JP6207428B2 - Ultrasonic sound velocity measuring device and ultrasonic sound velocity measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、管内流体の音速を測定する超音波式音速測定装置及び超音波式音速測定方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic sound velocity measuring device and an ultrasonic sound velocity measuring method for measuring the sound velocity of a fluid in a pipe.
かかる超音波式音速測定装置では、管内の流体にその流れに沿う方向とその流れに逆行する方向とのそれぞれの方向に超音波を入射してこれら超音波の両伝播時間を算出し、当該両伝播時間の逆数和から管内の流体の音速を算出することで、当該音速を予め測定しておいた種々の流体の音速と比較して、管内の流体のガス種を判定する構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In such an ultrasonic sound velocity measuring device, an ultrasonic wave is incident on the fluid in the pipe in each of a direction along the flow and a direction opposite to the flow to calculate both propagation times of the ultrasonic waves. A configuration is disclosed in which the sound speed of the fluid in the pipe is calculated from the reciprocal sum of the propagation time, and the gas speed of the fluid in the pipe is determined by comparing the speed of sound with the sound speed of various fluids measured in advance. (For example, refer to Patent Document 1).
また、上記両伝播時間を算出する点で、上記超音波式音速測定装置に関連する技術である超音波流量計がある(例えば、特許文献2参照)。かかる超音波流量計では、管内の流体にその流れに沿う方向とその流れに逆行する方向とで超音波を斜角入射して、それぞれの方向での超音波の両伝播時間を算出し、当該両伝播時間の差から流体の流速を求め、さらにその流速と管断面積とから流量を求める構成が開示されている。その際、超音波の送受信を管の表面から行うクランプオン式の超音波流量計が、管を流れる流体の流量測定に用いられている。 In addition, there is an ultrasonic flowmeter that is a technique related to the ultrasonic sound velocity measuring device in terms of calculating both the propagation times (see, for example, Patent Document 2). In such an ultrasonic flow meter, ultrasonic waves are obliquely incident on the fluid in the pipe in a direction along the flow and in a direction reverse to the flow, and both propagation times of the ultrasonic waves in the respective directions are calculated. A configuration is disclosed in which the flow velocity of the fluid is obtained from the difference between the two propagation times, and the flow rate is obtained from the flow velocity and the pipe cross-sectional area. At that time, a clamp-on type ultrasonic flowmeter that transmits and receives ultrasonic waves from the surface of the tube is used for measuring the flow rate of the fluid flowing through the tube.
超音波式音速測定装置及び超音波流量計のいずれの場合でも、超音波の送受信を管の表面から行うクランプオン式を採用すると、受信される超音波受信信号には、管の表面への超音波の入射時に発生する表面波や板波、さらには管の表面と内面との間で反射を繰り返す反射波である、管自体を伝搬する周回波(ノイズ波)と、管の内面から流体内へ入射され、流体内を通過(透過)して、反対側の管の内面に入射される透過波とが含まれる。 In both cases of the ultrasonic sound velocity measuring device and the ultrasonic flowmeter, if a clamp-on method that transmits and receives ultrasonic waves from the surface of the tube is adopted, the received ultrasonic reception signal includes an ultrasonic wave to the surface of the tube. Surface waves and plate waves generated when sound waves are incident, and reflected waves that repeatedly reflect between the surface and the inner surface of the tube, such as a circulating wave (noise wave) that propagates through the tube itself, and the fluid from the inner surface of the tube And transmitted waves that pass (transmit) through the fluid and enter the inner surface of the opposite tube.
ここで、上記両伝播時間を算出する際には、管内の流体を通過(透過)した透過波を利用する必要があるが、管の材料は金属や樹脂管等であり管内の流体(特に気体)との音響インピーダンスの差が大きいことから、管と流体との境界面の通過時に大きな音圧損失が生じ、透過波の超音波受信信号の強度を十分に確保することができない。この場合、単に強い超音波を送信することも考えられるが、透過波の超音波受信信号の強度を上げることができるものの、同時に周回波(ノイズ波)の超音波受信信号の強度も上がることとなる。
このため、従来から、当該透過波の超音波受信信号の強度を上げるため、管の肉厚から算出される当該管の管壁の共振周波数にて超音波の送信を行うことが提案されている。
Here, when calculating both the propagation times, it is necessary to use a transmitted wave that has passed (transmitted) through the fluid in the tube. However, the material of the tube is a metal or a resin tube, and the fluid in the tube (especially gas) ) Is large, a large sound pressure loss occurs when passing through the interface between the pipe and the fluid, and the intensity of the ultrasonic wave reception signal of the transmitted wave cannot be sufficiently ensured. In this case, it may be possible to simply transmit a strong ultrasonic wave, but the intensity of the ultrasonic wave reception signal of the transmitted wave can be increased, but at the same time the intensity of the ultrasonic wave reception signal of the circulating wave (noise wave) also increases. Become.
For this reason, conventionally, in order to increase the intensity of the ultrasonic reception signal of the transmitted wave, it has been proposed to transmit ultrasonic waves at the resonance frequency of the tube wall of the tube calculated from the wall thickness of the tube. .
しかしながら、送信する超音波の周波数を共振周波数に設定した場合でも、受信した超音波受信信号において、透過波の強度が共振により十分に増幅されていないこともあり、S/N比が十分ではないことがあった。このような場合、周回波(ノイズ波)及び透過波が混在していることから、周回波(ノイズ波)と透過波とを判別することが困難であり、超音波のうちの透過波の正確な伝播時間を算出することが困難な場合があった。 However, even when the frequency of the ultrasonic wave to be transmitted is set to the resonance frequency, the intensity of the transmitted wave is not sufficiently amplified by the resonance in the received ultrasonic wave reception signal, and the S / N ratio is not sufficient. There was a thing. In such a case, since the circulating wave (noise wave) and the transmitted wave are mixed, it is difficult to distinguish the circulating wave (noise wave) and the transmitted wave. In some cases, it was difficult to calculate a proper propagation time.
本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、超音波受信信号のうちの透過波のS/N比を向上させ当該透過波を容易に判別できると共に、当該透過波の伝播時間及び流体の音速の正確な算出を行うことのできる超音波式音速測定装置及び超音波式音速測定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to improve the S / N ratio of a transmitted wave in an ultrasonic reception signal so that the transmitted wave can be easily discriminated, and the transmitted signal is transmitted. An object of the present invention is to provide an ultrasonic sound velocity measuring apparatus and an ultrasonic sound velocity measuring method capable of accurately calculating the wave propagation time and the sound velocity of a fluid.
上記目的を達成するための本発明に係る超音波式音速測定装置は、管内流体が通流する管の表面から超音波を斜角入射する送信用トランスデューサと、
前記送信用トランスデューサにて送信された超音波を前記管の表面にて受信する受信用トランスデューサと、
前記受信用トランスデューサを前記送信用トランスデューサより下流側に配置した第1測定モードにおける超音波受信信号と前記受信用トランスデューサを前記送信用トランスデューサより上流側に配置した第2測定モードにおける超音波受信信号との両伝播時間から、前記管内流体の音速を算出する音速算出部と、を備えた超音波式音速測定装置であって、その特徴構成は、
前記送信用トランスデューサが、前記第1測定モード及び前記第2測定モードの夫々において、前記管の肉厚から算出される前記管の管壁の共振周波数に対して所定の周波数だけずれた特定送信周波数の特定超音波を前記管の表面から斜角入射し、
前記受信用トランスデューサが、前記第1測定モード及び前記第2測定モードの夫々において、当該受信用トランスデューサに到達する超音波を受信し、
前記音速算出部が、前記第1測定モード及び前記第2測定モードの夫々において前記受信用トランスデューサが受信した超音波の超音波受信信号から前記共振周波数に対応する受信信号を抽出して、これら両受信信号の伝播時間から前記管内流体の音速を算出する点にある。
In order to achieve the above object, an ultrasonic sound velocity measuring apparatus according to the present invention includes a transmission transducer that obliquely injects ultrasonic waves from the surface of a tube through which fluid in the tube flows,
A receiving transducer for receiving the ultrasonic wave transmitted by the transmitting transducer at the surface of the tube;
An ultrasonic reception signal in the first measurement mode in which the receiving transducer is arranged downstream from the transmission transducer, and an ultrasonic reception signal in the second measurement mode in which the receiving transducer is arranged upstream from the transmission transducer; A sound speed calculation unit that calculates the sound speed of the fluid in the pipe from both propagation times, and the characteristic configuration thereof is:
The transmission transducer has a specific transmission frequency shifted by a predetermined frequency with respect to the resonance frequency of the tube wall of the tube calculated from the thickness of the tube in each of the first measurement mode and the second measurement mode. The specific ultrasonic wave is obliquely incident from the surface of the tube,
The receiving transducer receives an ultrasonic wave reaching the receiving transducer in each of the first measurement mode and the second measurement mode;
The sound velocity calculation unit extracts a reception signal corresponding to the resonance frequency from the ultrasonic reception signal of the ultrasonic wave received by the reception transducer in each of the first measurement mode and the second measurement mode, The sound velocity of the fluid in the pipe is calculated from the propagation time of the received signal.
上記目的を達成するための本発明に係る超音波式音速測定方法は、管内流体が通流する管の表面に配置された送信用トランスデューサから、管の肉厚から算出される前記管の管壁の共振周波数に対して所定の周波数だけずれた特定送信周波数の特定超音波を、前記管の表面から斜角入射するステップと、
前記管の表面に配置された受信用トランスデューサにより当該受信用トランスデューサに到達した超音波を受信するステップと、
前記受信用トランスデューサを前記送信用トランスデューサより下流側に配置した第1測定モードにおける超音波受信信号から前記共振周波数に対応する受信信号を抽出するとともに、前記受信用トランスデューサを前記送信用トランスデューサより上流側に配置した第2測定モードにおける超音波受信信号から前記共振周波数に対応する受信信号を抽出するステップと、
抽出された前記両受信信号の伝播時間から前記管内流体の音速を算出するステップと、を備えた点にある。
In order to achieve the above object, an ultrasonic sound velocity measuring method according to the present invention includes a tube wall of the tube calculated from the thickness of the tube from a transmitting transducer disposed on the surface of the tube through which the fluid in the tube flows. A specific ultrasonic wave having a specific transmission frequency that is shifted by a predetermined frequency with respect to the resonance frequency is obliquely incident from the surface of the tube;
Receiving ultrasonic waves reaching the receiving transducer with a receiving transducer disposed on the surface of the tube;
A reception signal corresponding to the resonance frequency is extracted from the ultrasonic reception signal in the first measurement mode in which the reception transducer is arranged downstream from the transmission transducer, and the reception transducer is located upstream from the transmission transducer. Extracting a reception signal corresponding to the resonance frequency from the ultrasonic reception signal in the second measurement mode arranged in
And calculating the sound velocity of the fluid in the tube from the propagation times of the extracted received signals.
上記両構成によれば、第1測定モード及び第2測定モードの夫々において、送信用トランスデューサが、管の肉厚から算出される管の管壁の共振周波数に対して所定の周波数だけずれた特定送信周波数の特定超音波を管の表面から斜角入射し、受信用トランスデューサが、当該受信用トランスデューサに到達する超音波を受信する。
この受信用トランスデューサに到達し受信した超音波の超音波受信信号には、主として特定送信周波数成分及び共振周波数成分の各受信信号が含まれている。
According to both the above configurations, in each of the first measurement mode and the second measurement mode, the transmitting transducer is identified by a predetermined frequency with respect to the resonance frequency of the tube wall of the tube calculated from the wall thickness of the tube. A specific ultrasonic wave having a transmission frequency is incident at an oblique angle from the surface of the tube, and the receiving transducer receives the ultrasonic wave reaching the receiving transducer.
The ultrasonic reception signal of the ultrasonic wave that has arrived and received by the reception transducer mainly includes the reception signals of the specific transmission frequency component and the resonance frequency component.
特定送信周波数成分は、主として、送信用トランスデューサから送信されて、管の表面への超音波の入射時に発生する表面波や板波、さらには管の表面と内面との間で反射を繰り返す反射波である、管自体を伝播する周回波(ノイズ波)であるのに対して、共振周波数成分は、主として、管の内面から流体内へ入射され、流体内を通過(透過)して、反対側の管の内面に入射される透過波である。
即ち、送信用トランスデューサが、共振周波数に対して所定の周波数だけずれた特定送信周波数の特定超音波を管の表面から入射すると、管自体を伝播する周回波(ノイズ波)は、略特定送信周波数のままで受信用トランスデューサに到達するのに対して、特定送信周波数が管の管壁の共振周波数に比較的近い周波数範囲に設定されているため、管の内部の流体を通過(透過)する透過波は、管の管壁による共振により増幅された状態で、共振周波数にて受信用トランスデューサに到達する。さらに、管自体を伝播する周回波(ノイズ波)と透過波とでは、伝播速度が異なるため、受信用トランスデューサへの到達時間(伝播時間)に差を生じる。
The specific transmission frequency component is mainly transmitted from the transmitting transducer and generated when the ultrasonic wave is incident on the surface of the tube, and the reflected wave that repeats reflection between the surface and the inner surface of the tube The resonance frequency component is incident on the fluid mainly from the inner surface of the tube and passes (transmits) through the fluid, while it is a circular wave (noise wave) propagating through the tube itself. The transmitted wave is incident on the inner surface of the tube.
That is, when the transmitting transducer makes a specific ultrasonic wave having a specific transmission frequency shifted from the resonance frequency by a predetermined frequency from the surface of the tube, the circulating wave (noise wave) propagating through the tube itself is approximately the specific transmission frequency. The specific transmission frequency is set in a frequency range that is relatively close to the resonance frequency of the tube wall of the tube, whereas the transmission that passes through (transmits) the fluid inside the tube is achieved. The wave reaches the receiving transducer at a resonance frequency in a state where the wave is amplified by resonance by the tube wall of the tube. Furthermore, since the propagation speed differs between the circulating wave (noise wave) propagating through the tube itself and the transmitted wave, a difference occurs in the arrival time (propagation time) to the receiving transducer.
従って、受信用トランスデューサにて受信された超音波受信信号において、共振周波数成分における透過波は共振により強度が増幅され、S/N比が向上している。そして、当該超音波受信信号から透過波を含む共振周波数成分のみを抽出することにより、特定送信周波数成分における周回波(ノイズ波)及び共振周波数成分におけるノイズ波から、透過波を容易に判別することができる。これにより、共振周波数成分における透過波から、当該透過波の伝播時間を正確に算出することができ、また、このような正確な伝播時間に基づいて流体の音速を正確に算出することができる。 Therefore, in the ultrasonic wave reception signal received by the receiving transducer, the intensity of the transmitted wave in the resonance frequency component is amplified by resonance, and the S / N ratio is improved. Then, by extracting only the resonance frequency component including the transmitted wave from the ultrasonic reception signal, the transmitted wave can be easily discriminated from the circulating wave (noise wave) in the specific transmission frequency component and the noise wave in the resonance frequency component. Can do. Accordingly, the propagation time of the transmitted wave can be accurately calculated from the transmitted wave in the resonance frequency component, and the sound speed of the fluid can be accurately calculated based on such an accurate propagation time.
よって、超音波受信信号のうちの透過波のS/N比を向上させ当該透過波を容易に判別できると共に、当該透過波の伝播時間及び流体の音速の正確な算出を行うことのできる超音波式音速測定装置及び超音波式音速測定方法を提供することができた。 Therefore, the ultrasonic wave capable of improving the S / N ratio of the transmitted wave in the ultrasonic reception signal and easily determining the transmitted wave, and accurately calculating the propagation time of the transmitted wave and the sound speed of the fluid. Type sound speed measuring apparatus and ultrasonic sound speed measuring method can be provided.
本発明に係る超音波式音速測定装置の更なる特徴構成は、前記送信用トランスデューサにより送信される前記特定超音波の前記特定送信周波数が、前記共振周波数に対して±5%以上±50%以下ずれた範囲内の周波数に設定されている点にある。 A further characteristic configuration of the ultrasonic sound velocity measuring device according to the present invention is that the specific transmission frequency of the specific ultrasonic wave transmitted by the transmitting transducer is ± 5% or more and ± 50% or less with respect to the resonance frequency. The frequency is set within a shifted range.
本発明に係る超音波式音速測定方法の更なる特徴構成は、前記送信用トランスデューサにより送信される前記特定超音波の前記特定送信周波数を、前記共振周波数に対して±5%以上±50%以下ずれた範囲内の周波数に設定するステップを備える点にある。 A further characteristic configuration of the ultrasonic sound velocity measuring method according to the present invention is that the specific transmission frequency of the specific ultrasonic wave transmitted by the transmission transducer is ± 5% or more and ± 50% or less with respect to the resonance frequency. The method includes the step of setting the frequency within the shifted range.
上記両構成によれば、送信用トランスデューサにより送信される特定超音波の特定送信周波数が、共振周波数に対して±5%以上±50%以下という比較的ずれの小さな範囲内の周波数に設定されているので、受信用トランスデューサにて受信される超音波受信信号のうち、主として共振周波数成分からなる透過波を確実に増幅させて当該透過波のS/N比を十分に向上させることができる構成としながら、加えて、当該超音波受信信号から透過波を含む共振周波数成分のみを抽出することにより、特定送信周波数成分における周回波(ノイズ波)及び共振周波数成分におけるノイズ波から、透過波をより容易に判別することができる。
なお、共振周波数に対する特定送信周波数のずれ幅が±5%よりも小さい場合には、周回波(ノイズ波)と透過波との判別が困難となる可能性があり、共振周波数に対する特定送信周波数のずれ幅が±50%よりも大きな場合には、透過波の共振による増幅が十分ではなくなるため、共振周波数に対する特定送信周波数のずれ幅が±5%以上±50%以下の周波数の範囲内に設定されている。
According to both the above configurations, the specific transmission frequency of the specific ultrasonic wave transmitted by the transmission transducer is set to a frequency within a relatively small range of ± 5% to ± 50% with respect to the resonance frequency. Therefore, it is possible to reliably amplify the transmitted wave mainly composed of the resonance frequency component in the ultrasonic reception signal received by the receiving transducer and sufficiently improve the S / N ratio of the transmitted wave. However, in addition, by extracting only the resonant frequency component including the transmitted wave from the ultrasonic reception signal, it is easier to transmit the transmitted wave from the circulating wave (noise wave) in the specific transmission frequency component and the noise wave in the resonant frequency component. Can be determined.
In addition, when the deviation width of the specific transmission frequency with respect to the resonance frequency is smaller than ± 5%, it may be difficult to discriminate between the circulating wave (noise wave) and the transmitted wave. When the deviation width is larger than ± 50%, amplification by resonance of the transmitted wave is not sufficient, so the deviation width of the specific transmission frequency with respect to the resonance frequency is set within a frequency range of ± 5% to ± 50%. Has been.
本発明に係る超音波式音速測定装置の更なる特徴構成は、音速算出部が、伝播時間を共振周波数に対応して抽出された受信信号の強度ピーク値が現出するまでの時間に設定するとともに、前記両伝播時間の逆数和に基づいて前記管内流体の音速を算出する点にある。 In a further characteristic configuration of the ultrasonic sound velocity measuring device according to the present invention, the sound velocity calculator sets the propagation time to the time until the intensity peak value of the received signal extracted corresponding to the resonance frequency appears. In addition, the sound velocity of the fluid in the pipe is calculated based on the reciprocal sum of the two propagation times.
上記構成によれば、音速算出部が、伝播時間を共振周波数に対応して抽出された受信信号の強度ピーク値が現出するまでの時間に設定するので、当該受信信号(共振周波数成分における透過波)は共振により強度が増幅されており、強度ピーク値を容易に特定できると共に、強度ピーク値は十分な強度を備えている。これにより、強度ピーク値を用いて伝播時間をより正確且つ容易に特定することができる。 According to the above configuration, the sound velocity calculation unit sets the propagation time to the time until the intensity peak value of the received signal extracted corresponding to the resonance frequency appears, so that the received signal (the transmission in the resonance frequency component) The intensity of the (wave) is amplified by resonance, the intensity peak value can be easily specified, and the intensity peak value has sufficient intensity. Thereby, propagation time can be specified more correctly and easily using an intensity peak value.
図1〜図7に基づいて、本発明の実施形態に係る超音波式音速測定装置及び超音波式音速測定方法について説明する。まず、図1の模式図を用いて、管1の内部を流れる流体(管内流体の一例)の音速を測定する基本原理を説明する。 An ultrasonic sound velocity measuring apparatus and an ultrasonic sound velocity measuring method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the basic principle of measuring the speed of sound of a fluid flowing through the inside of the tube 1 (an example of a fluid in the tube) will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
図1に示すように、管1の内部には、都市ガス、空気、LPG、水などの流体が流れている。なお、この流体は、気体でもよいし、液体でもよい。
超音波式音速測定装置は、超音波を送受信可能な一対の超音波トランスデューサを管1の表面に配置するクランプオン式であり、一方側の超音波トランスデューサが送信用トランスデューサ2として機能し、他方側の超音波トランスデューサが受信用トランスデューサ3として機能する。送信用トランスデューサ2により管1の表面(外周面)11に送信され、流体を通過した超音波を受信用トランスデューサ3により管1の表面(外周面)11から受信し、この受信信号を評価することで管1の内部を流れる流体の音速を測定する。
As shown in FIG. 1, a fluid such as city gas, air, LPG, water flows in the
The ultrasonic sound velocity measuring device is a clamp-on type in which a pair of ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving ultrasonic waves is arranged on the surface of the
この音速測定には、超音波の伝播時間が用いられる。
具体的には、超音波を送受信可能な一対の超音波トランスデューサが上流側と下流側に配置される。上流側の超音波トランスデューサ(送信用トランスデューサ2)から超音波を送信して下流側の超音波トランスデューサ(受信用トランスデューサ3)で受信するまでの伝播時間と、下流側の超音波トランスデューサ(送信用トランスデューサ2)から超音波を送信して上流側の超音波トランスデューサ(受信用トランスデューサ3)で受信するまでの伝播時間との逆数和から、管1の内部を流れる流体の音速(当該流体中を伝播する超音波の音速)が求められる。ここでは、前者の配置構成での測定を第1測定モードと称し、後者の配置構成での測定を第2測定モードと称する。即ち、第1測定モードと第2測定モードとでは、2つの超音波トランスデューサにおいて、送信用トランスデューサ2と受信用トランスデューサ3との機能が逆転する。
The ultrasonic propagation time is used for the sound velocity measurement.
Specifically, a pair of ultrasonic transducers capable of transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged on the upstream side and the downstream side. Propagation time from transmission of ultrasonic waves from the upstream ultrasonic transducer (transmission transducer 2) to reception by the downstream ultrasonic transducer (reception transducer 3), and downstream ultrasonic transducer (transmission transducer) 2) From the reciprocal sum of the propagation time from transmission of ultrasonic waves to reception by the upstream ultrasonic transducer (receiving transducer 3), the sound velocity of the fluid flowing in the tube 1 (propagating through the fluid) Ultrasonic speed of sound) is required. Here, the measurement in the former arrangement configuration is referred to as a first measurement mode, and the measurement in the latter arrangement configuration is referred to as a second measurement mode. That is, in the first measurement mode and the second measurement mode, the functions of the
図1に示すように、送信用トランスデューサ2から傾斜角θ1で管1の表面11から管1に入った超音波は、横波超音波として傾斜角θ2で管壁内を伝播する。管1の内面12に達した横波超音波は、入射角θ2で流体に入るが、その際に生じるモード変換によって縦波超音波として屈折角θ3で流体内を斜めに伝播する。流体を斜め横断して管1の内面12に達した縦波超音波は再びモード変換を通じて横波超音波として管壁内に入り、管1の表面11から出て受信用トランスデューサ3によって受信される。
ここで、流体を斜め横断する縦波超音波の伝播経路長をLとし、管1を流れている気体の音速をCとし、流体の速度をVとし、第1測定モードでの伝播時間をT1とし、第2測定モードでの伝播時間をT2とすると、流体の音速Cは以下の式で表すことができる。
C=((1/T1)+(1/T2))・(L/2) ・・・(式1)
よって、流体の音速Cは、T1、T2、Lにより求めることができる。
As shown in FIG. 1, an ultrasonic wave that enters the
Here, the propagation path length of longitudinal ultrasonic waves obliquely traversing the fluid is L, the sound velocity of the gas flowing through the
C = ((1 / T1) + (1 / T2)). (L / 2) (Formula 1)
Therefore, the sound velocity C of the fluid can be obtained from T1, T2, and L.
次に、超音波式音速測定装置の具体的構成について説明する。
超音波式音速測定装置は、図1を用いて説明した基本原理を実施するものであり、管1の表面11に斜め対向設置される送信用(受信用)トランスデューサ2(3)及び受信用(送信用)トランスデューサ3(2)と、超音波処理ユニット5とを備えている。送信用トランスデューサ2と受信用トランスデューサ3の位置関係は、管1の表面11から斜角入射された横波超音波が管1の内面12でのモード変換で縦波超音波に変換され、流体を横断伝播した縦波超音波が再びガス管1の内面12でモード変換して生じた横波超音波を管1の表面11で受信されるように設定されている。
送信用トランスデューサ2及び受信用トランスデューサ3の超音波励起面には、管1の曲面とのマッチングおよび斜角入射を行なうためのシュー部材31が装着されている。
Next, a specific configuration of the ultrasonic sound velocity measuring device will be described.
The ultrasonic-type sound velocity measuring apparatus implements the basic principle described with reference to FIG. 1, and includes a transmitting (receiving) transducer 2 (3) and a receiving ( A transmission) transducer 3 (2) and an
On the ultrasonic excitation surfaces of the transmitting
送信用トランスデューサ2と受信用トランスデューサ3とは、管1の軸心に対して対向配置されている。受信用トランスデューサ3で受信される信号には、測定に必要な有効超音波とそれ以外のノイズ波が混じっている。
有効超音波(以下、透過波という場合がある)は、管1の表面11から内面12に向かって通過する超音波(縦波超音波であり、図2では符号Wp1で示している)と管1に内在する流体を横断(透過)して伝播する超音波(横波超音波であり、図2では符号Wsで示している)と管1の内面12から表面11に向かって通過する超音波(縦波超音波であり、図2では符号Wp2で示している)といった形態を経て、受信用トランスデューサ3に達する。
ノイズ波(以下、周回波という場合があり、図2では符号Wnで示している)は、送信用トランスデューサ2から送信された超音波が板波や表面波に分解されたものであり、その分解された超音波が、管壁に沿って拡散し、受信用トランスデューサ3に達して受信される。
The transmitting
Effective ultrasonic waves (hereinafter sometimes referred to as transmitted waves) are ultrasonic waves (longitudinal ultrasonic waves, indicated by reference numeral Wp1 in FIG. 2) that pass from the
A noise wave (hereinafter sometimes referred to as a round wave, which is indicated by a symbol Wn in FIG. 2) is an ultrasonic wave transmitted from the transmitting
下記では、管1内を気体(流体の一例)である都市ガスが通流している場合の例について説明する。
図3に示すように、超音波処理ユニット5は、送信用トランスデューサ2から送信され受信用トランスデューサ3に到達した超音波受信信号を評価する。その結果、第1測定モード及び第2測定モードでの、気体を斜め伝播する超音波の伝播時間T1、T2を算定し、気体の音速Cが算出され、結果的には気体のガス種が判定される。
このため、この超音波処理ユニット5には、切替スイッチ50a、モード切替部50、送信回路51、受信回路52、信号評価部53、パラメータ設定部54、表示部55、送信用トランスデューサ2から送信される送信周波数の周波数を設定する送信周波数設定部56が設けられている。
Below, the example in case the city gas which is gas (an example of a fluid) is flowing in the pipe |
As shown in FIG. 3, the
Therefore, the
送信回路51は、高圧パルスを発生させ送信用トランスデューサ2の圧電素子を励起し、超音波パルスを作り出す。この超音波パルスの周波数(特定超音波の特定送信周波数)は、後述するように送信周波数設定部56にて設定される。
受信回路52は、受信用トランスデューサ3で受信された超音波受信信号に対して増幅等の前処理を行なう。受信回路52は、当該超音波受信信号の波形を表示部55に送信し当該表示部55に表示させることもできる。
表示部55は、超音波受信信号の波形や算出された気体の音速Cや判定されたガス種などの情報を表示する、液晶等のディスプレイである。
The
The receiving
The
切替スイッチ50aは、2つの超音波トランスデューサの一方を送信回路51に接続し、他方を受信回路52に選択的に接続するためのスイッチである。第1測定モードにおいて、モード切替部50は、上流側に位置する超音波トランスデューサを送信回路51に接続して送信用トランスデューサ2とするとともに、下流側に位置する超音波トランスデューサを受信回路52に接続して受信側トランスデューサ3とするように、切替スイッチ50aに制御信号を与える。逆に、第2測定モードにおいて、モード切替部50は、下流側に位置する超音波トランスデューサを送信回路51に接続して送信用トランスデューサ2とするとともに、上流側に位置する超音波トランスデューサを受信回路52に接続して受信側トランスデューサ3とするように、切替スイッチ50aに制御信号を与える。
The changeover switch 50 a is a switch for selectively connecting one of the two ultrasonic transducers to the
パラメータ設定部54は、信号評価部53及び送信周波数設定部56で用いられる各種パラメータが記録されており、測定時に図示されていない入力操作デバイスを通じて必要なパラメータが選択設定又は直接設定される。設定されるパラメータには、測定対象の気体が通流する管1の材質、肉厚及び管1自体(肉厚部分)の音速、予め測定した既知の気体の音速、使用する送信用トランスデューサ2及び受信用トランスデューサ3の周波数や管1への入射角、送信用トランスデューサ2及び受信用トランスデューサ3の間隔などが含まれる。
In the
パラメータ設定部54は、当該パラメータ設定部54に記録されたパラメータを選択又は直接入力する形態で、管1の材質、肉厚及び管1自体の音速などの情報から、当該管1の管壁の共振周波数を設定する。
この共振周波数は、管1の材質、肉厚及び管1自体の音速との関係で下記式2が成立するため、予めこの式2をパラメータ設定部54に記録しておくことで、管1の材質、肉厚及び管1自体の音速に応じて共振周波数を設定することができる。設定された共振周波数は、制御信号として送信周波数設定部56に送られる。
fn=(N×W)/2d ・・・(式2)
fn:共振周波数、N:整数、W:管自体の音速、d:管の肉厚
The
Since the
f n = (N × W) / 2d (Expression 2)
f n : resonance frequency, N: integer, W: speed of sound of the tube itself, d: thickness of the tube
送信周波数設定部56は、パラメータ設定部54から送信された共振周波数の制御信号に対して所定の周波数だけずれた特定送信周波数の特定超音波を送信用トランスデューサ2から送信するように、送信回路51に制御信号を送信する。
特定超音波の特定送信周波数は、共振周波数に対して±5%以上±50%以下ずれた範囲内の周波数に設定され、より好ましくは、±8%以上±40%以下ずれた範囲内の周波数に設定される。
例えば、後述するように、管1の材質が鉄、肉厚が3.2mm、管1自体の音速が3240m/secであるから、共振周波数は1.1MHzに設定され、特定超音波の特定送信周波数は1.0MHzに設定される。
設定された特定超音波の特定送信周波数は、制御信号として送信回路51に送られ、送信用トランスデューサ2により特定送信周波数の特定超音波を管1の表面11に送信する。
The transmission
The specific transmission frequency of the specific ultrasonic wave is set to a frequency within a range of ± 5% or more and ± 50% or less with respect to the resonance frequency, and more preferably a frequency within a range of ± 8% or more and ± 40% or less. Set to
For example, as will be described later, since the material of the
The set specific transmission frequency of the specific ultrasonic wave is sent to the
信号評価部53には、音速算出部53a、ガス種判定部53b、表示データ生成部53cが含まれている。
音速算出部53aは、第1測定モードにおける超音波受信信号(図1及び図3の実線)と第2測定モードにおける超音波受信信号(図1及び図3の破線)とから両超音波受信信号の伝播時間T1、T2を算出する。なお、シュー部材31を含め、2つの超音波トランスデューサは同一形状であるので、第1測定モードと第2測定モードとにおいて管1の管壁を伝播する時間は同じである。したがって、伝播時間は流体(ここでは都市ガスなどの気体)を斜め横断する際の流体伝播経路(図1では長さLで示されている)における伝播時間T1、T2に相当する。
The
The sound speed calculation unit 53a uses the ultrasonic reception signal in the first measurement mode (solid line in FIGS. 1 and 3) and the ultrasonic reception signal in the second measurement mode (broken line in FIGS. 1 and 3) to receive both ultrasonic reception signals. Propagation times T1 and T2 are calculated. Since the two ultrasonic transducers including the
音速算出部53aは、受信用トランスデューサ3にて受信し受信回路51から送信された第1測定モード及び第2測定モードの各超音波受信信号から、共振周波数成分のみを周波数分離して抽出できるように構成されている。そして、抽出した共振周波数成分の受信信号の強度ピーク値を特定し、特定超音波の送信から当該強度ピーク値が現出するまでの時間を伝播時間T1、T2として算出する。
その後、これら伝播時間T1、T2及び伝播経路長Lから、式1を用いて管1内の気体の音速Cを算出する。音速算出部53aは、抽出した共振周波数成分の受信信号の波形、算出した伝播時間T1、T2や気体の音速Cを、表示部55に送信し当該表示部55に表示させることもできる。
The sound velocity calculation unit 53a can extract only the resonance frequency component from each ultrasonic reception signal in the first measurement mode and the second measurement mode received by the
Thereafter, the sound velocity C of the gas in the
ガス種判定部53bは、音速算出部53aにより算出された気体の音速Cを、パラメータ設定部54に予め記録された気体や液体等の流体の音速と比較して、近似した音速がある場合には、管1内を流れる気体のガス種を判定する。そして、ガス種判定部53bは、判定したガス種を表示するための表示データを生成し、表示部55に送る。なお、表示データ生成部53dが、音速算出部53aやガス種判定部53b等から送信された気体の音速Cやガス種等を表示するための表示データを生成し、表示部55に送ってもよい。
The gas type determination unit 53b compares the sound speed C of the gas calculated by the sound speed calculation unit 53a with the sound speed of a fluid such as gas or liquid recorded in advance in the
次に、上記構成の超音波式音速測定装置を用いて管1内の気体の音速及び当該気体のガス種を判定する超音波式音速測定方法について説明する。
Next, an ultrasonic sound velocity measuring method for determining the sound velocity of the gas in the
まず、2つの超音波式トランスデューサを、上述のように管1の表面11に装着する。
続いて、管1の材質、肉厚及び管1自体の音速を、予めパラメータ設定部54に記録された管1の材質、肉厚及び管1自体の音速と照合して、当該管1の共振周波数を設定する(ステップ♯1)。例えば、管1の材質を鉄、肉厚を3.2mm、管1自体の音速を3240m/secとして、管1の共振周波数を1.1MHzに設定する。設定された共振周波数は、パラメータ設定部54から制御信号として送信周波数設定部56に送られる。
そして、送信周波数設定部56では、設定された共振周波数に対して所定の周波数だけずれた特定超音波の特定送信周波数を設定する。具体的には、特定送信周波数を、共振周波数から0.1MHzだけマイナス側にずれた1.0MHzに設定する。
First, two ultrasonic transducers are mounted on the
Subsequently, the material and thickness of the
The transmission
その後、第1測定モードにおいて、上流側の送信用トランスデューサ2から特定送信周波数の特定超音波を送信し、受信用トランスデューサ3に到達した超音波を受信する(ステップ♯2〜4)。
また、第2測定モードにおいて、下流側の送信用トランスデューサ2から特定送信周波数の特定超音波を送信し、受信用トランスデューサ3に到達した超音波を受信する(ステップ♯5〜7)。
Thereafter, in the first measurement mode, a specific ultrasonic wave having a specific transmission frequency is transmitted from the
Further, in the second measurement mode, a specific ultrasonic wave having a specific transmission frequency is transmitted from the
このように、共振周波数1.1MHz及び特定超音波の特定送信周波数1.0MHzとした場合において、受信用トランスデューサ3にて受信された超音波受信信号の波形を、図5に示す。この超音波受信信号の波形には、主として共振周波数成分(1.1MHz)及び特定送信周波数成分(1.0MHz)の各受信信号が混在している状態である。
FIG. 5 shows the waveform of the ultrasonic reception signal received by the receiving
ここで、特定送信周波数成分は、主として、送信用トランスデューサ2から送信されて、管1の表面11への超音波の入射時に発生する表面波や板波、さらには管1の表面11と内面12との間で反射を繰り返す反射波である、管1自体を伝搬する周回波(ノイズ波)であるのに対して、共振周波数成分は、主として、管1の内面12から気体内へ入射され、気体内を通過(透過)して、反対側の管1の内面12に入射される透過波である。
即ち、送信用トランスデューサ2が、共振周波数に対して所定の周波数だけずれた特定送信周波数の特定超音波を管1の表面11から入射すると、管1自体を伝搬する周回波(ノイズ波)は、略特定送信周波数のままで受信用トランスデューサ3に到達するのに対して、管1の内部の気体を通過(透過)する透過波は、特定送信周波数が管1の管壁の共振周波数に比較的近い周波数範囲に設定されているため、管1の管壁による共振により増幅された状態で、共振周波数にて受信用トランスデューサ3に到達するのである。さらに、管1自体を伝播する周回波(ノイズ波)と透過波とでは、伝播速度が異なるため、受信用トランスデューサ3への到達時間(伝播時間)に差を生じる。
Here, the specific transmission frequency component is mainly transmitted from the
That is, when the
次に、この超音波受信信号から、共振周波数成分のみを周波数分離して抽出し(ステップ♯8)、抽出した共振周波数成分の受信信号の強度ピーク値を特定し、特定超音波の送信から当該強度ピーク値が現出するまでの時間を伝播時間T1、T2として算出する(ステップ♯9)。
具体的には、ステップ♯8では、図6に示すように、超音波受信信号(図5参照)から共振周波数成分のみを周波数分離して抽出する。そして、この抽出した共振周波数成分(受信信号の波形)においては、共振により透過波の強度が向上しておりS/N比が向上しているため、透過波を容易に特定することができると共に、当該透過波の強度ピーク値が明確に表れており、ステップ♯9において、強度ピーク値が現出するまでの時間(伝播時間T1、T2)を容易に特定することができる。
Next, only the resonance frequency component is extracted from the ultrasonic reception signal by frequency separation (step # 8), the intensity peak value of the reception signal of the extracted resonance frequency component is specified, and the relevant ultrasonic wave is transmitted from the transmission of the specific ultrasonic wave. Times until the intensity peak value appears are calculated as propagation times T1 and T2 (step # 9).
Specifically, in
従って、受信用トランスデューサ3にて受信された超音波受信信号において、共振周波数成分における透過波は共振により強度が増幅され、S/N比が向上している。そして、当該超音波受信信号から透過波を含む共振周波数成分のみを抽出することにより、特定送信周波数成分における周回波(ノイズ波)及び共振周波数成分におけるノイズ波から、透過波を容易に判別することができる。これにより、共振周波数成分における透過波から、当該透過波の伝播時間を正確に算出することができ、また、このような正確な伝播時間に基づいて流体の音速を正確に算出することができる。
特に、特定送信周波数が、共振周波数に対して±5%以上±50%以下という比較的ずれの小さな範囲内の周波数に設定されているので、受信用トランスデューサ3にて受信される超音波受信信号のうち、主として共振周波数成分からなる透過波を確実に増幅させて当該透過波のS/N比を十分に向上させることができる構成としながら、加えて、当該超音波受信信号から透過波を含む共振周波数成分のみを抽出することにより、特定送信周波数成分における周回波(ノイズ波)及び共振周波数成分におけるノイズ波から、透過波をより容易に判別することができる。
Therefore, in the ultrasonic reception signal received by the receiving
In particular, since the specific transmission frequency is set to a frequency within a relatively small range of ± 5% to ± 50% with respect to the resonance frequency, the ultrasonic reception signal received by the receiving
そして、式1により、算出した両伝播時間T1、T2及び伝播経路長Lから、管1内の気体の音速Cを算出する(ステップ♯10)。即ち、両伝播時間T1、T2の逆数和から気体の音速Cを算出し、当該音速Cを表示部55に表示する。
よって、超音波受信信号のうちの透過波を容易に判別できると共にS/N比を向上させ、当該透過波の伝播時間及び気体の音速Cの正確な算出を行うことができる。
Then, the speed of sound C of the gas in the
Therefore, the transmitted wave in the ultrasonic reception signal can be easily discriminated and the S / N ratio can be improved, and the propagation time of the transmitted wave and the sound velocity C of the gas can be accurately calculated.
その後、算出した気体の音速Cを、パラメータ設定部54に予め記録された既知の気体や液体の音速と比較し、近似した音速がある場合には、管1内の気体が当該音速の気体であるとガス種を判定し(ステップ♯11)、判定したガス種を表示部55に表示する。
よって、より正確に算出された気体の音速Cを用いてガス種の判定を行うことができ、ガス種の判定も正確に行うことができる。
Thereafter, the calculated sound velocity C of the gas is compared with the sound velocity of a known gas or liquid recorded in advance in the
Therefore, it is possible to determine the gas type using the sound velocity C of the gas calculated more accurately, and it is also possible to accurately determine the gas type.
[別実施形態]
(1)上記実施形態では、管1の管壁の共振周波数を1.1MHzに設定し、送信用トランスデューサ2が送信する特定超音波の特定送信周波数を1.0MHzに設定する例について説明したが、共振周波数は、管1の材質や肉厚等に応じて適宜設定することができ、特定超音波の特定送信周波数も、共振周波数成分のS/N比を向上させ共振周波数成分のうちの透過波を適切に判別できる構成であれば、当該共振周波数に対して所定の周波数だけずれた周波数に適宜設定することができる。
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, an example has been described in which the resonance frequency of the tube wall of the
例えば、管1の材質を鉄、肉厚を3.2mm、管1自体の音速を3240m/secとして、共振周波数を1.1MHzに設定し、特定超音波の特定送信周波数を800kHzに設定することもできる。
この場合、図7に示すように、受信用トランスデューサ3により受信された超音波受信信号の波形には、主として共振周波数成分(1.1MHz)及び特定送信周波数成分(800kMHz)の各受信信号が混在している状態である。
この超音波受信信号から、共振周波数成分のみを周波数分離して抽出し、抽出した共振周波数成分の受信信号の強度ピーク値を特定し、特定超音波の送信から当該強度ピーク値が現出するまでの時間を伝播時間T1、T2として算出する。
従って、受信用トランスデューサ3にて受信された超音波受信信号において、共振周波数成分における透過波は共振により強度が増幅され、S/N比が向上している。そして、当該超音波受信信号から透過波を含む共振周波数成分のみを抽出することにより、特定送信周波数成分における周回波(ノイズ波)及び共振周波数成分におけるノイズ波から、透過波を容易に判別することができる。これにより、共振周波数成分における透過波から、当該透過波の伝播時間T1、T2を正確に算出することができ、また、このような正確な伝播時間T1、T2に基づいて流体の音速Cを正確に算出することができる。
なお、図7に示すように、受信用トランスデューサ3にて受信された超音波受信信号において、抽出した共振周波数成分は、基本的に当該超音波受信信号と同様の強度変動(超音波受信信号の強度に対して所定割合で減衰した強度)を備えた波形となっているが、共振周波数成分のうち管1内の気体を通過(透過)した部分(透過波)については、共振により強度が増幅されているため、当該超音波受信信号の強度に対する減衰割合が低くなる。従って、抽出した共振周波数成分のうち、当該減衰割合が低い部位を透過波と特定することができ、当該透過波の強度ピーク値を伝播時間T1、T2の算出に用いることができる。
加えて、共振周波数成分である透過波は、共振により強度が増幅されているので、当該透過波の伝播時間をより正確に算出することができ、このような正確な伝播時間に基づいて流体の音速を正確に算出することができる。
For example, the material of the
In this case, as shown in FIG. 7, the waveform of the ultrasonic wave reception signal received by the
From this ultrasonic wave reception signal, only the resonance frequency component is extracted by frequency separation, the intensity peak value of the extracted reception signal of the resonance frequency component is specified, and the intensity peak value appears from the transmission of the specific ultrasonic wave Are calculated as propagation times T1 and T2.
Therefore, in the ultrasonic reception signal received by the receiving
As shown in FIG. 7, in the ultrasonic reception signal received by the receiving
In addition, since the intensity of the transmitted wave, which is a resonance frequency component, is amplified by resonance, the propagation time of the transmitted wave can be calculated more accurately. Based on such an accurate propagation time, the flow of the fluid can be calculated. The speed of sound can be calculated accurately.
(2)上記実施形態では、流体の音速の算出に当たり、第1測定モードと第2測定モードとで、縦波超音波が流体を1回のみ斜め横断する際の両伝播時間を用いたが、これに限らず、縦波超音波が、管1の内面12で繰り返す反射波を利用して、流体を2回以上斜め横断する際の両伝播時間を用いて流体の音速を算出することもできる。
(2) In the above embodiment, in calculating the sound velocity of the fluid, both propagation times when the longitudinal ultrasonic wave obliquely crosses the fluid only once in the first measurement mode and the second measurement mode are used. However, the sound velocity of the fluid can also be calculated by using both propagation times when the ultrasonic wave crosses the fluid at least twice using the reflected wave that the longitudinal ultrasonic wave repeats on the
(3)上記実施形態では、流体(管内流体)として都市ガス等の気体を例に説明したが、水等の液体であってもよい。 (3) In the above embodiment, gas such as city gas has been described as an example of the fluid (in-pipe fluid), but it may be a liquid such as water.
本発明は、超音波受信信号のうちの透過波のS/N比を向上させ当該透過波を容易に判別できると共に、当該透過波の伝播時間及び流体の音速の正確な算出を行うことのできる超音波式音速測定装置及び超音波式音速測定方法に適用できる。 The present invention improves the S / N ratio of the transmitted wave in the ultrasonic reception signal and can easily determine the transmitted wave, and can accurately calculate the propagation time of the transmitted wave and the sound speed of the fluid. The present invention can be applied to an ultrasonic sound velocity measuring apparatus and an ultrasonic sound velocity measuring method.
1 管
2 送信用トランスデューサ(超音波トランスデューサ)
3 受信用トランスデューサ(超音波トランスデューサ)
11 表面
53a 音速算出部
T1 伝播時間(第1測定モード)
T2 伝播時間(第2測定モード)
C 気体(流体)の音速
1
3 Receiving transducer (ultrasonic transducer)
11 Surface 53a Sound velocity calculation unit T1 Propagation time (first measurement mode)
T2 propagation time (second measurement mode)
C Sound velocity of gas (fluid)
Claims (5)
前記送信用トランスデューサにて送信された超音波を前記管の表面にて受信する受信用トランスデューサと、
前記受信用トランスデューサを前記送信用トランスデューサより下流側に配置した第1測定モードにおける超音波受信信号と前記受信用トランスデューサを前記送信用トランスデューサより上流側に配置した第2測定モードにおける超音波受信信号との両伝播時間から、前記管内流体の音速を算出する音速算出部と、を備えた超音波式音速測定装置であって、
前記送信用トランスデューサが、前記第1測定モード及び前記第2測定モードの夫々において、前記管の肉厚から算出される前記管の管壁の共振周波数に対して所定の周波数だけずれた特定送信周波数の特定超音波を前記管の表面から斜角入射し、
前記受信用トランスデューサが、前記第1測定モード及び前記第2測定モードの夫々において、当該受信用トランスデューサに到達する超音波を受信し、
前記音速算出部が、前記第1測定モード及び前記第2測定モードの夫々において前記受信用トランスデューサが受信した超音波の超音波受信信号から前記共振周波数に対応する受信信号を抽出して、これら両受信信号の伝播時間から前記管内流体の音速を算出する超音波式音速測定装置。 A transducer for transmitting oblique incidence of ultrasonic waves from the surface of the tube through which the fluid in the tube flows;
A receiving transducer for receiving the ultrasonic wave transmitted by the transmitting transducer at the surface of the tube;
An ultrasonic reception signal in the first measurement mode in which the receiving transducer is arranged downstream from the transmission transducer, and an ultrasonic reception signal in the second measurement mode in which the receiving transducer is arranged upstream from the transmission transducer; A sound speed calculation unit that calculates the sound speed of the fluid in the pipe from both propagation times, and an ultrasonic sound speed measurement device comprising:
The transmission transducer has a specific transmission frequency shifted by a predetermined frequency with respect to the resonance frequency of the tube wall of the tube calculated from the thickness of the tube in each of the first measurement mode and the second measurement mode. The specific ultrasonic wave is obliquely incident from the surface of the tube,
The receiving transducer receives an ultrasonic wave reaching the receiving transducer in each of the first measurement mode and the second measurement mode;
The sound velocity calculation unit extracts a reception signal corresponding to the resonance frequency from the ultrasonic reception signal of the ultrasonic wave received by the reception transducer in each of the first measurement mode and the second measurement mode, An ultrasonic sound velocity measuring device that calculates the sound velocity of the fluid in the pipe from the propagation time of the received signal.
前記管の表面に配置された受信用トランスデューサにより当該受信用トランスデューサに到達した超音波を受信するステップと、
前記受信用トランスデューサを前記送信用トランスデューサより下流側に配置した第1測定モードにおける超音波受信信号から前記共振周波数に対応する受信信号を抽出するとともに、前記受信用トランスデューサを前記送信用トランスデューサより上流側に配置した第2測定モードにおける超音波受信信号から前記共振周波数に対応する受信信号を抽出するステップと、
抽出された前記両受信信号の伝播時間から前記管内流体の音速を算出するステップと、を備えた超音波式音速測定方法。 Specific ultrasonic waves having a specific transmission frequency that is shifted by a predetermined frequency from the resonance frequency of the tube wall of the tube calculated from the wall thickness of the tube from a transmission transducer arranged on the surface of the tube through which the fluid in the tube flows Obliquely incident from the surface of the tube;
Receiving ultrasonic waves reaching the receiving transducer with a receiving transducer disposed on the surface of the tube;
A reception signal corresponding to the resonance frequency is extracted from the ultrasonic reception signal in the first measurement mode in which the reception transducer is arranged downstream from the transmission transducer, and the reception transducer is located upstream from the transmission transducer. Extracting a reception signal corresponding to the resonance frequency from the ultrasonic reception signal in the second measurement mode arranged in
Calculating the sound velocity of the fluid in the pipe from the extracted propagation times of the two received signals.
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