JP4447720B2 - 超音波式渦流量計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管路の途中に渦発生体を設け、該渦発生体後方に発生する渦が超音波に与える位相変調を検出し、流体の流量または流速を測定する超音波式渦流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、超音波式渦流量計として、流路を形成する流量計本体と、該流量計本体の流路内に設けられ渦を発生させる渦発生体と、該渦発生体の下流側に位置して前記流量計本体に設けられ流路内に超音波を送信する超音波送信器と、該超音波送信器と対向して前記流量計本体に設けられ該超音波送信器から送信された超音波を受信する超音波受信器と、前記超音波送信器から送信された送信信号と超音波受信器から受信した受信信号との位相を比較し前記渦発生体によって発生した渦を検出する位相比較器とによって構成されたものが知られている（例えば、特開平３−１６５２２０号等）。
【０００３】
そこで、このような従来技術による超音波式渦流量計について図４ないし図８に基づき説明する。
【０００４】
図中、１は管路の途中に接続される流量計本体で、該流量計本体１は、略円筒形状をなし、その内部には流体が通過する流路１Ａが形成されている。
【０００５】
２は流量計本体１の流路１Ａ内に設けられた例えば略三角柱形状の渦発生体で、該渦発生体２は、その幅寸法が下流側に向かって漸次テーパ状に縮小すると共に、その最上流側には、流れに直交した一の平面が配設されている。そして、渦発生体２は、流路１Ａに流体が流れると、いわゆるカルマン渦と呼ばれる渦Ａ，Ｂを左，右交互に発生させる。なお、渦発生体２は、三角柱形状に限らず円柱形状、四角柱形状であってもよい。
【０００６】
３は流量計本体１の流路１Ａに超音波を送信する超音波送信器で、該超音波送信器３は、渦発生体２の下流側に位置して流量計本体１に設けられた圧電素子等からなる送信用超音波センサ３Ａと、該送信用超音波センサ３Ａに接続された発信器３Ｂとによって構成されている。そして、送信用超音波センサ３Ａは、該発信器３Ｂから出力される矩形波状の送信信号Ｖ1 （図５参照）に応じて駆動し、例えば５０Ｈz 〜１ＭＨｚ程度の略一定となった周波数ｆ0 の超音波を流路１Ａを横切るように送信している。
【０００７】
４は送信用超音波センサ３Ａと対向して流量計本体１に設けられた超音波受信器としての受信用超音波センサで、該受信用超音波センサ４は、送信用超音波センサ３Ａと同様に圧電素子等によって構成され、送信用超音波センサ３Ａから送信された超音波を受信し、略正弦波状の受信信号Ｖ0 を出力する。
【０００８】
５は受信用超音波センサ４に接続された増幅器で、該増幅器５は受信用超音波センサ４から出力された受信信号Ｖ0 を増幅し、後述の波形整形回路６に入力している。
【０００９】
６は増幅器５の出力側に接続された波形整形回路で、該波形整形回路６は、例えばゼロクロスコンパレータ等によって構成されている。そして、波形整形回路６は、増幅器５によって増幅した受信信号Ｖ0 を波形整形し、矩形波となった整形信号Ｖ2 （図５参照）を出力する。
【００１０】
７は超音波送信器３の発信器３Ｂに接続されると共に、波形整形回路６を介して受信用超音波センサ４に接続された位相比較器で、該位相比較器７は、例えば送信信号Ｖ1 と整形信号Ｖ2 との立ち上がり部位を比較することによって、渦Ａ，Ｂによって発生する送信信号Ｖ1 と整形信号Ｖ2 との間の位相差Φを検出し、パルス波からなる検出信号Ｖ3 を次段の増幅器８に向けて出力する。
【００１１】
９は増幅器８を介して位相比較器７に接続された波形変換回路で、該波形変換回路９は、増幅器８によって増幅したパルス波状の検出信号Ｖ3 を平滑化し、正弦波状の渦信号Ｖ4 に変換して出力する。
【００１２】
１０は波形変換回路９に接続された演算回路で、該演算回路１０は、波形変換回路９から出力される渦信号Ｖ4 に基づいて渦Ａ，Ｂが発生する周波数を演算する。これにより、演算回路１０は、流量計本体１の流路１Ａを流れる流体の流量または流速に応じた出力信号を出力する。
【００１３】
従来技術による超音波式渦流量計は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について図４および図５に基づき説明する。
【００１４】
まず、発信器３Ｂを駆動し、渦発生体２の下流側に位置する送信用超音波センサ３Ａと受信用超音波センサ４との間に一定の周波数ｆ0 に変調された超音波を伝搬させる。
【００１５】
ここで、流量計本体１の流路１Ａを流体が通過していないときには、図５に示すように送信信号Ｖ1 と整形信号Ｖ2 との間に、超音波が流路１Ａを横切るのに必要となる時間に応じた一定の位相差Φ0 が生じている。そして、位相比較器７は、送信信号Ｖ1 と整形信号Ｖ2 との立ち上がり部位の時間差から位相差Φ0 を差し引くことによって位相差Φを検出し、位相差Φに応じた検出信号Ｖ3 を出力する。このため、流量計本体１の流路１Ａを流体が通過していないときには、検出信号Ｖ3 は略０Ｖに維持されるから、検出信号Ｖ3 を平滑化して信号変換した渦信号Ｖ4 も略０Ｖに維持される。
【００１６】
一方、流量計本体１の流路１Ａを流体が通過すると、渦発生体２の下流側には流体の流速に応じた周波数の渦Ａ，Ｂが左，右交互に発生する。このとき、送信用超音波センサ３Ａと受信用超音波センサ４との間を伝搬する超音波は、渦Ａ，Ｂによるドップラー効果が作用するから、送信用超音波センサ３Ａ側の渦Ａが２つの超音波センサ３Ａ，４間を通過するときには、超音波の伝搬速度は見かけ上速くなり、受信用超音波センサ４側の渦Ｂが２つの超音波センサ３Ａ，４間を通過するときには、超音波の伝搬速度は見かけ上遅くなる。
【００１７】
このため、送信信号Ｖ1 と整形信号Ｖ2 との間の位相差Φは渦Ａ，Ｂに応じて増減し、検出信号Ｖ3 は渦Ａ，Ｂによってパルス幅が増減したパルス状の信号となる。そして、渦信号Ｖ4 は検出信号Ｖ3 を平滑化することによって略正弦波となるから、演算回路１０によって渦Ａ，Ｂが発生する周波数、即ち単位時間当りの渦Ａ，Ｂの発生数を演算することによって、流路１Ａを流れる流体の流量または流速を測定することができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、送信用超音波センサ３Ａから送信された超音波を受信用超音波センサ４によって受信した後、ゼロクロスコンパレータ等からなる波形整形回路６によって整形信号Ｖ2 を出力している。
【００１９】
ここで、超音波を受信する受信用超音波センサ４は、図６に示すような周波数特性を有し、受信用超音波センサ４から出力される受信信号Ｖ0 の振幅は、受信用超音波センサ４が受信する超音波の周波数に応じて変化する。
【００２０】
即ち、超音波の周波数が周波数ｆ1 よりも低いときには、周波数が高くなる（周波数ｆ1 に近付く）に従って受信信号Ｖ0 の振幅は増加する。これに対し、超音波の周波数が周波数ｆ1 よりも高いときには、周波数が高くなる（周波数ｆ1 から遠ざかる）に従って受信信号Ｖ0 の振幅は減少する。
【００２１】
一方、受信用超音波センサ４が受信する超音波は、渦Ａ，Ｂのドップラー効果によってその速度が変化するから、この速度の変化に応じて見かけ上の周波数も変化する。このため、受信信号Ｖ0 の振幅は、図７に示すように渦Ａ，Ｂの発生する周波数に応じて略正弦波状に増減し、図７中に二点鎖線で示す超音波信号Ｓが振幅変調される。
【００２２】
また、ゼロクロスコンパレータからなる波形整形回路６は、一般にノイズを除去するためのヒステリシスを有し、＋Ｖt よりも高い電圧となったときに「Ｈ」（ハイ）状態の整形信号Ｖ2 に切換わり、−Ｖt よりも低い電圧となったときに「Ｌ」（ロー）状態の整形信号Ｖ2 に切換わる。
【００２３】
このため、図８中の特性線ａに示すように受信信号Ｖ0 が基準となる振幅で振動しているときには、整形信号Ｖ2 は図８中の第２段に示す特性線ｄとなるのに対し、図８中の特性線ｂに示すように受信信号Ｖ0 のが基準となる振幅よりも大きな振幅で振動しているときには、整形信号Ｖ2 は図８中の第３段に示す特性線ｅとなり、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置は、特性線ｄに比べてΔＴ1 だけ早くなる。
【００２４】
一方、図８中の特性線ｃに示すように受信信号Ｖ0 が基準となる振幅よりも小さい振幅で振動しているときには、整形信号Ｖ2 は図８中の第４段に示す特性線ｆとなり、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置は、特性線ｄに比べてΔＴ2 だけ遅くなる。
【００２５】
この結果、位相比較器７は、受信信号Ｖ0 の振幅の変化による整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置の変化をも位相差Φの変化として検出し、検出信号Ｖ3 のパルス幅が変化する。このため、検出信号Ｖ3 を平滑化した渦信号Ｖ4 も、その振幅が増減する。
【００２６】
さらに、図６に示すように超音波送信器３から出力される超音波の周波数ｆ0 が受信用超音波センサ４の特性の変曲点である周波数ｆ1 よりも低いときには、超音波の周波数が渦Ａ，ＢによってΔｆだけ増減しても、超音波の周波数が高くなるに従って受信信号Ｖ0 の振幅が大きくなる。このため、渦Ａによって超音波の周波数が周波数ｆ0 よりも低くなったときには、受信信号Ｖ0 の振幅は小さくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が遅くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は増加する。一方、渦Ｂによって超音波の周波数が周波数ｆ0 よりも高くなったときには、受信信号Ｖ0 の振幅は大きくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が早くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は増加する。このため、渦信号Ｖ4 の振幅は、図５中に二点鎖線で示す特性線ｇのように増加し、検出感度を向上することができる。
【００２７】
これに対し、図６に示すように超音波送信器３から出力される超音波の周波数ｆ0 ′が受信用超音波センサ４の特性の変曲点である周波数ｆ1 よりも高いときには、超音波の周波数が渦Ａ，ＢによってΔｆだけ増減すると、超音波の周波数が高くなるに従って受信信号Ｖ0 の振幅が小さくなる。このため、渦Ａによって超音波の周波数が周波数ｆ0 ′よりも低くなったときには、受信信号Ｖ0 の振幅は大きくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が早くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は減少する。一方、渦Ｂによって超音波の周波数が周波数ｆ0 ′よりも高くなったときには、受信信号Ｖ0 の振幅は小さくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が遅くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は減少する。このため、渦信号Ｖ4 の振幅は、図５中に点線で示す特性線ｈのように減少し、検出感度が低下するという問題がある。
【００２８】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、超音波の周波数に拘らず流体の流量または流速の検出感度を向上することができるようにした超音波式渦流量計を提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明は、流路を形成する流量計本体と、該流量計本体の流路内に設けられ渦を発生させる渦発生体と、該渦発生体の下流側に位置して前記流量計本体に設けられ流路内に超音波を送信する超音波送信器と、該超音波送信器と対向して前記流量計本体に設けられ該超音波送信器から送信された超音波を受信する超音波受信器と、該超音波受信器から出力された受信信号を矩形波に波形整形した整形信号を出力するヒステリシスコンパレータと、前記超音波送信器から送信された送信信号と該ヒステリシスコンパレータから出力された整形信号との位相を比較し前記渦発生体によって発生した渦を検出する位相比較器とからなる超音波式渦流量計に適用される。
【００３０】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、超音波受信器には超音波の周波数に応じて受信信号に振幅変調された超音波信号を復調する振幅復調器を接続し、該振幅復調器から出力される振幅復調信号と位相比較器から出力される渦信号とを加算する加算器を設け、前記位相比較器から出力される渦信号から振幅復調器から出力される振幅復調信号を減算する減算器を設け、前記加算器から出力される加算信号と減算器から出力される減算信号とを用いて流体の流量または流速を計測する構成としたことにある。
【００３１】
このように構成することにより、位相比較器は、ヒステリシスコンパレータによって受信信号を矩形波に波形整形された整形信号と超音波送信器から送信された送信信号とを比較することによって渦発生体によって発生した渦を検出し、この検出結果に基づいて渦信号を出力することができる。一方、振幅復調器は受信信号に振幅変調された超音波信号を復調する。そして、加算器は振幅復調器から出力される振幅復調信号と位相比較器から出力される渦信号とを加算し、減算器は渦信号に対し振幅復調信号を減算する。このため、渦信号と振幅復調信号との増減が同じ位相（同相）で変化するときには、加算器から出力される加算信号の振幅が渦信号の振幅よりも増加し、渦信号と振幅復調信号との増減が逆の位相（逆相）で変化するときには、減算器から出力される減算信号の振幅が渦信号の振幅よりも増加する。
【００３２】
この結果、渦信号と振幅復調信号とが同相、逆相のいずれで変化するときであっても、加算信号と減算信号とのうちいずれか一方の振幅は渦信号の振幅よりも大きくなるから、加算信号と減算信号とを用いることによって流体の流量または流速を計測することができる。
【００３３】
また、請求項２の発明は、加算器と減算器とには加算器から出力される加算信号と減算器から出力される減算信号とのうち振幅の大きな信号を選択する選択器を接続する構成としたことにある。
【００３４】
これにより、選択器は加算信号と減算信号とのうち振幅の大きな信号を選択するから、選択器によって選択した選択信号を用いることによって、渦が発生する周波数を演算し、流路を流れる流体の流量または流速を計測することができる。
【００３５】
また、請求項３の発明は、振幅復調器は、ヒステリシスコンパレータの前段側で超音波受信器に接続する構成としたことにある。
【００３６】
これにより、振幅復調器はヒステリシスコンパレータの前段側で超音波受信器に接続したから、超音波受信器が超音波を受信するときに受信信号に変調した超音波信号を振幅復調器によって復調することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による超音波式渦流量計を図１ないし図３を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施の形態では、前述した従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３８】
図中、１１は波形整形回路６の前段側で受信用超音波センサ４に増幅器５を介して接続された振幅復調回路で、該振幅復調回路１１は、超音波の周波数に応じて受信信号Ｖ0 に振幅変調（ＡＭ変調）された正弦波状の超音波信号Ｓ（図７参照）を復調して振幅復調信号Ｖ5 を出力する。
【００３９】
１２は位相比較器７に波形変換回路９を介して接続されると共に、振幅復調回路１１に接続された加算回路で、該加算回路１２は、波形変換回路９から出力される渦信号Ｖ4 と振幅復調回路１１から出力される振幅復調信号Ｖ5 とを加算し、正弦波状の加算信号Ｖ6 を出力する。
【００４０】
１３は位相比較器７に波形変換回路９を介して接続されると共に、振幅復調回路１１に接続された減算回路で、該減算回路１３は、波形変換回路９から出力される渦信号Ｖ4 に対し振幅復調回路１１から出力される振幅復調信号Ｖ5 を減算し、正弦波状の減算信号Ｖ7 を出力する。
【００４１】
１４は加算回路１２と減算回路１３とに接続された選択回路で、該選択回路１４は、加算回路１２から出力される加算信号Ｖ6 の振幅と減算回路１３から出力される減算信号Ｖ7 の振幅とを比較し、これら２つの信号Ｖ6 ，Ｖ7 のうち振幅の大きい信号を選択信号Ｖ8 として出力する。
【００４２】
１５は選択回路１４に接続された演算回路で、該演算回路１５は、選択回路１４から出力される選択信号Ｖ8 に基づいて渦Ａ，Ｂが発生する周波数を演算し、流量計本体１の流路１Ａを流れる流体の流量または流速に応じた出力信号を出力する。また、演算回路１５には、表示回路１６が接続され、該表示回路１６は、演算回路１５の演算結果である流体の流量等を表示する。
【００４３】
本実施の形態による超音波渦流量計は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００４４】
まず、発信器３Ｂを駆動し、渦発生体２の下流側に位置する送信用超音波センサ３Ａと受信用超音波センサ４との間に一定の周波数ｆ0 に変調された超音波を伝搬させる。
【００４５】
ここで、図６に示すように超音波送信器３から出力される超音波の周波数ｆ0 が受信用超音波センサ４の特性の変曲点である周波数ｆ1 よりも低い場合について検討する。
【００４６】
この場合、超音波の周波数が渦Ａ，ＢによってΔｆだけ増減すると、超音波の周波数が高くなるに従って受信信号Ｖ0 の振幅が大きくなる。このため、渦Ａによって超音波の周波数が周波数ｆ0 よりも低くなったときには、受信信号Ｖ0 の振幅は小さくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が遅くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は増加する。一方、渦Ｂによって超音波の周波数が周波数ｆ0 よりも高くなったときには、受信信号Ｖ0 の振幅は大きくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が早くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は増加する。
【００４７】
この結果、波形変換回路９から出力される渦信号Ｖ4 の振幅は、図２に示すように受信信号Ｖ0 の振幅が変化しないときに比べて増加し、流量等の検出感度が向上している。このとき、振幅復調回路１１は、受信信号Ｖ0 から復調した振幅復調信号Ｖ5 を出力し、この振幅復調信号Ｖ5 は、渦信号Ｖ4 と同相で変化する。このため、振幅復調信号Ｖ5 は、渦信号Ｖ4 が増加するときに増加し、渦信号Ｖ4 が減少するときに減少している。
【００４８】
次に、加算回路１２は同相で変化する振幅復調信号Ｖ5 と渦信号Ｖ4 とを加算するから、加算回路１２から出力される加算信号Ｖ6 は、その振幅が渦信号Ｖ4 よりも増加する。一方、減算回路１３は渦信号Ｖ4 から振幅復調信号Ｖ5 を減算するから、減算回路１３から出力される減算信号Ｖ7 は、その振幅が渦信号Ｖ4 よりも減少する。
【００４９】
そして、選択回路１４は、加算信号Ｖ6 の振幅と減算信号Ｖ7 の振幅とを比較し、振幅の大きい加算信号Ｖ6 を選択するから、加算信号Ｖ6 と等しい選択信号Ｖ8 を出力する。最後に、演算回路１５は、渦信号Ｖ4 よりも振幅の大きくなった選択信号Ｖ8 を用いて渦Ａ，Ｂが発生する周波数、即ち単位時間当りの渦Ａ，Ｂの発生数を演算し、流路１Ａを流れる流体の流量または流速を測定する。
【００５０】
次に、図６に示すように超音波送信器３から出力される超音波の周波数ｆ0 ′が受信用超音波センサ４の特性の変曲点である周波数ｆ1 よりも高い場合について検討する。
【００５１】
この場合、超音波の周波数が渦Ａ，ＢによってΔｆだけ増減すると、超音波の周波数が高くなるに従って受信信号Ｖ0 の振幅が小さくなる。このため、渦Ａによって超音波の周波数が周波数ｆ0 ′よりも低くなったときには、受信信号Ｖ0 の振幅は大きくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が早くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は減少する。一方、渦Ｂによって超音波の周波数が周波数ｆ0 ′りも高くなったときには、受信信号Ｖ0 の振幅は小さくなるから、整形信号Ｖ2 の立ち上がり位置が遅くなり、検出信号Ｖ3 のパルス幅は減少する。
【００５２】
この結果、波形変換回路９から出力される渦信号Ｖ4 の振幅は、図３に示すように受信信号Ｖ0 の振幅が変化しないときに比べて減少し、流量等の検出感度が低下している。このとき、振幅復調回路１１は、受信信号Ｖ0 から復調した振幅復調信号Ｖ5 を出力し、この振幅復調信号Ｖ5 は、渦信号Ｖ4 と逆相で変化する。このため、振幅復調信号Ｖ5 は、渦信号Ｖ4 が増加するときに減少し、渦信号Ｖ4 が減少するときに増加している。
【００５３】
次に、加算回路１２は逆相で変化する振幅復調信号Ｖ5 と渦信号Ｖ4 とを加算するから、加算回路１２から出力される加算信号Ｖ6 は、その振幅が渦信号Ｖ4 よりも減少する。一方、減算回路１３は渦信号Ｖ4 から振幅復調信号Ｖ5 を減算するから、減算回路１３から出力される減算信号Ｖ7 は、その振幅が渦信号Ｖ4 よりも増加する。
【００５４】
そして、選択回路１４は、加算信号Ｖ6 の振幅と減算信号Ｖ7 の振幅とを比較し、振幅の大きい減算信号Ｖ7 を選択するから、減算信号Ｖ7 と等しい選択信号Ｖ8 を出力する。最後に、演算回路１５は、渦信号Ｖ4 よりも振幅の大きくなった選択信号Ｖ8 を用いて渦Ａ，Ｂが発生する周波数、即ち単位時間当りの渦Ａ，Ｂの発生数を演算し、流路１Ａを流れる流体の流量または流速を測定する。
【００５５】
かくして、本実施の形態では、受信用超音波センサ４には振幅復調回路１１を接続し、該振幅復調回路１１と位相比較器７とには加算回路１２と減算回路１３とを接続する構成としたから、振幅復調回路１１によって受信信号Ｖ0 に振幅変調された超音波信号Ｓを復調して振幅復調信号Ｖ5 を出力し、加算回路１２によって振幅復調信号Ｖ5 と渦信号Ｖ4 とを加算し、減算回路１３によって渦信号Ｖ4 から振幅復調信号Ｖ5 を減算することができる。このため、渦信号Ｖ4 と振幅復調信号Ｖ5 とが同相で変化するときには、加算回路１２から出力される加算信号Ｖ6 が渦信号Ｖ4 よりも振幅が増加し、渦信号Ｖ4 と振幅復調信号Ｖ5 とが逆相で変化するときには、減算回路１３から出力される減算信号Ｖ7 が渦信号Ｖ4 よりも振幅が増加する。
【００５６】
この結果、渦信号Ｖ4 と振幅復調信号Ｖ5 とが同相、逆相のいずれで変化するときであっても、加算信号Ｖ6 と減算信号Ｖ7 とのうちいずれか一方の信号は、渦信号Ｖ4 よりも大きな振幅で変化するから、加算信号Ｖ6 と減算信号Ｖ7 とを用いることによって、流体の流量等を高精度に検出することができる。
【００５７】
また、加算回路１２と減算回路１３とには加算信号Ｖ6 と減算信号Ｖ7 とのうち振幅の大きな信号を選択する選択回路１４を接続したから、選択回路１４によって選択した選択信号Ｖ8 を用いることによって、渦Ａ，Ｂが発生する周波数を演算し、流路を流れる流体の流量または流速を測定することができる。特に、選択回路１４は加算信号Ｖ6 と減算信号Ｖ7 とのうち振幅の大きな信号を選択するから、流体が低速で流れるときのように、渦Ａ，Ｂが小さいときであっても、渦Ａ，Ｂが発生する周波数を正確に測定することができ、流量または流速の検出感度を高めることができる。
【００５８】
さらに、受信用超音波センサ４と位相比較器７との間には波形整形回路６を接続し、振幅復調回路１１は波形整形回路６の前段側で受信用超音波センサ４に接続する構成としたから、位相比較器７は波形整形回路６によって矩形波に波形整形された整形信号Ｖ2 と超音波送信器３の送信信号Ｖ1 とを比較することによって渦発生体２によって発生した渦Ａ，Ｂを検出することができる。
【００５９】
また、位相比較器７から出力される渦信号Ｖ4 は、受信用超音波センサ４の周波数特性と波形整形回路６とのヒステリシスによって、その振幅が超音波信号Ｓに応じて増減する。このとき、振幅復調回路１１は受信用超音波センサ４に接続したから、受信用超音波センサ４から出力される受信信号Ｖ0 に変調された超音波信号Ｓを復調することができる。このため、振幅復調回路１１から出力された振幅復調信号Ｖ5 を位相比較器７から出力された渦信号Ｖ4 に加算、減算することによって、渦信号Ｖ4 よりも振幅の大きな加算信号Ｖ6 、減算信号Ｖ7 を出力することができる。
【００６０】
なお、前記実施の形態では、波形変換回路９と振幅復調回路１１とに減算回路１３を接続するものとしたが、減算回路１３に代えて、振幅復調回路１１に接続され振幅復調回路１１から出力される振幅復調信号Ｖ5 の正負を反転する反転回路と、該反転回路と波形変換回路９とに接続され反転回路から出力される反転信号と波形変換回路９から出力される渦信号とを加算する加算回路とを設ける構成としてもよい。
【００６１】
また、前記実施の形態では、位相比較器７に直接的に波形変換回路９を接続するものとしたが、従来技術と同様に位相比較器７と波形変換回路９との間に増幅器８を接続してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、位相比較器は、ヒステリシスコンパレータによって受信信号を矩形波に波形整形された整形信号と超音波送信器から送信された送信信号とを比較することによって渦発生体によって発生した渦を検出し、この検出結果に基づいて渦信号を出力することができる。また、超音波受信器には振幅復調信号を出力する振幅復調器を接続し、振幅復調信号と渦信号とを加算する加算器を設け、渦信号から振幅復調信号を減算する減算器を設ける構成としたから、振幅復調器によって受信信号に振幅変調された超音波信号を復調して振幅復調信号を出力し、加算器によって振幅復調信号と渦信号とを加算し、減算器によって渦信号から振幅復調信号を減算することができる。このとき、渦信号と振幅復調信号とが同相で変化するには、加算信号が渦信号よりも振幅が増加し、渦信号と振幅復調信号とが逆相で変化するときには、減算信号が渦信号よりも振幅が増加する。このため、渦信号と振幅復調信号とが同相、逆相のいずれで変化するときであっても、加算信号と減算信号とのうちいずれか一方の信号は、渦信号よりも大きな振幅で変化するから、加算信号と減算信号とを用いることによって、流体の流量等を高精度に検出することができる。
【００６３】
また、請求項２の発明によれば、加算器と減算器とには加算信号と減算信号とのうち振幅の大きな信号を選択する選択器を接続する構成としたから、選択器によって選択した選択信号を用いることによって、渦が発生する周波数を演算できる。また、選択器は加算信号と減算信号とのうち振幅の大きな信号を選択するから、流体が低速で流れるときのように渦が小さいときであっても、渦が発生する周波数を正確に測定することができ、流量または流速の検出感度を高めることができる。
【００６４】
また、請求項３の発明によれば、振幅復調器はヒステリシスコンパレータの前段側で超音波受信器に接続したから、超音波受信器が超音波を受信するときに受信信号に変調した超音波信号を振幅復調器によって復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による超音波式渦流量計の全体構成を示すブロック図である。
【図２】渦信号と振幅復調信号とが同相で変化するときの渦信号、振幅復調信号、加算信号、減算信号、選択信号の時間変化を示す特性線図である。
【図３】渦信号と振幅復調信号とが逆相で変化するときの渦信号、振幅復調信号、加算信号、減算信号、選択信号の時間変化を示す特性線図である。
【図４】従来技術による超音波式渦流量計の全体構成を示すブロック図である。
【図５】送信信号、整形信号、検出信号、渦信号の時間変化を示す特性線図である。
【図６】超音波の周波数と受信用超音波センサから出力される受信信号の振幅の増幅度との関係を示す特性線図である。
【図７】受信信号、整形信号の時間変化を示す特性線図である。
【図８】受信信号の振幅が変化したときの整形信号の時間変化を示す特性線図である。
【符号の説明】
１ 流量計本体
１Ａ 流路
２ 渦発生体
３ 超音波送信器
４ 受信用超音波センサ（超音波受信器）
６ 波形整形回路
７ 位相比較器
１１ 振幅復調回路（振幅復調器）
１２ 加算回路（加算器）
１３ 減算回路（減算器）
１４ 選択回路（選択器）

Claims (3)

1. 流路を形成する流量計本体と、該流量計本体の流路内に設けられ渦を発生させる渦発生体と、該渦発生体の下流側に位置して前記流量計本体に設けられ流路内に超音波を送信する超音波送信器と、該超音波送信器と対向して前記流量計本体に設けられ該超音波送信器から送信された超音波を受信する超音波受信器と、該超音波受信器から出力された受信信号を矩形波に波形整形した整形信号を出力するヒステリシスコンパレータと、前記超音波送信器から送信された送信信号と該ヒステリシスコンパレータから出力された整形信号との位相を比較し前記渦発生体によって発生した渦を検出する位相比較器とからなる超音波式渦流量計において、
   前記超音波受信器には超音波の周波数に応じて受信信号に振幅変調された超音波信号を復調する振幅復調器を接続し、該振幅復調器から出力される振幅復調信号と前記位相比較器から出力される渦信号とを加算する加算器を設け、前記位相比較器から出力される渦信号から前記振幅復調器から出力される振幅復調信号を減算する減算器を設け、前記加算器から出力される加算信号と該減算器から出力される減算信号とを用いて流体の流量または流速を計測する構成としたことを特徴とする超音波式渦流量計。
2. 前記加算器と減算器とには加算器から出力される加算信号と減算器から出力される減算信号とのうち振幅の大きな信号を選択する選択器を接続する構成としてなる請求項１に記載の超音波式渦流量計。
3. 前記振幅復調器は前記ヒステリシスコンパレータの前段側で前記超音波受信器に接続する構成としてなる請求項１または２に記載の超音波式渦流量計。

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