JP7027744B2 - Ultrasonic flow meter - Google Patents
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Description
本発明は、超音波方式により、流体の流量を測定する超音波流量計に関する。 The present invention relates to an ultrasonic flow meter that measures the flow rate of a fluid by an ultrasonic method.
超音波流量計では、流体の流れる管路に対し、管路の外周に超音波を送受信させる超音波センサを配置する。そして、管路内での超音波の送受信により、管路内を移動する流体の流量を測定することができる。 In the ultrasonic flow meter, an ultrasonic sensor for transmitting and receiving ultrasonic waves is arranged on the outer periphery of the conduit for the fluid flow. Then, the flow rate of the fluid moving in the pipeline can be measured by transmitting and receiving ultrasonic waves in the pipeline.
例えば、伝搬時間差方式と呼ばれる超音波流量計では、超音波を、管路の内部を移動する流体に対して、斜めに横切るような経路で往復させる。そして、超音波が伝搬するのに要する時間の差から流体の流量を求めている。このとき、伝搬時間の差としては、数ナノ秒程度の差を計測する場合もあり、超音波の信号波形に混入するノイズを極力抑制することが流量測定の精度向上には重要となる。 For example, in an ultrasonic flow meter called a propagation time difference method, ultrasonic waves are reciprocated in a path that diagonally crosses a fluid moving inside a pipeline. Then, the flow rate of the fluid is obtained from the difference in the time required for the ultrasonic wave to propagate. At this time, as the difference in propagation time, a difference of about several nanoseconds may be measured, and it is important to suppress noise mixed in the signal waveform of ultrasonic waves as much as possible in order to improve the accuracy of flow rate measurement.
一般に、ノイズとしては、超音波が流体を通過して到着するよりも前に、管路内を直接伝搬し到着するノイズや、配管内で超音波が反射を繰り返し、所謂残響ノイズ(定在波)となるもの等、種々のノイズが発生する。 Generally, noise includes noise that propagates directly in a pipeline and arrives before ultrasonic waves pass through a fluid and arrive, and so-called reverberation noise (stationary wave) in which ultrasonic waves are repeatedly reflected in a pipe. ), Etc., various noises are generated.
特許文献1に記載の発明によれば、超音波センサと管路との取り付け部の間に、超音波を減衰させる超音波吸収体を配置した構造が開示されている。
According to the invention described in
また、特許文献2に記載の発明によれば、管路の外周に超音波吸収体を固定した構造が開示されている。
Further, according to the invention described in
このように、超音波吸収体を用いることで、管路伝搬波を減衰でき、S/N比を向上させることができるとしている。 In this way, by using the ultrasonic absorber, it is possible to attenuate the line propagating wave and improve the S / N ratio.
しかしながら、特許文献1及び、特許文献2に記載の発明のように、超音波吸収体を用いる構成では、超音波自体の信号もある程度減衰してしまい、S/N比を効果的に向上させることはできない。また、超音波吸収体が余分に必要となるため、機構的にも複雑化し、高コストとなる。
However, in the configuration using the ultrasonic absorber as in the inventions described in
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、超音波信号に混入するノイズを効果的に低減でき、高い精度で流量を計測することができる超音波流量計を提供することである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is an ultrasonic flow rate capable of effectively reducing noise mixed in an ultrasonic signal and measuring a flow rate with high accuracy. To provide a total.
本発明の超音波流量計は、管路を通過する流体の流量を、超音波を用いて測定する超音波流量計において、前記流体へ前記超音波を送信する超音波送信部と、前記超音波を受信する超音波受信部と、前記超音波受信部より受信した超音波信号からノイズを低減する平均化フィルタと、前記超音波信号に基づいて前記流体の流量を算出する流量演算部と、前記平均化フィルタと前記流量演算部との間に位置する、非線形関数を用いた非線形フィルタと、を有し、前記非線形フィルタは、前記平均化フィルタから入力された出力波形のうち、前記超音波信号が生成される前のタイミングの波形に基づいて、ノイズ振幅を検出するノイズ解析部と、前記ノイズ振幅に基づいて閾値を決定する閾値処理部と、前記閾値に基づいて、前記超音波信号に重畳されたノイズを低減するノイズ除去部と、を備えることを特徴とする。 The ultrasonic flow meter of the present invention is an ultrasonic flow meter that measures the flow rate of a fluid passing through a pipeline by using ultrasonic waves, and has an ultrasonic transmission unit that transmits the ultrasonic waves to the fluid and the ultrasonic waves. An ultrasonic receiving unit that receives the ultrasonic signal, an averaging filter that reduces noise from the ultrasonic signal received from the ultrasonic receiving unit, a flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the fluid based on the ultrasonic signal, and the above. It has a non-linear filter using a non-linear function located between the averaging filter and the flow rate calculation unit, and the non -linear filter is an ultrasonic signal among the output waveforms input from the averaging filter. A noise analysis unit that detects noise amplitude based on the waveform of the timing before is generated, a threshold processing unit that determines a threshold based on the noise amplitude, and an ultrasonic signal superimposed on the ultrasonic signal based on the threshold. It is characterized by including a noise removing unit for reducing the generated noise .
この構成により、超音波信号に混入するノイズを効果的に低減でき、高い精度で流量を計測することができる。 With this configuration, noise mixed in the ultrasonic signal can be effectively reduced, and the flow rate can be measured with high accuracy.
本発明によれば、平均化フィルタと流量演算部との間に、非線形関数を用いた非線形フィルタを設けることで、超音波信号と周波数的に重なるノイズを効果的に低減でき、高い精度で流量を計測することができる。 According to the present invention, by providing a non-linear filter using a non-linear function between the averaging filter and the flow rate calculation unit, noise that overlaps with the ultrasonic signal in frequency can be effectively reduced, and the flow rate can be achieved with high accuracy. Can be measured.
以下、本実施の形態に係る超音波流量計について詳細に説明する。なお、以下の説明では、すべての図面において同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, the ultrasonic flow meter according to the present embodiment will be described in detail. In the following description, similar components are designated by the same reference numerals in all the drawings, and the description thereof will be omitted as appropriate.
図1は、本実施の形態に係る超音波流量計の信号処理過程を示す機能ブロック図と、超音波流量計を構成する超音波センサを、管路に設置した状態を示す模式図である。本実施の形態の超音波流量計は、図1に示すように、超音波送信部1と、超音波受信部2と、平均化フィルタ3と、非線形フィルタ4と、流量演算部5と、を有して構成される。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a signal processing process of the ultrasonic flow meter according to the present embodiment, and a schematic diagram showing a state in which an ultrasonic sensor constituting the ultrasonic flow meter is installed in a pipeline. As shown in FIG. 1, the ultrasonic flow meter of the present embodiment includes an
図1に示すように、流体が流れる管路7の外周部には、一対の超音波センサ6が設置される。図1に示す超音波信号の送受信を行う2つの超音波センサ6のうち一方は、流体の流れる方向の上流側に、他方が、流体の流れる方向の下流側に配置されている。
As shown in FIG. 1, a pair of
超音波センサ6は、夫々、超音波の送受信が可能な振動子を含むものであり、超音波センサ6が、交互に超音波送信部1と、超音波受信部2とに切り替えられて、超音波の送受が行われる。すなわち、図1では、一方の超音波センサ6が、超音波送信部1として、他方の超音波センサ6が超音波受信部2として図示されているが、超音波センサ6間で送受信が切替えられる。そして、流体の流量は、流体の流れ方向及び逆方向に超音波を伝搬させたときの夫々の伝搬時間を計測し、伝搬時間に基づいて演算される。
Each of the
超音波送信部1から超音波受信部2に向けて送信された超音波は、管路7内の流体を通過し、管路7を直接伝搬するノイズ、また、管路7内に残響するノイズ等の影響を受け、超音波受信部2で超音波信号に電圧変換される。この電圧信号に変換された超音波信号は、図示しない回路上のアンプで増幅され、A/Dコンバータに通される。
The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic
本実施の形態では、ノイズを含む超音波信号から、フィルタ3、4等により各種ノイズを除去した後の超音波信号に基づいて、流体の流量を演算する。
In the present embodiment, the flow rate of the fluid is calculated based on the ultrasonic signal after removing various noises from the ultrasonic signal including noise by
平均化フィルタ3は、入力した超音波信号から、ランダムノイズを低減し、ノイズ全体のレベルを下げる。このようなフィルタ処理により、後述する非線形フィルタ4にて閾値εを安定して検出することができる。平均化フィルタ3においてランダムノイズ等が除去された超音波信号(平均化出力)は、例えば、図2に示すように、超音波信号の帯域のみ通過させるバンドパスフィルタ8を介して、非線形フィルタ4に入力される。超音波信号のフィルタ処理として、バンドパスフィルタ8を用いることで、ある程度のノイズを除去することができる。ただし、ノイズは、多種の周波数成分を含んでおり、バンドパスフィルタ8などの線形フィルタでは、完全にノイズを除去することができない。
The
そこで、本実施の形態では、非線形関数を用いた非線形フィルタ4によって、超音波信号と周波数的にも重なり合うノイズを周波数領域だけでなく、ノイズの振幅情報も用いて、ノイズを効果的に低減させる。 Therefore, in the present embodiment, the non-linear filter 4 using the non-linear function effectively reduces the noise that overlaps with the ultrasonic signal in terms of frequency by using not only the frequency domain but also the amplitude information of the noise. ..
図2に示すように、非線形フィルタ4は、ノイズ解析部4aと、閾値処理部4bと、ノイズ除去部4cとで構成されている。
As shown in FIG. 2, the nonlinear filter 4 includes a
ノイズ解析部4aでは、ノイズ振幅を解析する。ところで、超音波が、超音波送信部1から超音波受信部2に到達するタイミングは、超音波センサ6間の距離、管路7の構成、及び流体の音速により、ある程度、事前に予測することができる。これを利用し、ノイズ解析部4aでは、超音波信号が入力される前の波形に基づいて、ノイズ振幅を検出することができる。なお、ノイズ解析部4aで検出されるノイズを、以下、小振幅ノイズという。
The
閾値処理部4bは、ノイズ解析部4aで検出された小振幅ノイズの振幅に基づいて閾値εを設定する。ノイズ除去部4cは、閾値処理部4bで設定された閾値εを用いて、小振幅ノイズを閾値ε以下にする。これにより、超音波信号から小振幅ノイズを除去することができる。本実施の形態では、閾値εを、小振幅ノイズの振幅の1倍以上2倍以下とすることで、非線形フィルタ4により、確実に、超音波信号のノイズを、閾値ε以下に抑制しながらフィルタリングすることができる。これにより、非線形フィルタ4の出力に基づいて、流量演算部5にて流量を高精度にて計測することができる。
The threshold
ノイズ除去部4cとしては、例えば、εフィルタを用いることができる。εフィルタは、比較的大きな変化を伴う信号に重畳した小振幅ノイズを、信号の急峻性を損なわずに効果的に取り除くことができる。εフィルタの入出力式は、小振幅ノイズが重畳した入力信号をx(n)、εフィルタの出力信号をy(n)とすると、式(1)のように示すことができる。
As the
またF(x)は、絶対値をεに制限する非線形関数であり、式(4)のように示される。 Further, F (x) is a nonlinear function that limits the absolute value to ε, and is expressed as in Eq. (4).
図3に、使用する非線形関数F(x)を示す。このように、εフィルタは非巡回型デジタルフィルタを非線形化することにより導くことができ、入力信号x(n)と出力信号y(n)との差を、閾値ε以下に抑えながら、波形を平滑化することができる。εフィルタにより、アナログ回路フィルタ等の線形フィルタでは除去できない小振幅ノイズを、除去することができる。なお、εフィルタは、非巡回型デジタルフィルタであり、その位相特性は周波数で変わらない。すなわち、位相一定(位相直線性)が保証されるため、急峻な周波数特性を持たせた場合においても、一般の線形フィルタに用いられるようなフィルタ出力の波形の歪みは発生しない特徴を持つ。 FIG. 3 shows the nonlinear function F (x) used. In this way, the ε filter can be derived by desynchronizing the non-circular digital filter, and the waveform can be generated while suppressing the difference between the input signal x (n) and the output signal y (n) to the threshold value ε or less. Can be smoothed. The ε filter can remove small-amplitude noise that cannot be removed by a linear filter such as an analog circuit filter. The ε filter is a non-circular digital filter, and its phase characteristics do not change with frequency. That is, since the phase constant (phase linearity) is guaranteed, even if a steep frequency characteristic is provided, the distortion of the filter output waveform as used in a general linear filter does not occur.
非線形フィルタ4のノイズ除去部4cの出力信号は、流量演算部5に送られる。流量演算部5は、管路7を流れる流体の流量を演算する。非線形フィルタ4のノイズ解析部4aは、超音波信号波形が生成する前のタイミングでノイズを検出することにより、小振幅ノイズの振幅を容易に検出することができる。閾値処理部4bにおいて、小振幅ノイズの振幅から決定された閾値εを用いて、ノイズ除去部4cが小振幅ノイズを閾値ε以下に抑えることで、超音波信号に重畳した小振幅ノイズを、効果的に低減することができる。よって、流量演算部5において、小振幅ノイズが低減された超音波信号波形から流体の流量を高S/N比にて演算することができる。
The output signal of the
このように、本実施の形態では、特許文献に示す超音波吸収体を用いる必要がなく、簡単な構成で、高精度な超音波流量計を実現でき、従来に比べて、低コスト化を図ることができる。 As described above, in the present embodiment, it is not necessary to use the ultrasonic absorber shown in the patent document, a highly accurate ultrasonic flow meter can be realized with a simple configuration, and the cost is reduced as compared with the conventional case. be able to.
図4Aは、非線形フィルタに入力される前の信号波形(平均化フィルタ3の出力波形)を示す。図4Bは、本実施の形態における非線形フィルタ4の出力波形を示す。図4Cは、本実施の形態における非線形フィルタ4に代えて、一般的な線形フィルタに通した場合の出力波形を示す。 FIG. 4A shows a signal waveform (output waveform of the averaging filter 3) before being input to the nonlinear filter. FIG. 4B shows the output waveform of the nonlinear filter 4 in the present embodiment. FIG. 4C shows an output waveform when a general linear filter is passed instead of the non-linear filter 4 in the present embodiment.
図4Aに示すように、平均化フィルタ3の出力波形(図2に示す「非線形フィルタへの入力」波形に相当)では、超音波信号に対してほぼ同一周波数のノイズが重畳していることがわかる。この平均化フィルタ3の出力波形に対して、非線形関数を利用した非線形フィルタ4を適用すると、周波数だけでなく、小振幅ノイズの振幅情報も加味することができる。すなわち、例えば、図3に示すような非線形関数F(x)を使用することで、ノイズ振幅に合わせて、小振幅ノイズを除去できる。このため、図4Bに示す非線形フィルタ4の出力波形に示すように、小振幅ノイズだけを適切に除去でき、高S/N比を取得することが可能である。
As shown in FIG. 4A, in the output waveform of the averaging filter 3 (corresponding to the “input to the nonlinear filter” waveform shown in FIG. 2), noise having almost the same frequency is superimposed on the ultrasonic signal. Recognize. When the nonlinear filter 4 using the nonlinear function is applied to the output waveform of the averaging
これに対して、一般的な線形フィルタを適用すると、超音波信号とノイズの周波数帯域が重なるために、図4Cに示すように、図4Aの出力波形からノイズを低減させると、超音波信号の振幅も大きく低減してしまう。よって、一般的な線形フィルタを用いる構成では、高S/N比を得ることができない。 On the other hand, when a general linear filter is applied, the frequency bands of the ultrasonic signal and the noise overlap. Therefore, as shown in FIG. 4C, when the noise is reduced from the output waveform of FIG. 4A, the ultrasonic signal becomes The amplitude is also greatly reduced. Therefore, a high S / N ratio cannot be obtained in a configuration using a general linear filter.
ところで、受信した超音波信号に対して、比較的、大振幅のノイズ(例えば、スパイクノイズなど)が重畳した場合、前述の平均化フィルタ3では、大振幅のノイズ除去が困難である。
By the way, when relatively large-amplitude noise (for example, spike noise) is superimposed on the received ultrasonic signal, it is difficult for the above-mentioned
そこで、図5に示す、図2とは別の非線形フィルタ14を用いて、大振幅ノイズを除去することを可能とした。なお、図6を用いて、図5の非線形フィルタの各部の出力波形例も合わせて説明する。
Therefore, it is possible to remove the large-amplitude noise by using the
図5に示す非線形フィルタ14は、第1の差分演算部14aと、第2の差分演算部14bと、ノイズ除去部14cとを有して構成される。
The
非線形フィルタ14には、バンドパスフィルタ8を通したフィルタ信号A(図6Aを参照)と、前回、非線形フィルタ14を通して取得した超音波信号Bとが入力される。前回取得の超音波信号B(図6Bを参照)は、予め、図5に示す記憶部10に記憶されている。
A filter signal A (see FIG. 6A) that has passed through the
フィルタ信号Aと、前回取得の超音波信号Bとは、非線形フィルタ14の第1の差分演算部14aにて差分演算され、図6Cに示す差分信号Cが取得される。これにより、フィルタ信号Aから前回取得の超音波信号Bの信号成分が除かれる。得られた差分信号C(残留する信号成分)は、ノイズ成分が支配的になっている。
The filter signal A and the previously acquired ultrasonic signal B are differentially calculated by the first
図6Cに示すように、差分信号Cには、大振幅ノイズと小振幅ノイズとが残存している。大振幅ノイズは、小振幅ノイズよりも突発的に振幅が大きい異常なノイズ成分である。ノイズ除去部14cでは、差分信号Cのうち、小振幅ノイズを除去する。小振幅ノイズを除去すべく、閾値を、小振幅ノイズよりも若干大きい値に設定する。これにより、ノイズ除去部14cでは、小振幅ノイズを除去し、大振幅ノイズが残存する出力信号D(図6D参照)を得ることができる。
As shown in FIG. 6C, large-amplitude noise and small-amplitude noise remain in the difference signal C. Large-amplitude noise is an abnormal noise component whose amplitude is suddenly larger than that of small-amplitude noise. The
ノイズ除去部14cで小振幅ノイズを除去する前に、ノイズ解析部により、ノイズの振幅成分を解析し、閾値処理部で、小振幅ノイズよりも若干大きい振幅に閾値を設定する。このようなノイズ解析部及び閾値処理部は、第1の差分演算部14aとノイズ除去部14cの間に設けられており、或いは、ノイズ除去部14c内にその機能が集約されている。図5は、ノイズ除去部14c内に、ノイズ解析部、及び閾値処理部の機能が集約されている。
Before the
そして、第2の差分演算部14bで、フィルタ信号Aと、ノイズ除去部14cから取得された出力信号Dとを差分することにより、フィルタ信号Aから、大振幅ノイズを除去した出力信号Eを得ることができる(図6Eを参照)。図6Eに示すように、出力信号Eには、小振幅ノイズが残ったままである。出力信号Eは、ノイズとしては、図4Aに示す出力信号と同様に大振幅ノイズがなく小振幅ノイズのみが存在する。
Then, the filter signal A and the output signal D acquired from the
大振幅ノイズが除去された出力信号Eは、図2の非線形フィルタ4に通される。既に記載したように、図2の非線形フィルタ4に通されることで、小振幅ノイズが取り除かれる。 The output signal E from which the large-amplitude noise has been removed is passed through the nonlinear filter 4 of FIG. As described above, the small amplitude noise is removed by passing through the nonlinear filter 4 of FIG.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified in various ways. In the above embodiment, the configuration shown in the attached drawings is not limited to this, and can be appropriately changed within the range in which the effect of the present invention is exhibited. In addition, it can be appropriately modified and implemented as long as it does not deviate from the scope of the object of the present invention.
例えば、上記の実施の形態では、バンドパスフィルタ8によるフィルタリングは、平均化フィルタ3の前であってもよいし、平均化フィルタ3内に組み込まれていても、或いは、非線形フィルタ4内に組み込まれていてもよい。また、図3に示す非線形関数も一例であってこれに限定されるものではない。
For example, in the above embodiment, the filtering by the
最後に、上記の実施の形態における特徴点を整理する。 Finally, the feature points in the above-described embodiment are summarized.
上記実施の形態に記載の管路7を通過する流体の流量を、超音波を用いて測定する超音波流量計において、流体へ超音波を送信する超音波送信部1と、超音波を受信する超音波受信部2と、超音波受信部2より受信した超音波信号からノイズを低減する平均化フィルタ3と、超音波信号に基づいて流体の流量を算出する流量演算部5と、平均化フィルタ3と流量演算部5との間に位置する、非線形関数を用いた非線形フィルタ4と、を有し、非線形フィルタ4にて設定された閾値に基づいて、平均化フィルタ3から出力された超音波信号のノイズを低減することを特徴とする。
In an ultrasonic flow meter that measures the flow rate of a fluid passing through a conduit 7 according to the above embodiment by using ultrasonic waves, an
このように、平均化フィルタ3と流量演算部5との間に、非線形関数を用いた非線形フィルタ4を設けることで、平均化フィルタ3の出力信号から小振幅ノイズを適切に低減できる。したがって、超音波信号と周波数的に重なるノイズを効果的に低減でき、高い精度で流量を計測することができる。
As described above, by providing the nonlinear filter 4 using the nonlinear function between the averaging
また、上記実施の形態に記載の超音波流量計において、非線形フィルタ4は、超音波信号が生成される前のタイミングの波形に基づいて、ノイズ振幅を検出するノイズ解析部4aと、ノイズ振幅に基づいて閾値を決定する閾値処理部4bと、閾値に基づいて超音波信号のノイズを除去するノイズ除去部4cと、を備えることが好ましい。
Further, in the ultrasonic flow meter according to the above embodiment, the nonlinear filter 4 has the
このように、本実施の形態では、ノイズ解析部4aにて、超音波信号が生成される前のタイミングの波形でノイズ振幅を検出できる。これにより、ノイズ振幅を簡単且つ精度よく検出することができる。また、環境によるノイズ変動も適切に吸収して、ノイズ振幅を検出することができる。そして、このノイズ振幅に基づいて、閾値を設定することができ、ノイズ除去部4cでは、閾値に基づき、超音波信号に重畳された小振幅ノイズのノイズ振幅の大きさに応じて、小振幅ノイズの除去を適切に行うことが可能である。
As described above, in the present embodiment, the
また、上記実施の形態に記載の超音波流量計において、閾値は、ノイズ振幅の2倍以上に設定されることが好ましい。これにより、超音波信号から効果的に小振幅ノイズを除去することができる。 Further, in the ultrasonic flow meter according to the above embodiment, the threshold value is preferably set to twice or more the noise amplitude. This makes it possible to effectively remove small-amplitude noise from the ultrasonic signal.
また、上記実施の形態に記載の超音波流量計において、ノイズ除去部4cは、εフィルタとすることができる。
Further, in the ultrasonic flow meter according to the above embodiment, the
εフィルタにより、アナログ回路フィルタ等の線形フィルタでは除去できない小振幅ノイズを、超音波信号から信号の急峻性を損なわずに効果的に取り除くことができる。 The ε filter can effectively remove small-amplitude noise that cannot be removed by a linear filter such as an analog circuit filter from an ultrasonic signal without impairing the steepness of the signal.
また、図5に示す別の非線形フィルタ14を、非線形フィルタ4の前段に配置することができる。図5に示す非線形フィルタ14は、第1の差分演算部14aと、ノイズ除去部14cと、第2の差分演算部14bと、を備える。第1の差分演算部14aでは、平均化フィルタからのフィルタ信号Aと、前回、非線形フィルタ14を通して得た超音波信号Bとを差分演算する。ノイズ除去部14cでは、閾値に設定されたノイズ振幅以下の信号を除去する。第2の差分演算部14bでは、フィルタ信号Aと、ノイズ除去部14cからの出力信号Dとを差分演算する。
Further, another
これにより、スパイクノイズなどの異常な大振幅のノイズが重畳した場合でも、大振幅のノイズを適切に除去することができる。 As a result, even when an abnormally large-amplitude noise such as spike noise is superimposed, the large-amplitude noise can be appropriately removed.
また、上記実施の形態に記載の超音波流量計において、別の非線形フィルタ14に設けられたノイズ除去部14cは、差分信号に基づいて、振幅成分を解析して、閾値とするノイズ振幅を設定し、設定されたノイズ振幅以下の信号を除去することが好ましい。
Further, in the ultrasonic flow meter according to the above embodiment, the
このように、ノイズ除去部14cにノイズ除去機能のみならず、ノイズ解析機能及び閾値処理機能を集約させることができる。これにより、非線形フィルタ14をコンパクトにでき処理能力を速めることができる。
In this way, not only the noise reduction function but also the noise analysis function and the threshold value processing function can be integrated in the
以上説明した本発明は、気体や液体等の流体の流れに対して斜めに超音波を伝播させたときの、超音波の伝搬時間差から流体の流量を計測するようにした超音波流量計に有用である。 The present invention described above is useful for an ultrasonic flow meter that measures the flow rate of a fluid from the difference in the propagation time of the ultrasonic waves when the ultrasonic waves are propagated diagonally to the flow of a fluid such as gas or liquid. Is.
1 :超音波送信部
2 :超音波受信部
3 :平均化フィルタ
4、14 :非線形フィルタ
4a :ノイズ解析部
4b :閾値処理部
4c、14c :ノイズ除去部
5 :流量演算部
6 :超音波センサ
7 :管路
8 :バンドパスフィルタ
10 :記憶部
14a :第1の差分演算部
14b :第2の差分演算部
A :フィルタ信号
B :超音波信号
C :差分信号
D :出力信号
E :出力信号
F :非線形関数
x :入力信号
y :出力信号
ε :閾値
1: Ultrasonic transmitter 2: Ultrasonic receiver 3: Averaging filter 4, 14:
Claims (4)
前記流体へ前記超音波を送信する超音波送信部と、
前記超音波を受信する超音波受信部と、
前記超音波受信部より受信した超音波信号からノイズを低減する平均化フィルタと、
前記超音波信号に基づいて前記流体の流量を算出する流量演算部と、
前記平均化フィルタと前記流量演算部との間に位置する、非線形関数を用いた非線形フィルタと、
を有し、
前記非線形フィルタは、前記平均化フィルタから入力された出力波形のうち、前記超音波信号が生成される前のタイミングの波形に基づいて、ノイズ振幅を検出するノイズ解析部と、
前記ノイズ振幅に基づいて閾値を決定する閾値処理部と、
前記閾値に基づいて、前記超音波信号に重畳されたノイズを低減するノイズ除去部と、
を備えることを特徴とする超音波流量計。 In an ultrasonic flow meter that measures the flow rate of fluid passing through a pipeline using ultrasonic waves,
An ultrasonic transmission unit that transmits the ultrasonic waves to the fluid, and
The ultrasonic receiving unit that receives the ultrasonic waves and
An averaging filter that reduces noise from the ultrasonic signal received from the ultrasonic receiver,
A flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the fluid based on the ultrasonic signal,
A non-linear filter using a non-linear function located between the averaging filter and the flow rate calculation unit,
Have,
The nonlinear filter includes a noise analysis unit that detects a noise amplitude based on a waveform at a timing before the ultrasonic signal is generated among the output waveforms input from the averaging filter.
A threshold processing unit that determines a threshold based on the noise amplitude,
A noise reducing unit that reduces noise superimposed on the ultrasonic signal based on the threshold value, and
An ultrasonic flow meter characterized by being equipped with.
前記別の非線形フィルタの後段に位置する前記非線形フィルタには、前記第2の差分演算部からの出力波形が入力されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の超音波流量計。 The difference between the first difference calculation unit and the first difference calculation unit that perform a difference calculation between the filter signal from the averaging filter and the ultrasonic signal obtained through the nonlinear filter last time before the non-linear filter. A second unit that performs a difference calculation between the noise removing unit that removes noise from the difference signal, the filter signal, and the output signal from the noise removing unit using a threshold value set based on the noise amplitude of the signal. It has another non-linear filter with a difference calculator and
The ultrasonic filter according to any one of claims 1 to 3, wherein an output waveform from the second difference calculation unit is input to the nonlinear filter located after the other nonlinear filter. Sonic flow meter.
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