JP6727308B2 - 改良型ビーム整形音響信号伝搬時間差式流量計 - Google Patents

Description

本出願は流量計に関し、特に伝搬時間差式超音波流量計に関する。

現在、各種の流量計が、パイプを流れる液体や気体など流体の体積流量を測定するために使われている。超音波流量計としては、音響ドップラー効果を利用したドップラー式流量計や、超音波源と媒体の相対移動によって生じる伝搬時間差を利用した、伝送式流量計と呼ばれることもある、信号伝搬時間差式流量計が存在する。伝搬時間（travel time）は、タイムオブフライト（Time of flight）あるいはトランジットタイム（transit time）とも称される。

伝搬時間差式超音波流量計は、流れ方向及びその反対方向に伝搬する超音波パルスの伝搬時間差を評価する。各種の超音波流量計が、侵入（intrusive）式又は湿式流量計として知られるインライン流量計、または、非侵入式流量計として知られるクランプオン流量計として提供されている。その他の流量計として、ベンチュリ管方式、オーバフローシル（overflow sill）方式、レーダ式流量計、コリオリ式流量計、差圧式流量計、電磁誘導式流量計などの種類がある。

不規則な流量分布が存在する場合や開水路（open channel）では、平均流速を求めるために、１つより多い伝搬路が必要になることがある。特に、マルチパス手順はＩＥＣ４１又はＥＮ ＩＳＯ ６４１６のような液体比重測定規格に記載されている。更なる応用として、超音波流量計は、例えば超音波ドップラー式流速計（ＡＤＣＰ）によって流量分布を測定するのにも使われている。ＡＤＣＰは、河川や開水域（open water）において水の速度や流出を測定するのにも適している。

本明細書の目的は、一般には流体、特に水などの液体あるいは気体の平均流速又は流量分布を測定する、改良型の伝搬時間差式流量計及びそれに対応したコンピュータで実行される方法を提供することにある。

本明細書による流量測定装置では、テスト信号及び測定信号を発信及び受信するために、圧電トランスデューサとしても知られる、圧電素子などの音響トランスデューサが用いられる。

また、音波送信器として、金属膜又はその他の光吸収面を励振して振動させるレーザや、コイルで駆動させるスピーカーを備えてもよい。また他の方法で圧力波を発生させることもできる。受信器側は、超音波を検出できれば、圧電トランスデューサと異なる他の手段を用いてもよい。

本明細書では「圧電トランスデューサ」という用語を多く用いるが、この用語は超音波を発生又は検出するその他の音波トランスデューサも意味する。

本明細書による測定信号は、整合フィルタによってモデル形成が可能である。プローブ又はテスト信号としてシャープなピークを有するインパルスが使われる場合、トランスデューサにおける受信信号は、流体の導管や流路でのインパルス応答となる。本出願によれば、インパルス応答を時間反転したものが、測定信号として、同じ流路を通して、逆方向又は同一方向に返信される。その結果、ピークを有する信号が、本来の生成源が存在する起点あるいは元の受信器においてそれぞれ得られる。

時間反転は、いくつかの方法で実現できる。応答信号を記録するのにアナログ手段が使われる場合には、記録された応答信号を逆モードで再生すればよい。応答信号の各サンプルを記録するのにデジタル手段が使われる場合には、記録された各サンプルの順序を逆にすれば、反転信号が得られる。後者は、記録された各サンプルの時間スタンプの値を、それぞれの時間値に（−１）を掛けて反転することによって行える。得られた時間スタンプの各値を昇順で再生すれば、記録された各サンプルが逆の順序で再生される。すなわち、反転応答信号は、記録された応答信号が逆向きに再生されたものである。

本明細書による超音波流量計は、上記の反転信号又は同様に整形された信号を用いることで、超音波流量計に集束性を与え、空間及び時間両方において集束された応答信号を形成する。その結果、受信側の圧電素子でより大きい振幅が得られ、より優れたＳ／Ｎ比が得られる。

本明細書による超音波流量計では、集束性及びビーム整形特性は極めて一般的な条件下において得られる。例えば、集束性は、１個の超音波トランスミッタだけを励起して、反転信号を振幅範囲で粗くデジタル化された信号にした場合でも、反転信号の時間分解能が充分であれば得られる。更に、本明細書による超音波流量計は、パイプに取り付け容易で、パイプの改造を必要としないクランプオン式トランスデューサでも使用可能である。

本明細書による超音波流量計においては、クランプオン式トランスデューサの良好な連結性や方向性を確実にするための技術的特徴や、散乱を減少させるための技術的特徴が必要でない可能性がある。逆に、それらを省くことでビーム形成特性を向上させる可能性がある。散乱を増大させるために、液体やトランスデューサの屈折率に適合した連結材料を選択したり、より多くのせん断波を与えるトランスデューサ連結具を用いてもよい。

本明細書による流量計で使われる音波の周波数は、０．５マイクロ秒（μs）の振動周期に対応する２０ｋＨｚ超と２ＭＨｚとの間が好ましいが、８００ＭＨｚもの高い周波数でもよい。多くの場合、超音波流量計は、可聴しきい値よりはるかに高い数百ｋＨｚ以上の周波数で作動する。伝搬時間差式超音波流量計の周波数は通常、ｋＨｚ又はＭＨｚの単位範囲である。

１つの態様によれば、本明細書は、流体導管又は流路中、特にパイプやチューブ内の流体の流速を、伝搬時間差式超音波流量計を用いて求めるための、コンピュータで実行される方法を開示する。好ましい実施形態において、「コンピュータで実行される」とは、一般的にはワークステーションやメインフレームコンピュータより小さいサイズの、流体パイプに沿った必要箇所に設置可能な、可搬式もしくはコンパクトな固定デジタル信号処理装置で使用できるマイクロプロセッサ、ＡＳＩＣｓ、ＦＰＧＡｓなどの小規模電子構成要素において実行されることを意味する。

以下の説明において、用語「流路」、「導管」、「通路」、「パイプ」等は同義語として使われる。本出願の主題は、あらゆる種類の流体用導管に対して、それらの導管の形状や、それらの導管が開放されているか閉じられているかにかかわりなく、適用可能である。また本出願の主題は、あらゆる種類の流体又は気体に対して、それらが気体であるか液体であるか、もしくは両方の混合物であるかにかかわりなく適用可能である。

本出願全体を通して、「コンピュータ」という用語がよく用いられている。コンピュータにはラップトップやデスクトップコンピュータなどの装置が含まれるが、信号の送受信は、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣｓ、ＦＰＧＡｓなどによっても行うことができる。

さらに、所定の層における流速を得るためトランスデューサ間における接続線は流体管路の中心からずれていてもよい、また一対より多いトランスデューサが存在してもよい。さらに、測定信号は１つより多いトランスデューサにより提供されてもよく及び／又は測定信号に対する応答信号は１つより多いトランスデューサにより測定されてもよい。

信号Ｓ（ｔ）のある時間間隔における信号エネルギーＥは、下記式１
又は、その離散的表現である下記式２
によって定義できる。ここで、時間間隔は、［Ｔ１，Ｔ２］又は［−ｍ×Δｔ，ｎ×Δｔ］によってそれぞれ与えられる。

測定信号の先行部分は、空間及び時間においてピークとなる信号の生成に顕著に寄与することがある。

一部の特定の実施形態において、測定信号又は応答信号は、振幅が、例えば１ビットと１２ビットとの間の分解能でデジタル化された振幅変調振動信号により与えることができる。これは演算速度及びメモリスペースの点で有利であり、ひいては信号ピークを高めることにもなる。特に、本明細書の図に示されたデータが、１２ビットよりも粗い分解能をもって得られた図３０から図３５を除き、１２ビットの分解能で得られている。

更なる実施形態では、トランスデューサに与えられる測定信号が、所定の振幅か無振幅（つまりゼロ振幅）のいずれかを与える、０−１変調に従って変調された振動信号を含むことができる。

更なる態様によれば、伝搬時間差式超音波流量計において流速を測定する装置が開示される。上記装置は、第１の圧電素子と接続する第１コネクタ、第２の圧電素子と接続する第２コネクタ、第１コネクタと接続される任意のデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）及び第２コネクタと接続されるアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を備える。

さらに、上記装置は、コンピュータで読み取り可能なメモリ、電子タイマー又は発振器、インパルス信号を上記第１コネクタに送信する送信器及びインパルス信号に対する応答信号を第２コネクタから受信する受信器を備える。

本出願において、「流れの速度（velocity of flow）」、「フロー速度（flow velocity）」、及び「流速（flow speed）」という用語は同意語として使われる。

上記装置は、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、コンピュータで読み取り可能メモリを含まないアナログ装置としてもよいが、上記装置あるいはその各部を、デジタルコンピュータシステムとともに構成することもできる。

具体的には、速度処理部、選択部及び反転部など各種の信号処理部は、全体的に又は部分的に、特定用途向けの電子部品もしくはコンピュータで読み取り可能な命令セットを有するプログラムメモリとしてもよい。同様に、送信器側の測定信号生成器及びインパルス信号生成器も、全体的に又は部分的に、コンピュータで読み取り可能な命令セットを有する特定用途向け電子部品としてもよい。

更なる実施形態によれば、上記装置は、上記ＡＤＣを含むダイレクトデジタル信号シンセサイザ（ＤＤＳ）を備える。上記ＤＤＳは、周波数制御レジスタ、標準発振器、数値制御式発振器及び再構成ローパスフィルタを備える。さらに、上記ＡＤＣは再構成ローパスフィルタを経て第１及び第２コネクタに接続可能である。

さらに、本明細書は、第１コネクタに接続された第１の圧電トランスデューサ及び第２コネクタに接続された、例えば圧電トランスデューサである第２の超音波トランスデューサを備えた流量測定装置を開示する。特に、圧電トランスデューサなどの超音波トランスデューサは、クランプ止め機構など、それらをパイプに取り付けるための取り付け領域を備えてもよい。

さらに本明細書は、パイプ部を含む流量測定装置を開示する。圧電トランスデューサなどの第１の超音波トランスデューサがパイプ部の第１の箇所に取り付けられ、圧電トランスデューサのような第２の超音波トランスデューサがパイプ部の第２の箇所に取り付けられる。特に、トランスデューサはパイプ部にクランプ止めされてもよい。当該装置をパイプ部に備えることは、パイプ部に関して上記装置を予め調整している場合には有利となる。

上記装置は、コンパクトかつ可搬式に構成できる。クランプオン式トランスデューサなど表面装着可能なトランスデューサを備えた本発明による可搬装置は、アクセス可能ないずれの箇所にあるパイプでもチェックするのにも使用できる。一般的に、本装置は固定式又は可搬式のどちらでもよい。本装置は、必要な箇所に設置できるよう充分にコンパクトであるとともに、湿度、熱及び腐食性物質などの環境条件に対して充分に保護されることが好ましい。

さらに本明細書は、本明細書による流量測定方法を実行するためのコンピュータで読み取り可能なコード、このコンピュータで読み取り可能なコードを記憶するコンピュータで読み取り可能なメモリ及び本明細書による方法の各ステップを実行するように動作可能な特定用途向け電子部品を開示する。

具体的には、特定用途向け電子部品は、例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどの上記コンピュータで読み取り可能なメモリを含む電子部品により与えられてもよい。他の実施形態によれば、特定用途向け電子部品は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）やフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）など、配線接続された部品又は構成可能な回路を備えた部品により与えられる。

更なる実施形態において、本明細書による特定用途向け電子部品は、例えば、マルチダイ（チップ）構成で適切にプログラムされたＥＰＲＯＭに接続されているＦＰＧＡなど、複数の相互接続された電子部品により与えられる。特定用途向け電子部品の更なる例は、プログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）やコンプレックスプログラマブル論理装置（ＧＰＬＤ）などのプログラマブル集積回路である。

既製品のテスト装置が、本出願に従って流体導管内における流体の流速を測定しているかどうかを判定することが有用である。そのために、流体導管に対して所定の速度を有する流体を流体導管に供給する。そして、流体導管の第１の箇所に取り付けられた、テスト装置の圧電トランスデューサなどの第１の超音波トランスデューサにテストインパルス信号を与えた後、流体導管の第２の箇所に取り付けられた、圧電トランスデューサなどのテスト装置の第２の超音波トランスデューサにより、上記テストインパルス信号に対するテスト応答信号を受信する。

さらに、本明細書は、３個又はそれ以上の超音波トランスデューサを備えた装置において所定の測定信号を用いて流体導管内の流体の流速を求める、コンピュータで実行される方法を開示する。所定の信号とは、第１測定信号と第２測定信号を含む。

流体導管は上記流体導管に対して所定の速度を有する流体を供給する。さらに、流体導管は第１の超音波トランスデューサ、第２の超音波トランスデューサ及び第３の超音波トランスデューサを備えている。特に、第２のトランスデューサ及び第３のトランスデューサは、第１のトランスデューサに関し及び導管の長手方向に関してある距離をもって設置できる。

第１の超音波トランスデューサ、第２のトランスデューサ及び第３の超音波トランスデューサ間のそれぞれの接続線が流体導管の対称軸の外側で延びるように、トランスデューサが設置されている。特に、接続線は、導管の平均直径に関し又は導管の平均半径に関し５％以上又は１０％以上ずれている。

例えば、導管の平均半径は、対称軸上の基準点に関して下記式３
又は下記式４等で定義できる。

第１の所定の測定信号は第１の超音波トランスデューサに与えられ、第２の超音波トランスデューサで受信した第１の所定の測定信号に対する第１の応答信号は、例えば第２の超音波トランスデューサで発せられる電圧を検知することにより測定される。

同様に、第２の所定の測定信号は第１の超音波トランスデューサに与えられ、第３の超音波トランスデューサで受信した第２の所定の測定信号が測定される。

第１の所定の測定信号及び第２の所定の測定信号はそれぞれ対応するインパルス信号又はそれから導出された信号に対する応答信号の時間に関する反転信号部分を含む。

具体的には、各測定信号は、測定信号として同一対のトランスデューサの間に送信されたインパルス信号から生成可能である。測定信号生成は実際の測定、シミュレーション又は両者の組み合わせにより行うことができる。

測定信号は、信号が生成したところからインパルス信号として同じ方向又は反対方向に送信できる。特に、測定信号がインパルス信号から生成されるキャリブレーションプロセスの間、流体が導管に対して移動しているとすると、測定信号をインパルス信号と同じ方向に送信することは安定性の理由から有利である。

言い換えれば、測定フェーズにおいて、送信トランスデューサおよび受信トランスデューサの順序は、測定信号を生成する先のキャリブレーションフェーズと同じにすることができる。あるいは、先の送信トランスデューサを受信トランスデューサとして用い、先の受信トランスデューサを送信トランスデューサとして用いて逆にすることもできる。

一般に、第１測定信号は、第２測定信号の伝搬路とは異なる伝搬路又は経路に適合される。それにより、第１測定信号及び第２測定信号は一般に互いに異なる。さらに、第１のトランスデューサから第２のトランスデューサへインパルス信号を送信することにより得られた測定信号は一般に、第２のトランスデューサから第１のトランスデューサに反対方向にインパルス信号を送信することにより得られた測定信号とは異なる。

一般に、送信及び受信トランスデューサ間の圧力信号の信号伝播は、直進する伝播を含むのみでなく導管壁の１つ以上の反射及び／又はパイプ壁内の散乱プロセスも含み得る。

具体的には、上記方法は伝搬時間（ＴＯＦ）流量測定において使用できる。ＴＯＦ測定に当たっては、第１測定信号を与えて対応する応答信号を測定するステップ及び第２測定信号を与えて対応する応答信号を測定するステップを逆方向で繰り返し、対応する第１の逆方向及び第２の逆方向応答信号を得る。

上記のように、「逆方向」測定を行うことは、それぞれのトランスデューサの役割が交換されるように実行すること、言い換えれば、先の送信トランスデューサが受信トランスデューサとして使用され、先の受信トランスデューサが送信トランスデューサとして使用されるように、測定ステップを実行することをいう。

このように、第１の測定が、測定信号が流体の流れの方向に速度成分を有するという意味で流体の流れの方向に測定信号を送信することを含むとすると、対応する「逆方向」測定は測定信号を流体の流れ方向に逆らって送信することを含む。

それぞれの第１測定信号及び第２測定信号に対する第１の応答信号及び第２の応答信号は流体の１つ以上の流速を導出するために使用される。特に、第１の応答信号は、第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサ間の接続線を含む流体層における流速を求めるために使用でき、第２の応答信号は第１のトランスデューサ及び第３のトランスデューサ間の接続線を含む流体層の流速を求めるために使用できる。

伝搬時間測定に適する更なる実施形態によれば、第１の所定の逆方向測定信号は第２の超音波トランスデューサに与えられ、第１の超音波トランスデューサにおいて第１の逆方向測定信号に対する第１の逆方向応答信号が測定される。

同様に、第２の逆方向測定信号は第３の超音波トランスデューサに与えられ、第３の逆方向測定信号に対する第３の逆方向応答信号が第１の超音波トランスデューサで測定される。

第１の逆方向測定信号及び第２の逆方向測定信号はそれぞれ対応するインパルス信号又はそれから導出される信号に対する応答信号を時間反転した信号部分を含む。「対応するインパルス信号」とは対応する測定信号として同一対のトランスデューサ間に送信されるインパルス信号のことである。

流体の流速は、少なくとも１つの第１の応答信号、第１の逆方向応答信号、第２の応答信号及び第２の応答信号から導出される。特に、第１の応答信号と第１の逆方向応答信号は、伝搬時間法を用いて流速を導出するために使用できる。同様に、第２の応答信号及び第２の逆方向応答信号が、伝搬時間法を用いて流速を導出するために使用できる。

上記３個のトランスデューサの配置において第２のトランスデューサから第３のトランスデューサへの測定信号伝搬も用いる更なる実施形態において、上記測定は更に以下のステップを含む。

第３測定信号が第２の超音波トランスデューサに与えられ、第２測定信号に対する第３の応答信号が第３の超音波トランスデューサで測定される。上記実施形態と同様に、第３の所定の測定信号は、対応するインパルス信号又はそれから導出された信号に対する応答信号の時間に関する反転信号部分を含む。

流体の少なくとも１つの流速が第３の応答信号から導出される。少なくとも１つの流速を求める目的で、第１の応答信号、第１の逆方向応答信号、第２の応答信号及び第２の逆方向応答信号も同様に使用してもよい。

伝搬時間法を用いる、第２のトランスデューサ及び第３のトランスデューサ間の流体層における流速を求めることに適する更なる実施形態において、上記方法は更に以下のステップを含む。

第３の逆方向測定信号が第３の超音波トランスデューサに与えられ、第３の逆方向測定信号に対する、第２の超音波トランスデューサで受信される第３の逆方向応答信号が測定される。

上記実施形態と同様に、第３の逆方向測定信号は対応するインパルス信号又はそれから導出された信号に対する応答信号を時間反転した信号部分を含む。

流体の少なくとも１つの流速が第３の応答信号及び第３の逆方向応答信号から導出される。少なくとも上記１つの流速を求める目的で、第１の応答信号、第１の逆方向応答信号、第２の応答信号及び第２の逆方向応答信号も同様に使用できる。

少なくとも２個のクランプオン式トランスデューサの配置を有する流体導管中の流速を求めるのに適する、更なるコンピュータで実行される方法によれば、流体導管に対して所定の速度を有する流体を、流体導管に供給する。

さらに、第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサを、流体導管に備える。第２の超音波クランプオン式トランスデューサは第１の超音波クランプオン式トランスデューサに関し、上記導管の長手方向にずれていることが好ましい。

各クランプオン式トランスデューサは第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサ間の直線接続線が導管の対称軸の外側で延びるように設置されている。特に、接続線は導管の平均直径又は平均半径に関して５％以上又は１０％以上対称軸に関してずれていてもよい。

所定の測定信号が第１の超音波クランプオン式トランスデューサに与えられ、第２の超音波クランプオン式トランスデューサで受信された測定信号に対する応答信号が測定される。

上記実施形態と同様に、所定の測定信号は、対応するインパルス信号又はそれから導出された信号に対する応答信号を時間反転した信号部分を含む。流体の流速は応答信号から導出される。

上記実施形態と同様に、測定フェーズは逆方向に測定信号を送信することをも含む。特に、上記方法は所定の逆方向測定信号を第２の超音波クランプオン式トランスデューサに与えて逆方向測定信号に対する逆方向応答信号を第２の超音波クランプオン式トランスデューサで測定することを含む。

上記実施形態と同様に、逆方向測定信号は、対応するインパルス信号又はそれから導出された信号に対する応答信号を時間反転した信号部分を含む。流体の流速は応答信号及び逆方向応答信号から特に伝搬時間法を用いて導出される。

湿式トランスデューサ又はクランプオン式トランスデューサである、少なくとも３個の超音波トランスデューサを用いた構成が、上記クランプオン式トランスデューサの構成と同様に、本測定方法に適用される。

クランプオン式トランスデューサは音響信号を導管上の特定の場所に集中させるという点で特に利点をもたらすことができ、それは「ビーム整形」とも言われる。導管との相互作用を利用して、また選択的に接続部品との相互作用を活用して、クランプオン式トランスデューサの音波は、湿式トランスデューサと比較してより広い角度に又はより多くの方向に拡散される。接続部品はスネルの法則に従って音波を導くことができるが、より多くのモードや散乱を発生させる助けにもなる。

本明細書による時間反転は、異なる経路に沿って伝搬する各種信号成分を重ね合わせた測定信号を生成するためにも使用できる。それにより受信トランスデューサが設置できる導管の特定の箇所でより高い振幅を導くことができる。

測定信号生成における測定の繰り返しやデジタル化ステップに関する後述の変更点は、本明細書によるすべてのトランスデューサの配置に適用できる。

上記実施形態において、インパルス信号を与えて対応する応答信号を受信するステップは、複数回繰り返され、複数の応答信号が得られる。特に、測定の繰り返しは２個のトランスデューサの所与の組み合わせを参照してよい。第１及び第２測定信号など、それぞれの測定信号は受信した応答信号の平均から導出される。

具体的には、上記実施形態におけるそれぞれの測定信号の導出は、振幅に関し、対応する応答信号又はそれから導出された信号のデジタル化を含んでもよい。１つの実施形態によれば、それぞれの測定信号のビット分解能を変更し、上記測定信号に対する応答信号を測定するステップは、最大振幅を有する応答信号を生成させる測定信号が見つかるまで繰り返される。対応するビット分解能を有する測定信号が測定信号として選択される。

１つの特定の実施形態によれば、第１測定信号および第２測定信号など、それぞれの測定信号に対する応答信号の振幅を増大させるために、デジタル化された信号のビット分解能が高くされる。一例として、所定のステップでビット分解能を高め、最大振幅を有する応答信号を生成するビット分解能を選択し、測定信号の対応する表現がコンピュータメモリに記憶される。

別の特定の実施形態によれば、デジタル化信号のビット分解能を低下又は低減させ、それぞれの測定信号に対する応答信号の振幅を増大させる。一例として、所定のステップにおいてビット分解能を低下させ、最大振幅を有する応答信号を生成するビット分解能を選択し、測定信号の対応する表現がコンピュータメモリに記憶される。

具体的には、振幅に関するデジタル化信号のビット分解能が低ビット分解能として選択できる。例えば、低分解能は１ビットと８ビット分解能との間でもよく１ビット分解能と６４ビット分解能との間でもよい。

１つの特定の実施形態によれば、測定信号に対する少なくとも１つの応答信号を処理することで、導管の壁厚の変化を求め、あるいは、縦波及び横波の音波特性を測定して導管壁の素材特性を求める。例えば、横波及び縦波の音波特性は、音波の異なる到着時間に対応する受信信号つまり応答信号の対応する部分から導出し得る。

更なる実施形態によれば、上記方法は、それぞれの測定信号がインパルス信号に対する応答信号から生成される、先行キャリブレーションを含む。キャリブレーションは、工場設定又は当該方法の操作中に行ってもよい。後述するキャリブレーションは、２個のトランスデューサの対のすべて組み合わせに対し同様に適用でき、１対のトランスデューサに対して１方向にのみ行ってもよく、１対のトランスデューサに対して双方の方向で行ってもよい。前者の場合には、１つの測定信号が１対のトランスデューサに対して得られ、後者の場合には、２つの測定信号が１対のトランスデューサに対して得られる。

キャリブレーションフェーズの間に、導管に対して静止した、又は流体導管に対して所定の速度で動く流体を流体導管に供給する。

第１インパルス信号が第２の超音波トランスデューサに与えられ、第１インパルス信号に対する第１の応答信号が第１の超音波トランスデューサで受信される。

同様に、第２インパルス信号が第３の超音波トランスデューサに与えられ、少なくとも１つのインパルス信号に対する第２の応答信号が第１の超音波トランスデューサで受信される。

第１測定信号は第１の応答信号から導出され、第２測定信号は第２の応答信号から導出される。

それぞれの第１及び第２測定信号の導出は、それぞれの第１及び第２の応答信号又はそれから導出された信号の信号部分を選択すること、及び信号部分を時間反転することを含む。

言い換えれば、第１の応答信号の一部分が選択され時間反転又は逆転され、反転信号部分を用いて第１測定信号が生成される。同様に、第２の応答信号の一部分が選択され時間反転又は逆転され、反転信号部分を用いて第２測定信号が生成される。

第１の所定の測定信号及び第２の所定の測定信号はその後に使用するために記憶される。上記のように、同様のキャリブレーションプロセスが、２個のトランスデューサの組み合わせごとに使用できる。

一般に、キャリブレーションは、不安定さを避けるため又は補償するために逆方向にも行なわれる。キャリブレーションが、ゼロ流速又は非ゼロ流速条件で行われるかどうかにより、キャリブレーションを両方向で行うこと及び２つの生成した測定信号のそれぞれをどちらかの方向において使用することは有利となりうる。

言い換えれば、もし測定プロセス間に第１のトランスデューサが送信トランスデューサであり、第２のトランスデューサが受信トランスデューサであれば、インパルス信号を第１のトランスデューサから第２のトランスデューサへ送信することにより、又はインパルス信号を第２のトランスデューサから第１のトランスデューサへ送信することにより、測定信号を生成することができる。

同様のキャリブレーションプロセスが２個のトランスデューサの対ごとに行うことができる。特に、キャリブレーションプロセスは第１、第２及び第３のトランスデューサを含む上記３個のトランスデューサ配置のトランスデューサの対ごとに同様に行うことができる。

２個以上のクランプオン式トランスデューサが配置される特定の場合において、キャリブレーションは以下のステップにより行うことができる。流体を流体導管に供給する。流体は流体導管に対して特に所定の速度を有する。

インパルス信号を第１の超音波クランプオン式トランスデューサ又は第２の超音波クランプオン式トランスデューサに与える。その後、インパルス信号に対する応答信号が２個の超音波トランスデューサの他方で受信され、測定信号が応答信号から導出される。同様に、インパルス信号を第２の超音波クランプオン式トランスデューサに与え、応答信号が第１の超音波クランプオン式トランスデューサで受信できる。

ここで、測定信号の導出は、各応答信号又はそれから導出された信号の信号部分を選択すること、及び信号部分を時間反転することを含む。測定信号はその後に使用するため、特に流体の流速を求めるために測定プロセスの間に記憶される。

本明細書によるインパルス信号とは単一のインパルス信号のことである。一般に、インパルス信号とは短い時間に集中した信号エネルギーを有する信号のことである。特定の一実施形態において、インパルス信号は１０から２０振動周期以下のわずかな搬送波の振動周期の間だけ持続する。

具体的には、インパルス信号の包絡線は矩形状でもよいが、その他の形状も可能である。例えば、インパルス信号は、１つの時間ピークつまり単一のインパルス、短い矩形バースト又は鋸波状、矩形波状、チャープ（ｃｈｉｒｐ）、サイン波などその他任意の信号形状、もしくは１／ｆノイズとしても知られるホワイトノイズやピンクノイズなど所定のノイズバーストに対応するものであってもよい。本キャリブレーション方法は、インパルス信号がほぼどんな信号形状でも機能する。

更なる実施形態において、対応する応答信号が複数回送受信されることにより複数の応答信号が得られ、それぞれの測定信号が、受信した応答信号の平均から導出される。

具体的には、それぞれの測定信号の導出は対応する応答信号又は上記応答信号から導出された信号を振幅に関してデジタル化することを含んでもよい。

更に上記のように、それぞれの測定信号となる応答信号の振幅を増大させるために、デジタル化された信号のビット分解能を高くする。特定の一実施形態において、生成された測定信号となる応答信号の振幅は、異なるビット分解能に対応する測定信号のために、導管の所定の箇所で測定される。最大振幅を有する測定信号が選択され、その後に使用するためにメモリに記憶される。

高振幅を有する測定信号に対する応答信号が検出され、対応する測定信号がその後に使用するためにメモリに記憶されるまで、デジタル化された信号のビット分解能を低下させることを、同様の処理により行うこともできる。

具体的には、振幅に関してデジタル化された信号のビット分解能は、１ビットと１０ビットとの間などの低ビット分解能として選択できる。

さらに、本明細書は、上記流量測定方法の１つを実行するためのコンピュータで読み取り可能な命令を備える、コンピュータで読み取り可能なプログラムコードを開示する。さらに、本明細書は、コンピュータで読み取り可能なプログラムコードを備える、コンピュータで読み取り可能なメモリ及び上記流量測定方法を実行するように動作可能な特定用途向け電子部品を開示する。

さらに、本明細書は、３個のトランスデューサを有する導管内の流体の流量を測定する装置を開示する。上記装置は、伝搬時間式流量測定を行うように動作可能である。

上記装置は、第１の超音波素子に接続する第１コネクタ、第２の超音波素子に接続する第２コネクタ、及び第３の超音波トランスデューサに接続する第３コネクタを備える。

さらに、上記装置は、インパルス信号および測定信号を送信する送信部、応答信号を受信する受信部及び処理部を備える。第１反転信号から第１測定信号を導出し、第２反転信号から第２測定信号を導出し、第１測定信号及び第２測定信号を記憶する、送信部、受信部及び処理部が設けられる。

上記実施形態と同様に、反転信号の導出は、対応するインパルス信号又はそれから導出された信号に対する応答信号の信号部分を時間反転することを含む。

処理部、送信部及び受信部は、第１の所定の測定信号を第１コネクタに与え、第１測定信号に対する第１の応答信号を第２コネクタで受信するように動作可能である。

さらに、処理部、送信部及び受信部は、第２測定信号を第１コネクタに与え、第２測定信号に対する第２の応答信号を第３コネクタで受信し、第１の応答信号及び第２の応答信号の少なくとも１つから流体の流速を導出するように動作可能である。

さらに、処理部、送信部及び受信部は、湿式トランスデューサ又はクランプオン式トランスデューサであってもよい３個のトランスデューサの３個のトランスデューサ配置に関して上記のその他の測定及び較正のいずれかを行うように作動可能である。

信号を与えることは、特にコンピュータのメモリから記憶された信号を読み出し、一般にケーブルを介してその後トランスデューサに送信される、メモリから読み出した信号に対応する電気信号を生成することを含む。さらに、処理部は第１の応答信号及び第２の応答信号の少なくとも１つから、流体の流速を導出するように動作可能である。

具体的には、コネクタ、送信部、受信部及び処理部は、伝搬時間差式超音波流速計又はその一部、特に、可搬式伝搬時間差式超音波流量計又はその一部を設けることができる。

更なる態様において、本明細書は、少なくとも２個のクランプオン式トランスデューサを備えた配置の導管内の流体の流速を測定する装置を開示する。具体的には、上記装置は、第１コネクタ、第１コネクタに接続された第１の超音波クランプオン式トランスデューサを含む。同様に、上記装置は、第２コネクタ、第２コネクタに接続された第２の超音波クランプオン式トランスデューサを含む。

さらに、上記装置は、導管の一部を備え、第１の超音波クランプオン式トランスデューサが第１の箇所で導管の一部に取り付けられており、第２の超音波クランプオン式トランスデューサが第２の箇所で導管の一部に取り付けられている。

クランプオン式トランスデューサは、第１の超音波トランスデューサと第２の超音波トランスデューサとの間のそれぞれの接続線が流体導管の対称軸の外側で延びるように配置される。

上記装置と同様に、本装置は、インパルス信号を送信し測定信号を送信する送信部、応答信号を受信する受信部及び反転信号から測定信号を導出する処理部を備える。

上記実施形態と同様に、反転信号は、対応するインパルス信号又はそれから導出された信号に対する応答信号を時間反転した信号部分を含む。

処理部、送信部及び受信部は、測定信号を第１コネクタに与え、第１（所定の）測定信号に対する応答信号を第２コネクタで受信し、流体の流速を応答信号から導出するように動作可能である。

さらに、上記装置の処理部、送信部及び受信部は、第１クランプオン式トランスデューサ及び第２クランプオン式トランスデューサを有する配置において、上記その他の測定及び較正方法のいずれをも行うように動作可能である。

更なる実施形態において、上記装置は、それぞれのコネクタに接続するＤ／Ａ変換器およびそれぞれのコネクタに接続するＡ／Ｄ変換器を含む。さらに、上記配置は、少なくとも１つの測定信号を記憶するためのコンピュータで読み取り可能なメモリを備える。

更なる実施形態において、上記装置は、Ａ／Ｄ変換器を備えたダイレクトデジタル信号シンセサイザ、及び周波数制御レジスタ、標準発振器、数値制限発振器及び再構成ローパスフィルタを備える。Ａ／Ｄ変換器が再構成ローパスフィルタを経てそれぞれのコネクタに接続可能である。

更なる態様において、本明細書は、所与のテスト装置又はテスト中の装置が上記測定方法により流体導管内の流体の流速を測定しているかどうかを判定するコンピュータで実行される方法を開示する。上記テスト方法は、同じ方法が用いられることに数学的証明を与えるものではないが、実用上の目的では十分な確からしさを与えるものである。

本方法によれば、流体導管に対して所定の速度を有する流体が、流体導管に供給される。

それぞれ第１及び第２の箇所に取り付けられた第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサが、流体導管に備えられる。

テストインパルス信号がテスト装置の第１の超音波トランスデューサに与えられ、テストインパルス信号のテスト応答信号がテスト装置の第２の超音波トランスデューサで受信される。

第１のテスト測定信号が第１の応答信号から導出され、第１測定信号の導出は、それぞれの第１又は第２の応答信号又はその一部分を時間反転することを含む。

第１のテスト測定信号が、テスト装置のトランスデューサで発せられた第１測定信号と比較される。第１のテスト測定信号と第１測定信号とが相似する場合、テスト装置が請求項１から５のいずれか１項に記載の流体導管内の流体の流速を求めるための方法を用いていると判定される。

具体的には、本方法は請求項１から５のいずれか１項に記載のトランスデューサ対ごとに行うことができ、得られた測定信号が当該トランスデューサ対ごとに相似する場合には、対応する方法が用いられていると検出される。

具体的には、請求項１に記載の方法に関して、対応するテスト方法はさらに、第３の超音波トランスデューサを流体導管に備え、テストインパルス信号をテスト装置の第１の超音波トランスデューサ又はテスト装置の第２の超音波トランスデューサに与え、テストインパルス信号に対する第２のテスト応答信号をテスト装置の第３の超音波トランスデューサで受信し、第２のテスト応答信号から第２のテスト測定信号を導出し、第２測定信号を、テスト装置のトランスデューサで発せられた第２測定信号と比較することを含むことができる。

上記テスト装置は、第１のテスト測定信号と第１測定信号とが相似する場合、請求項１に記載の流体導管内の流体の流速を求めるための方法を用いていると判定される。

次に、本明細書の主題を、以下の図面を参照して更に詳しく説明する。
図１は、２つの圧電素子を備えた第１の流量計の配置を示す。 図２は、図１の流量計装置における１つのダイレクト信号及び２つの散乱信号を示す。 図３は、流れの方向から見た図１の流量計装置を示す。 図４は、４つの圧電素子を備えた第２の流量計の配置と４つのダイレクト信号とを示す。 図５は、流れの方向から見た図４の流量計装置を示す。 図６は、テスト信号の概略図を示す。 図７は、テスト信号の応答の概略図を示す。 図８は、反転信号の概略図を示す。 図９は、反転信号の応答の概略図を示す。 図１０は、高分解能の第１反転信号を示す。 図１１は、図１０の反転信号の応答を示す。 図１２は、高分解能の更なる反転信号を示す。 図１３は、図１２の反転信号の応答を示す。 図１４は、高分解能の更なる反転信号を示す。 図１５は、図１４の反転信号の応答を示す。 図１６は、高分解能の更なる反転信号を示す。 図１７は、図１６の反転信号の応答を示す。 図１８は、高分解能の更なる反転信号を示す。 図１９は、図１８の反転信号の応答を示す。 図２０は、高分解能の更なる反転信号を示す。 図２１は、図２０の反転信号の応答を示す。 図２２は、高分解能の更なる反転信号を示す。 図２３は、図２２の反転信号の応答を示す。 図２４は、高分解能の更なる反転信号を示す。 図２５は、図２４の反転信号の応答を示す。 図２６は、高分解能の更なる反転信号を示す。 図２７は、図２６の反転信号の応答を示す。 図２８は１２ビット分解能の更なる反転信号を示す。 図２９は、図２８の信号の応答を示す。 図３０は、３ビット分解能の更なる反転信号を示す。 図３１は、図３０の信号の応答を示す。 図３２は、２ビット分解能の更なる反転信号を示す。 図３３は、図３２の信号の応答を示す。 図３４は、１ビット分解能の更なる反転信号を示す。 図３５は、図３４の信号の応答を示す。 図３６は、図１の流量計の圧電素子における短いインパルスを示す。 図３７は、図３６の信号の反転信号から導出された、図１の流量計の圧電素子の信号を示す。 図３８は、図３７の信号の応答を示す。 図３９は、上流側及び下流側の相互相関関数を示す。 図４０は、図３９の部分拡大図を示す。 図４１は、圧電素子の反対側の配置のための１２度のずれに対する反転信号に対する応答信号を示す。 図４２は、本明細書による流量測定のための多数対１センサ配置を示す。 図４３は、本明細書による流量測定のための１対多数センサ配置を示す。 図４４は、本明細書による層における流量測定のための１対１センサ配置を示す。 図４５は、本明細書による多層における流量測定のためのマルチセンサー配置を示す。 図４６は、本明細書による流速測定装置を示す。 図４７は、図４６の装置で使われるダイレクトデジタルシンセサイザを示す。 図４８は、非対称のトランスデューサ配置の長手方向断面図を示す。 図４９は、図４８の配置の横断面図を示す。 図５０は、伝搬時間測定の１つの周期測定信号を示す。 図５１は、伝搬時間測定の１０の周期測定信号を示す。 図５２は、時間反転信号から導出された測定信号を示す。 図５３は、図５０の信号に対する応答信号を示し、図４８及び４９の非対称配置が伝搬路に設けられている。 図５４は、図４８及び４９の配置における図５１の信号に対する応答信号を示す。 図５５は、図４８及び４９の配置における図５２の信号に対する応答信号を示す。 図５６は、３個のトランスデューサ配置における２つの信号経路に対応した測定信号を得る処理を示す。 図５７は、図５６の方法において得られた測定信号を用いるＴＯＦ流量測定を示す。 図５８は、導管上の２個のトランスデューサの２つの異なる配置を示す。 図５９は、図５８の配置において得られる測定信号の圧力分布を示す。 図６０は、テスト中の装置が検証装置と同じ流量測定方法を用いているかどうかを判定する例を示す。

以下の説明で、本明細書の実施形態を詳述する。但し、以下の詳細に拠らずとも各種の実施形態を実施可能なことは、当業者にとって自明である。

図に示された実施形態の部材の中には同様の部材を有するものがある。同様の部材はダッシュ記号やアルファベット記号を用いて同じ名前又は同様の部材番号を有する。このような同様の部材の説明は、必要に応じて、他の同様の部材に参照して適用することにより、本開示を制限することなく本文の繰り返しを削減する。

図１は、第１の流量計の配置１０を示す。本流量計の配置においては、第１の圧電素子１１が、導管１２とも称されるパイプ１２の外壁に配置されている。第２の圧電素子１３がパイプ１２の反対側に配置され、第１の圧電素子１１と下流側の第２の圧電素子１３との間の直線が、パイプ１２の対称軸方向でもある平均流の方向１４に対して角度βを成している。角度βは図１の例では約４５度に選定されているが、その傾斜角度は、例えば６０度などもっと急でも、あるいは例えば３０度などもっと緩やかでもよい。

図１に示した圧電素子１１、１３などの圧電素子は一般的に、音響送信器及び音響センサとして作動可能である。音響送信器及び音響センサは、同じ圧電素子で構成してもよいし、同じ圧電素子の異なる領域によって構成してもよい。その場合、圧電素子又はトランスデューサは、送信器又は音響源として作動されるとき圧電送信器とも称され、また音響センサとして作動されるとき音響センサ又は受信器とも称される。

流れ方向が図１に示す向きの場合、第１の圧電素子１１は「上流側」圧電素子とも称され、第２の圧電素子１３は「下流側」圧電素子とも称される。本明細書による流量計は、両方向の流れに対して実質上同様に作動し、図１の流れ方向は例示としてのみ示している。

図１は、上流側圧電素子１１が圧電トランスデューサとして作動され、下流側圧電素子１３が音響センサとして作動される構成の場合の、図１における電気信号の流れを示している。明確にするために記すと、本出願は上流側及び下流側で作動し、すなわち、両圧電素子の位置は交換可能である。

第１の演算部１５が上流側圧電素子１１に接続され、第２の演算部１６が下流側圧電素子１３に接続されている。第１の演算部１５は、第１のデジタル信号プロセッサ、第１のデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）及び第１のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を備える。同じく、第２の演算部１６は、第２のデジタル信号プロセッサ、第２のデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）及び第２のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を備える。第１の演算部１５は、第２の演算部１６に接続されている。

図１に示した２つの演算部１５、１６を備えた構成は、例示としてのみ示したものである。他の実施形態として、異なる数及び構成の複数の演算部を備えてもよい。例えば、１つの中央演算部だけでもよく、２つのＡ／Ｄ又はＤ／Ｃ変換器と１つの中央演算部でもよく、もしくは各トランスデューサに設けた２つの小型演算部と１つのより大型の演算部でもよい。

１つ又は複数の演算部は、例えばマイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ＡＣＩＤ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）によって得られる。具体的には、記憶されたデジタル信号からの電気信号の合成は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡ，ＤＡＣ）からなるダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）で行ってもよい。

本明細書に基づき測定信号を生成する方法は、以下のステップを含む。

第１の演算部１５のデジタル信号プロセッサで音響信号を合成することにより、所定のデジタルテスト信号が生成される。このデジタル信号は、信号経路１７を介して、第１の演算部１５から圧電素子１１へと送信される。圧電素子１１は、対応する超音波テスト信号を生成する。演算部１５と１６は、１つの単一ユニットとして設けることもできる。

テスト信号は、例えば単一の１ＭＨｚ振動又は１０個の当該振動により、短いパルスとして与えられる。具体的には、テスト信号は一定の振幅の少数の振動によって与えることで、矩形信号に近似させてもよい。単一又は複数の振動は、サイン波形状、三角形状、矩形状又はその他の形状を有してよい。

超音波テスト信号は、パイプ１２内の液体を通り圧電素子１３まで伝搬する。図１において、超音波信号のダイレクト信号経路が、矢印１８で示している。同じく、逆方向における超音波信号のダイレクト信号経路が、矢印１９で示している。応答信号は、圧電素子１３によって検出され、信号経路２０を介して第２の演算部１６に送信され、第２の演算部１６によってデジタル化される。

更なるステップでは、デジタル測定信号がデジタル化した応答信号から導出される。この測定信号の導出は、デジタル化した応答信号を時間反転により行われる。更なる実施形態によれば、測定信号の導出は、振幅範囲における低分解能への変換、低周波ノイズ及び高周波ノイズなどのノイズを除去する、信号のバンドパス幅フィルタリングなどの更なるステップを含む。特に、バンドパス幅フィルタリングのステップは、信号を時間反転するステップの前に行ってもよい。

信号の反転は、例えば、メモリ領域を逆方向に読み出したり、あるいはフーリエ表記のサイン成分の符号を逆にするなど、各種の方法で実施し得る。

一の実施形態では、デジタル化応答信号のうち、ダイレクト信号からの応答を含む適切な一部分が選択される。次いで、その応答信号の一部分が、時間転回もしくは時間反転される。言い換えれば、応答信号のうち後で受信された信号部分が、反転測定信号においては先に送出される。例えば、信号が時系列の振幅サンプルによって表わされている場合、上記の信号反転では、振幅信号の順序が反転もしくは逆転される。

時間の方向もしくは符号が反転されて得られた信号は、「反転信号」とも称される。ここでの「反転」という表現は、時間の方向に関する反転を意味し、振幅値など、値に関する反転を意味するものではない。

図１０〜図１９は、本明細書によるデジタル信号を例示している。

本明細書の１つの実施形態による流量計においては、上流及び下流方向の両方向１８、１９で同じ測定信号が使われ、単純且つ効率的な構成が得られる。他の実施形態によれば、異なる信号が両方向で使われる。具体的には、測定信号がテスト信号の本来の受信器に与えられてもよい。このような構成は、非対称な条件及びパイプ形状の場合に有利である。

上記の反転信号を測定信号として用いて、パイプを流れる液体の流速を測定する方法は、以下のステップを含む。

上記の測定信号が、第１の演算部１５から圧電トランスデューサ１１へ信号経路１７を介して送信される。圧電トランスデューサ１１は、対応する超音波測定信号を生成する。このような測定信号の各例が、図１０、１２、１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２，３４，３７及び３８に示している。

超音波測定信号は、パイプ１２内の液体を通って圧電センサ１３まで伝搬する。応答信号が圧電センサ１３によって検出され、信号経路２０に沿って第２の演算部１６に送信され、第２の演算部１６によりデジタル化される。

第２の演算部１６は、デジタル化応答信号を第１の演算部１５に送信する。第１の演算部１５は、例えば以下に詳しく説明する方法の１つを用い、受信信号の伝搬時間を求める。

同様の処理が、逆方向１９に伝搬する信号に対しても行われる。つまり、上記の測定信号が下流側圧電トランスデューサ１３に与えられ、応答信号が上流側圧電トランスデューサ１１により測定されて、逆方向１９における上流伝搬時間ＴＯＦ_ＵＰが得られる。第１の演算部１５は、例えば下記式５に基づいて流れの速度を求める。
ここで、Ｌは両圧電素子１１と１３との間のダイレクト路の長さ、βは両圧電素子１１と１３との間のダイレクト路と平均流の方向との間の傾斜角、ｃは所定の圧力及び温度条件下における液体中の音速である。

音速の二乗ｃ^２は、下記式６によって２次近似可能である。
この式から、下記式７が得られる。

これにより、温度や圧力を求めて、更に流体密度及び音速を求める必要がなくなり、もしくは音速や流体密度を直接測定する必要もなくなる。一方、１次の誤差は、１つの測定方向だけでは相殺されない。

係数“２・Ｌ・ｃｏｓβ”を用いる代わりに、既知の流速を用いたキャリブレーション測定から比例定数を導出することもできる。キャリブレーションの比例定数では、流量分布、及び散乱し直線に沿って伝搬しない音波による寄与など、更なる影響も考慮する。

更なる実施形態によれば、インパルス信号を生成し、応答信号を記録し、応答信号から反転した測定信号を導出する処理が、コンピュータでシミュレートされる。パイプ１２の管径や各センサの位置など、関連のパラメータがシミュレーションのための入力パラメータとして与えられる。

更に別の実施形態によれば、送信圧電素子に供給される測定信号が、図３７及び図３８に示す信号形状のような、インパルス信号に対する典型的な応答信号の形状を用いて合成される。例えば、測定信号は、半値幅１０ｍｓｅｃのガウス確率関数に基づき包絡線で振幅変調した１ＭＨｚのサイン波振動により与えられてもよい。半値幅は、管径及びセンサ位置など実際の構成に依拠する入力パラメータとして選択し得る。

本明細書による流量計は、特に流量計がパイプ部分と一緒に提供される場合、工場でのテスト実施時に測定信号を生成させた事前設定した流量計としてもよい。

本明細書の単純な実施形態では、上流及び下流方向の伝搬時間が、受信信号のピーク振幅の時間を測定信号の送信時間に対して評価することで求められる。より高い精度を得るため、受信信号の包絡線を用いて最大値を求めてもよい。更なる実施形態では、測定を複数回繰り返し、伝搬の平均時間を用いる。

本明細書の更なる実施形態によれば、信号の伝搬時間が、相互相関技法を用いて評価される。すなわち、各時間シフトは下記式８に基づき、受信された上流又は下流信号を流速０における受信信号と相互相関させることによって評価できる。
ここで、Ｓｉｇ_Ｆｌｏｗは、流体がパイプを流れる場合の測定条件下における上流又は下流信号を表し、Ｓｉｇ_{ＮｏＦｌｏｗ}は、流速が０の場合のキャリブレーション条件下における信号を表す。無限和の限界範囲は、充分に長い時間窓［−Ｔ１，＋Ｔ２］を表す。より一般的に言えば、−Ｔ１と＋Ｔ２は同じである必要はなく、この点は流量計にとって実用上有利である。

時間シフト（ＴＯＦ_ＵＰ−ＴＯＦ_Ｄｏｗｎ）は、上流側相関関数の最大値が得られた時刻と、下流側相関関数の最大値が得られた時刻とを比較することによって得られる。最大値の位置をより正確に求めるため、相関関数の包絡線を用いてもよい。

更なる実施形態においては、第１の演算部１５と第２の演算部１６との間に別個の評価装置が設けられ、各信号到着時間及び流速の計算を行う。

一般に、音響センサの測定信号は、散乱した信号とダイレクト信号の重畳から得られる。散乱信号は、パイプ壁内の追加的散乱プロセスも含め１回又は複数回パイプの内部壁及び外部壁から反射される。この点が、図２に例示されている。

図１のトランスデューサ構成は、直線もしくはＺ形構成である。Ｖ形及びＷ形構成など、パイプの反対側での反射を利用したその他の構成も可能である。Ｖ形及びＷ形構成は、パイプ壁での反射に基づいて動作し、Ｚ形よりも多くの散乱を生じる。本出願の主題は、経路が適切に考慮されている限り、上記のような構成でも効果が得られる。

Ｖ形構成の場合、２個のトランスデューサが、パイプの同じ側に取り付けられる。４５度の反射を記録するため、２個のトランスデューサは、流れの方向に沿ってほぼ管径の距離だけ離れて配置される。Ｗ形構成では、３回の反射を利用する。Ｖ形構成の場合と同様に、２個のトランスデューサがパイプの同じ側に取り付けられる。２回の４５度の反射後の信号を記録するため、２個のトランスデューサは、流れの方向に沿って管径の２倍の距離だけ離れて配置される。

図２は、圧電素子１１から圧電素子１３へダイレクトに伝搬する第１の音響信号“１”、パイプ１２の周辺で一度散乱する第２の音響信号“２”及びパイプ１２の周辺で３回散乱する第３の信号“３”を例示している。

簡単のため、図２から５では散乱事象を反射として示しているが、実際の散乱過程はもっと複雑でありうる。具体的には、最も関連のある散乱は通常、パイプ壁や各圧電トランスデューサの前方に配置された素材において生じる。図３は、図２を流れ方向に沿って矢視方向Ａ−Ａから見た図である。

図４及び図５は、更なる圧電素子２２が圧電素子１１に対して４５度の角度に配置され、更なる圧電素子２３が圧電素子１３に対して４５度の角度に配置された第２センサ配置を示す。

また図４及び図５は、圧電素子１１、２２が圧電トランスデューサとして作動され、圧電素子１３，２３が音響センサとして作動される場合におけるダイレクトな又は直線の音響信号経路を示している。図４中パイプ１２の後ろ側にある圧電素子２３は、図４において点線で示されている。

図６〜図９は、テスト信号の応答から測定信号を生成する方法を単純化して示す。図６〜図９において、散乱による損失が、信号のうち斜線を施した部分として矢印で示している。

図６〜図９においては、音響信号は単に、直線路、遅延時間Δｔ後に第１の散乱路、遅延時間２Δｔ後に第２の散乱路に沿って伝搬するものと仮定する。経路における信号の減衰は、考慮しない。

矩形状スパイクの形のテスト信号が、圧電素子１１に与えられる。散乱により、信号振幅の第１部分が第１の散乱路で失われて時間Δｔ後に現れ、信号振幅の第２部分が第２の散乱路で失われて時間２Δｔ後に現れる。その結果、図７に白い柱で示す信号が生じ、この信号が圧電素子１３で記録される。

信号プロセッサが上記の記録信号を時間反転し、反転信号を圧電素子１１に与える。ここで、上記と同じ散乱過程がここで３つの信号成分すべてに加えられる。その結果、図９に示す信号が圧電素子１３で記録され、この信号はほぼ対称形である。

実際には、受信信号は時間軸上で分布しており、パイプの素材中を伝搬し、ダイレクト信号よりも早く到着する「表面波」もしばしば存在する。この表面波は、反転測定信号を生成するための適切な時間窓を選択することで排除される。同じように、多重反射によって生じ遅く到着する信号も、時間窓を限定する及び／又は信号の特定部分を選択することによって排除できる。

以下の表１は、ダイレクト配置の場合、つまりＤＮ２５０パイプの長さ方向に直交する平面においてＤＮ２５０パイプに配置されたクランプオン式圧電素子間を直線でつないだ場合の測定信号の遅延を示す。流量とは、ＤＮ２５０パイプを通る水の流量のことである。

表中、「ＴＯＦ１サイクル」とは、圧電素子で生成された図３６に示すようなインパルスであって、１μｍの周期を有する１つの発振の電気信号により励起されたインパルスのことである。「ＴＯＦ１０サイクル」とは、圧電素子で生成された信号であって、１μｍの周期を有する定振幅の１０個のサイン波発振の電気信号により励起された信号のことである。

以下の表２は、ＤＮ２５０パイプの長手方向に直交する平面においてＤＮ２５０パイプのクランプオン式圧電素子間を直線でつないだ場合に対する１２度のずれに対する測定時間の遅延を示す（図４８及び図４９も参照）。

図１０〜図２７は、高分解能の反転信号とそれぞれの応答信号を示す。マイクロ秒単位の時間に対して、電圧を任意の単位で示している。

上方の図（偶数の図）の時間軸は、反転信号の送信時間を示す。送信時間は、反転信号を記録するのに用いられる時間窓に限定される。図１０〜図２７の例において、時間窓はダイレクト信号から導出される最大値の開始の直前にスタートし、その後１００マイクロ秒で終了する。

下方の図（奇数の図）の時間軸は、応答信号の最大値付近を中心として、反転信号用の時間窓のサイズである１００マイクロ秒の範囲で、応答信号の最大値の前後に延びている。

図２８〜図３５は、高分解能の反転デジタル信号で、振幅範囲が１２，３，２及び１ビットの分解能の信号と、それぞれの応答信号を示す。マイクロ秒単位の時間に対し、電圧はボルトで示している。図２８〜図３５の各信号は、水を満たしたＤＮ２５０パイプについて得られたものである。

反転信号用の時間窓の長さは、４５０マイクロ秒である。従って、図２８〜図３５の時間窓は、前述した図１０〜図２７の時間窓の４倍よりも大きい。

図２８〜図３５から分かるように、１ビット分解能のデジタル化でも、シャープなスパイクが得られる。分解能が低いほど、スパイクがよりシャープになることも分かる。この効果の可能な説明として、図２８〜図３５の例においては、応答信号を時間的に集中させたまま、振幅範囲におけるより粗いデジタル化を用いることにより、入力信号の合計エネルギーが増加したためである。

図３６は、３．５７ＭＨｚの周波数と等価な約０．５６秒間持続した電気パルスを受信した後、圧電素子によって生成された信号を示す。圧電素子の慣性のため、負の電圧における最大振幅は正の電圧における最大振幅よりも小さく、圧電素子が静止状態になる前に、複数の残響が生じている。

図３７は、図１の上流側圧電素子１１などの圧電素子に与えられる電気信号を示す。図３７の信号は、図３６に示したような信号に対する１０個のデジタル化応答信号の平均を形成し、その信号を時間反転することによって得られ、各応答信号は図１の下流側圧電素子１３などの圧電素子によって受信される。

図３７の例では、応答信号のうち、応答信号の包絡線の開始より約１０マイクロ秒前に始まり、応答信号の包絡線より約５５マイクロ秒後に終了する信号部分を切り出すことによって、デジタル化信号が得られる。図３７の応答信号の包絡線形状は、ガウス確率分布の形状、すなわち、ｅｘｐ（−ｘ^２）を適切に移動及び倍率調整した形状と相似である。

図３８は、図３７に示した信号に対する応答信号の一部を示し、図３７の信号が上流側圧電素子１１などの第１の圧電素子に与えられ、図１の下流側圧電素子１３などの第２の圧電素子で受信された場合に相当する。

図３９は、図１の配置の上流側信号及び下流側信号を、流量０で導出された信号とそれぞれ相互相関させて得られた上流側相互相関関数と下流側相互相関関数を示す。

図４０は、図３９の部分拡大図を示す。２つの位置マーカは、上流側及び下流側相互相関関数それぞれの最大値の位置を示す。２つの最大値間の時間差が、上流側及び下流側信号間の時間差を示す尺度である。

図４１は図３７の応答信号に対するような同様の条件下で得られた応答信号を示す。図３７の配置と異なり、各圧電素子はパイプの外周に沿う直線配置に対して１２度分ずらされている。このずれは図４１の差込図に示されている。図４１は、位置合わせされていない条件下であっても、合理的に明確な応答信号が得られることを示す。

図４２〜図４５は、本明細書による流量測定が使用できるクランプオン圧電トランスデューサの異なる配置を例示したものである。特にクランプオン式トランスデューサについて、本明細書による流量測定は、図４２から図４５又はその他同様のトランスデューサの配置におけるＳ／Ｎ比の改善につながりうる。さらに、流量測定方法は、所定の送信信号パワーに対する応答信号の信号振幅を増加させることにより省エネルギーとなりうる。それにより、信号送信パワーを減らすことができる。

図４２〜図４５はパイプ１２内の流体にかかる重力が下方に向かうように位置合わせしている。しかしながら、図４２〜図４５の配置に関して回転する配置もまた使用しうる。図４２〜図４５の視野方向はパイプ１２の長手方向軸に沿っている。トランスデューサの上流側又は下流側の位置は図４２〜図４５では示されていない。

図４２の配置において、５つの圧電素子３１から３５の列は第１の箇所に設置され、更なる圧電素子３６が第１の箇所の上流又は下流に置かれている。圧電素子３１から３５の列が送信器として使用されその他の素子３６が受信器として使用される時、５つの圧電素子３１から３５の列は所定の波面を得るためと所定の方向における音響波の改善された集中を達成するために使用できる。

図４３における配置において、単一の圧電素子３７は第１の箇所に設置され、５つの圧電素子３８から４２の列は第１の箇所の上流又は下流に置かれる。圧電素子３８から４２の列は、応答信号の波面の改善された記録を得るために使用できる。改善された記録は、改善された流量測定信号を得るために使用でき、改善された流量測定信号がそれから単一の圧電素子３７に与えられる。

図４４は２つの圧電素子４３，４４の配置を示し、一方の素子は他方の素子に対して下流に置かれている。圧電素子４３，４４の間の接続線のパイプ１２の対称軸までの距離ｄは、パイプ１２の半径の略半分なので、パイプ１２の中央軸までの距離ｄにおける流層が測定できる。

図４４に示す圧電素子４３，４４など、クランプオン式トランスデューサについては特に、本明細書による流量測定は、ビーム整形により受信側圧電素子４３，４４で改善された信号を与える。

図４５は、４５度ずつ離れて設置された８つの圧電素子４５から５２を示す。上流側下流側の設置に関しては、いくつかの配置が可能である。１つの配置において、センサの位置は、例えば４５，４７，４９，５１を上流に、４６、４８、５０、５２を下流にするなど外周に沿って上流下流の間で交互に入れ替えている。

別の配置では、外周に沿って４５から４８の最初の４つの連続する素子は、４９から５２の他の４つの素子に関して上流又は下流に設置されている。１６の圧電素子を有する更なる配置においては、図４５のすべての圧電素子４５から５２は１つの平面に設置され、図４５の配置が上流又は下流の方向に繰り返される。

図４１は、図１の配置あるいは本明細書によるその他の配置において、流れの測定を行う流量測定装置６０を例示する。図１の配置において、流量測定装置６０は、第１及び第２の演算部１５、１６を備える。

流量測定装置６０は、第１の圧電素子を接続する第１コネクタ６１及び第２の圧電素子を接続する第２コネクタ６２を有する。第１コネクタ６１は、マルチプレクサ６３を経てＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）６４に接続される。第２コネクタ６２は、デマルチプレクサ６６を経てＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）６５に接続される。

ＡＤＣ６５は信号選択部６７に接続され、信号選択部６７は信号反転部６８に接続され、信号反転部６８はバンドパスフィルタ６９に接続され、バンドパスフィルタ６９はコンピュータで読み取り可能メモリ７０に接続されている。さらに、ＡＤＣ６５は速度演算部７１にも接続されている。

ＤＡＣ６４は、インパルス信号生成器７２と測定信号生成器７３とに接続される。測定信号生成器７３は、指令ライン７４を経てインパルス信号生成器７２に接続される。速度演算部７１は、別の指令ライン７５を介して測定信号生成器７３に接続される。

一般に、インパルス信号生成器７２と測定信号生成器７３は、発振器などのハードウェア要素と、インパルス信号生成モジュール及び測定信号生成モジュールなど複数のソフトウェア要素を備える。この場合、指令ライン７４，７５は各モジュール間のソフトウェアインタフェースを備える。

信号生成フェーズにおいて、インパルス信号生成器が信号をＤＡＣ６４に送り、選択部６７が対応する入力信号を、ＡＤＣ６５を経て受信し、入力信号の一部分を選択する。反転部６８が選択された信号部分を時間反転し、オプションのバンドパスフィルタ６９が範囲外の低周波及び高周波をフィルタして除去し、得られた測定信号がコンピュータメモリ７０に記憶される。信号操作のステップに関連して「信号」という用語が使われる場合、その信号は特にコンピュータメモリ中における信号の表現に言及することがある。

具体的には、信号の表記は、デジタル化された振幅と、それに関連した離散的な時間との、一対の値によって定義が可能である。その他の表記としては、フーリエ係数、ウェーブレット係数及び信号を振幅変調する際の包絡線がある。

図４７は、図１に示した配置あるいは本明細書によるその他の配置において、流れの測定を行う流量測定装置６０’の第２の実施形態を示す。流量測定装置６０’は、ダイレクトデジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）７６を備える。簡単のため、ＤＤＳ７６の構成要素だけを示している。ＤＤＳ７６は、任意波形生成器（ＡＷＧ）とも称される。

ＤＤＳ７６は標準発振器７７を備え、標準発振器７７は周波数制御レジスタ７８、数値制御式発振器（ＮＣＯ）７９及びＤＡＣ６４に接続される。Ｎチャネル用ＮＯＣ７９の入力が、周波数制御レジスタ７８の出力に接続される。Ｍチャネル用ＤＡＣ６４の入力がＮＯＣ７９に接続され、再構成ローパスフィルタ８０の入力がＤＡＣ６４に接続される。一例として、振幅変調された１ＭＨｚの信号を生成するために、１００ＭＨｚのクロック周波数を有するダイレクト数値制御式発振器７９を使用してもよい。

再構成ローパスフィルタ８０の出力が、図１の圧電素子１１，１３に接続される。

例えば図４７に示されるダイレクトデジタルシンセサイザを用いて所定の振幅変調信号を得るためには、発振器結晶の慣性のため、搬送波の周波数より高い周波数の発振器を使用することが有利な場合が多い。

具体的には、信号のデジタル表記を記憶するステップ、信号部分の選択などの操作を行うステップ、信号を時間反転するステップ及び信号をフィルタリングするステップは、相互に入れ替えてもよい。例えば、信号を時間反転した形で記憶したり、あるいは信号を逆の順序に読み出して時間反転信号を得てもよい。

本発明を円形のＤＮ２５０パイプに関連して説明したが、本発明はその他のパイプサイズやその他のパイプ形状であっても適用可能である。実施形態をクランプオン式トランスデューサに関連して説明したが、パイプ内に突出させた湿式トランスデューサも同じく使用可能である。

図４８及び図４９は、第２のトランスデューサが導管１２の対称軸に関して１２度ずれた非対称のトランスデューサ配置を示す。

図５０は伝搬時間測定の１サイクルの測定信号を示し、図５１は伝搬時間測定の１０サイクルの測定信号を示す。図５０及び図５１に示した信号は伝搬時間測定に使用できる。さらに、図５２及び５３の応答信号など、受信した応答信号の時間に関する反転を用い、上記信号は、本明細書による測定信号を生成するためにも使用できる。

図５２は、低分解能で記憶された時間反転信号から導出された測定信号の一例を示す。

図５３〜図５５は、図５０〜図５２のそれぞれの信号に対する応答信号を示す。応答信号は、図５０の信号により励起された、送信トランスデューサの信号に応答して図４８，４９の非対称配置の受信トランスデューサにより検出される。

具体的には、図５３は図５０の信号に対する応答信号を示し、図５４は図４８及び４９の配置の図５１の信号に対する応答信号を示し、図５５は図４８及び４９の配置の図５２の信号に対する応答信号を示す。例示したものにおいて、応答信号は時間においてさらに集中しており、より高い振幅を持ち、図５２及び５３の信号と比べてもっと明確な包絡線を有する。

図５５の結果は、特により少ないエネルギーの信号を使用できる、インパルスの応答の時間に関する反転の利益は、粗い分解能の非対称トランスデューサの配置であっても維持できることを実証している。

図５５の結果は、本明細書による時間に関し反転した信号を用いることは、１サイクル又は１０サイクルの信号を用いる従来の伝搬時間ドップラーシフト測定と比較して、短い遅延時間を与えることができることを実証する。図４８及び４９に示す配置の結果である図５５は、さらに、本明細書による測定信号はビーム整形の目的のため使用できることを示す。

表３は、図４８及び４９に示した非対称配置であり、１時間につき２１，４４，６１立方メータにおける、それぞれの流量に対する時間遅延結果を示す。

図５６〜図５９はビーム整形の更なる適用例を示す。一般に、導管に供給されるパイプ壁における反射を考慮しないＮ個のトランスデューサ間の直接伝搬路は下記式９で表すことができる。
これらの伝搬路は一般に異なる特性を持ち異なる応答信号を生じる。

すべてのＮ個のトランスデューサが、導管の流れ方向又は長手方向に関して異なる高さで設置されていると、これらのすべての伝搬路は流量測定に使用できる。平均の流れに対して直交するトランスデューサ間の信号伝播は、一般に流速成分をとらえるのに役には立たないが、導管の汚染や素材の変更、トランスデューサの特性の変化や導管との連結を判定するのに使用できる。

ＴＯＦ流量測定は複数のトランスデューサのうちの２個間の所定の伝搬路に関して両方向で測定することを含む。第１のトランスデューサと（Ｎ−１）個のその他のトランスデューサとの間の伝搬路に関するＴＯＦ流量測定は、少なくともＮ個の連続する測定を必要とする。すなわち、第１のトランスデューサに与えられた測定信号を有する第１の測定と、（Ｎ−１）個のその他のトランスデューサのそれぞれに与えられた測定信号を有する（Ｎ−１）個の連続する測定である。

一般に、必要とされる測定信号は伝搬路毎に異なり、順方向に分離し、逆方向の測定が伝搬路毎に必要とされる。つまり、２×（Ｎ−１）回の測定が必要とされる。例えば、図５７の例では最大で２×（３−１）＝４回の測定が可能だが、必ずしも必要なわけではない。

図４１及び図５５の信号は、好ましい方向の両側に対して最大約１２度の角度で主として好ましい方向に放射するトランスデューサによって生成される。トランスデューサの指向性は、特に、トランスデューサの形体を調整することや導管への取り付けを調整することにより達成される。トランスデューサ間の角度によって、すべての経路が受信側で十分に強い信号を生むというわけではない。特に送信側が高い指向性を有する場合は、図５３及び図５４に示すような結果を達成できない通常の公知技術の適用では、ノイズが多くて流量測定を確立することはできない。しかしながら、反転測定信号を用いる提案方法によれば、図５５に示した信号のような十分に良い信号を達成できる。

時間反転を使用する本願による測定信号の使用により、指向性の低いトランスデューサが供給可能になる。測定信号は、受信器側での信号エネルギーに集中し、受信された信号はまだ十分に強い。

２個のトランスデューサのみ又は１つの伝搬路のみを使用する測定と同様に、流量測定は、所定の測定信号又は事前のキャリブレーションにより導出された信号を用いて行うことができる。キャリブレーションステップ間に、測定信号はインパルス信号に対する応答信号から導出される。一例によれば、インパルス信号は、その他のトランスデューサにおいて１つ以上の応答信号を得るためにトランスデューサに与えられる。測定信号は、応答信号又はその一部分に対して時間に関する反転を施すことにより導出される。

４つの測定経路がある一例において、第１経路、第２経路、第３経路及び第４経路に沿って連続する測定値がとられる。連続する測定値は全体の流れ及び／又は所定の層又は位置における複数の流れを導出するために使用される。

所定の流れのデータを用いて測定値を比較することにより、１つ以上の流速が導出される。一例として、所定の流れのデータはシミュレーションにより得ることができる。別の実施形態において、特定層又は位置の流速が１つ以上の測定信号及び流れのデータを計算する公知の方法からの結果を用いて推定される。一つの実施形態において、全体の体積流量は計算された又はシミュレートされた流れのデータを導管の断面領域に適用することにより導出される。

図５６及び図５７は、３個のトランスデューサ及び２つの送信経路を用いた伝搬時間流量測定を示す。

図５８及び５９は２個のトランスデューサ配置における圧力測定を示す。図５９の圧力目盛は任意の単位（ａ．ｕ．）で表示されている。

本出願による測定信号は、第１のトランスデューサ１１に与えられ、生じた圧力分布が導管１２の外周で測定される。トランスデューサ１１及び１３は図１の配置同様、長手方向においてずらされている。

第１の例において、トランスデューサ１１とトランスデューサ１３との間の信号経路に適合した測定信号は、トランスデューサ１１から反対側のトランスデューサ１３に送信され、生じた圧力分布が測定される。これにより、トランスデューサ１３の位置にピークを有する、図５９の圧力分布９０と同様な曲線が得られる。

第２の例において、トランスデューサ１１とトランスデューサ１３との間の信号経路に適合した測定信号は、トランスデューサ１１からトランスデューサ１３’に送信され、生じた圧力分布が測定される。第１の配置とは異なり、トランスデューサ１３’は第１のトランスデューサ及び導管１２の中心を通る接続線に関し４５度の角度分ずれている。この状況においても、生じた圧力分布はトランスデューサ１３’の位置周辺でピークとなっており、その結果信号のエネルギーはトランスデューサ１３’の位置周辺に集中している。

かくして、それぞれのトランスデューサ間の信号に関して時間反転を用いて得た、本願に基づく測定信号は、図１０〜図３５一式におけるそれぞれの第２図に示されたように、時間において集中しているばかりでなく、生じた圧力分布も空間において集中している圧力信号に至る。

インパルス信号などの標準信号を使用することにより、空間における集中は達成できるが、送信トランスデューサの反対側に近い固定位置のみである。しかしながら、時間反転部分を含む本明細書による信号を使用することにより、圧力集中のピークを移動できる。

図５６〜図５９の超音波トランスデューサ１１，１３，２３は、導管の外側に取り付けられた取り付け型トランスデューサ又は導管１２の外側から導管１２の内側に向かって突出した湿式トランスデューサにより提供できる。

図６０はテスト装置が検証装置と同じ流量測定方法を用いているかどうかを判定する例を示す。第１ステップにおいて、検証装置はテストインパルス信号を選択する。例えば、このステップは、矩形、サイン波形、鋸歯形などの記憶された一式の信号形状からサイン波の振幅変調を行うための信号形状の選択を含む。

更なるステップにおいて、テストインパルス信号が第１のトランスデューサに与えられる。更なるステップにおいて、対応するテスト応答信号が第２のトランスデューサで受信される。更なるステップにおいて、テスト応答信号又はその一部分が、反転されテスト測定信号が導出される。検証装置が接続しているトランスデューサはテスト装置のトランスデューサであることが好ましい。

更なるステップにおいて、テスト測定信号が、テスト装置の実際の測定信号と比較される。テスト測定信号がテスト装置の測定信号と相似である場合には、テスト装置は検証装置と同じ方法を用いていると判定される。それに代わり又はそれに追加して、検証装置はテスト測定信号をトランスデューサに与え、対応するテスト応答信号を受信し、上記テスト応答信号をテスト装置の測定信号に対する応答信号と比較できる。

検証装置は、テスト装置のトランスデューサに対するワイヤー接続のタッピングを通して、テスト装置の信号を電気信号として受信又は測定でき、または信号は導管にマイクロフォンを設置しマイクロフォンの信号を受信することにより測定できる。

信号が相似ではない場合には、テストインパルス信号の１つが、測定信号及び／又はその応答信号に似たテスト測定信号及び／又はその応答信号に至るかどうかを示すために、更に利用できるインパルス信号を用いて同じプロセスが繰り返される。テスト装置のインパルス信号が利用できる場合には、検証装置は、各種テストインパルス信号をテストする代わりに利用できるインパルス信号又は相似のインパルス信号を選択できる又は検証装置はテストインパルス信号の選択の範囲を限定してもよい。

流量測定のため、いくつかの信号経路及び／又は送信及び受信トランスデューサの対の組み合わせを用いるテスト装置のため、検証装置は、複数の信号経路及び／又は複数のトランスデューサの組み合わせについて図６０の方法を繰り返し、それぞれの測定信号及び／又は測定信号に対する応答信号が比較される。

上記の説明は個別の限定を多く含んでいるが、それらは実施形態の範囲を限定するものと解釈すべきものではなく、予見可能な実施形態を例示したに過ぎない。方法の各ステップは説明した実施形態における順序と異なる順序で行われてもよく、また各測定装置の複数の処理ユニットへの再分割や、それらの間の相互接続は、説明した実施形態と異なってもよい。

特に、各実施形態の上述した利点は、実施形態の範囲を限定するものと解釈すべきものではなく、実施形態を実施した場合に考えられる利点を説明したにすぎないものである。つまり、実施形態の範囲は、上述した例によってではなく、請求の範囲の記載及びそれらの均等物によって定まる。

本明細書の実施形態は、各要素を項目別にまとめた下記のリストとして記述することもできる。項目リストに開示される特徴のそれぞれの組み合わせは、それぞれ独立した主題と見なされ、本出願のその他の特徴と組み合わせることもできる。

１．伝搬時間差式超音波流量計で流体導管内の流体の流速を求める方法であって、
前記流体導管に対して所定の速度を有する流体を、前記流体導管に供給すること、及び
第１の超音波トランスデューサ、第２の超音波トランスデューサ及び第３の超音波トランスデューサを、前記流体導管に備えることを含み、
前記第１の超音波トランスデューサ、第２の超音波トランスデューサ及び第３の超音波トランスデューサ間のそれぞれの接続線が、前記流体導管の対称軸の外側で延びていること、
第１測定信号を、前記第１の超音波トランスデューサに与えること、
前記第１測定信号に対する第１の応答信号を、前記第２の超音波トランスデューサで測定すること、
第２測定信号を、前記第１の超音波トランスデューサに与えること、及び
前記第２測定信号に対する第２の応答信号を、前記第３の超音波トランスデューサで測定することを含み、
前記第１測定信号及び第２測定信号は、それぞれ対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号を時間反転した信号部分を含み、
前記第１の応答信号及び第２の応答信号の少なくとも１つから前記流体の流速を導出すること、
を含む方法。

２．項目１に記載の方法において、
第１の逆方向測定信号を、前記第２の超音波トランスデューサに与えること、
前記第１の逆方向測定信号に対する第１の逆方向応答信号を、前記第１の超音波トランスデューサで測定すること、
第２の逆方向測定信号を、第３の超音波トランスデューサに与えること、及び
前記第２の逆方向測定信号に対する第２の逆方向応答信号を、前記第１の超音波トランスデューサで測定することを含み、
前記第１の逆方向測定信号及び第２の逆方向測定信号は、それぞれ対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号を時間反転した信号部分を含み、
前記第１の応答信号、第１の逆方向応答信号、第２の応答信号及び第２の逆方向応答信号のうちの少なくとも１つから前記流体の流速を導出すること、
を含む方法。

３．項目１又は２に記載の方法において、
第３測定信号を、前記第２の超音波トランスデューサに与えること、及び
前記第３測定信号に対する第３の応答信号を、前記第３の超音波トランスデューサで測定することを含み、
前記第３測定信号は、対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号を時間反転した信号部分を含み、
前記第３の応答信号から前記流体の少なくとも１つの流速を導出すること、
を含む方法。

４．項目３に記載の方法において、
第３の逆方向測定信号を、前記第３の超音波トランスデューサに与えること、及び
前記第３の逆方向測定信号に対する第３の逆方向応答信号を、前記第２の超音波トランスデューサで測定することを含み、
前記第３の逆方向測定信号は、対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号を時間反転した信号部分を含み、
前記第３の応答信号及び第３の逆方向応答信号から前記流体の少なくとも１つの流速を導出すること、を含む方法。

５．伝搬時間差式超音波流量計で流体導管内の流体の流速を求める方法であって、
前記流体導管に対して所定の速度を有する流体を、前記流体導管に供給すること、及び
第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサを、前記流体導管に備え、
前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサ間の接続線は前記流体導管の対称軸の外側で延びていること、
測定信号を、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサに与えること、及び
前記測定信号に対する応答信号を、前記第２の超音波クランプオン式トランスデューサで測定することを含み、
前記測定信号は、対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号の時間に関する反転信号部分を含み、
前記応答信号から前記流体の流速を導出すること、を含む方法。

６．項目５に記載の方法において、
逆方向測定信号を、前記第２の超音波クランプオン式トランスデューサに与えること、及び
前記逆方向測定信号に対する逆方向応答信号を、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサで測定することを含み、
前記逆方向測定信号は、対応するインパルス信号に対する応答信号の時間に関する反転信号部分又は対応するインパルス信号に対する応答信号から導出された信号の時間に関する反転信号部分を含み、
前記逆方向応答信号から前記流体の流速を導出すること、を含む方法。

７．項目１から６のいずれか１項に記載の方法において、前記それぞれの測定信号を導出するのに使われる信号部分は、応答信号の最大振幅の周囲の第１部分と、それに後続する信号部分とを含み、前記後続信号部分は前記最大振幅の到着時間より遅い時間側に延びている方法。

８．項目１から７のいずれか１項に記載の方法において、前記複数の応答信号のうち少なくとも１つを処理することで、前記導管の前記壁厚の変化を求め、あるいは、縦波及び横波の音波特性を測定して前記導管壁の素材特性を求めることを含む方法。

９．項目１に記載の方法において、
流体を、前記流体導管に供給すること、
第１インパルス信号を、前記第１又は第２の超音波トランスデューサの一方に与えること、
前記第１インパルス信号に対する第１のインパルス応答信号を、前記第１又は第２の超音波トランスデューサの他方で受信すること、
第２インパルス信号を、前記第１又は第３の超音波トランスデューサの一方に与えること、
前記第２インパルス信号に対する第２のインパルス応答信号を、前記第１又は第３の超音波トランスデューサの他方で受信すること、
前記第１のインパルス応答信号から前記第１測定信号を導出すること、及び
前記第２のインパルス応答信号から前記第２測定信号を導出すること、且つ
前記第１測定信号及び第２測定信号のそれぞれの導出は、前記第１及び第２のインパルス応答信号のそれぞれの信号部分を選択すること又は前記第１及び第２のインパルス応答信号からそれぞれ導出された信号の信号部分を選択すること、及び前記信号部分を時間反転することを含み、
前記第１測定信号及び第２測定信号をその後に使用するために記憶すること、を含む方法。

１０．項目５に記載の方法において、
流体を、前記流体導管に供給すること、
インパルス信号を、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサの一方に与えること、
前記インパルス信号に対するインパルス応答信号を、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサの他方で受信すること、
前記インパルス応答信号から前記測定信号を導出すること、且つ
前記測定信号の導出は、前記それぞれのインパルス応答信号の信号部分を選択すること又は対応するインパルス信号に対するインパルス応答信号から導出された信号を選択すること、及び前記信号部分を時間反転することを含み、
前記測定信号をその後に使用するために記憶すること、を含む方法。

１１．項目９又は１０に記載の方法において、
インパルス信号を与えるステップと、対応する応答信号を受信するステップとを複数回繰り返すことにより複数の応答信号を得ること、及び
前記受信された複数の応答信号の平均から前記それぞれの測定信号を導出すること、
を含む方法。

１２．項目９に記載の方法において、前記それぞれの測定信号の導出は、前記それぞれの応答信号又は前記それぞれの応答信号から導出された信号の振幅をデジタル化することを含む方法。

１３．項目１２に記載の方法において、前記デジタル化信号のビット分解能を高めて、前記それぞれの測定信号に対する応答信号の振幅を増大させることを含む方法。

１４．項目１２に記載の方法において、前記デジタル化信号のビット分解能を低下させて、記それぞれの測定信号に対する応答信号の振幅を増大させることを含む方法。

１５．項目１２に記載の方法において、前記振幅に関するデジタル化信号の分解能が低ビット分解能である方法。

１６．項目１から１５のいずれか１項に記載の方法を実行する複数のコンピュータで読み取り可能な命令を含む、コンピュータで読み取り可能なプログラムコード。

１７．項目１６に記載のコンピュータ読み取りプログラムコードを含むコンピュータ読み込み可能メモリ。

１８．項目１から１５のいずれか１項に記載の方法を実行するように動作可能な特定用途向け電子部品。

１９．伝搬時間差式超音波流量計で流体導管内の流体の流速を測定する装置であって、
第１の超音波素子を接続する第１コネクタ、
第２の超音波素子を接続する第２コネクタ、
第３の超音波素子を接続する第３コネクタ、
インパルス信号及び測定信号を送信する送信器、
応答信号を受信する受信器、
第１反転信号から第１測定信号を導出し、第２反転信号から第２測定信号を導出し、前記第１測定信号及び第２測定信号を記憶する処理部を備えており、
前記第１反転信号及び第２反転信号の導出は、対応するインパルス信号に対する応答信号の信号部分を時間反転すること又は対応するインパルス信号に対する応答信号から導出された信号の信号部分を時間反転することを含み、
前記処理部、送信器及び受信器は、前記第１測定信号を前記第１コネクタに与える、
前記第１測定信号に対する第１の応答信号を前記第２コネクタで受信する、
第２測定信号を前記第１コネクタに与える、
前記第２測定信号に対する第２の応答信号を前記第３コネクタで受信する、及び
前記第１の応答信号及び第２の応答信号の少なくとも１つから前記流体の流速を導出するように動作可能な装置。

２０．伝搬時間差式超音波流量計で流体導管内の流体の流速を測定する装置であって、
第１コネクタ、
前記第１コネクタに接続された第１の超音波クランプオン式トランスデューサ、
第２コネクタ、
前記第２コネクタに接続された第２の超音波クランプオン式トランスデューサ、且つ
導管の一部分を備え、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサが導管部分の第１の箇所に取り付けられており、
前記第２の超音波クランプオン式トランスデューサが導管部分の第２の箇所に取り付けられており、
前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサと第２の超音波クランプオン式トランスデューサとの間のそれぞれの接続線が前記流体導管の対称軸の外側で延びていることを含み、
インパルス信号及び測定信号を送信する送信器、
応答信号を受信する受信器、及び
測定信号を反転信号から導出する処理部を含み、
前記反転信号の導出は、対応するインパルス信号に対する応答信号の信号部分を反転すること又は対応するインパルス信号から導出された信号に対する応答信号の信号部分を反転することを含み、
前記処理部、送信器及び受信器は、
前記第１測定信号を前記第１コネクタに与える、
前記第１測定信号に対する応答信号を前記第２コネクタで受信する、及び
前記第１測定信号に対する応答信号から流体の流速を導出するように動作可能な装置。

２１．請求項２０に記載の装置において、
前記第１コネクタに接続されたＤ／Ａ変換器、
前記第２コネクタに接続されたＡ／Ｄ変換器、及び
前記測定信号を記憶するコンピュータで読み取り可能なメモリ、
を更に備えた装置。

２２．項目２０に記載の装置において、前記インパルス信号に対して受信した応答信号又は前記インパルス信号に対して受信した応答信号から導出された信号のいずれかの信号部分を選択するように動作可能である選択部、及び前記受信した応答信号の選択した部分を時間反転して前記反転信号を得る反転部を更に備えた装置。

２３．項目２０に記載の装置において、Ｄ／Ａ変換器を備えたダイレクトデジタル信号シンセサイザ、及び
周波数制御レジスタ、標準発振器、数値制御式発振器及び再構成ローパスフィルタを備え、前記Ｄ／Ａ変換器が前記再構成ローパスフィルタを経て前記第１及び第２コネクタに接続可能である装置。

２４．テスト装置が項目１から５のいずれか１項に基づいて流体導管内の流体の流速を測定しているかどうかを判定する方法であって、
前記流体導管に対して所定の速度を有する流体を、前記流体導管に供給すること、
第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを、前記流体導管に備えること、
テストインパルス信号を、前記テスト装置の第１の超音波トランスデューサに与えること、
前記テストインパルス信号のテスト応答信号を、前記テスト装置の第２の超音波トランスデューサで受信すること、
前記テスト応答信号からテスト測定信号を導出すること、且つ前記テスト測定信号の導出は、前記それぞれ第１または第２の応答信号又はその一部分を時間反転することを含み及び
前記第１のテスト測定信号を、前記テスト装置のトランスデューサで発せられる第１測定信号と比較することを含み、前記第１のテスト測定信号と第１測定信号とが相似である場合、前記テスト装置が項目１から５のいずれか１項に基づいて流体導管内の流体の流速を求める方法を用いていると判定する方法。

２５．項目２４に記載の方法において、
第３の超音波トランスデューサを、前記流体導管に備えること、
テストインパルス信号を、前記テスト装置の第１の超音波トランスデューサ又は前記テスト装置の第２の超音波トランスデューサに与えること、
前記テストインパルス信号に対する第２のテスト応答信号を、前記テスト装置の第３の超音波トランスデューサで受信すること、
前記第２のテスト応答信号から第２のテスト測定信号を導出すること、且つ当該第２のテスト測定信号の導出は、前記第２のテスト応答信号又はその一部分を時間反転することを含み、及び
前記第２のテスト測定信号を、前記テスト装置のトランスデューサで発せられる第２測定信号と比較することを含み、
前記第２のテスト測定信号と第２測定信号とが相似である場合、前記テスト装置が請求項１に基づいて流体導管内の流体の流速を求める方法を用いていると判定する方法。

１０ 流量計装置
１１ 上流側圧電素子
１２ パイプ
１３ 下流側圧電素子
１４ 平均流の方向
１５ 第１の演算部
１６ 第２の演算部
１７ 信号経路
２０ 信号経路
２２ 圧電素子
２３ 圧電素子
３１〜５２ 圧電素子
６０，６０’ 流量測定装置
６１ 第１コネクタ
６２ 第２コネクタ
６３ マルチプレクサ
６４ ＤＡＣ
６５ ＡＤＣ
６６ デマルチプレクサ
６７ 信号選択部
６８ 信号反転部
６９ バンドパスフィルタ
７０ メモリ
７１ 速度演算部
７２ インパルス信号生成器
７３ 測定信号生成器
７４ 指令ライン
７５ 指令ライン
７６ ＤＤＳ
７７ 標準発振器
７８ 周波数制御レジスタ
７９ 数値制御式発振器
８０ ローパスフィルタ

Claims (25)

1. 伝搬時間差式超音波流量計で流体導管内の流体の流速を求める方法であって、
   前記流体導管に対して所定の速度を有する流体を、前記流体導管に供給すること、及び
   第１の超音波トランスデューサ、第２の超音波トランスデューサ及び第３の超音波トランスデューサを、前記流体導管に備えることを含み、
   前記第１の超音波トランスデューサ、第２の超音波トランスデューサ及び第３の超音波トランスデューサ間のそれぞれの接続線が、前記流体導管の対称軸の外側で延びていること、
   第１測定信号を、前記第１の超音波トランスデューサに与えること、
   前記第１測定信号に対する第１の応答信号を、前記第２の超音波トランスデューサで測定すること、
   第２測定信号を、前記第１の超音波トランスデューサに与えること、及び
   前記第２測定信号に対する第２の応答信号を、前記第３の超音波トランスデューサで測定することを含み、
   前記第１測定信号及び第２測定信号は、それぞれ対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号を時間反転した信号部分を含み、
   前記第１の応答信号及び第２の応答信号の少なくとも１つから前記流体の流速を導出すること、
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   第１の逆方向測定信号を、前記第２の超音波トランスデューサに与えること、
   前記第１の逆方向測定信号に対する第１の逆方向応答信号を、前記第１の超音波トランスデューサで測定すること、
   第２の逆方向測定信号を、第３の超音波トランスデューサに与えること、及び
   前記第２の逆方向測定信号に対する第２の逆方向応答信号を、前記第１の超音波トランスデューサで測定することを含み、
   前記第１の逆方向測定信号及び第２の逆方向測定信号は、それぞれ対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号を時間反転した信号部分を含み、
   前記第１の応答信号、第１の逆方向応答信号、第２の応答信号及び第２の逆方向応答信号のうちの少なくとも１つから前記流体の流速を導出すること、
   を含む方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   第３測定信号を、前記第２の超音波トランスデューサに与えること、及び
   前記第３測定信号に対する第３の応答信号を、前記第３の超音波トランスデューサで測定することを含み、
   前記第３測定信号は、対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号を時間反転した信号部分を含み、
   前記第３の応答信号から前記流体の少なくとも１つの流速を導出すること、
   を含む方法。
4. 請求項３に記載の方法において、
   第３の逆方向測定信号を、前記第３の超音波トランスデューサに与えること、及び
   前記第３の逆方向測定信号に対する第３の逆方向応答信号を、前記第２の超音波トランスデューサで測定することを含み、
   前記第３の逆方向測定信号は、対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号を時間反転した信号部分を含み、
   前記第３の応答信号及び第３の逆方向応答信号から前記流体の少なくとも１つの流速を導出すること、を含む方法。
5. 伝搬時間差式超音波流量計で流体導管内の流体の流速を求める方法であって、
   前記流体導管に対して所定の速度を有する流体を、前記流体導管に供給すること、及び
   第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサを、前記流体導管に備え、
   前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサ間の接続線は前記流体導管の対称軸の外側で延びていること、
   測定信号を、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサに与えること、及び
   前記測定信号に対する応答信号を、前記第２の超音波クランプオン式トランスデューサで測定することを含み、
   前記測定信号は、対応するインパルス信号又は対応するインパルス信号から導出された信号のいずれかに対する応答信号の時間に関する反転信号部分を含み、
   前記応答信号から前記流体の流速を導出すること、を含む方法。
6. 請求項５に記載の方法において、
   逆方向測定信号を、前記第２の超音波クランプオン式トランスデューサに与えること、及び
   前記逆方向測定信号に対する逆方向応答信号を、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサで測定することを含み、
   前記逆方向測定信号は、対応するインパルス信号に対する応答信号の時間に関する反転信号部分又は対応するインパルス信号に対する応答信号から導出された信号の時間に関する反転信号部分を含み、
   前記逆方向応答信号から前記流体の流速を導出すること、を含む方法。
7. 請求項１に記載の方法において、前記それぞれの測定信号を導出するのに使われる信号部分は、応答信号の最大振幅の周囲の第１部分と、それに後続する信号部分とを含み、前記後続信号部分は前記最大振幅の到着時間より遅い時間側に延びている方法。
8. 請求項１に記載の方法において、前記複数の応答信号のうち少なくとも１つを処理することで、前記導管の壁厚の変化を求め、あるいは、縦波及び横波の音波特性を測定して前記導管壁の素材特性を求めることを含む方法。
9. 請求項１に記載の方法において、
   流体を、前記流体導管に供給すること、
   第１インパルス信号を、前記第１又は第２の超音波トランスデューサの一方に与えること、
   前記第１インパルス信号に対する第１のインパルス応答信号を、前記第１又は第２の超音波トランスデューサの他方で受信すること、
   第２インパルス信号を、前記第１又は第３の超音波トランスデューサの一方に与えること、
   前記第２インパルス信号に対する第２のインパルス応答信号を、前記第１又は第３の超音波トランスデューサの他方で受信すること、
   前記第１のインパルス応答信号から前記第１測定信号を導出すること、及び
   前記第２のインパルス応答信号から前記第２測定信号を導出すること、且つ
   前記第１測定信号及び第２測定信号のそれぞれの導出は、前記第１及び第２のインパルス応答信号のそれぞれの信号部分を選択すること又は前記第１及び第２のインパルス応答信号からそれぞれ導出された信号の信号部分を選択すること、及び前記信号部分を時間反転することを含み、
   前記第１測定信号及び第２測定信号をその後に使用するために記憶すること、を含む方法。
10. 請求項５に記載の方法において、
    流体を、前記流体導管に供給すること、
    インパルス信号を、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサの一方に与えること、
    前記インパルス信号に対するインパルス応答信号を、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサ及び第２の超音波クランプオン式トランスデューサの他方で受信すること、
    前記インパルス応答信号から前記測定信号を導出すること、且つ
    前記測定信号の導出は、インパルス応答信号の信号部分を選択すること又はインパルス応答信号から導出された信号の信号部分を選択すること、及び前記信号部分を時間反転することを含み、
    前記測定信号をその後に使用するために記憶すること、を含む方法。
11. 請求項９又は１０に記載の方法において、
    インパルス信号を与えるステップと、対応する応答信号を受信するステップとを複数回繰り返すことにより複数の応答信号を得ること、及び
    前記受信された複数の応答信号の平均から前記それぞれの測定信号を導出すること、
    を含む方法。
12. 請求項９に記載の方法において、前記それぞれの測定信号の導出は、前記それぞれの応答信号又は前記それぞれの応答信号から導出された信号の振幅をデジタル化することを含む方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、前記デジタル化信号のビット分解能を高めて、前記それぞれの測定信号に対する応答信号の振幅を増大させることを含む方法。
14. 請求項１２に記載の方法において、前記デジタル化信号のビット分解能を低下させて、前記それぞれの測定信号に対する応答信号の振幅を増大させることを含む方法。
15. 請求項１２に記載の方法において、前記振幅に関するデジタル化信号の分解能が低ビット分解能である方法。
16. 請求項１に記載の方法を実行する複数のコンピュータで読み取り可能な命令を含む、コンピュータで読み取り可能なプログラムコード。
17. 請求項１６に記載のコンピュータ読み取りプログラムコードを含むコンピュータ読み込み可能メモリ。
18. 請求項１に記載の方法を実行するように動作可能な特定用途向け電子部品。
19. 伝搬時間差式超音波流量計で流体導管内の流体の流速を測定する装置であって、
    第１の超音波素子を接続する第１コネクタ、
    第２の超音波素子を接続する第２コネクタ、
    第３の超音波素子を接続する第３コネクタ、
    インパルス信号及び測定信号を送信する送信器、
    応答信号を受信する受信器、
    第１反転信号から第１測定信号を導出し、第２反転信号から第２測定信号を導出し、前記第１測定信号及び第２測定信号を記憶する処理部を備えており、
    前記第１反転信号及び第２反転信号の導出は、対応するインパルス信号に対する応答信号の信号部分を時間反転すること又は対応するインパルス信号に対する応答信号から導出された信号の信号部分を時間反転することを含み、
    前記処理部、送信器及び受信器は、前記第１測定信号を前記第１コネクタに与える、
    前記第１測定信号に対する第１の応答信号を前記第２コネクタで受信する、
    第２測定信号を前記第１コネクタに与える、
    前記第２測定信号に対する第２の応答信号を前記第３コネクタで受信する、及び
    前記第１の応答信号及び第２の応答信号の少なくとも１つから前記流体の流速を導出するように動作可能な装置。
20. 伝搬時間差式超音波流量計で流体導管内の流体の流速を測定する装置であって、
    第１コネクタ、
    前記第１コネクタに接続された第１の超音波クランプオン式トランスデューサ、
    第２コネクタ、
    前記第２コネクタに接続された第２の超音波クランプオン式トランスデューサ、且つ
    導管の一部分を備え、前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサが導管部分の第１の箇所に取り付けられており、
    前記第２の超音波クランプオン式トランスデューサが導管部分の第２の箇所に取り付けられており、
    前記第１の超音波クランプオン式トランスデューサと第２の超音波クランプオン式トランスデューサとの間のそれぞれの接続線が前記流体導管の対称軸の外側で延びていることを含み、
    インパルス信号及び測定信号を送信する送信器、
    応答信号を受信する受信器、及び
    測定信号を反転信号から導出する処理部を含み、
    前記反転信号の導出は、対応するインパルス信号に対する応答信号の信号部分を反転すること又は対応するインパルス信号に対する応答信号から導出された信号の信号部分を反転することを含み、
    前記処理部、送信器及び受信器は、
    前記第１測定信号を前記第１コネクタに与える、
    前記第１測定信号に対する応答信号を前記第２コネクタで受信する、及び
    前記第１測定信号に対する応答信号から流体の流速を導出するように動作可能な装置。
21. 請求項２０に記載の装置において、
    前記第１コネクタに接続されたＤ／Ａ変換器、
    前記第２コネクタに接続されたＡ／Ｄ変換器、及び
    前記測定信号を記憶するコンピュータで読み取り可能なメモリ、
    を更に備えた装置。
22. 請求項２０に記載の装置において、前記インパルス信号に対して受信した応答信号又は前記インパルス信号に対して受信した応答信号から導出された信号のいずれかの信号部分を選択するように動作可能である選択部、及び前記受信した応答信号の選択した部分を時間反転して前記反転信号を得る反転部を更に備えた装置。
23. 請求項２０に記載の装置において、
    Ｄ／Ａ変換器を備えたダイレクトデジタル信号シンセサイザ、及び
    周波数制御レジスタ、標準発振器、数値制御式発振器及び再構成ローパスフィルタを備え、前記Ｄ／Ａ変換器が前記再構成ローパスフィルタを経て前記第１及び第２コネクタに接続可能である装置。
24. テスト装置が請求項１に基づいて流体導管内の流体の流速を測定しているかどうかを判定する方法であって、
    前記流体導管に対して所定の速度を有する流体を、前記流体導管に供給すること、
    第１の超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサを、前記流体導管に備えること、
    テストインパルス信号を、前記テスト装置の第１の超音波トランスデューサに与えること、
    前記テストインパルス信号の第１のテスト応答信号を、前記テスト装置の第２の超音波トランスデューサで受信すること、
    前記第１のテスト応答信号から第１のテスト測定信号を導出すること、且つ当該第１のテスト測定信号の導出は、前記第１のテスト応答信号又はその一部分を時間反転することを含み、及び
    前記第１のテスト測定信号を、前記テスト装置のトランスデューサで発せられる第１測定信号と比較することを含み、前記第１のテスト測定信号と第１測定信号とが相似する場合、前記テスト装置が請求項１に基づいて流体導管内の流体の流速を求める方法を用いていると判定する方法。
25. 請求項２４に記載の方法において、
    第３の超音波トランスデューサを、前記流体導管に備えること、
    テストインパルス信号を、前記テスト装置の第１の超音波トランスデューサ又は前記テスト装置の第２の超音波トランスデューサに与えること、
    前記テストインパルス信号に対する第２のテスト応答信号を、前記テスト装置の第３の超音波トランスデューサで受信すること、
    前記第２のテスト応答信号から第２のテスト測定信号を導出すること、且つ当該第２のテスト測定信号の導出は、前記第２のテスト応答信号又はその一部分を時間反転することを含み、及び
    前記第２のテスト測定信号を、前記テスト装置のトランスデューサで発せられる第２測定信号と比較することを含み、
    前記第２のテスト測定信号と第２測定信号とが相似である場合、前記テスト装置が請求項１に基づいて流体導管内の流体の流速を求める方法を用いていると判定する方法。