JP4861481B2 - 流体の流れの監視 - Google Patents

Description

本発明は、流体の流れ、特に（しかし排他的ではない）航空機の翼の表面の上方の気体の流れ、を監視するための方法および装置に関する。

電気によって加熱された素子を気流に晒すことによって風速を測定するための流速装置が知られている。例えば、直線状の端末相互間に吊られた配線を備える装置が風洞内で用いられる。この配線は、電圧を印加されるとともにこの配線を一定の電流または一定の温度／抵抗に維持する電気回路内に組み込まれる。この回路は、観察対象の気流の速度の変化に応じて対流熱伝達率の変化によってもたらされる当該配線の端子電圧の変化を監視する。最近、国際公開第２００７／０３４２４０号パンフレットにおいて、航空機の翼の上方の気流の境界層を制御するために、飛行中の航空機に対して用いるのに適する構造の流速装置が提案された。航空機の翼の上方の気流は、単純に、３つの気流の状態によって特徴づけされる。すなわち、通常望まれる層流、層流がある入射角度を超えると変化する乱流、さらに大きい角度の入射角度への遷移に連れて生じる剥離流である。実際には、状態はもっと複雑であり、気流は気体の速度や外乱の変化等のその他の理由によって遷移し得るし、翼の相違する領域に相違する状態が生じ得る。また、層流と乱流の間に比較的重要ではない気流の状態（遷移状態と呼ばれる）が存在する。

流速装置の上方の流体の流状態の情報を、そのような流速装置の信号出力から得る安価な手段に対する要求が依然、存在する。
国際公開第２００７／０３４２４０号パンフレット

本発明の目的は、表面の上方で流体が流れている状況において、層流と別の流状態（原則的に乱流）とを区別するための方法および装置を提供することである。

流速装置の上方の流体の流れが層流であるか、乱流であるか、分離流であるかに応じて流速装置からの信号出力における質的な違いまたは特性の違いがあることが明らかにされている。層流については、信号出力は、短期間での変動がほとんどない概して一定になる傾向がある。しかしながら、乱流および剥離流については、流体の流れにおける小さなまたは微小な乱れが存在している故に、センサ出力は、高周波の変化および多くの小さなパルスまたはスパイクを含めて、よく変化する。この信号出力を適切に統計的に測定することによって、この出力が乱流または剥離流を表わすのに十分な程度に変化したり、振動したり、瞬間的な変動を起こしたりしているかを判断することが可能であることが見出されている。

適切な統計的測定値の１つは、本明細書において断続性の質として捉えられ得る「断続度（intermittency）」として知られているものである。これは、間隔を置いて生じるが、ある期間に亘って中断および停止される。この導き出された信号パラメータは適切な特性を有している。その根底にある物理現象が、乱流および剥離流は程度の高い乱れ（不規則な乱れを含む）を伴い且つ比較的変動の少ない期間が点在する断続的なものだからである。しかしながら、層流は、概して、常に変動が少なく、このため識別することができる。さらに、ある状況においては、剥離流についての断続度の値は、乱流についての断続度の値よりも明らかに高いことがあり得る。この結果、剥離流の開始の際に大きく且つはっきりとした段差が生じる。したがって、このことを、乱流と剥離流との間を識別するための指標として用いることができる。

複数のセンサが隣接または近接して並んで設けられる場合に流れのタイプを識別するためのさらなる有用な測定値は、近隣のセンサの出力相互間の相互相関の測定値である。層流および剥離流は、ともに、大規模な一貫した流れ構造によって特徴付けられ、よって、概して、隣接するセンサは、同様の現象を観測し、このため高い相関が存在する。しかしながら、乱流については、小規模な変動によって特徴付けられ、相関が小さい。隣接するセンサ相互間または近隣のセンサ相互間にある程度の位相変化が（例えばセンサの並ぶ方向の流れ故に）存在し得る。このため、これを捉えるために短期間に亘る検査が必要である。この現象を要約するために、簡単な真理値表を作成することができる。「ＬＯＷ」は信号がある閾値未満であることを示し、「ＨＩＧＨ」は信号がこの閾値を超えていることを示している。「（Ｖ）ＨＩＧＨ」は、断続度が、適切に第２の閾値を定義できたとしてこの第２の閾値を超えていることを示している。

このように、断続度を評価することは、層流を乱流から識別することに役立ち、また、適切な状況では、層流を剥離流から識別することに役立つ。

また、特に剥離流について、センサ出力信号は周波数に対して敏感であって、おそらくある周波数において共鳴を示し、具体的には１つ以上の周波数帯域において他より高い相互相関値を有し得る。したがって、このことは、流れの、代替的なまたは付加的な測定値を提供し得る。このため、センサ出力信号を多数の周波数帯域へと分割し、それぞれの信号を同じ周波数帯域内で相関させることが望ましいかもしれない。

よって、本発明の第１の視点によれば、所定の位置で流体の層流と他の流状態とを識別する方法であって、前記位置における流量を表す電気的アナログ信号を生成し、前記アナログ信号の指定のパラメータを検出して前記アナログ信号の検出された形態を提供すること、および前記検出された形態を期間に亘って加算して加算された形態を提供することを含んだ、前記アナログ信号の変化度（variability）の評価を行ない、前記加算された形態の値に応じて前記流れが層流であるかを示す流れ信号を提供する、ことを具備する方法が提供される。

さらなる視点によれば、所定の位置で流体の層流と他の流状態とを識別するための装置であって、前記位置での流量に応答して前記流量を表す電気的アナログ信号を生成するための検知手段と、変化度（variability）の指定のパラメータを検出して前記アナログ信号の検出された形態を提供するための検出手段と、前記アナログ信号の検出された形態を期間に亘って加算して変化度を表わす出力値を提供するための加算手段と、を含む、前記アナログの変化度を評価するための評価手段と、前記出力値に応じて前記流れが層流であるかを示す流れ信号を提供するための手段と、を具備する装置が提供される。

本発明は、航空機の翼の上方の流状態を検出する具体的な用途を有するが、本発明は、その他の用途、例えば車両または工業プロセス向けのタービン・ブレードに対する用途、または表面の上方で層流が必要なあらゆる工業プロセスにおける用途で用いることができる。本発明の具体的な利点は、上述の流れ信号が２つの値（１ビット）のみ、すなわち層流が存在しているか否かを有することであり、このため、この情報が、例えば航空機のパイロット、タービンのファン・ブレードの動作を評価する運転者、風洞の運転者、または流体の流れが関与するその他の工業プロセスの運転者が即座に認識可能であり得る。しかしながら、状況によっては、上述の出力が層流または乱流を示す確度を表わす複数レベルの表示を提供することが望ましいかもしれない。

流体の流れを検知するための本装置は、あらゆる形態を取り得、例えば、層の熱線を伴う流速計回路、国際公開第２００７／０３４２４０号パンフレットに記載されているようなセンサ、圧力変換器の形態を取り得る。アナログの出力信号を提供するために適切な回路が設けられる。熱膜センサの場合、回路は、本流れセンサの抵抗を一定の温度に保つように構成されており、また１つの辺においてこの流れセンサ抵抗を含んでいるブリッジ回路からなっている。出力信号は、このブリッジの対向するノードから取り出され、演算増幅器回路を介して出力ポートに接続されている。出力信号は、流れセンサ抵抗に電圧を印加してこの抵抗を一定の温度に保つためにブリッジの第３のノードにフィードバックされる。

アナログ出力信号は、断続度を評価するための適切な回路に供給され得る。最初のステージでは、このアナログ出力信号は、信号の分析に先立って、適切な信号調整回路によって調整される。信号調整回路には、応答の周波数範囲を制限する低域フィルタまたは高域フィルタ、ノイズ・フィルタが含まれ得る。これらのフィルタは、受動型でも能動型でもよいが、受動型フィルタが簡略化のために好ましい。

フィルタを通された信号は、検出手段に供給される。検出手段には、変動する信号、インパルス型信号のピーク、傾きの検出、高域フィルタリングの１つ以上を検出するための機構が含まれ得る。検出手段は、乱れを表わさないゆっくりと変化する信号を除去するための、アナログ信号のＡＣ結合（ＡＣ結合によって、入力信号の瞬間的変化の速度に比例するアナログ出力電圧が得られる）を含んでいることが好ましい。ＡＣ結合は、通過させる周波数の値が低い、信号経路内のキャパシタの順方向容量性結合またはハイパスＲＣフィルタとすることができる。アナログ信号の反波長整流された形態または極性が１つの形態を生成するための機構が、簡略化のために好ましい。このためには、このアナログ信号の信号経路内にダイオードを１つ設ければよい。

上述の加算手段は、構成によっては、検出手段によって検出されたインパルス型のピークを計数し且つ設定された期間の間に所定の数が計数されたときに出力を生成するためのシフト・レジスタ型の機構を備えていてもよい。または、簡単なＲＣ集積回路が、出力がある期間に亘って所定の値を超え続けることが乱流状態を表わすように適切な時定数を持って、設けられるのが簡略化のために好ましい。より正確ではあるが複雑な構成では、積分器が選択された期間に亘って積分を行なうように時間設定される。この期間の終了時に、この期間に亘って信号に付加されたノイズの量に関連付けられている電圧が、積分器の出力に現われる。サンプルアンドホールド回路は、積分器の出力を選択された期間の終了時に取り込むように時間設定されている。閾値回路は、サンプルアンドホールド回路の出力を１つ以上の予め設定された閾値と比較する。層流／乱流の遷移を示すために１つの閾値を用い、この出力に確度を付与するために複数の閾値を用いることができる。閾値出力から、各確度状態についての、一定の出力電圧レベル、特定周波数、固定された電流等の様々な出力信号を導き出すことができる。

実用的な好ましい構成では、流量機構（例えば流速装置、マイクロフォン、圧力変換器、他の適切な装置）が、例えば航空機の翼の表面上に並べられる。各流量機構は、関連する、断続度を表わす上述の出力値を生成するための電気回路を有する。上述の表示手段は、各流量機構と関連付けられているかもしれない。または、表示手段は、流量機構から離れた位置に位置し、全ての流量機構からの出力値を収集し、投票機構（voting mechanism）等を用いて、流れが層流であるか乱流であるかの表示を生成してもよい。非常に簡単な形態では、表示手段は、航空機のコントロール・パネル上の、乱流のときに点灯するライトから構成することができる。

次に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して説明する。

この発明は、気流状態を間単に表示する、特に乱流と層流とを識別する装置を開発することに関する。好ましい実施形態では、本装置によって、航空機の選択された位置における流状態を監視することが可能になるが、本装置は、その他のタイプの乗り物にも使用でき、工業プロセスを監視することにも使用できる。

断続度によって、流状態の良好な表示が可能になる。好ましい実施形態は、みな、アナログの流れセンサ信号に対して直接的に演算を行なうための共通の回路素子を用いる。したがって、提案されている装置は、実行するのが単純、安価、簡単なものである。数十または数百のこのような装置が使用の際の必要である場合がるので、このように抑制を行なうことは重要である。また、本装置は、ＭＥＭＳセンサの一部として集積回路上に作製することができ、したがって、測定地点にセンサと共に直接配置するのに十分なほど小さくすることができる。このことは、システムの安定性や、干渉または信号劣化に対する耐性の点で利点を有する。

本装置の機能は、隣接し合うセンサからの入力信号を幾つかの別々の周波数帯域へと分割し、断続度のレベルを比較して相互相関の形態を提供することによって、剥離流を検出することまで拡張することができる。

図１乃至図６を参照すると、これらの図は、図７に示されているような、並べられた熱流れ膜センサについて実施された測定手順によって得られたグラフである。図７は、複数の気流熱膜センサ４を取り入れている集積回路チップ２を示している。気流は、熱膜の両端の電圧によって測定される。各センサは、ビア８の相互間に接続された熱膜センサ抵抗６を有している。ビア８は、導電性の柱状端子１０に接続されている。この構造は、ＷＯ２００７／０３４２４０に詳細に記載されている。熱膜は、後に記述するように電気回路によって電圧を印加され、センサからの信号出力は、アナログ電圧の形態になっている。チップの寸法は、長さ１３５００μｍ×幅１５００μｍ×厚さ２５０μｍである。したがって、センサは、みな、数ミリメートルの範囲に収まっている。

熱膜センサは、風洞内の２次元高リフト・モデルの前縁のスラットに取り付けられ、最大３００００００翼弦レイノルズ数をもたらすマッハ０．２（６８ｍ／ｓ）において測定された。熱膜サンプリング周波数は、１０ｋＨｚであって、各センサについて１０２４個のサンプルが取られた。これは、ちょうど０．１秒の期間に相当する。熱膜センサからのデータは、各センサからの出力電圧の形態で収集された。図１乃至図３において、得られた全データから平均電圧値が減じられたので、変動成分のみが分析された。スラットの上方の流れは、５°未満では流れが熱センサの上方で層流となるようになっている。５°超および１６°未満では、流れは乱流であって、１６°超では剥離流である。遷移流状態は、検討しなかった。

層流の場合、図１に示されているように、アナログ出力電圧は、概して一定であって変動しない。しかしながら、乱流の場合のアナログ出力電圧は、図２に示されているように、大いに変動し、ランダム・ノイズに類似している。剥離流の場合のアナログ出力電圧は、図３に示されているように、概して、乱流に類似しているが、信号振幅がずっと大きい。

本発明に従って、乱流および剥離流は非常な乱れで持って比較的変動の小さな期間が点在しながら断続的であるが層流は原則的に常に変動しないという点に基づいて、乱流および剥離流電圧出力が分析された。したがって、最終的な値が０（変動無し）または１（変動有り）となるように信号の短期間で切り取られた部分をフィルタを通したり、平滑化したり、閾値と比較して、次いで信号の変動が大きい期間の割合を算出することによって、「断続度」と呼ばれる値を算出することができる。断続度は、０から１まで変動し、０に近い値は層流であり、０を超え且つ１未満の値は乱流である。

前縁スラットの入射角に対する断続度の値のプロットを示す図４について容易に見て分かるように、角度５°においてステップ状に上昇しており、ここで層流が乱流へと変化している。したがって、断続度によって、層流と乱流との間を差別化する明快な方法が提供される。図５に示されているように、乱流と剥離流との間の断続度にもかなり明確な変化がある。図では、入射角１６°において断続度の値がステップ状に上昇している。

標準偏差のような指標ではなく断続度を用いる利点は、断続度の臨界値が、流状態または雑音、またはセンサ位置の変化によって変化しにくいことである。すなわち、例えば、ほぼ常に、断続度は層流については０．１未満である。また、図示はされていないが、断続度の算出の際の閾値の選択は、ことさら決定的なものではなく（因数２による様々な値によってわずかな違いしか生まなかった）、このためこのように構成されたあらゆるアルゴリズムは、非常に強固である可能性が高い。

本発明に従って採用される別の指標は、センサ列における近隣センサ間の相互相関である。これは、図７のセンサ列の２つの隣接するものについて、図６において、視覚的に示されている。乱流については相互相関は低く、気流の中の局地的な乱れが非常に小さく、より大規模な流状態によって特徴付けられる層流および剥離流については相互相関は高い。したがって、乱流をその他の２つの流状態から識別するための手段が提供される。

次に、図８を参照すると、図８は、図７のセンサ列の一部を概略的に示している。図８において、流れセンサ４はそれぞれの一定温度ブリッジ回路１２に接続され、ブリッジ回路１２はそれぞれの断続度分析回路１４に、流れを表わすアナログ出力電圧を提供する。分析回路の出力１６は、表示器回路１８に供給され、表示器回路１８は、流れが概して層流か、乱流か、剥離流かの表示を提供する。

一定温度ブリッジ回路１２の例が、図９に示されている。検出抵抗６は、ブリッジ回路２０の一辺に接続されている。ブリッジ回路２０は、残りの３つの辺において固定値の抵抗２２を含んでいる。ブリッジ回路の対向するノードから取り出される出力は、演算増幅器２４の入力に供給される。演算増幅器２４の出力は、ダイオード２６およびＡＣ結合キャパシタ２８を介して回路出力３０に供給される。ダイオード２６（このダイオードは回路を安定化させるのに役立つ）から始まるフィードバック経路３２は、ブリッジ回路２０および検出抵抗６に電圧を印加する。この構成は、検出抵抗６が気流に晒されて冷却されると、検出抵抗６の抵抗値が抵抗の温度係数ゆえに変化するようになっている。このことによって、ブリッジ回路からの出力信号が変化する。この結果を受けた増幅器２４の出力は経路３２を介してフィードバックされて、ブリッジ２０に供給される電流を調整し、したがって、抵抗を一定の温度に維持する。

図１０を参照すると、図１０は、本発明の第１実施形態を概念の形態で示している。

センサ４０
好ましい実施形態は、最大で２０ｋＨｚの周波数応答で一定温度流速計（ＣＴＡ）を駆動するＭＥＭＳ熱膜センサ４を用いている。流速計の出力は、流れの境界層における小規模な流れの変動によって引き起こされる熱対流内の変化と関連を有しているアナログ電圧信号である。この電圧には、流れの自由な流速の表示を提供するように目盛りを付することができる。

信号調整４２
好ましい実施形態は、センサ／流速計の組合せの最大の応答速度を超えるものを全て減衰させて流速計回路のあらゆる高周波振動による雑音および外乱を除去する低域フィルタを含んでいる。入力信号の周波数範囲を制限するために、適用形態に応じて別のフィルタが必要な場合がある。フィルタは、能動型でも受動型でもよく、多くの一般的な回路がこの目的のために存在する。好ましい実施形態は、可能な場合には、簡略化のために簡単な抵抗／キャパシタ・ネットワークを用いる。このフィルタの出力は、キャパシタを介して供給されて、ＡＣ結合された出力が提供される。すなわち、キャパシタの出力は、安定状態の下では名目上、ゼロボルトであって、変動する状態の下では入力信号の変化率に比例する電圧がキャパシタの両端に現われる。また、信号に半波整流を施して信号極性が反転する間に積分器の充電および放電が交互に生じることを防ぐ必要があるかもしれない。整流は、流速計回路内で適用されてもよいし、信号調整回路内で適用されてもよい。図９の検出回路の素子２６、２８はこの目的で用いられている。

流速の変化が比較的遅い（乗り物の普通の加速／減速においてみられるようなもの）と、キャパシタの両端に現われる電圧は非常に小さい。同様に、層流状態では、流れは、名目上、安定状態であり、やはり小さな電圧が生成される。乱流および剥離流状態では広範囲の周波数に亘って大量の雑音が生成され、この状況によってキャパシタの両端の出力電圧が大きく増加する結果となる。

積分器４４
積分器４４は、単純な演算増幅器または同様の機能のユニットから構成されている。サンプル期間は、適用形態、センサの周波数応答、所望の更新間隔に合わせて選択される。好ましい実施形態では、１０乃至１０００ミリ秒が用いられる。

ＡＣ結合された入力は、選択された期間に亘って積分される。この期間の終了時に、この期間の間に信号に付加された雑音の量と関連を有している電圧（断続度）が積分器の出力に現われる。この出力が取り込まれた後、積分器がリセットされるとともに次のサイクルが開始する。断続度の程度を確立するために、信号調整ステージの出力は所定の期間に亘って積分増幅器に供給される。この期間の終了時、出力電圧は、サンプルアンドホールド（Ｓ＆Ｈ）回路に供給されて、この電圧が保存されるとともに閾値検出ステージのための入力が次の積分期間が終了するまで提供される。積分増幅器は、演算増幅器の周囲に多くの場合設けられる一般的な回路素子である。積分期間は、検査対象の具体的なシステムに応じて選択され、１乃至１０００ミリ秒であることが多い。この期間が経過すると、積分器は、この期間に亘る入力の合計に比例する出力電圧を生成する。この出力電圧によって、この期間に検出された雑音の量の表示が生成されることが可能になる。

クロック４６
外部クロックが、積分器およびＳ＆Ｈステージを同期させるために必要かもしれない。しかしながら、好ましい実施形態では、この２つのステージは、このような制御ができるように接続されている。

サンプルアンドホールド４８
積分器出力は、期間の終了時に取り込まれ、次の期間の終了時点まで保持される。閾値検出ステージをラッチすることによっても同様の結果を達成できる。

閾値比較５０
Ｓ＆Ｈの出力電圧は、閾値検出ステージに供給される。このステージでは、Ｓ＆Ｈの出力電圧がシステムの要求に応じて予め設定された電圧レベルと比較される。この参照電圧は、積分器の電圧がこれらの点を越えた際に閾値ステージの出力が状態を変化させるとともに流状態の簡単な（１ビットの）表示からなる出力信号を提供するように設定される。必要に応じて、複数のステップを用いることによって、状態の表示に「確度」を割り当てることができる。閾値検出回路は、閾値回路の状態を閾値回路が現在保持している範囲外の電圧を受け取るまで「ラッチする」、すなわち維持するように構成することができる。こうすることによって、積分／Ｓ＆Ｈステージが簡単になり、可能であればＳ＆Ｈステージの必要性を完全に除去することができる。この目的のために多くの一般的な回路素子を用いることができるが、これには、抵抗ブリッジ、ツェナー・ダイオード、トランジスタ／ダイオード接合電圧降下、シュミット・トリガ等が含まれる。

閾値電圧は、適用形態に応じて設定することができ、また実際の測定結果から導き出すことができる。１つの閾値が、層流／乱流の遷移の表示に用いることができ、複数の閾値が出力の確度を割り当てるために用いることができる。

出力５２
出力ステージは、本装置より下流のシステムに対する適切な形態で、流状態の信号または表示を提供する。出力には、固定値の電圧／電流、特定周波数等が含まれ得る。

閾値出力によって、各状態についての固定値の出力電圧レベル、特定周波数、または固定値の電流等の様々な出力信号の出力が引き起こされる。

次に、図１１を参照すると、図１１は、好ましい実施形態を示している。この実施形態では、回路は、費用削減のためにできる限り簡略化されている。単純かつ強固で、非常に狭い空間しか占有しない装置が、航空分野への用途の際に求められる。高度に簡略化されているが同じ機能を有する回路が望ましい。部品数が少なければ、各装置の全体の大きさと重量が減少するからである。このことは、数十個または数百個の装置が必要な場合に特に重要である。

センサおよび信号調整ステージ６０
図１０の装置の場合について説明したものと同じである。

積分器６２
単純な実施形態のために、半波整流され、ＡＣ結合された、信号調整ステージの出力が単純な直列／並列抵抗キャパシタ・ネットワーク６４に供給される。このネットワーク６４によって、連続して積分された出力が提供される。積分期間は、所望の時定数（充電および放電速度）を与える適切な値を抵抗およびキャパシタについて選択することによって設定される。この回路は、付加的な外部クロックもＳ＆Ｈステージも必要としない。

閾値検出６６
この簡略化された形態の装置では、図１０を参照して既に説明したのと同様の技術が用いられる。

次に、図１２を参照すると、図１２は、２つの流状態を識別するための相互相関技術を採用している構成を示している。図７および図８のセンサ列のうちの２つの隣接するセンサ４１２Ａ、４１２Ｂが、関連するブリッジ回路とともに、それぞれの信号調整回路４２に接続されている。信号調整回路４２は、図１０の回路４２と同じである。各回路４２は、帯域フィルタの連なり７０１乃至７０５に供給される。帯域フィルタ７０１乃至７０５は、各々、この例示的な実施形態では２０ＫＨｚの信号帯域が５つの均等な帯域へと分割されるような帯域を有している。各帯域フィルタからの出力は、ＡＣ結合および半波整流機能を有する回路７２、積分回路７４に供給される。積分回路７４は、図１１に示されているものと同じとすることができる。回路７４の出力（これは、信号の断続度を表わす）は、比較器８０において比較され、出力値の差は閾値回路８２に供給される。閾値回路８２は、図１０の回路５０と同じであり、相関があるか否か、すなわち剥離流であるか否かを表示する１ビットの流れ信号を提供する。出力回路８４は、離れた位置の表示器装置に流れ出力信号を提供するために設けられている。

同様の回路が、この実施形態では５つの相違する相関の表示が提供されるように、別の帯域フィルタの出力を処理するために設けられる。これらは、乱流から剥離流への遷移のより高い確度を提供するように組み合わせられる。

また、周波数帯域によっては、遷移に対してより高い感度を有するものがあり、これらの帯域がその他の周波数帯域との組合される際に高い重み付けがなされる。さらに、より広範の相関が求められる場合に、例えば２番目に近接するセンサの対に関して比較が行なわれてもよい。

図１２内の相関を定めるための回路は、費用を減じたり構造を小さくしたりするために、単純であることを指摘した。しかしながら、相関のより正確な評価が求められる場合、要望に応じて、より複雑なものとすることができる。例えば、所定の期間に亘る出力信号の包絡線が比較される。相互相関を定めるためのその他の機構は、当業者にとって明らかであろう。さらに、図１０を参照した説明の中で指摘された、より複雑な測定値が用いられて、上記の整流および積分ステップを置換して、断続度のより正確な値を提供してもよい。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 所定の位置で流体の層流と他の流状態とを識別する方法であって、
前記位置における流量を表す電気的アナログ信号を生成し、
前記アナログ信号の指定のパラメータを検出して前記アナログ信号の検出された形態を提供すること、および前記検出された形態を期間に亘って加算して加算された形態を提供することを含んだ、前記アナログ信号の変化度（variability）の評価を行ない、
前記加算された形態の値に応じて前記流れが層流であるかを示す流れ信号を提供する、
ことを具備する方法。
［２］ 前記評価を行なうことが、前記アナログ信号の断続度（intermittency）を評価することを具備する、［１］の方法。
［３］ 前記検出することが、前記アナログ信号の変化率を検出することを具備し、
前記加算することが、前記検出された形態を積分することを具備する、
［１］または［２］の方法。
［４］ 所定の位置で流体の層流と他の流状態とを識別するための装置であって、
前記位置での流量に応答して前記流速を表す電気的アナログ信号を生成するための検知手段と、
変化度（variability）の指定のパラメータを検出して前記アナログ信号の検出された形態を提供するための検出手段と、前記アナログ信号の検出された形態を期間に亘って加算して変化度を表わす出力値を提供するための加算手段と、を含む、前記アナログの変化度を評価するための評価手段と、
前記出力値に応じて前記流れが層流であるかを示す流れ信号を提供するための手段と、
を具備する装置。
［５］ 前記評価手段が、前記アナログ信号の断続度（intermittency）を評価するための手段を具備し、
前記加算手段が、断続度を表す出力信号を提供する、
［４］の装置。
［６］ 前記検知手段が、
流体の流れに晒される、加熱される抵抗素子と、
前記抵抗素子を一定の温度に保つための回路手段と、
を具備する、［４］または［５］の装置。
［７］ 前記検知手段が、前記アナログ信号の変化率を検出するための高域フィルタと容量性ＡＣ結合との一方または両方を含む、［４］乃至［６］のいずれかの装置。
［８］ 前記検出手段が、整流手段、好ましくは半波整流を行なうための整流手段を含む、［４］乃至［７］のいずれかの装置。
［９］ 前記加算手段が、所定の時定数で積分機能を提供する受動型ＲＣ回路を具備する、［４］乃至［８］のいずれかの装置。
［１０］ 前記加算手段が、演算増幅器を含んだ積分回路を具備し、
前記積分回路の出力を取り込むためのサンプルアンドホールド手段をさらに具備する、
［４］乃至［８］のいずれかの装置。
［１１］ 前記積分回路と前記サンプルアンドホールド手段の動作を同期させるためのクロック手段を含む、［１０］の装置。
［１２］ 前記出力値が１つまたは複数の閾値を上回っているか下回っているかを判断するための閾値手段を含む、［４］乃至［１０］のいずれかの装置。
［１３］ 前記検知手段および前記評価手段が１つのチップに集積されている、［４］乃至［１２］のいずれかの装置。
［１４］ 並んで配置された複数の変換器を具備し、
前記変換器の各々が変化度を表すそれぞれの前記出力値を提供するように構成されている、
［４］乃至［１３］のいずれかの装置。
［１５］ 前記変換器から離れて設けられ、前記流れ信号に応答する表示手段を含む、［３］乃至［１４］のいずれかの装置。

約１００ミリ秒に亘って流速装置からの電圧出力信号として測定された層流のグラフ。 約１００ミリ秒に亘って流速装置からの電圧出力信号として測定された乱流のグラフ。 約１００ミリ秒に亘って流速装置からの電圧出力信号として測定された剥離流のグラフ。 層流および乱流の２つの流状態についての断続度の測定値を示すグラフ。 層流、乱流、剥離流の３つの流状態についての断続度の測定値を示すグラフ。 層流、乱流、剥離流の３つの流状態についての隣接する２つのセンサの間の相互相関の測定値を示すグラフ。 ＷＯ２００７／０３４２４０に記載されているタイプの、並べられた複数の熱膜流れセンサを取り入れているチップの上面図。 図７の熱膜流れセンサの列およびそれぞれの関連付けられた回路の概略的な図。 図７のセンサからのアナログ電圧出力を提供するための一定温度ブリッジ回路の回路図。 本発明のより複雑な実施形態の概念図。 本発明の好ましい実施形態の一部の回路図。 相互相関技術を採用した、本発明に係る構成の概念図。

Claims (19)

1. 所定の位置で流体の層流と他の流状態とを識別する方法であって、
   前記位置における流量を表す電気的アナログ信号を生成し、
   前記アナログ信号の指定のパラメータを検出して前記アナログ信号の検出された形態を提供すること、および前記検出された形態を期間に亘って加算して加算された形態を提供することを含んだ、前記アナログ信号の変化度（variability）の評価を行ない、
   前記加算された形態の値に応じて前記流れが層流であるかを示す流れ信号を提供する、
   ことを具備する方法。
2. 複数の隣接するそれぞれの位置での流量を表わす複数の電気的アナログ信号を生成することと、
   複数の近隣の電気的アナログ信号の相互相関を得ることと、
   をさらに具備し、
   前記流れ信号が前記相互相関の結果に基づいて提供される、
   請求項１の方法。
3. 前記相互相関を行なう前に、前記複数の電気的アナログ信号を複数の周波数帯域へとフィルタリングすることをさらに具備し、
   前記相互相関が、前記複数の周波数帯域のうちの１つの周波数帯域内の複数の近隣の電気的アナログ信号の相互相関を得ることを具備する、
   請求項２の方法。
4. 前記評価を行なうことが、前記アナログ信号の断続度（intermittency）を評価することを具備する、請求項１乃至３のいずれか１項の方法。
5. 前記検出することが、前記アナログ信号の変化率を検出することを具備し、
   前記加算することが、前記検出された形態を積分することを具備する、
   請求項１乃至４のいずれか１項の方法。
6. 少なくとも１つの所定の位置で流体の層流と他の流状態とを識別するための装置であって、
   前記少なくとも１つの位置での流量に応答して前記流速を表す電気的アナログ信号を生成するための検知手段と、
   変化度（variability）の指定のパラメータを検出して前記アナログ信号の検出された形態を提供するための検出手段と、前記アナログ信号の検出された形態を期間に亘って加算して変化度を表わす出力値を提供するための加算手段と、を含む、前記アナログの変化度を評価するための評価手段と、
   前記出力値に応じて前記流れが層流であるかを示す流れ信号を提供するための手段と、
   を具備する装置。
7. 複数の検知手段が、隣接する複数の位置において並んで設けられており、
   前記複数の検知手段が、複数のそれぞれの電気的アナログ信号を生成し、
   前記装置が前記複数の検知手段によって生成された近隣の複数の電気的アナログ信号の相互相関を得るための手段をさらに具備し、
   前記流れが層流であるかを示す流れ信号を提供するための手段が、前記相互相関の結果に基づいて前記流れ信号を提供するように構成されている、
   請求項６の装置。
8. 前記装置が、前記相互相関を行なう前に、前記複数の電気的アナログ信号を複数の周波数帯域へとフィルタリングするための手段をさらに具備し、
   前記相互相関を得るための手段が、前記複数の周波数帯域のうちの１つの周波数帯域内の複数の近隣の電気的アナログ信号の相互相関を得るように構成されている、
   請求項７の装置。
9. 前記評価手段が、前記アナログ信号の断続度（intermittency）を評価するための手段を具備し、
   前記加算手段が、断続度を表す出力信号を提供する、
   請求項６乃至８のいずれか１項の装置。
10. 前記検知手段が、
    流体の流れに晒される、加熱される抵抗素子と、
    前記抵抗素子を一定の温度に保つための回路手段と、
    を具備する、請求項６乃至９のいずれか１項の装置。
11. 前記検知手段が、前記アナログ信号の変化率を検出するための高域フィルタと容量性ＡＣ結合との一方または両方を含む、請求項６乃至１０のいずれか１項の装置。
12. 前記検出手段が、整流手段、好ましくは半波整流を行なうための整流手段を含む、請求項６乃至１１のいずれか１項の装置。
13. 前記加算手段が、所定の時定数で積分機能を提供する受動型ＲＣ回路を具備する、請求項６乃至１２のいずれか１項の装置。
14. 前記加算手段が、演算増幅器を含んだ積分回路を具備し、
    前記積分回路の出力を取り込むためのサンプルアンドホールド手段をさらに具備する、
    請求項６乃至１２のいずれか１項の装置。
15. 前記積分回路と前記サンプルアンドホールド手段の動作を同期させるためのクロック手段を含む、請求項１４の装置。
16. 前記出力値が１つまたは複数の閾値を上回っているか下回っているかを判断するための閾値手段を含む、請求項６乃至１４のいずれか１項の装置。
17. 前記検知手段および前記評価手段が１つのチップに集積されている、請求項６乃至１６のいずれか１項の装置。
18. 並んで配置された複数の変換器を具備し、
    前記変換器の各々が変化度を表すそれぞれの前記出力値を提供するように構成されている、
    請求項６乃至１７のいずれか１項の装置。
19. 前記変換器から離れて設けられ、前記流れ信号に応答する表示手段を含む、請求項１８の装置。

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