JP5316795B2 - Ultrasonic measuring instrument - Google Patents

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Description

本発明は、超音波を用いて被測定流体の流速分布を測定する超音波測定器に関し、特に、反射相関測定方式による相関演算の演算量を減らし、演算時間を短くするとともに、大きな流速まで測定できる超音波測定器に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic measuring instrument that measures the flow velocity distribution of a fluid to be measured using ultrasonic waves, and in particular, reduces the amount of calculation of correlation calculation by the reflection correlation measurement method, shortens the calculation time, and measures up to a large flow velocity. The present invention relates to an ultrasonic measuring instrument that can be used.

化学プラントなどの流量制御に用いられる測定器として、被測定流体の流速分布および流量を測定する超音波測定器が知られている。超音波測定器には、超音波反射体によって反射された超音波信号に対して相関演算を行い、流速分布および流量を求める反射相関測定方式を用いたものがある(特許文献1参照)。この反射相関測定方式による超音波測定器について、図4の構成図を用いて説明する。   2. Description of the Related Art As a measuring instrument used for flow control in a chemical plant or the like, an ultrasonic measuring instrument that measures a flow velocity distribution and a flow rate of a fluid to be measured is known. Some ultrasonic measuring instruments use a reflection correlation measurement method in which a correlation calculation is performed on an ultrasonic signal reflected by an ultrasonic reflector to obtain a flow velocity distribution and a flow rate (see Patent Document 1). An ultrasonic measuring instrument based on this reflection correlation measurement method will be described with reference to the block diagram of FIG.

図4において、測定管2には、矢印の方向(左から右)に被測定流体FLD(液体、気体、ガスなど)が流れる。被測定流体FLDの流速分布を測定する超音波測定器1は、超音波トランスジューサ10、切換回路20、切換制御手段30、送信回路40、受信回路50、A/D変換回路60、相関演算手段70、流速分布演算手段80および流量演算手段90を備える。   In FIG. 4, a fluid to be measured FLD (liquid, gas, gas, etc.) flows through the measurement tube 2 in the direction of the arrow (from left to right). The ultrasonic measuring instrument 1 that measures the flow velocity distribution of the fluid FLD to be measured includes an ultrasonic transducer 10, a switching circuit 20, a switching control means 30, a transmitting circuit 40, a receiving circuit 50, an A / D conversion circuit 60, and a correlation calculating means 70. , A flow velocity distribution calculating means 80 and a flow rate calculating means 90 are provided.

超音波トランスジューサ10は測定管2の外周に設けられ、超音波を発射するほか受信する機能を備え、その外部端子は切換回路20の一端Cに接続される。切換回路20は、一端Cと、切換制御手段30からの切換制御信号によって一端Cに切換接続される他端S、Rとを備える。   The ultrasonic transducer 10 is provided on the outer periphery of the measuring tube 2 and has a function of emitting and receiving ultrasonic waves. Its external terminal is connected to one end C of the switching circuit 20. The switching circuit 20 includes one end C and the other ends S and R that are switched and connected to the one end C by a switching control signal from the switching control means 30.

送信回路40は、切換制御手段30からのトリガー制御信号を受けた後、超音波トランスジューサ10から超音波を発射させるトリガーとなる信号を、切換回路20の他端Sに出力する。受信回路50は、超音波トランスジューサ10が受信した超音波信号を切換回路20の他端Rから受け取り、この信号を増幅する。   After receiving the trigger control signal from the switching control unit 30, the transmission circuit 40 outputs a signal serving as a trigger for emitting ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 10 to the other end S of the switching circuit 20. The receiving circuit 50 receives the ultrasonic signal received by the ultrasonic transducer 10 from the other end R of the switching circuit 20 and amplifies this signal.

A/D変換回路60は、増幅された超音波信号を受信回路50から受け取り、デジタル信号に変換する。相関演算手段70は、デジタル信号をA/D変換回路60から受け取り、相関演算を行う。   The A / D conversion circuit 60 receives the amplified ultrasonic signal from the reception circuit 50 and converts it into a digital signal. The correlation calculation means 70 receives a digital signal from the A / D conversion circuit 60 and performs a correlation calculation.

流速分布演算手段80は、相関演算値を相関演算手段70から受け取り、流速分布を演算する。流量演算手段90は、流速分布を構成する流速を流速分布演算手段80から受け取り、被測定流体FLDの流量を算出して外部機器(図示しない)に出力、必要に応じて表示手段(図示しない)に表示させる。   The flow velocity distribution calculation means 80 receives the correlation calculation value from the correlation calculation means 70 and calculates the flow velocity distribution. The flow rate calculation means 90 receives the flow velocity constituting the flow velocity distribution from the flow velocity distribution calculation means 80, calculates the flow rate of the fluid to be measured FLD, outputs it to an external device (not shown), and displays means (not shown) as necessary. To display.

以下に、反射相関測定方式による流速分布の測定動作について説明する。切換制御手段30は、切換回路20の一端Cと他端Sとを接続するため、切換回路20に切換制御信号を出力する。切換回路20は、切換制御信号によって一端Cと他端Sとを接続する。この後、切換制御手段30は、トリガー制御信号を送信回路40に出力する。   Hereinafter, the flow velocity distribution measurement operation by the reflection correlation measurement method will be described. The switching control means 30 outputs a switching control signal to the switching circuit 20 in order to connect one end C and the other end S of the switching circuit 20. The switching circuit 20 connects the one end C and the other end S by a switching control signal. Thereafter, the switching control means 30 outputs a trigger control signal to the transmission circuit 40.

送信回路40は、トリガー制御信号に応じて、超音波トランスジューサ10から超音波を発射させるトリガーとなる信号を、切換回路20の他端Sに出力する。このトリガー信号は、切換回路20の他端S、一端Cを介して超音波トランスジューサ10に入力される。   The transmission circuit 40 outputs a signal serving as a trigger for emitting ultrasonic waves from the ultrasonic transducer 10 to the other end S of the switching circuit 20 in accordance with the trigger control signal. This trigger signal is input to the ultrasonic transducer 10 via the other end S and one end C of the switching circuit 20.

そして、後述する超音波信号の受信に備えて、切換制御手段30は、切換回路20の一端Cと他端Rとを接続するための切換制御信号を、切換回路20に出力する。切換回路20は、切換制御信号によって一端Cと他端Rとを接続する。   Then, in preparation for receiving an ultrasonic signal to be described later, the switching control means 30 outputs a switching control signal for connecting one end C and the other end R of the switching circuit 20 to the switching circuit 20. The switching circuit 20 connects one end C and the other end R by a switching control signal.

超音波トランスジューサ10は、トリガー信号によって、超音波信号CTを被測定流体FLDに発射する。被測定流体FLDに入射された超音波信号CTは、被測定流体FLD中の気泡、微粒子などの超音波反射体PTによって反射される。   The ultrasonic transducer 10 emits an ultrasonic signal CT to the fluid to be measured FLD by a trigger signal. The ultrasonic signal CT incident on the fluid to be measured FLD is reflected by the ultrasonic reflector PT such as bubbles and fine particles in the fluid to be measured FLD.

なお、超音波信号CTの経路(一点鎖線)およびこの延長線の経路(点線)を測定線MLとする。   Note that the path of the ultrasonic signal CT (one-dot chain line) and the path of the extension line (dotted line) are taken as a measurement line ML.

超音波トランスジューサ10は、反射された超音波信号CHを受信し(以下、「反射超音波信号」という)、切換回路20の一端Cに出力する。反射超音波信号は、切換回路20の一端C、他端Rを介して受信回路50に入力される。   The ultrasonic transducer 10 receives the reflected ultrasonic signal CH (hereinafter referred to as “reflected ultrasonic signal”) and outputs it to one end C of the switching circuit 20. The reflected ultrasonic signal is input to the receiving circuit 50 via one end C and the other end R of the switching circuit 20.

受信回路50は反射超音波信号を増幅し、A/D変換回路60は、増幅された反射超音波信号(アナログ信号)を受信回路50から受け取って、デジタル信号に変換する。   The reception circuit 50 amplifies the reflected ultrasonic signal, and the A / D conversion circuit 60 receives the amplified reflected ultrasonic signal (analog signal) from the reception circuit 50 and converts it into a digital signal.

以上の超音波信号の発射、受信、A/D変換を少なくとも2回以上連続して行う。ここでは2回行うものとして説明をする。   The above ultrasonic signal emission, reception, and A / D conversion are continuously performed at least twice. Here, the description will be made assuming that it is performed twice.

相関演算手段70による相関演算を、図5を交えて説明する。図5(a)は、反射超音波信号の波形図、図5(b)は、流速に対する相互相関値のグラフを表す。   The correlation calculation by the correlation calculation means 70 will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows the waveform of the reflected ultrasonic signal, and FIG. 5B shows a graph of the cross-correlation value with respect to the flow velocity.

図5(a)において、1回目の反射超音波信号を参照受信波形、2回目の反射超音波信号を探索受信波形とする。   In FIG. 5A, the first reflected ultrasonic signal is a reference reception waveform, and the second reflected ultrasonic signal is a search reception waveform.

相関演算手段70は、参照受信波形を基準にして、探索受信波形の時間を所定間隔でずらして(図5(a)では、探索受信波形を左へずらしていく)、参照受信波形のデジタル値と、ずらした探索受信波形のデジタル値との相互相関値を演算する。   The correlation calculation means 70 shifts the time of the search reception waveform at a predetermined interval on the basis of the reference reception waveform (in FIG. 5A, the search reception waveform is shifted to the left), and the digital value of the reference reception waveform And the cross-correlation value with the digital value of the shifted search reception waveform is calculated.

複数回時間をずらして相互相関演算を繰り返し行って、最大の相互相関値を算出したときのずらした時間(時間差)を、超音波反射体PTのある位置での流速とする。   The cross-correlation calculation is repeatedly performed by shifting the time a plurality of times, and the shifted time (time difference) when the maximum cross-correlation value is calculated is defined as the flow velocity at a position where the ultrasonic reflector PT is located.

そして、相関演算手段70は、流速ゼロから、超音波測定器1が測定可能な流速VPまで相互相関演算を行い、図5(b)に示すように、流速に対する相互相関値を演算する。図5(b)は、超音波反射体PTのある位置での流速と相互相関値との関係を表したグラフである。   Then, the correlation calculation means 70 performs a cross-correlation calculation from a flow velocity of zero to a flow velocity VP that can be measured by the ultrasonic measuring instrument 1, and calculates a cross-correlation value for the flow velocity as shown in FIG. FIG. 5B is a graph showing the relationship between the flow velocity and the cross-correlation value at a position where the ultrasonic reflector PT is present.

図5(b)において、実際に流れている被測定流体FLDの流速は、相互相関値のピーク値P2での流速(以下、「真の流速」という)である。一方、相互相関値のピーク値は、P2以外にP1、P3でも生じている。   In FIG. 5B, the flow velocity of the fluid to be measured FLD actually flowing is a flow velocity at the peak value P2 of the cross-correlation value (hereinafter referred to as “true flow velocity”). On the other hand, the peak value of the cross-correlation value also occurs at P1 and P3 in addition to P2.

真の流速以外で発生するピーク値P1、P3を反射相関測定方式によって生じる多峰性という。多峰性は、参照受信波形と探索受信波形が正弦波状で周期性があるので、1周期の時間をずらした場合、両方の波形がほぼ一致して、相互相関値が大きくなることによって発生する。   The peak values P1 and P3 generated at other than the true flow velocity are called multimodality generated by the reflection correlation measurement method. Multi-modality occurs when the reference reception waveform and the search reception waveform are sinusoidal and periodic, so that when the time of one cycle is shifted, both waveforms are almost the same and the cross-correlation value increases. .

ここで、多峰性によって生じるピーク値の流速間隔w(以下、「所定流速」という)は、下記式(1)によって表せる。   Here, the flow velocity interval w (hereinafter referred to as “predetermined flow velocity”) of the peak value caused by the multimodality can be expressed by the following formula (1).

なお、Cは音速、θは被測定流体FLDの流れ方向と超音波信号CTとのなす角度、t1は超音波トランスジューサ10から2回連続して発射する2つの超音波信号の時間間隔、fは超音波信号の発振周波数である。   C is the speed of sound, θ is the angle between the flow direction of the fluid FLD to be measured and the ultrasonic signal CT, t1 is the time interval between two ultrasonic signals emitted from the ultrasonic transducer 10 twice in succession, and f is This is the oscillation frequency of the ultrasonic signal.

そして、相関演算手段70は、ピーク値P1〜P3のうち最大の相互相関値P2での流速を、超音波反射体PTのある位置での流速と決定する。さらに、相関演算手段70は、同様の相関演算を行い、測定線ML上の他の位置での流速を決定する。   Then, the correlation calculating means 70 determines the flow velocity at the maximum cross-correlation value P2 among the peak values P1 to P3 as the flow velocity at a position where the ultrasonic reflector PT is present. Furthermore, the correlation calculation means 70 performs the same correlation calculation and determines the flow velocity at other positions on the measurement line ML.

流速分布演算手段80は、相関演算手段70で決定された測定線ML上の各位置での流速を受け取り、測定線ML上の流速分布を演算する。   The flow velocity distribution calculation means 80 receives the flow velocity at each position on the measurement line ML determined by the correlation calculation means 70, and calculates the flow velocity distribution on the measurement line ML.

流量演算手段90は、流速分布を流速分布演算手段80から受け取り、流速分布を構成する流速を平均化した流速に、測定管2内の断面積を乗算して、被測定流体FLDの流量を算出する。   The flow rate calculation means 90 receives the flow velocity distribution from the flow velocity distribution calculation means 80 and multiplies the flow velocity obtained by averaging the flow velocity constituting the flow velocity distribution by the cross-sectional area in the measurement pipe 2 to calculate the flow rate of the fluid to be measured FLD. To do.

なお、特許文献2には、このような相互相関値を演算する超音波測定器に、多峰性が発生することについて記載されている。   Patent Document 2 describes that multimodality occurs in an ultrasonic measuring device that calculates such a cross-correlation value.

また、流速測定方式には、反射相関測定方式のほかに、伝播時間差による測定方式がある。特許文献3には、反射相関測定方式と伝播時間差測定方式とを切り換えて流速を測定する超音波測定器について記載されている。   In addition to the reflection correlation measurement method, the flow velocity measurement method includes a measurement method based on a propagation time difference. Patent Document 3 describes an ultrasonic measuring device that measures a flow velocity by switching between a reflection correlation measurement method and a propagation time difference measurement method.

特許第3669580号公報Japanese Patent No. 36669580 特開2002−243514号公報JP 2002-243514 A 特開2005−181268号公報JP 2005-181268 A

しかし、相関演算手段70は、流速ゼロから測定可能流速VPまでの広範囲で相互相関演算を行うため、演算量および演算時間が多大になる、という問題がある。   However, since the correlation calculation means 70 performs the cross-correlation calculation over a wide range from the flow velocity zero to the measurable flow velocity VP, there is a problem that the calculation amount and calculation time become large.

また、流速が大きくなるに伴って、相互相関値は小さくなる。このため、流速が大きい場合、真の流速の相互相関値は小さくなるので、相関演算手段70は正確な流速を決定できず、大きな流速まで測定することが困難である、という問題がある。   Further, the cross-correlation value decreases as the flow rate increases. For this reason, when the flow rate is large, the cross-correlation value of the true flow rate becomes small, and thus there is a problem that the correlation calculation means 70 cannot determine an accurate flow rate and it is difficult to measure up to a large flow rate.

本発明は、超音波を用いて被測定流体の流速分布を測定する超音波測定器に関し、特に、反射相関測定方式による相関演算の演算量を減らし、演算時間を短くするとともに、大きな流速まで測定できる超音波測定器を提供することである。   The present invention relates to an ultrasonic measuring instrument that measures the flow velocity distribution of a fluid to be measured using ultrasonic waves, and in particular, reduces the amount of calculation of correlation calculation by the reflection correlation measurement method, shortens the calculation time, and measures up to a large flow velocity. It is to provide an ultrasonic measuring device that can be used.

このような目的を達成するために、請求項1の発明は、
測定管を流れる被測定流体に入射された複数の超音波信号が超音波反射体によって反射され、この反射された複数の超音波信号に基づいて前記被測定流体の流速分布を測定するとともに、超音波発信部から前記被測定流体に入射された超音波信号が超音波受信部に到達するまでの伝播時間に基づいて前記被測定流体の平均流速を測定する超音波測定器において、
前記測定管内の少なくとも一つの位置で反射された前記複数の超音波信号の相互相関値を、前記超音波信号の周波数に応じた所定流速に基づく流速範囲内で演算する相関演算手段と、
前記相互相関値が最大となる相関最大流速と前記所定流速に基づくオフセット流速とを用いて、前記伝播時間に基づいて測定された平均流速と比較する比較流速を演算する比較流速演算手段と、
前記比較流速演算手段によって演算された比較流速が、前記平均流速に対して所定範囲内にある場合、前記測定管内の各位置での前記相関最大流速と前記オフセット流速とに基づいて、前記被測定流体の流速分布を演算する流速分布演算手段と、
を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の発明において、
前記比較流速演算手段は、前記所定流速に所定値を乗算した流速を、前記オフセット流速として用いることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2に記載の発明において、
前記所定値は整数であることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1から3のいずれか一項に記載の発明において、
前記比較流速演算手段は、前記相関最大流速に前記オフセット流速を加算して前記比較流速を演算し、
前記流速分布演算手段は、前記測定管内の各位置での前記相関最大流速に前記オフセット流速を加算した流速に基づいて前記流速分布を演算する、
ことを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1から4のいずれか一項に記載の発明において、
前記相関演算手段は、前記測定管内の中央の位置で反射された前記複数の超音波信号の相互相関値を演算することを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の発明において、
前記相関演算手段で用いられる流速範囲は、前記所定流速に0.75〜1の間の値を乗算した流速範囲であることを特徴とする。
In order to achieve such an object, the invention of claim 1
A plurality of ultrasonic signals incident on the fluid to be measured flowing through the measurement tube are reflected by the ultrasonic reflector, and the flow velocity distribution of the fluid to be measured is measured based on the reflected plurality of ultrasonic signals. In the ultrasonic measuring instrument that measures the average flow velocity of the fluid under measurement based on the propagation time until the ultrasonic signal incident on the fluid under measurement from the sound wave transmitting unit reaches the ultrasonic wave receiver,
Correlation calculating means for calculating a cross-correlation value of the plurality of ultrasonic signals reflected at at least one position in the measuring tube within a flow velocity range based on a predetermined flow velocity according to the frequency of the ultrasonic signals;
A comparison flow velocity calculating means for calculating a comparison flow velocity to be compared with an average flow velocity measured based on the propagation time using a correlation maximum flow velocity at which the cross-correlation value is maximized and an offset flow velocity based on the predetermined flow velocity;
When the comparison flow velocity calculated by the comparison flow velocity calculation means is within a predetermined range with respect to the average flow velocity, the measured flow rate is based on the correlation maximum flow velocity and the offset flow velocity at each position in the measurement tube. A flow velocity distribution calculating means for calculating a flow velocity distribution of the fluid;
It is provided with.
The invention of claim 2 is the invention of claim 1,
The comparison flow velocity calculation means uses a flow velocity obtained by multiplying the predetermined flow velocity by a predetermined value as the offset flow velocity.
The invention of claim 3 is the invention of claim 2,
The predetermined value is an integer.
The invention of claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3,
The comparison flow velocity calculation means calculates the comparison flow velocity by adding the offset flow velocity to the correlation maximum flow velocity,
The flow velocity distribution calculating means calculates the flow velocity distribution based on a flow velocity obtained by adding the offset flow velocity to the correlation maximum flow velocity at each position in the measurement tube.
It is characterized by that.
The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4,
The correlation calculation means calculates a cross-correlation value of the plurality of ultrasonic signals reflected at a central position in the measurement tube.
The invention of claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5,
The flow velocity range used in the correlation calculation means is a flow velocity range obtained by multiplying the predetermined flow velocity by a value between 0.75 and 1.

本発明によれば、超音波を用いて被測定流体の流速分布を測定する超音波測定器において、相関演算手段が、所定流速に基づく流速範囲内で相互相関演算を行うことによって、相関演算の演算量を減らし、演算時間を短くすることができる。   According to the present invention, in the ultrasonic measuring instrument that measures the flow velocity distribution of the fluid to be measured using ultrasonic waves, the correlation calculation means performs the cross-correlation calculation within the flow velocity range based on the predetermined flow velocity. The calculation amount can be reduced and the calculation time can be shortened.

さらに、比較流速演算手段が、相関最大流速とオフセット流速とを用いて比較流速を演算し、比較流速が平均流速に対して所定範囲内にある場合、流速分布演算手段が、測定管内の各位置での相関最大流速とオフセット流速とに基づいて流速分布を演算する。これによって、大きな流速まで測定することができる。   Further, the comparison flow velocity calculation means calculates the comparison flow velocity using the correlation maximum flow velocity and the offset flow velocity, and when the comparison flow velocity is within a predetermined range with respect to the average flow velocity, the flow velocity distribution calculation means is arranged at each position in the measurement tube. The flow velocity distribution is calculated based on the correlation maximum flow velocity and the offset flow velocity at. Thereby, it is possible to measure up to a large flow rate.

本発明を適用した超音波測定器の構成図の例である。It is an example of the block diagram of the ultrasonic measuring device to which this invention is applied. 本発明を適用した超音波測定器の演算処理のフローチャート図の例である。It is an example of the flowchart figure of the arithmetic processing of the ultrasonic measuring device to which this invention is applied. 測定管内の各位置での相関最大流速および流速分布を表したグラフの例である。It is an example of the graph showing the correlation maximum flow velocity and flow velocity distribution in each position in a measurement tube. 背景技術で示した超音波測定器の構成図の例である。It is an example of the block diagram of the ultrasonic measuring device shown by background art. (a)は、反射超音波信号の波形図、(b)は、流速に対する相互相関値のグラフの例である。(A) is a waveform diagram of a reflected ultrasonic signal, and (b) is an example of a graph of a cross-correlation value with respect to a flow velocity.

本実施例について図1を用いて説明する。図1は、本発明を適用した超音波測定器100の構成図である。   This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic measuring device 100 to which the present invention is applied.

図1において、超音波流量計100は、超音波トランスジューサ10、切換回路20、切換制御手段30、送信回路40、受信回路50、A/D変換回路60、流量演算手段90、所定流速演算手段210、相関演算手段220、相関最大流速演算手段231とオフセット流速演算手段232とを有する比較流速演算手段230、流速分布演算手段240、伝播時間演算手段250、平均流速演算手段260、記憶手段300および超音波トランスジューサ400を備える。   In FIG. 1, an ultrasonic flowmeter 100 includes an ultrasonic transducer 10, a switching circuit 20, a switching control means 30, a transmission circuit 40, a receiving circuit 50, an A / D conversion circuit 60, a flow rate calculation means 90, and a predetermined flow velocity calculation means 210. , Correlation calculation means 220, comparative flow velocity calculation means 230 having correlation maximum flow velocity calculation means 231 and offset flow velocity calculation means 232, flow velocity distribution calculation means 240, propagation time calculation means 250, average flow velocity calculation means 260, storage means 300 and super A sonic transducer 400 is provided.

なお、図4と同一の構成要素は同一符号を付しており、その説明は省略する。   In addition, the same component as FIG. 4 is attached | subjected the same code | symbol, and the description is abbreviate | omitted.

超音波トランスジューサ400は、測定管2の外周に、超音波トランスジューサ10に対向する位置に設けられ、超音波を受信するほか発射する機能を備え、その外部端子は切換回路20の一端Tに接続される。   The ultrasonic transducer 400 is provided on the outer periphery of the measuring tube 2 at a position facing the ultrasonic transducer 10 and has a function of receiving and emitting ultrasonic waves, and its external terminal is connected to one end T of the switching circuit 20. The

超音波反射体PTが無い場合、超音波トランスジューサ400は、超音波トランスジューサ10から発射され、測定線MLに沿って進む超音波信号を受信する(以下、「透過超音波信号」という)。また、超音波トランスジューサ400から発射された超音波信号は、超音波トランスジューサ10によって受信される。   When there is no ultrasonic reflector PT, the ultrasonic transducer 400 receives an ultrasonic signal emitted from the ultrasonic transducer 10 and traveling along the measurement line ML (hereinafter referred to as “transmission ultrasonic signal”). Also, the ultrasonic signal emitted from the ultrasonic transducer 400 is received by the ultrasonic transducer 10.

所定流速演算手段210は、記憶手段300から、音速C、超音波信号の入射角度θ、超音波信号の時間間隔t1および超音波信号の発振周波数fを受け取り、上記式(1)によって所定流速wを演算して、相関演算手段220および比較流速演算手段230へ出力する。   The predetermined flow velocity calculation means 210 receives the sound velocity C, the incident angle θ of the ultrasonic signal, the time interval t1 of the ultrasonic signal, and the oscillation frequency f of the ultrasonic signal from the storage means 300, and the predetermined flow velocity w by the above equation (1). Is output to the correlation calculation means 220 and the comparison flow velocity calculation means 230.

相関演算手段220は、所定流速wと、A/D変換回路60によってデジタル変換された反射超音波信号とを受け取り、相互相関演算を実行する流速範囲R内において相互相関演算を行い、相互相関値を比較流速演算手段230へ出力する。   The correlation calculation means 220 receives the predetermined flow velocity w and the reflected ultrasonic signal digitally converted by the A / D conversion circuit 60, performs the cross-correlation calculation within the flow velocity range R in which the cross-correlation calculation is executed, and the cross-correlation value Is output to the comparison flow velocity calculation means 230.

比較流速演算手段230内の相関最大流速演算手段231は、相互相関値を受け取り、その中で最大の相互相関値での流速Vm(以下、「相関最大流速」という)を演算する。   The correlation maximum flow velocity calculation means 231 in the comparison flow velocity calculation means 230 receives the cross-correlation value, and calculates a flow velocity Vm (hereinafter referred to as “correlation maximum flow velocity”) at the maximum cross-correlation value.

比較流速演算手段230内のオフセット流速演算手段232は、所定流速wを受け取り、オフセット流速VSを演算する。   The offset flow velocity calculation means 232 in the comparison flow velocity calculation means 230 receives the predetermined flow velocity w and calculates the offset flow velocity VS.

そして、比較流速演算手段230は、相関最大流速Vmおよびオフセット流速VSから、平均流速VT(後述)と比較するための比較流速VCを演算して、流速分布演算手段240へ出力する。   Then, the comparison flow velocity calculation means 230 calculates a comparison flow velocity VC for comparison with an average flow velocity VT (described later) from the correlation maximum flow velocity Vm and the offset flow velocity VS, and outputs it to the flow velocity distribution calculation means 240.

また、伝播時間演算手段250は、A/D変換回路60によってデジタル変換された透過超音波信号を受け取った後、超音波トランスジューサ10の発射時から超音波トランスジューサ400の受信時までの超音波信号の伝播時間を演算して、平均流速演算手段260へ出力する。   Further, the propagation time calculation means 250 receives the transmission ultrasonic signal digitally converted by the A / D conversion circuit 60 and then outputs the ultrasonic signal from the time when the ultrasonic transducer 10 is emitted until the time when the ultrasonic transducer 400 is received. The propagation time is calculated and output to the average flow velocity calculation means 260.

平均流速演算手段260は、受け取った伝播時間から被測定流体FLDの平均流速VTを演算して、流速分布演算手段240へ出力する。   The average flow velocity calculation means 260 calculates the average flow velocity VT of the fluid to be measured FLD from the received propagation time and outputs it to the flow velocity distribution calculation means 240.

そして、流速分布演算手段240は、比較流速VCが平均流速VTに対して所定範囲TH内にあれば、測定線MLの他の位置での反射超音波信号から求められた相関最大流速Vmxを、相関最大流速演算手段231から受け取り、各位置での流速分布を演算して、流量演算手段90へ出力する。   Then, the flow velocity distribution calculating means 240, if the comparative flow velocity VC is within the predetermined range TH with respect to the average flow velocity VT, the correlation maximum flow velocity Vmx obtained from the reflected ultrasonic signal at other positions of the measurement line ML, Received from the correlation maximum flow velocity calculation means 231, calculates the flow velocity distribution at each position, and outputs it to the flow rate calculation means 90.

流量演算手段90は、流速分布から被測定流体FLDの流量を演算して、外部機器(図示しない)に出力、必要に応じて表示手段(図示しない)に表示させる。   The flow rate calculation means 90 calculates the flow rate of the fluid to be measured FLD from the flow velocity distribution, outputs it to an external device (not shown), and displays it on a display means (not shown) as necessary.

以下に、本実施例における流速分布の測定動作について、図2を用いて説明する。図2は、流速分布の測定演算を表すフローチャート図である。   Hereinafter, the flow velocity distribution measuring operation in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a flow rate distribution measurement calculation.

まず、反射相関測定方式による相関演算を行うため、A/D変換回路60は、上述したような切換回路20の切換動作によって、超音波反射体PTの位置での反射超音波信号を得る。   First, in order to perform correlation calculation by the reflection correlation measurement method, the A / D conversion circuit 60 obtains a reflected ultrasonic signal at the position of the ultrasonic reflector PT by the switching operation of the switching circuit 20 as described above.

図2のステップS10において、相関演算手段220は、所定流速wに定数Kを乗算して、相互相関演算を行う流速範囲Rを算出する。説明を簡単にするため、ここではKを1として説明する。   In step S10 of FIG. 2, the correlation calculation means 220 multiplies the predetermined flow velocity w by a constant K to calculate a flow velocity range R in which cross-correlation calculation is performed. In order to simplify the description, K is assumed to be 1 here.

ステップS20において、相関演算手段220は、図5(a)で説明したように、参照受信波形を基準にして、探索受信波形の時間を所定間隔でずらして、参照受信波形のデジタル値と、ずらした探索受信波形のデジタル値との相互相関値を演算する。   In step S20, as described with reference to FIG. 5A, the correlation calculation unit 220 shifts the time of the search reception waveform at a predetermined interval on the basis of the reference reception waveform and shifts it from the digital value of the reference reception waveform. The cross-correlation value with the digital value of the received search waveform is calculated.

この相互相関演算を流速範囲R内で行うことによって、相関演算手段220は、図5(b)に示すように、流速範囲R内の流速に対する相互相関値を演算する。すなわち、相関演算手段220は、流速範囲Rより大きい流速(例えば、測定可能流速VP)まで、相互相関演算を行わない。   By performing this cross-correlation calculation within the flow velocity range R, the correlation calculation means 220 calculates a cross-correlation value for the flow velocity within the flow velocity range R as shown in FIG. That is, the correlation calculation means 220 does not perform the cross-correlation calculation up to a flow velocity (for example, a measurable flow velocity VP) larger than the flow velocity range R.

図2のステップS30において、相関最大流速演算手段231は、所定値nをゼロにする。   In step S30 of FIG. 2, the correlation maximum flow velocity calculation means 231 sets the predetermined value n to zero.

ステップS40において、相関最大流速演算手段231は、相関最大流速Vmを演算する。具体的には、図5(b)において、相関最大流速Vmは、流速範囲R内で最大の相互相関値であるP1での流速となる。   In step S40, the correlation maximum flow velocity calculation means 231 calculates the correlation maximum flow velocity Vm. Specifically, in FIG. 5B, the correlation maximum flow velocity Vm is a flow velocity at P1, which is the maximum cross-correlation value within the flow velocity range R.

つぎに、透過超音波信号を用いた伝播時間による測定方式によって、被測定流体FLDの平均流速VTを演算する。   Next, the average flow velocity VT of the fluid to be measured FLD is calculated by the measurement method based on the propagation time using the transmitted ultrasonic signal.

図2のステップS50において、切換制御手段30によって、切換回路20の端子SとCが接続されるとともに、端子RとTが接続される。その後、超音波トランスジューサ10(超音波発信部)から発射され、超音波トランスジューサ400(超音波受信部)によって受信された透過超音波信号は、切換回路20の端子のTとRを介して、受信回路50に入力される。   In step S50 of FIG. 2, the switching control means 30 connects the terminals S and C of the switching circuit 20 and the terminals R and T. Thereafter, the transmitted ultrasonic signal emitted from the ultrasonic transducer 10 (ultrasonic transmitter) and received by the ultrasonic transducer 400 (ultrasonic receiver) is received via the terminals T and R of the switching circuit 20. Input to the circuit 50.

伝播時間演算手段250は、A/D変換回路60によってデジタル変換された透過超音波信号から、超音波トランスジューサ10の発射時から超音波トランスジューサ400の受信時までの超音波信号の伝播時間(第1伝播時間)を演算する。   The propagation time calculation means 250 transmits the ultrasonic signal propagation time from the transmission ultrasonic signal digitally converted by the A / D conversion circuit 60 to the reception time of the ultrasonic transducer 400 from the time when the ultrasonic transducer 10 is received (first time). (Propagation time) is calculated.

また、切換制御手段30によって、切換回路20の端子SとTが接続されるとともに、端子RとCが接続される。その後、超音波トランスジューサ400(超音波発信部)から発射され、超音波トランスジューサ10(超音波受信部)によって受信された透過超音波信号は、切換回路20の端子CとRを介して、受信回路50に入力される。   Further, the switching control means 30 connects the terminals S and T of the switching circuit 20 and also connects the terminals R and C. Thereafter, the transmitted ultrasonic signal emitted from the ultrasonic transducer 400 (ultrasonic transmitter) and received by the ultrasonic transducer 10 (ultrasonic receiver) is received via the terminals C and R of the switching circuit 20 through the receiving circuit. 50.

伝播時間演算手段250は、A/D変換回路60によってデジタル変換された透過超音波信号から、超音波トランスジューサ400の発射時から超音波トランスジューサ10の受信時までの超音波信号の伝播時間(第2伝播時間)を演算する。   The propagation time calculation means 250 transmits the ultrasonic signal propagation time from the transmission ultrasonic signal digitally converted by the A / D conversion circuit 60 to the reception time of the ultrasonic transducer 10 (second time). (Propagation time) is calculated.

すなわち、第1伝播時間は、被測定流体FLDの上流側から下流側に向かって超音波信号を進行させた場合の伝播時間、第2伝播時間は、被測定流体FLDの下流側から上流側に向かって超音波信号を進行させた場合の伝播時間である。   That is, the first propagation time is the propagation time when the ultrasonic signal is advanced from the upstream side to the downstream side of the fluid to be measured FLD, and the second propagation time is from the downstream side to the upstream side of the fluid to be measured FLD. It is a propagation time when an ultrasonic signal is advanced toward the head.

そして、平均流速演算手段260は、第1伝播時間と第2伝播時間との伝播時間差および音速Cを用いて、平均流速VTを演算する。なお、伝播時間差測定方式で求められる流速は平均流速であって、測定管内の各位置における流速分布を求めることはできない。   Then, the average flow velocity calculating means 260 calculates the average flow velocity VT using the propagation time difference between the first propagation time and the second propagation time and the sound velocity C. Note that the flow velocity obtained by the propagation time difference measurement method is an average flow velocity, and the flow velocity distribution at each position in the measurement tube cannot be obtained.

つぎに、ステップS60において、オフセット流速演算手段232は、所定流速wに所定値nを乗算して、オフセット流速VSを演算する。この時点では、所定値nはゼロなので、オフセット流速VSはゼロである(VS=0)。   Next, in step S60, the offset flow velocity calculation means 232 calculates the offset flow velocity VS by multiplying the predetermined flow velocity w by a predetermined value n. At this time, since the predetermined value n is zero, the offset flow velocity VS is zero (VS = 0).

ステップS70において、比較流速演算手段230は、ステップS40で求めた相関最大流速Vmにオフセット流速VSを加算して、比較流速VCを演算する。この時点では、オフセット流速VSはゼロなので、比較流速VCは相関最大流速Vmに等しい(VC=Vm)。   In step S70, the comparison flow velocity calculation unit 230 calculates the comparison flow velocity VC by adding the offset flow velocity VS to the correlation maximum flow velocity Vm obtained in step S40. At this time, since the offset flow velocity VS is zero, the comparison flow velocity VC is equal to the correlation maximum flow velocity Vm (VC = Vm).

ステップS80において、流速分布演算手段240は、比較流速VCと、ステップS50で求めた平均流速VTとの差の絶対値が、所定範囲THより小さいか否かを判定する。例えば、所定範囲THとして、超音波測定器100の流速測定精度の値を用いることができる。   In step S80, the flow velocity distribution calculating means 240 determines whether or not the absolute value of the difference between the comparative flow velocity VC and the average flow velocity VT obtained in step S50 is smaller than a predetermined range TH. For example, the value of the flow velocity measurement accuracy of the ultrasonic measuring instrument 100 can be used as the predetermined range TH.

ここで、平均流速VTは、真の流速と等しい、またはこれと近い値である。従って、比較流速VCと平均流速VTとの差が、流速測定精度内であれば、比較流速VCも真の流速と等しい、またはこれと近い値である。   Here, the average flow velocity VT is equal to or close to the true flow velocity. Therefore, if the difference between the comparison flow velocity VC and the average flow velocity VT is within the flow velocity measurement accuracy, the comparison flow velocity VC is also equal to or close to the true flow velocity.

上述したように、図5(b)において、真の流速は、相互相関値のピーク値P2での流速(Vm+w)であり、平均流速VTもこの流速にほぼ等しいため、現時点では、比較流速VCと平均流速VTとの差の絶対値は、およそ所定流速w(>流速測定精度)なので、ステップS90へ移行する(ステップS80の「いいえ」)。そして、ステップS90において、所定値nに1を足して、n=1となる。   As described above, in FIG. 5B, the true flow velocity is the flow velocity (Vm + w) at the peak value P2 of the cross-correlation value, and the average flow velocity VT is also substantially equal to this flow velocity. Since the absolute value of the difference between the average flow velocity VT and the average flow velocity VT is approximately the predetermined flow velocity w (> flow velocity measurement accuracy), the process proceeds to step S90 (“No” in step S80). In step S90, 1 is added to the predetermined value n, so that n = 1.

ステップS60に戻り、再度オフセット流速VSを演算し、オフセット流速VSは所定流速wとなる(VS=w)。   Returning to step S60, the offset flow velocity VS is calculated again, and the offset flow velocity VS becomes the predetermined flow velocity w (VS = w).

ステップS70において比較流速VCを演算し、比較流速VCは、相関最大流速Vmに所定流速wを加算した値となる(VC=Vm+w)。   In step S70, the comparison flow velocity VC is calculated, and the comparison flow velocity VC is a value obtained by adding the predetermined flow velocity w to the maximum correlation flow velocity Vm (VC = Vm + w).

ステップS80において、比較流速VCは、平均流速VTと等しい、またはこれと近い値なので、比較流速VCと平均流速VTとの差の絶対値は、流速測定精度内となって、ステップS100へ移行する(ステップS80の「はい」)。   In step S80, since the comparison flow velocity VC is equal to or close to the average flow velocity VT, the absolute value of the difference between the comparison flow velocity VC and the average flow velocity VT is within the flow velocity measurement accuracy, and the process proceeds to step S100. ("Yes" in step S80).

ステップS100において、測定線MLの各位置xでの超音波反射体PTで反射された反射超音波信号から、相関演算手段220および相関最大流速演算手段231によって、相関最大流速Vmxを演算する。   In step S100, the correlation maximum flow velocity Vmx is calculated by the correlation calculation means 220 and the correlation maximum flow velocity calculation means 231 from the reflected ultrasonic signal reflected by the ultrasonic reflector PT at each position x of the measurement line ML.

その後、流速分布演算手段240は、ステップS80の条件を満たすオフセット流速VS(=w)に、各位置xでの相関最大流速Vmxを加算して、流速分布Vxを演算する。   Thereafter, the flow velocity distribution calculation means 240 calculates the flow velocity distribution Vx by adding the correlation maximum flow velocity Vmx at each position x to the offset flow velocity VS (= w) that satisfies the condition of step S80.

ステップS110において、流量演算手段90は、流速分布を構成する流速を平均化した流速に、測定管2内の断面積を乗算して、被測定流体FLDの流量を算出する。   In step S110, the flow rate calculation unit 90 calculates the flow rate of the fluid to be measured FLD by multiplying the flow rate obtained by averaging the flow rates constituting the flow rate distribution by the cross-sectional area in the measurement tube 2.

つぎに、ステップS40での相関最大流速演算から、ステップS100での流速分布演算までの流れを、図3を用いて視覚的に説明する。図3は、測定管2内の測定線ML上の位置xにおける相関最大流速および流速分布を表したグラフである。なお、横軸の超音波トランスジューサ10側の管内壁から、超音波トランスジューサ400側の管内壁まで、流速値がプロットされている。   Next, the flow from the correlation maximum flow velocity calculation in step S40 to the flow velocity distribution calculation in step S100 will be described visually with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the correlation maximum flow velocity and the flow velocity distribution at the position x on the measurement line ML in the measurement tube 2. Note that the flow velocity values are plotted from the tube inner wall on the ultrasonic transducer 10 side on the horizontal axis to the tube inner wall on the ultrasonic transducer 400 side.

図3において、測定線ML上の中心位置CSに超音波反射体PTがある場合、図2のステップS40において、この位置での相関最大流速Vmが演算される。   In FIG. 3, when the ultrasonic reflector PT exists at the center position CS on the measurement line ML, the correlation maximum flow velocity Vm at this position is calculated in step S40 of FIG.

上述したように、オフセット流速VS=wであり、比較流速VC=Vm+wである場合、ステップS80において、比較流速VCと平均流速VTとの差の絶対値は、流速測定精度内となる。   As described above, when the offset flow velocity VS = w and the comparison flow velocity VC = Vm + w, in step S80, the absolute value of the difference between the comparison flow velocity VC and the average flow velocity VT is within the flow velocity measurement accuracy.

これを図3で説明すると、中心位置CSでの相関最大流速Vmに、オフセット流速VS(=所定流速w)を加算した値が、比較流速VCとして、点線の丸印で表されている。   This will be described with reference to FIG. 3. A value obtained by adding the offset flow velocity VS (= predetermined flow rate w) to the maximum correlation flow velocity Vm at the center position CS is represented by a dotted circle as a comparative flow velocity VC.

そして、比較流速VCは、平均流速VTに対して所定範囲TH内にあるので、ステップS80の条件を満たす。   Since the comparison flow velocity VC is within the predetermined range TH with respect to the average flow velocity VT, the condition of step S80 is satisfied.

つぎに、ステップS100において、測定線ML上の各位置xでの流速分布Vxを演算する。   Next, in step S100, the flow velocity distribution Vx at each position x on the measurement line ML is calculated.

これを図3で説明すると、測定線ML上の中心位置CSの左右にある中央位置CL、CRでの超音波反射体PTで反射された反射超音波信号から、相関最大流速Vmxが演算される。相関最大流速Vmxにオフセット流速VS(=所定流速w)を加算した値が、流速分布Vxとして、点線の丸印で表されている。   Explaining this with reference to FIG. 3, the correlation maximum flow velocity Vmx is calculated from the reflected ultrasonic signals reflected by the ultrasonic reflector PT at the central positions CL and CR at the left and right of the central position CS on the measurement line ML. . A value obtained by adding the offset flow velocity VS (= predetermined flow velocity w) to the maximum correlation flow velocity Vmx is represented by a dotted circle as a flow velocity distribution Vx.

この演算を測定線ML上の各位置で行うことによって、図3に示すように、点線の丸印の集まりからなる流速分布Vxが求められる。   By performing this calculation at each position on the measurement line ML, a flow velocity distribution Vx made up of a collection of dotted circles is obtained as shown in FIG.

本実施例によれば、相関演算手段220は、流速範囲R内で相互相関演算を行い、流速範囲Rより大きい測定可能流速VPまで相互相関演算を行う必要がないので、相関演算の演算量を減らし、演算時間を短くすることができる。   According to the present embodiment, the correlation calculation means 220 performs the cross-correlation calculation within the flow velocity range R and does not need to perform the cross-correlation calculation up to the measurable flow velocity VP larger than the flow velocity range R. The calculation time can be shortened.

さらに、比較流速演算手段230は、相関最大流速Vmとオフセット流速VSとを加算して比較流速VCを求め、流速分布演算手段240は、比較流速VCと平均流速VTとの差の絶対値が所定範囲TH内にある場合、測定線ML上の各位置xでの相関最大流速Vmxとオフセット流速VSとを加算して流速分布Vxを求める。これによって、真の流速が大きくなっても(例えば、測定可能流速VPの近くになっても)、オフセット流速VSを加算すれば、流速分布Vxを求めることができ、大きな流速まで測定可能となる。   Further, the comparison flow velocity calculation means 230 adds the correlation maximum flow velocity Vm and the offset flow velocity VS to obtain the comparison flow velocity VC, and the flow velocity distribution calculation means 240 determines the absolute value of the difference between the comparison flow velocity VC and the average flow velocity VT. When within the range TH, the flow velocity distribution Vx is obtained by adding the correlation maximum flow velocity Vmx and the offset flow velocity VS at each position x on the measurement line ML. As a result, even if the true flow rate becomes large (for example, close to the measurable flow rate VP), the flow velocity distribution Vx can be obtained by adding the offset flow velocity VS, and measurement is possible up to a large flow velocity. .

また、図3で示した測定線ML上の中心位置CSでの反射超音波信号から、オフセット流速VSを求めたが、さらに、測定線ML上の中央位置CLおよびCRでの反射超音波信号から、オフセット流速VSを求めてもよい。   Further, the offset flow velocity VS is obtained from the reflected ultrasonic signal at the center position CS on the measurement line ML shown in FIG. 3, and further, from the reflected ultrasonic signals at the center positions CL and CR on the measurement line ML. The offset flow velocity VS may be obtained.

この場合、図2のステップS80の条件を満たすオフセット流速VSとして、測定線ML上の中心位置CSおよび中央位置CL、CRでの反射超音波信号から求められた、3つのオフセット流速VSが得られる。   In this case, as the offset flow velocity VS satisfying the condition of step S80 in FIG. 2, three offset flow VSs obtained from the reflected ultrasonic signals at the center position CS and the center positions CL and CR on the measurement line ML are obtained. .

このため、流速分布演算手段240は、ステップS100において、3つのオフセット流速VSを平均して、このオフセット平均流速に各位置xでの相関最大流速Vmxを加算して、流速分布Vxを求めることができる。   Therefore, in step S100, the flow velocity distribution calculating means 240 averages the three offset flow velocity VS and adds the correlation maximum flow velocity Vmx at each position x to the offset average flow velocity to obtain the flow velocity distribution Vx. it can.

このように、複数の位置での反射超音波信号からオフセット平均流速を求めることによって、例えば、一つの反射超音波信号にノイズが重畳した場合であっても、平均化することで、ノイズを除去し安定したオフセット平均流速が求められるとともに、安定かつ正確な流速分布Vxを求めることができる。   In this way, by calculating the offset average flow velocity from the reflected ultrasonic signals at a plurality of positions, for example, even when noise is superimposed on one reflected ultrasonic signal, the noise is removed by averaging. A stable offset average flow velocity can be obtained, and a stable and accurate flow velocity distribution Vx can be obtained.

さらに、測定線ML上の中心位置CS、中央位置CR、CLでの流速の方が、管内壁との摩擦がないため、管内壁付近での流速より安定している。従って、測定線ML上の中心位置CS、中央位置CR、CLでの反射超音波信号からオフセット流速VSを求めることによって、安定したオフセット流速VSが求められるとともに、安定かつ正確な流速分布Vxを求めることができる。   Furthermore, the flow velocity at the center position CS, the center positions CR, and CL on the measurement line ML is more stable than the flow velocity near the pipe inner wall because there is no friction with the pipe inner wall. Therefore, by obtaining the offset flow velocity VS from the reflected ultrasonic signals at the center position CS, the center positions CR, and CL on the measurement line ML, a stable offset flow velocity VS is obtained, and a stable and accurate flow velocity distribution Vx is obtained. be able to.

また、図5(b)で示したように、流速範囲Rは、ピーク値P1を含む範囲である必要がある。このため、流速範囲Rは、ピーク値P1での流速Vmを含み、かつVmよりあまり大きくない値であることが好ましい。あまり大きいと相互相関演算の演算量が増えてしまうからである。   Further, as shown in FIG. 5B, the flow velocity range R needs to be a range including the peak value P1. For this reason, it is preferable that the flow velocity range R is a value that includes the flow velocity Vm at the peak value P1 and is not much larger than Vm. This is because if the value is too large, the amount of cross-correlation calculation increases.

従って、定数Kの値は、このような流速範囲Rを求めることができる値が好ましく、例えば、0.75〜1の間の値を用いることができる。   Therefore, the value of the constant K is preferably a value capable of obtaining such a flow velocity range R, and for example, a value between 0.75 and 1 can be used.

また、所定値nは整数に限られず、例えば、0、0.95、1.95のような整数に近い値でも、正確な流速分布Vxを求めることができるが、所定値nは、本実施例で説明したように、整数(0、1、2など)であることが好ましい。   Further, the predetermined value n is not limited to an integer. For example, an accurate flow velocity distribution Vx can be obtained by a value close to an integer such as 0, 0.95, and 1.95. As explained in the example, it is preferably an integer (0, 1, 2, etc.).

それは以下の理由による。多峰性によって、所定流速wの間隔で相互相関値のピークが現われ、真の流速は、いずれかのピーク値での流速に近い値である。本実施例の説明では、図5(b)に示したように、ピーク値はP1、P2、P3であり、真の流速はP2での流速(=Vm+w)に近い値である。   The reason is as follows. Due to the multimodality, peaks of cross-correlation values appear at intervals of a predetermined flow rate w, and the true flow rate is a value close to the flow rate at any peak value. In the description of this embodiment, as shown in FIG. 5B, the peak values are P1, P2, and P3, and the true flow velocity is a value close to the flow velocity at P2 (= Vm + w).

相関最大流速Vmは、最初に現われるピーク値(P1)での流速となる。所定値nが1(整数)の場合、オフセット流速VSは、wとなる。相関最大流速Vmとオフセット流速VSを加算して得られる比較流速VC(=Vm+w)は、平均流速VTおよび真の流速とほぼ等しくなるので、このオフセット流速VSを用いて求める流速分布Vxも、より正確な値となるからである。   The correlation maximum flow velocity Vm is a flow velocity at the peak value (P1) that appears first. When the predetermined value n is 1 (integer), the offset flow velocity VS is w. Since the comparison flow velocity VC (= Vm + w) obtained by adding the correlation maximum flow velocity Vm and the offset flow velocity VS is substantially equal to the average flow velocity VT and the true flow velocity, the flow velocity distribution Vx obtained using this offset flow velocity VS is also more This is because it is an accurate value.

また、相互相関演算を行う流速範囲Rの始点はゼロ流速として説明したが、これに限られず、流速範囲Rが、いずれかのピーク値(P1、P2、P3など)を含むことのできる始点であればよい。なお、流速範囲Rの始点が真の流速より大きければ、所定値nを負の値にして、オフセット流速VSを求めることになる。   Moreover, although the start point of the flow velocity range R for performing the cross-correlation calculation has been described as zero flow velocity, it is not limited to this, and the flow velocity range R is a start point at which any peak value (P1, P2, P3, etc.) can be included. I just need it. If the starting point of the flow velocity range R is larger than the true flow velocity, the offset flow velocity VS is obtained by setting the predetermined value n to a negative value.

なお、流量演算手段90、所定流速演算手段210、相関演算手段220、比較流速演算手段230、相関最大流速演算手段231、オフセット流速演算手段232、流速分布演算手段240、伝播時間演算手段250および平均流速演算手段260は、DSP200(デジタルシグナルプロセッサ)などのプロセッサによって、所定のプログラムに従って実行されるほか、論理回路によって実現してもよい。   The flow rate calculation means 90, the predetermined flow rate calculation means 210, the correlation calculation means 220, the comparison flow velocity calculation means 230, the correlation maximum flow velocity calculation means 231, the offset flow velocity calculation means 232, the flow velocity distribution calculation means 240, the propagation time calculation means 250, and the average The flow velocity calculation means 260 is executed by a processor such as a DSP 200 (digital signal processor) according to a predetermined program, and may be realized by a logic circuit.

なお、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で、さらに多くの変更および変形を含む。また、前述した各手段の組み合わせ以外の組み合わせを含むことができる。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned Example, In the range which does not deviate from the essence, many change and deformation | transformation are included. Moreover, combinations other than the combination of each means mentioned above can be included.

90 流量演算手段
100 超音波測定器
210 所定流速演算手段
220 相関演算手段
230 比較流速演算手段
231 相関最大流速演算手段
232 オフセット流速演算手段
240 流速分布演算手段
250 伝播時間演算手段
260 平均流速演算手段
300 記憶手段
400 超音波トランスジューサ
90 Flow rate calculation unit 100 Ultrasonic measuring device 210 Predetermined flow rate calculation unit 220 Correlation calculation unit 230 Comparison flow rate calculation unit 231 Correlation maximum flow rate calculation unit 232 Offset flow rate calculation unit 240 Flow rate distribution calculation unit 250 Propagation time calculation unit 260 Average flow rate calculation unit 300 Storage means 400 Ultrasonic transducer

Claims (6)

測定管を流れる被測定流体に入射された複数の超音波信号が超音波反射体によって反射され、この反射された複数の超音波信号に基づいて前記被測定流体の流速分布を測定するとともに、超音波発信部から前記被測定流体に入射された超音波信号が超音波受信部に到達するまでの伝播時間に基づいて前記被測定流体の平均流速を測定する超音波測定器において、
前記測定管内の少なくとも一つの位置で反射された前記複数の超音波信号の相互相関値を、前記超音波信号の周波数に応じた所定流速に基づく流速範囲内で演算する相関演算手段と、
前記相互相関値が最大となる相関最大流速と前記所定流速に基づくオフセット流速とを用いて、前記伝播時間に基づいて測定された平均流速と比較する比較流速を演算する比較流速演算手段と、
前記比較流速演算手段によって演算された比較流速が、前記平均流速に対して所定範囲内にある場合、前記測定管内の各位置での前記相関最大流速と前記オフセット流速とに基づいて、前記被測定流体の流速分布を演算する流速分布演算手段と、
を備えたことを特徴とする超音波測定器。
A plurality of ultrasonic signals incident on the fluid to be measured flowing through the measurement tube are reflected by the ultrasonic reflector, and the flow velocity distribution of the fluid to be measured is measured based on the reflected plurality of ultrasonic signals. In the ultrasonic measuring instrument that measures the average flow velocity of the fluid under measurement based on the propagation time until the ultrasonic signal incident on the fluid under measurement from the sound wave transmitting unit reaches the ultrasonic wave receiver,
Correlation calculating means for calculating a cross-correlation value of the plurality of ultrasonic signals reflected at at least one position in the measuring tube within a flow velocity range based on a predetermined flow velocity according to the frequency of the ultrasonic signals;
A comparison flow velocity calculating means for calculating a comparison flow velocity to be compared with an average flow velocity measured based on the propagation time using a correlation maximum flow velocity at which the cross-correlation value is maximized and an offset flow velocity based on the predetermined flow velocity;
When the comparison flow velocity calculated by the comparison flow velocity calculation means is within a predetermined range with respect to the average flow velocity, the measured flow rate is based on the correlation maximum flow velocity and the offset flow velocity at each position in the measurement tube. A flow velocity distribution calculating means for calculating a flow velocity distribution of the fluid;
An ultrasonic measuring instrument comprising:
前記比較流速演算手段は、前記所定流速に所定値を乗算した流速を、前記オフセット流速として用いることを特徴とする請求項1に記載の超音波測定器。   2. The ultrasonic measuring instrument according to claim 1, wherein the comparison flow velocity calculation means uses a flow velocity obtained by multiplying the predetermined flow velocity by a predetermined value as the offset flow velocity. 前記所定値は整数であることを特徴とする請求項2に記載の超音波測定器。   The ultrasonic measuring apparatus according to claim 2, wherein the predetermined value is an integer. 前記比較流速演算手段は、前記相関最大流速に前記オフセット流速を加算して前記比較流速を演算し、
前記流速分布演算手段は、前記測定管内の各位置での前記相関最大流速に前記オフセット流速を加算した流速に基づいて前記流速分布を演算する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の超音波測定器。
The comparison flow velocity calculation means calculates the comparison flow velocity by adding the offset flow velocity to the correlation maximum flow velocity,
The flow velocity distribution calculating means calculates the flow velocity distribution based on a flow velocity obtained by adding the offset flow velocity to the correlation maximum flow velocity at each position in the measurement tube.
The ultrasonic measuring instrument according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記相関演算手段は、前記測定管内の中央の位置で反射された前記複数の超音波信号の相互相関値を演算することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の超音波測定器。   The ultrasonic wave according to any one of claims 1 to 4, wherein the correlation calculation unit calculates a cross-correlation value of the plurality of ultrasonic signals reflected at a central position in the measurement tube. Measuring instrument. 前記相関演算手段で用いられる流速範囲は、前記所定流速に0.75〜1の間の値を乗算した流速範囲であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の超音波測定器。   The flow velocity range used by the correlation calculation means is a flow velocity range obtained by multiplying the predetermined flow velocity by a value between 0.75 and 1; Sound wave measuring instrument.
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