は第1閾値T1より大きい値であり、これらの値は予め定める。
【0035】
次に、図4に基づいてスペクトル分析器42およびバンドパスフィルタ43の動作を説明する。図4において、(A)はノイズが重畳した渦信号の波形、同(B)はスペクトル分析器42で(A)の信号をスペクトル分析した結果である。(B)の横軸は対数目盛でプロットした周波数であり、ここではSB1〜SB6の6つのバンドに分割されている。また、同図の縦軸は各バンドにおける信号の強度である。
【0036】
右肩上がりの直線は感度曲線であり、信号の検出感度を表す。周波数が高くなるに従って、検出感度は高くなる傾向がある。この感度曲線は渦発生体7および圧電素子81,82の特性から、予め求めることができる。
【0037】
信号強度がこの感度曲線より高いバンドを渦信号のバンドとし、そのバンドだけ通過させるようにバンドパスフィルタ43の特性を設定する。図4ではSB2のバンドの信号強度が最大であるが感度曲線より下なので、信号強度が感度曲線を越えているSB5のバンドが渦信号であると判定する。
【0038】
図4(C)はこのようにして設定されたバンドパスフィルタ43の特性を表す。SB5のバンドのみ通過させる特性を示す。同図(D)はバンドパスフィルタ43の出力である。ノイズが除去されているのがわかる。
【0039】
信号強度が感度曲線よりも高いバンドが複数あると、信号強度が最大のバンドを渦信号のバンドとして、そのバンドのみ通過させるようにバンドパスフィルタ43の特性を設定する。大きな異常振動が発生した場合、ノイズのバンドを信号のバンドと誤判定する場合も考えられるが、このときは図2および図3で説明した異常振動アラームが出力される。
【0040】
バンドパスフィルタ43の出力はシュミットトリガ44に入力されて矩形波に変換され、カウンタ45でカウントされる。カウンタ45のカウント値はCPU3に入力されて流量信号が演算され、この流量信号は出力回路5から外部に出力される。
【0041】
なお、バンドパスフィルタ43は高速で周波数特性を切り替えなければならないので、その制御は、バンドパスフィルタコントローラ43Cを設置し、ハードウェアにより行う。
【0042】
また、スペクトル分析器42およびバンドパスフィルタ43を省略し、加算器41の出力をシュミットトリガ44に入力して流量値を求めるようにしてもよい。ノイズの除去効果は若干悪くなるが、構成が簡単になる。
【0043】
さらに、バンドパスフィルタ43Cを省略してバンドパスフィルタ43の制御をCPU3からソフトウェアによって行うようにしてもよい。すなわち、CPU3が信号と判定したバンドのみ通過させるようにバンドパスフィルタ43を制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次の効果が期待できる。 請求項1記載の発明によれば、渦発生体によって発生した渦信号を検出する2つの検出部81,82と、その出力のそれぞれを複数の周波数バンドに分割してそれらのバンドの信号強度を出力する第1のスペクトル分析部2と、その出力が入力されノイズ比を決定するノイズ比演算部3と、このノイズ比演算部3が演算したノイズ比が入力されて2つの検出部81,82の出力に関連する信号をこのノイズ比の比率で加算する加算部41とを有し、この加算部41の出力に基づいて流量値を求めると共に、ノイズ比演算部3は2つの検出部81,82の各バンドの信号強度の比からノイズのバンドを判定して、ノイズと判定されたバンドのうち信号強度が最大のバンドの信号強度の比をノイズ比として加算部41に出力するようにした。
【0044】
検出部の出力を常に周波数分析してノイズを判定し、ノイズ比を求めるようにしたので、状況に応じたノイズ比を設定することができる。そのため、振動などノイズが多い環境でも正確な流量値を求めることができるという効果がある。
【0045】
また運転条件が変化しても、その運転条件に応じたノイズ比を設定できるので、人手でノイズ比を再設定する必要がなくなり、メンテナンスが簡単になるという効果もある。
【0046】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、加算部41の出力が入力されるバンドパスフィルタ43を有し、このバンドパスフィルタ43によってノイズ比演算部3が信号と判定したバンドのみ通過させるようにして、このバンドパスフィルタ43の出力から流量値を求めるようにした。
【0047】
バンドパスフィルタ43によるノイズ除去を追加したので耐ノイズ性がより大きくなり、振動などのノイズが大きい環境でも正確に流量値を測定することができるという効果がある。
【0048】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、加算部41の出力が入力される第2のスペクトル分析部42と、加算部41の出力が入力されるバンドパスフィルタ43とを有し、第2のスペクトル分析部42はその入力を複数の周波数バンドに分割して各バンドの信号強度を求め、この信号強度が予め定められた感度曲線より大きいバンドを信号のバンドと判定し、このバンドの信号のみ通過させるようにバンドパスフィルタ43を制御するようにして、このバンドパスフィルタ43の出力から流量値を求めるようにした。
【0049】
加算器41によってノイズが少なくなった信号をさらに周波数分析して信号のバンドのみバンドパスフィルタ43で通過させるようにしたので、耐ノイズ性がさらに高くなり、振動やその他の要因によるノイズが大きい環境でも正確に流量測定ができるという効果がある。
【0050】
請求項4記載の発明は、請求項1ないし請求項3記載の発明において、ノイズ比演算部3は信号と判定されたバンドの信号強度の比が予め定められた詰まり判定比以下であると詰まり警報を出力するようにした。管路の詰まりを事前に検出でき、事故を防止できるという効果がある。
【0051】
請求項5記載の発明は、請求項1ないし請求項4記載の発明において、ノイズと判定されたバンドにおける加算部41の出力の信号強度が予め定められた異常振動判定第1閾値より小さい場合または異常振動判定第2閾値より大きい場合に異常振動アラームを出力するようにした。
【0052】
異常振動を検出でき、これによる誤差の増大を防止できるので、振動の大きい環境でも安心して使用できるという効果がある。また、異常振動による事故を事前に防止できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の一実施例の動作を説明するためのフローチャートである。
【図3】渦信号とノイズの判定手順を説明するための図である。
【図4】渦信号のバンドの判定手順を説明するための図である。
【図5】渦流量計の渦検出部の抗せ図である。
【符号の説明】
1 電荷−デジタル変換部
11,12 チャージアンプ
13,14 A/Dコンバータ
2 スペクトル分析部
21,22、42 スペクトル分析器
3 CPU
4 信号処理部
41 加算器
43 バンドパスフィルタ
43C バンドパスフィルタコントローラ
44 シュミットトリガ
45 カウンタ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vortex flow meter, and more particularly to a vortex flow meter in which no error occurs even if there is noise such as vibration.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5A shows the configuration of the vortex detector of the Karman vortex flowmeter. In this figure, the vortex generator 7 is arranged perpendicular to the duct 6. When the fluid to be measured flowing in the pipe line 6 collides with the vortex generator 7, Karman vortex is generated, and thus the vortex generator 7 is subjected to an alternating lift and is deformed minutely.
[0003]
A pair of piezoelectric elements 81 and 82 are vertically embedded in the upper portion of the vortex generator, and minute deformation of the vortex generator 7 is detected by the piezoelectric elements 81 and 82. Since the number of Karman vortices generated per unit time is proportional to the flow velocity, it is possible to measure the flow rate of the fluid to be measured.
[0004]
The piezoelectric elements 81 and 82 detect not only a signal due to the Karman vortex but also noise generated by vibration of the pipe 6. FIG. 5B shows the stress distribution of noise due to the Karman vortex signal and vibration. In the figure, S indicates the stress distribution due to Karman vortex, and N indicates the stress distribution of noise due to vibration. As shown in the figure, these stress distributions are quite different.
[0005]
In the figure, S1 and N1 are vortex signals and noise stresses detected by the piezoelectric element 81, and S2 and N2 are vortex signals and noise stresses detected by the piezoelectric element 82. The piezoelectric elements 81 and 82 output charges corresponding to these stresses, and these charges are converted into voltages by a charge amplifier.
[0006]
When the outputs of the piezoelectric elements 81 and 82 are Q1 and Q2, respectively, these values can be expressed by the following equations (1) and (2). In addition, the output of the piezoelectric elements 81 and 82 by the stress S1, S2, N1, and N2 is represented by the same symbol.
Q1 = S1 + N1 (1)
Q2 = -S2-N2 (2)
A symbol “-” is attached to the right side of the equation (2), which indicates that the phase is reversed.
[0007]
Multiplying the equation (2) by N1 / N2 and adding the equation (1),
Q1 + (N1 / N2) × Q2 = S1 + N1- (S2 + N2) × N1 / N2
= S1- (N1 / N2) × S2 (3)
Is obtained. If S1 / S2 ≠ N1 / N2 and N1 / N2 is known, the noise components N1 and N2 can be removed as is apparent from the equation (3). Note that (N1 / N2) is called a “noise ratio”.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, such vortex flowmeters have the following problems.
[0009]
The noise ratio (N1 / N2) is determined by adjusting a standard vibration at the time of shipment. Although it is assumed that this noise ratio does not change, it may actually vary depending on the situation where the vortex flowmeter is installed. Therefore, noise cannot be completely removed, and there is a problem that an error occurs in the flow rate measurement value.
[0010]
In addition, when the operating state changes, there is a problem that the optimum noise ratio changes slightly and the error of the flow rate measurement value fluctuates.
[0011]
Furthermore, if the difference between the noise ratio set at the time of shipment and the actual noise ratio becomes large, it will be necessary to readjust the noise ratio manually, such as when a service person goes to the site, which will be costly and time consuming. There were also challenges.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention includes two detectors 81 and 82 for detecting a vortex signal generated by a vortex generator, and outputs each of a plurality of frequencies to a plurality of frequencies. A first spectrum analysis unit 2 that divides the signal into bands and outputs the signal intensities of the bands, a noise ratio calculation unit 3 that receives the output and determines a noise ratio, and a noise calculated by the noise ratio calculation unit 3 A ratio input, and an addition unit 41 that adds signals related to the outputs of the two detection units 81 and 82 at a ratio of the noise ratio, and obtains a flow rate value based on the output of the addition unit 41; The noise ratio calculation unit 3 determines the noise band from the ratio of the signal intensity of each band of the two detection units 81 and 82, and the signal intensity ratio of the band having the maximum signal intensity among the bands determined as noise is determined as noise. As a ratio It is obtained so as to output the calculation unit 41. An optimal noise ratio can always be set.
[0013]
The invention described in claim 2 has a bandpass filter 43 to which the output of the adder 41 is input in the invention described in claim 1, and the band which the noise ratio calculation unit 3 has determined as a signal by the bandpass filter 43. The flow rate value is obtained from the output of the band pass filter so that only the filter is allowed to pass through. Noise can be reduced.
[0014]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, further comprising a second spectrum analysis unit 42 to which the output of the addition unit 41 is input, and a bandpass filter 43 to which the output of the addition unit 41 is input. Then, the second spectrum analysis unit 42 divides the input into a plurality of frequency bands to determine the signal strength of each band, determines a band having a signal strength greater than a predetermined sensitivity curve as a signal band, The band-pass filter 43 is controlled so as to pass only the signal of this band, and the flow rate value is obtained from the output of the band-pass filter 43. Noise can be further reduced.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the noise ratio calculation unit 3 is clogged when the signal intensity ratio of the band determined to be a signal is equal to or less than a predetermined clogging determination ratio. An alarm is output. A clogged pipeline can be detected.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the noise ratio calculation unit 3 is configured to detect abnormal vibration in which the signal strength of the output of the addition unit 41 in a band determined as noise is predetermined. An abnormal vibration alarm is output when it is smaller than one threshold or larger than a second threshold for abnormal vibration determination. Abnormal vibration can be detected.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a vortex flowmeter according to the present invention. The same elements as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0018]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a charge-digital conversion unit, which includes charge converters 11 and 12 and A / D converters 13 and 14. The charge output of the piezoelectric element 81 is input to the charge converter 11 and converted into a voltage signal. The voltage signal is converted into a digital signal by the A / D converter 13. Similarly, the charge output of the piezoelectric element 82 is converted into a voltage signal by the charge converter 12 and further converted into a digital signal by the A / D converter 14.
[0019]
Reference numeral 2 denotes a spectrum analysis unit, which includes spectrum analyzers 21 and 22. The output of the A / D converter 13 is input to the spectrum analyzer 21 for spectrum analysis. That is, the spectrum analyzer 21 decomposes the input signal into a plurality of frequency bands and outputs the signal intensity of each band. Similarly, the spectrum analyzer 22 decomposes the output of the A / D converter 14 into a plurality of frequency bands and outputs the signal intensity of each band.
[0020]
Reference numeral 3 denotes a CPU which receives the output of the spectrum analyzer 2 and determines and outputs a noise ratio from these inputs. Reference numeral 5 denotes an output circuit to which the output of the CPU 3 is input.
[0021]
Reference numeral 4 denotes a signal processing unit. An adder 41 to which the output of the charge-digital conversion unit 1 is input, a spectrum analyzer 42 and a bandpass filter 43 to which an output of the adder 41 is input, and the bandpass filter 43 A Schmitt trigger 44 to which an output is input and a counter 45 to which an output of the Schmitt trigger 44 is input are configured.
[0022]
The adder 41 performs the following equation (4) using the outputs of the A / D converters 13 and 14 and the noise ratio output by the CPU 3. That is, if the output values of the A / D converters 31 and 32 are A and B, the noise ratio is λN, and the output of the adder 41 is C,
C = A + λN × B (4)
The calculation result C is output to the spectrum analyzer 42 and the band pass filter 43.
[0023]
The spectrum analyzer 42 analyzes the spectrum of the output C of the adder 41, and sets the pass frequency band of the bandpass filter 43 via the bandpass filter controller 43C. The output C of the adder 41 is filtered by the band pass filter 43 to remove out-of-band frequency components.
[0024]
The output of the bandpass filter 43 is converted into a pulse signal by the Schmitt trigger 44, and this pulse signal is counted by the counter 45. FIG. 1A shows the output of the band-pass filter 43, and the waveform thereof is almost a sine wave. (B) shows the output of the Schmitt trigger 44, which is a pulse wave.
[0025]
The count value accumulated by the counter 45 is input to the CPU 3. The CPU 3 calculates the frequency of the vortex signal based on this count value, obtains a flow rate measurement value from this frequency, and outputs it to the output circuit 5.
[0026]
Next, of the operation of this embodiment, determination of clogging and abnormal vibration and setting of the noise ratio will be described based on the flowchart of FIG. First, the outputs of the spectrum analyzers 21 and 22 are acquired, and the ratio of the output of the spectrum analyzer 21 and the output of the spectrum analyzer 22 in the band where the signal intensity of the spectrum analyzer 21 is the maximum, that is, the signal intensity of that band. Find the ratio.
[0027]
When the signal strength ratio is obtained, it is determined whether the signal is a vortex signal or noise. If it is determined that the band is a vortex signal, it is determined whether there is a clogging, and if there is a clogging, the clogging alarm is turned on. Then, it is checked whether the band is a noise band in descending order of the signal intensity, and the signal intensity ratio of the noise band is set in the adder 41 as a noise ratio.
[0028]
If it is determined that there is noise, it is determined whether there is abnormal vibration, and if there is abnormal vibration, the abnormal vibration alarm is turned on. Then, regardless of the presence or absence of abnormal vibration, the signal intensity ratio of the band is set in the adder 41 as a noise ratio. Note that these processes are performed by software by the CPU 3.
[0029]
Next, signal and noise determination and clogging determination will be described with reference to FIG. The vertical axis of the graph in FIG. 3 represents the ratio of the outputs of the spectrum analyzer 21 and the horizontal axis, and the horizontal axis represents the degree of clogging. SP1 and NP1 in the figure are the outputs of the spectrum analyzer 21 and represent signals and noise, respectively. Similarly, SP2 and NP2 are outputs of the spectrum analyzer 22 and represent signals and noise, respectively.
[0030]
These SP1, NP1, SP2, and NP2 correspond to the stresses S1, S2, N1, and N2 in FIG. 5B, respectively. As can be seen from the figure, in the case of the signal (S1, S2), the stress S1 detected by the piezoelectric element 81 is larger than the stress S2 detected by the piezoelectric element 82, and in the case of noise (N1, N2) The noise N2 detected by the piezoelectric element 82 is larger.
[0031]
The output of the piezoelectric element 81 corresponds to the output of the spectrum analyzer 21, and the output of the piezoelectric element 82 corresponds to the output of the spectrum analyzer 22. Therefore, in the case of a signal, the output of the spectrum analyzer 21 is larger than the output of the same 22, and in the case of noise, the output is the same. Therefore, if the output of the spectrum analyzer 21 / the output of the spectrum analyzer 22 on the vertical axis in FIG.
[0032]
Actually, if this ratio is larger than a predetermined minimum signal ratio, it is determined as a signal, and if it is smaller, it is determined as noise. This minimum signal ratio varies depending on the aperture. For example, when the aperture is 50 A, a value of 1.1 is used.
[0033]
As shown in FIG. 3, the signal ratio SP1 / SP2 tends to decrease as clogging increases. Therefore, a clogging judgment ratio is set, and when SP1 / SP2 becomes smaller than this value, it is judged that clogging has occurred.
[0034]
The determination of abnormal vibration is made based on the output of the adder 41. If the signal intensity of the band determined by the CPU 3 as a noise band is larger than the sensitivity curve and smaller than the first threshold value T1 or the signal intensity is larger than the second threshold value T2, it is determined as abnormal vibration. The second threshold value T2 is larger than the first threshold value T1, and these values are predetermined.
[0035]
Next, the operations of the spectrum analyzer 42 and the band pass filter 43 will be described with reference to FIG. 4, (A) shows the waveform of the vortex signal on which noise is superimposed, and (B) shows the result of spectrum analysis of the signal (A) by the spectrum analyzer 42. FIG. The horizontal axis of (B) is a frequency plotted on a logarithmic scale, and is divided into six bands SB1 to SB6 here. In addition, the vertical axis in the figure represents the signal intensity in each band.
[0036]
The straight line that rises to the right is a sensitivity curve and represents the detection sensitivity of the signal. As the frequency increases, the detection sensitivity tends to increase. This sensitivity curve can be obtained in advance from the characteristics of the vortex generator 7 and the piezoelectric elements 81 and 82.
[0037]
A band whose signal intensity is higher than the sensitivity curve is defined as a band of the vortex signal, and the characteristics of the bandpass filter 43 are set so as to pass only that band. In FIG. 4, since the signal intensity of the SB2 band is maximum but below the sensitivity curve, it is determined that the band of SB5 whose signal intensity exceeds the sensitivity curve is a vortex signal.
[0038]
FIG. 4C shows the characteristics of the bandpass filter 43 set in this way. The characteristic of passing only the band of SB5 is shown. FIG. 4D shows the output of the band pass filter 43. You can see that the noise has been removed.
[0039]
When there are a plurality of bands whose signal intensity is higher than the sensitivity curve, the band pass filter 43 is set so that only the band having the maximum signal intensity is used as a band of the vortex signal. When a large abnormal vibration occurs, the noise band may be erroneously determined as a signal band. In this case, the abnormal vibration alarm described with reference to FIGS. 2 and 3 is output.
[0040]
The output of the band pass filter 43 is input to the Schmitt trigger 44 and converted into a rectangular wave, and is counted by the counter 45. The count value of the counter 45 is input to the CPU 3 to calculate a flow rate signal, and this flow rate signal is output from the output circuit 5 to the outside.
[0041]
Since the bandpass filter 43 has to switch frequency characteristics at high speed, the bandpass filter 43 is installed by installing a bandpass filter controller 43C.
[0042]
Further, the spectrum analyzer 42 and the band pass filter 43 may be omitted, and the output of the adder 41 may be input to the Schmitt trigger 44 to obtain the flow rate value. The noise removal effect is slightly worsened, but the configuration is simplified.
[0043]
Further, the band pass filter 43C may be omitted and the band pass filter 43 may be controlled by software from the CPU 3. That is, the band pass filter 43 may be controlled so as to pass only the band determined by the CPU 3 as a signal.
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the following effects can be expected according to the present invention. According to the first aspect of the present invention, the two detectors 81 and 82 for detecting the vortex signal generated by the vortex generator and the output of each of the detectors 81 and 82 are divided into a plurality of frequency bands, and the signal intensity of these bands is obtained. The first spectrum analysis unit 2 to be output, the noise ratio calculation unit 3 that receives the output and determines the noise ratio, and the noise ratio calculated by the noise ratio calculation unit 3 are input to the two detection units 81 and 82. And an adder 41 for adding a signal related to the output at the ratio of the noise ratio. The flow rate value is obtained based on the output of the adder 41, and the noise ratio calculator 3 includes two detectors 81, The noise band is determined from the signal intensity ratio of each of the 82 bands, and the signal intensity ratio of the band having the maximum signal intensity among the bands determined to be noise is output to the adding unit 41 as the noise ratio. .
[0044]
Since the noise is determined by always analyzing the frequency of the output of the detection unit to determine the noise ratio, the noise ratio can be set according to the situation. Therefore, there is an effect that an accurate flow rate value can be obtained even in a noisy environment such as vibration.
[0045]
Even if the operating conditions change, the noise ratio according to the operating conditions can be set, so there is no need to manually reset the noise ratio, and there is an effect that the maintenance is simplified.
[0046]
The invention described in claim 2 has a bandpass filter 43 to which the output of the adder 41 is input in the invention described in claim 1, and the band which the noise ratio calculation unit 3 has determined as a signal by the bandpass filter 43. Only the flow rate is allowed to pass through, and the flow rate value is obtained from the output of the band pass filter 43.
[0047]
Since noise removal by the bandpass filter 43 is added, the noise resistance is further increased, and there is an effect that the flow rate value can be accurately measured even in an environment where noise such as vibration is large.
[0048]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, further comprising a second spectrum analysis unit 42 to which the output of the addition unit 41 is input, and a bandpass filter 43 to which the output of the addition unit 41 is input. Then, the second spectrum analysis unit 42 divides the input into a plurality of frequency bands to determine the signal strength of each band, determines a band having a signal strength greater than a predetermined sensitivity curve as a signal band, The band-pass filter 43 is controlled so as to pass only the signal of this band, and the flow rate value is obtained from the output of the band-pass filter 43.
[0049]
Since the signal whose noise has been reduced by the adder 41 is further subjected to frequency analysis and only the band of the signal is passed through the band pass filter 43, the noise resistance is further improved and the noise caused by vibration and other factors is large. But there is an effect that the flow rate can be measured accurately.
[0050]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the noise ratio calculation unit 3 is clogged when the signal intensity ratio of the band determined to be a signal is equal to or less than a predetermined clogging determination ratio. An alarm is output. The blockage of the pipe line can be detected in advance, and an accident can be prevented.
[0051]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, when the signal strength of the output of the adder 41 in a band determined as noise is smaller than a predetermined abnormal vibration determination first threshold value or An abnormal vibration alarm is output when it is larger than the abnormal vibration determination second threshold.
[0052]
Abnormal vibration can be detected, and an increase in error due to this can be prevented, so that there is an effect that it can be used safely even in an environment with large vibration. In addition, there is an effect that an accident due to abnormal vibration can be prevented in advance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a vortex signal and noise determination procedure;
FIG. 4 is a diagram for explaining a vortex signal band determination procedure;
FIG. 5 is a cross-sectional view of a vortex detector of the vortex flowmeter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charge-digital conversion part 11,12 Charge amplifier 13,14 A / D converter 2 Spectrum analysis part 21,22,42 Spectrum analyzer 3 CPU
4 Signal Processing Unit 41 Adder 43 Band Pass Filter 43C Band Pass Filter Controller 44 Schmitt Trigger 45 Counter

Claims (5)

渦発生体と、この渦発生体によって発生した渦信号を検出する2つの検出部と、この2つの検出部の出力のそれぞれを複数の周波数バンドに分割してそれらのバンドの信号強度を出力する第1のスペクトル分析部と、この第1のスペクトル分析部の出力が入力されノイズ比を決定するノイズ比演算部と、このノイズ比演算部が演算したノイズ比が入力され前記2つの検出部の出力に関連する信号をこのノイズ比の比率で加算する加算部とを有し、この加算部の出力に基づいて流量値を求めると共に、前記ノイズ比演算部は前記各バンドの前記2つの検出部の信号強度の比からノイズのバンドを判定して、ノイズと判定されたバンドのうち信号強度が最大のバンドの信号強度の比をノイズ比として前記加算部に出力するようにしたことを特徴とする渦流量計。A vortex generator, two detectors for detecting vortex signals generated by the vortex generator, and outputs of the two detectors are divided into a plurality of frequency bands, and the signal intensities of those bands are output. A first spectrum analysis unit; a noise ratio calculation unit that receives an output of the first spectrum analysis unit to determine a noise ratio; and a noise ratio calculated by the noise ratio calculation unit is input to the two detection units. An adder for adding a signal related to the output at a ratio of the noise ratio, and obtaining a flow rate value based on the output of the adder, and the noise ratio calculator is the two detectors of each band The noise band is determined from the signal intensity ratio of the signal, and the signal intensity ratio of the band having the maximum signal intensity among the bands determined to be noise is output to the adding unit as a noise ratio. Vortex flow meter that. 前記加算部の出力が入力されるバンドパスフィルタを有し、このバンドパスフィルタによって前記ノイズ比演算部が信号と判定したバンドのみ通過させるようにして、このバンドパスフィルタの出力から流量値を求めるようにしたことを特徴とする請求項1記載の渦流量計。A band-pass filter to which the output of the adder is input is provided, and the band-pass filter is used to pass only the band determined by the noise ratio calculator as a signal, and the flow rate value is obtained from the output of the band-pass filter. The vortex flowmeter according to claim 1, which is configured as described above. 前記加算部の出力が入力される第2のスペクトル分析部と、前記加算部の出力が入力されるバンドパスフィルタとを有し、前記第2のスペクトル分析部はその入力を複数の周波数バンドに分割して各バンドの信号強度を求め、この信号強度が予め定められた感度曲線より大きいバンドを信号のバンドと判定して、このバンドの信号のみ通過させるように前記バンドパスフィルタを制御するようにして、前記バンドパスフィルタの出力から流量値を求めるようにしたことを特徴とする請求項1記載の渦流量計。A second spectrum analysis unit to which the output of the addition unit is input; and a bandpass filter to which the output of the addition unit is input. The second spectrum analysis unit converts the input into a plurality of frequency bands. Dividing and obtaining the signal intensity of each band, determining that the band whose signal intensity is larger than a predetermined sensitivity curve is a signal band, and controlling the bandpass filter so as to pass only the signal of this band The vortex flowmeter according to claim 1, wherein a flow value is obtained from an output of the bandpass filter. 前記ノイズ比演算部は、信号と判定されたバンドの信号強度の比が予め定められた詰まり判定比以下であると詰まり警報を出力するようにしたことを特徴とする請求項1ないし請求項3記載の渦流量計。4. The noise ratio calculation unit outputs a clogging alarm when a ratio of signal intensities of a band determined to be a signal is equal to or less than a predetermined clogging determination ratio. The vortex flowmeter described. 前記ノイズ比演算部は、ノイズと判定されたバンドにおける前記加算部の出力の信号強度が予め定められた異常振動判定第1閾値より小さい場合または異常振動判定第2閾値より大きい場合に異常振動アラームを出力するようにしたことを特徴とする請求項1ないし請求項4記載の渦流量計。The noise ratio calculation unit detects an abnormal vibration alarm when the signal intensity of the output of the addition unit in a band determined to be noise is smaller than a predetermined abnormal vibration determination first threshold value or larger than an abnormal vibration determination second threshold value. The vortex flowmeter according to any one of claims 1 to 4, wherein the vortex flowmeter is output.
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