JPH01193617A - 媒体の音響エネルギ伝送特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流量計に関し、特定すると、超音波が媒体中
の限定された経路に沿って伝送され、媒体の流量を決定
するためにトランスジューサにより検出され分析される
超音波流量計に関する。さらに詳述すると、本発明は、
経路に沿う超音波の走行時間、または上流走行時間およ
び下流走行時間の差を検出するこの種の機器に関する。

本発明はまた、送信波のドツプラーシフトを検出するた
めの機器および総流量測定値を生成するための機器に関
する。

［従来技術〕 一般に、所与の流れ状況を所望の精度で監視するのに適
当な使用機器の選択は、流れている物質の純度、温度、
分子量および粘度、導管または容器の物理的形態および
構成、ならびに温度、凡その流れ距離および流れプロフ
ィルを含む多くのファクタに依存して変わる。

一般的に、媒体がきれいで、非粘性で、薄層状の流れを
有する場合、流量は、上流および／または下流経路成分
を有する経路に沿って注入される超音波信号の走行時間
により決定できる。ただし、バイブ寸法によって十分に
長い経路が取れることを条件とする。小導管および短流
路長の場合、ジグザグの経路が適当な場合もある。媒体
が粘性を有し、泡を含み、あるいは連行物質を有してい
て、これらが伝送信号を強く劣化し、その結果到着時間
情報が高精度で決定できないか流量に対して複雑な関係
をもつ場合、送信波のドラプーラシフトの測定が、泡や
その他の散乱物の速度についての情報を生ずる可能性が
ある。相関タグ測定法と称される他の手法は、不均質の
流れに応用し得る。この方法は、流路に沿う２つのステ
ーションにおいて持続波（ＣＷ）を送受することを含む
。

第１のステーションにおいて受信される信号のトレース
に鋭い異常が起こると、同じ異常（すなわち「タグＪ）
が第２のステーションを通過するまで、時間間隔が測定
される。第２のステーションは、再混合で捜索されるト
レースの型が混乱されないように十分近接されねばなら
ない。Ｔｒａｎｓａｃ−ｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉ
ｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａ
ｎｄＣｏｎｔｏｒｌ、Ｖｏｌ、３．　Ｎｏ、４　Ｏｃｔ
、−Ｄｅｃ、　１８９１．２１７−２２３頁およびＶｏ
ｌ、４．Ｎｏ、ｌ、　Ｊａｎ、　−Ｍａｒ、　１９８２
．２−２４頁におけるＬａｗｒｅｎｃｅ　Ｃ，Ｌｙｎｎ
ｗｏｒｔｈのｕｒｔｒａｓｏｎｉｃＦ　ｌｏｗｍｅｔｅ
ｒｓなる論文には、超音波流量測定システムについての
概説が示されているが、読者は、測定装置の選択および
流れパラメータの決定を支配する式に関する背景情報と
してこの論文を参照されたい。従来の各超音波流量測定
装置は、受信波形の周波数や到達時間のような特性の正
確な測定に依存する。これらの緒特性の１つを正確に測
定するには、特定の導管装置内に特定の形式のトランス
ジューサを正確に制御された状態で取り付けることを必
要としよう、流れ媒体やその特性が変化するとき、この
測定の精度は装置の応用を制限することにもなり得る。

［発明が解決しようとする課題］ それゆえ、本発明は、受信される超音波の特性をより正
確に検出する機器を提供することである０本発明の特定
の目的は、超音波をあるコードで変調し、コード化波を
媒体中に送信し、そしてこの媒体の特性を受信波の分析
により検出する機器を提供することである。

本発明の他の特定の目的は、受信波が、その到達時間を
決定するため、送信波と相関づけられる機器を提供する
ことである。

本発明のさらに他の特定の目的は、送信波が、相関関数
を発生するため対応する受信波と相関づけられ、そして
相関関数がΔｔの直接測定を提供するように相関ずけら
れる機器を提供することである。

本発明のさらに他の特定の目的は、受信信号の品質に従
って異なる送信または分析プロトコルを選択する機器を
提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のこれらおよびその他の特徴は、伝送信号が擬似
ランダム信号またはコードで変調される流量計または流
路インターバロメータで得られる。コード変調信号は、
第１のトランスジューサから媒体流路に沿って送信され
、第２のトランスジューサで受信される。受信波は、２
つのトランスジューサ間の音響波伝搬時間に等しい時点
にピークを有する相関関数を発生するように、逐次の時
点にて送信波と相関づけられる。コードは、相関関数の
サイドローブが小さく成るように選択される。好ましく
は、同一の対立伝搬波が、同時または交番的に２つのト
ランスジューサから発射され、そして対応する受信波が
、各々、それぞれの上流および下流相関関数を発生する
ように相関づけられるのがよい。

上流信号および下流信号に対応する２つの相関関数は、
ついで、対立伝搬の差間隔Δｔを決定するように時間に
関して相関づけられる。１つの実施例において、ディジ
タルコードはバーカーコードであり、送信信号は、バー
カーコードにより位相変調される有限の間隔波（すなわ
ちトーンバースト）である。

他の実施例においては、受信信号は、導管内の所望の領
域から発する流れデータを表わすように距離ゲートによ
り検出される反射波である。信号は、その周波数を決定
するため直交位相でディジタル的に処理され、そして装
置は、スペクトル情報から局部的流量情報を導出する。

他の実施例においては、１対の同一のコード化伝送信号
が発射され、各々媒体中を実質的に同一距離横切った対
応する１対°の反射波が、検出され、サンプルされ、記
憶される。これらの反射波は、媒体中の流れに連行され
る分散体に対して音響路の長さの変化を表わす時間オフ
セット量を決定するように相関づけられる。

さらに他の実施例においては、複数のトランスジューサ
が、導管を横切る多数のばらばらのサンプリング路を提
供するように配置され、流量計は、各ンブリング路に沿
って受信される反射波に対して距離ゲート間隔を変える
。受信信号は、サンプリング路に沿う多数のサンプル間
隔すなわちビンの各々に対して、ドツプラー周波数のよ
うな流量を表わす特性を導出するように処理される。

ドツプラー周波数は流量に変換され、そして導管内の総
流量は、各ビンの流量Ｘ横断面重み付はファクタを総計
することにより得られる。このようにして、流量は、散
乱信号の尋問に特有の信号を利用し、ただし非数乱流条
件における送信信号にのみ普通使用できる走行時間技術
に特有な精度をもって決定できる。

［実施例］ 本発明のこれらおよびその他の目的および特徴は、図面
を参照して行なった例示の実施例についての以下の説明
から明らかとなろう。

第１図は、導管８内を流れる媒体の流量を測定するため
の、本発明に従う流れ測定システムｌを示す。システム
は、流量を測定し、表示その他の方法で指示するための
流量計６を備える。流量計６は、導電線４．５を介して
トランスジューサ２．３に接続されるが、該トランスジ
ューサは、導管８の対向側面に装着されており、流れ方
向を横切って精確に限定された幾何寸法の尋問路Ｐを形
成するように位置づけられている。尋問路Ｐは、流れ方
向に長さしの成分を有する。トランスジューサおよび尋
問路形態の他の配置も、上述のｔ、ｙｎｎｗｏｒｔｈの
記事に詳細に論述されるように可能である。

第２図は、本発明に従う流量測定システム６のハードウ
ェア部品のブロック図である。各トランスジューサから
の導電線４．５は、送信マルチプレクサ１２および受信
マルチプレクサ１４に接続される。マルチプレクサ１２
は、タイミングモジュール１６により制御され、１また
は複数のトランスジューサ２．３に時間的に限定された
瞬間に超音波伝送信号を供給する。同様に、受信マルチ
プレクサ１４は、タイミングモジュールにより制御され
、ｌまたは複数のトランスジューサを時間的に限定され
た瞬間に受信信号処理回路２６．２８に結合する。しか
して、該処理回路は、先に送信された信号に対応する受
信信号を増幅し、調整する。

図に示されるように、送信信号は、伝送信号発生器２２
により提供されるが、該発生器の出力は、パワー増幅器
２４により増幅され、マルチブレクサ１２を介してトラ
ンスジューサ２．３の適当なものに結合される。同様に
、受信信号は、受信マルチプレクサ１４を介して自動利
得制御ループ２８を有する受信増幅器２６に結合され、
受信信号を表わす調整された出力信号を線３０上に供給
する。利得は、以下に論述されるように、アナログ−デ
ィジタルコンバータの入力範囲内にあるように制御され
る。送信信号および受信信号の形式およびタイミングに
ついては、以下に第３．５および６と関連して詳細に論
述されている。

概説すると、線３０からの受信信号は、媒体の流量また
は媒体温度またはその他の特性を決定するに必要なタイ
ミングおよび／または周波数シフト情報を導出するよう
に処理される。これは、信号サンプリングユニット３２
およびマイクロプロセッサ３４により遂行される。信号
サンプリングユニット３２は、アナログ−ディジタルコ
ンバータ３６を備え、そして該アナログ−ディジタルコ
ンバータは、線３０を介して、増幅され利得安定化され
た受信信号を受信し、そのディジタル化値をＲＡＭ３８
に供給する。直接メモリアクセスコントローラ４ｏが、
タイミングモジュール１６により供給されるタイミング
および同期信号に応答し、記憶されたディジタル化値に
アクセスし、それをデータバス４２を介してマイクロプ
ロセッサ３４に供給する。プロセッサ３４は、ディジタ
ル化されたサンプルされた受信信号を処理して、それを
送信信号と相関づけ、基本的タイミングまたは周波数情
報を決定する。この情報は、ついで、周知のやり方で流
量またはその他の測定値に変換される。この接続におい
て、キーボードおよび１１０部３５は、測定結果の適当
な式および表示を決定するシステムパラメータの使用者
による装入を可能にする。

送信信号の性質およびこの情報を導出するための受信信
号の処理は、第３図を参照すると一層よく理解される。

この図は、代表的な処理操作に対する信号波形を示して
いる。第４図との関係において以下でさらに論述される
ように、例示の波形は、超音波走行時間測定において使
用される。

第３図の線Ａは、本発明の典型的実施例において採用さ
れＩ　ＭＨｚの正弦波形を有する基本的伝送波形を示し
ている０本発明の一側面に従うと、伝送波形はディジタ
ル擬似ノイズ信号（ＰＮ）で変調され、高情報含分なも
つ伝送信号を生ずる。第３図の線Ｂは、１１ビツトバー
カーコード、すなわちレーダ信号処理において広く使用
される形式のＰＮコードの０．１．０の最初の３ビツト
を例示として示している。このコードは、波形がコード
で変調されて伝送され、受信信号が送信信号と相関づけ
られるとき、相関関数のサイドロープが小さくなるとい
う性質を有する。すなわち、受信信号と送信信号との間
に顕著なピーク相関があり、これにより受信信号の高い
確実度での確認が可能となる。第３図の線Ｃは、線Ｂの
バーカーコードの例示の部分で位相変調された後の線Ａ
のＩ　Ｍ）１２正弦波形を示している。変調は、線Ｃの
信号が、バーカーコード（線Ｂ）の各非ゼロピットのス
タート時に１８０°だけ位相シフトされた正弦波形を有
するようになされる。線りは、マイクロプロセッサの８
ＭＩ（ｚクロック周波数にて発生された送信信号のディ
ジタル化値を示す、線Ｅは、媒体中を伝送され受信トラ
ンスジューサにより受信された後の線Ｃの波形に対応す
る代表的受信信号を例示するものである。

信号の導管および媒体中の通過は信号の共存物による劣
化を生じたが、受信信号（線Ｅ）は、送信信号（線Ｃ）
の形状に対応し、ただし送信および受信トランスジュー
サ間の走行時間を指示するある時間間隔だけオフセット
された一般的形状を有することが観察されよう、線Ｆは
、線りにおいて使用されたのと同じ８Ｍ）ｌｚのサンプ
リング周波数にてサンプルされた線Ｅの信号を示す、サ
ンプルされた信号（線Ｆ）の大きさは、信号サンプリン
グ回路３２（第２図）により得られ処理のためＲＡＭ３
８に記憶された値に対応する。

本発明の典型的実施例における受信信号の処理の性質お
よび流れ情報の導出については、第１図に例示される流
れ方向に沿って異なるステーションに配置された１対の
離間されたトランスジューサの特定の場合について以下
に説明する。

この測定のプロトコルにおいて、プロセッサは、信号（
線Ｃ）の伝送とこの信号に対応する受信信号（線Ｅ）の
検出間の伝搬時間間隔を、２つの信号を逐次の時間間隔
で相関づけ、相関関数がピーク値を有する時点ｔ□８を
確認することにより決定する。

典型的実施例において、これは次のように遂行される。

伝送信号（線Ｃ）は、時点１＝０にて送信され、そして
そのディジタル化されたサンプル値（線Ｄ）が内部的に
発生され、あるいはマイクロプロセッサ３４に供給され
る。キーボード装入データおよび既知のトランスジュー
サ間隔および資料に基づいて、マイクロプロセッサは、
受信信号を捜索するための窓を設定する。この窓は、信
号サンプリングユニットの入力のゲートを制御する受信
イネーブル信号を発生することにより実施される。Ｐ／
ｃより若干前の時点に始まる１２８マイクロ秒の窓Ｗが
使用される。ここで、Ｐはトランスジューサ間の経路長
であり、Ｃは移動媒体内における音響の速度である。こ
の窓間隔Ｗ中、受信信号は８ＭＨｚサンプリング速度で
サンプルされ、得られた１０２４の受信信号値が信号サ
ンプリングユニットのＲＡＭ３８に記憶される。

そのとき、コンピュータ３４は、１つの送信信号および
対応する受信信号に対して、値０．±１゜±１７１２を
有する第１の１組の８８の伝送信号値ＴＩ（１１とット
バーカーコードにより変調され８ＭＨｚクロック速度で
サンプルされたＩ　ＭＨｚ　５ｉｎｓ信号位相に対応）
、および第２の１組の１０２４の受信信号値（１２８マ
イクロ秒サンプリング窓中受信トランスジューサにより
検出され、８Ｍ）ｉｚのサンプリング周波数でディジタ
ル化された値）とを入手できる。マイクロプロセッサ３
４は、システムクロック間隔だけ離間された逐次の時点
ｔ、（ｉ・０、　、　、　、１０２４）にて送信信号を
受信信号と相関づけるのであるが、これは、送信信号を
受信信号に沿ってスライドさせ、対応する積項を加算し
、１組の相関値Ｃｋを決定することによりなされる。マ
イクロプロセッサは、ついでピーク相関時間ｔ、□を決
定する。詳記すると、相関関数は、第に番目のクロック
パルスにて次のように定義される。

Ｃ，（Ｔ、Ｒ）　＝　　Σ（Ｔ＋　　Ｒ＋−Ｊそのとき
、信号の伝送および受信間の時間間隔は、相関関数Ｃｋ
がその最大値Ｃ□、に達する時点ｔ□８であるとみなさ
れる。　８ＭＨｚ周波数における逐次のサンプル間の時
間は１２５止（ナノ秒）であるから、Ｃｋにおける相関
関数の最大値は、１２５に止の伝搬時間間隔に対応する
。

送信信号はＰＮコードで変調されるから、相関関数Ｃ（
Ｔ、　Ｒ）の値は、送信および受信信号が緊密に整列さ
れるときを除いて小さくなるであろう、たいていの流体
の場合、伝搬速度Ｃは、流速よりもずっと大きく、流量
の大きさに関する伝搬時間の変動は、上述のサンプリン
グ間隔のジッタに比して小さいものであろう、したがっ
て、好まし実施例において、この問題は、上流および下
流の両トランスジューサを同時的または逐次的に作動す
ることによって解決される。計算された時間の後、サン
プリング窓が開かれ、上流および下流トランスジューサ
の各々からの受信信号が、受信され、増幅され、ディジ
タル化されそして記憶される。ついで、相関信号Ｃ，，
，（ｋ）およびＣ，、、、（ｋ）が、上流トランスジュ
ーサに送信された信号を該トランスジューサにより実際
に受信された信号と相関づけ、下流トランスジューサに
送信された信号を該トランスジューサにより実際に受信
された信号と相関づけることにより定められる。

これらの相関関数Ｃ（ｋ）の各々は、対応するＴおよび
Ｒ信号を、サンプリング（クロック）間隔の固定の倍数
にだけ相互に関してオフセットし、対応する項Ｔ＋Ｒｔ
＋＋＋を全ｉについて加算することによって上述のよう
に定められる。全サンプリング間隔および信号時間は、
上流相関関数Ｃｕｐ　（ｋ）の１０２４の値および下流
相関関数Ｃ６゜Ｗイ（ｋ）の１０２４の値が同一の時間
間隔に限定されるように、システムクロックに基準を置
かれる。ついで、上流伝搬時間マイナス下流伝搬時間に
対応する時間間隔Δｔが、サンプリング間隔の時間に亙
りＣｕｔ　（ｋ）およびＣ４゜、、　（ｋ）関数を相関
づけて、これらの２つの相関関数の最大の整列に対応す
る時間オフセット量を決定することにより導出される。

詳記すると、二重相関関数ＣＤ　（Ｊ）が定められる。

ここで、各ｊに対する値は、ｊ　＝　　１．、、．１０
２４に対してＣＤ　（Ｊ）　＝ΣＣｕｐ　（ｋ）　Ｃｎ
ｏ−ｎ　（ｊ＋　ｋ）である、原信号相関値Ｃｋは単一
の時間間隔に限定されるから（例えばに＝０〜１０２４
クロック間隔が上流および下流伝送信号の伝送の開始に
続く）、上流および下流値のこの相関は、±１タイミン
グ間隔の不確実性を有しない。そうでなければ、このよ
うな不確実性が、間隔および点の決定に際して起こり得
よう。

かくして、ＣＤ　（ｊ）は、上流および下流伝搬時間間
の間隔Δｔの比較的ジッタのない測定値を与える。さら
に、送信信号のＰＮコード変調は、雑音に対して高レベ
ルの不感性をもたらし、得られる直接伝搬時間測定値の
決定の精度は高い。

直接伝搬時間測定値に対する上述の第１の相関は、ＴＩ
およびＲ１ｍｋ信号値の算術的相関を包含することに留
意されたい、この算術的乗算は、Ｔ、が、規則的に反復
する一連の値Ｏ１±１／７２または±ｌ×バーカーコー
ドに依存する符合および間隔内における不変調信号の位
相より成るものとして予め既知であるゆえ、典型的装置
においては簡単化される。従って、偶数のｉに対するす
べての項Ｔ＋Ｒ＋□は集められて１／Ｉ　２を因数とし
て取り出し、ｉミ１　ｍａｄ（４）に対するすべての項
は放棄され、モしてｉ　＝３　ｍａｄ（４）に対するす
べての項は集められる。かくして、式（１）の総和は、
（±ｌ／７２）の項および（±１）の項に対する２つの
迅速加算器を採用することにより、プロセッサにおいて
容易に遂行される。

上述の処理の実施において、ある種の変更は可能である
１例えば、Ｃ１１，およびＣｒｏｗｎ相関関数を相関づ
ける際に、伝搬時間差は、相関関数が最大値に達する時
間として決定される。この決定は、ｉを越える加算がな
される度にＣＤ（ｋ）の相関値を記憶される最大値と比
較し、走行中のピーク値を追跡することによりなされ得
る０代わりに、マイクロプロセッサは、単に、予め選択
されたスレッショルド値Ｃ％１１．ｈより大きい第１の
ピーク値を選択してもよい、このスレッショルド選択手
法は、例えば、送信トランスジューサにおけるモード変
換の現象で単一の電気的駆動パルスを生じさせて一連の
逐次的に遅延された音響パルスを発生する場合に必要で
ある、しかして、この際第１のパルスは、精確な時間基
準になるものであるが、モード変換仮想パルスよりより
も小さい大きさとし得る。このスレッショルドは、可変
値とし得る。しかしながら、好ましい実施例において、
相関関数Ｃ１，８の最大値は直接に使用されない、より
精確な値ＣＭＡＸは、マイクロプロセッサにプログラム
される数値的内挿装置により決定される。しかして、こ
の相関装置の動作は第９Ａ〜Ｄ図に例示されている。

第９Ａ図は、相関関数のサンプル値Ｃｏ、　、　、　、
　Ｃ−（中空ドツトでプロットされている）を図示して
いる。相関関数は、例えば、（Ｔ−Ｒ）走行時間相関関
数ＣｕｔまたはＣ，。□、またはここに記載される関数
Ｃｏの一つとし得る。上述のように、ＣＬｌは、（８Ｍ
）ｌｚ）の間隔、すなわち１２５ｎｓで限定されるディ
ジタルワードである。概説すると、内挿装置は、ピーク
値ＣｍａＨの直前および直後のＣ関数ゼロ交叉の時間を
内挿し、２つの内挿ゼロ交叉時間Ｔ。

（−）　およびＴｚ　＋＋＋　を生成することにより、
精確な内挿最大値Ｃ１，８の時間を計算する。そのとき
、内挿Ｃ，１，は、中点、すなわち Ｔ、□＝　（Ｔｍ　＋−）＋　Ｔｍ　＋＋＋　）／２に
おいて生ずるものと解される。　第９Ｂ図は、右手側ゼ
ロ交叉Ｔ１．、の内挿を例示するもので、内挿は、５ｉ
ｎｃ関数値（ａ、ｊ）の記憶された７×８の表を使用し
てアルゴリズム的に導出される。この内挿は下記のよう
に進行する。ビークＣ□、に続く第１の負のＣ関数値Ｃ
ｋが見出され、点Ｃｋ−１およびＣＩＩが、相関間隔終
点Ｙ０およびＹａにそれぞれ等しく設定される０間隔中
点Ｙ４がついで下式により計算される。

Ｙ、＝Σ（（ａｌｓ＋ｃｍ−＋＋＋）＋　（ａｔｔｏ−
ｓａ＋ｃｍ−＋）　）ここで、係数ａ目は、５ｉｎｅ関
数（ｓｉｎ　ｘ）／ｘの割付けされた値である。これら
の係数は、第９Ｃ図に例示されるように、表として記憶
されている。

５ｉｎｃ関数を使用する内挿についての論述は、Ｂｒａ
ｃｅｗｅｌｌ著のテキストｆ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａ
ｎｓｆｏｒｍａｎｄ　Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓＪ　　（ＭｃＧｒａｗ−）ｆｉｌｌ、　１９７８年発
行）に見出される。

点Ｙ４の計算後、５ｉｎｅ関数内挿が、ゼロ交叉により
近いさらに２つの点Ｙ＋を計算するように反復される。

この計算は、５ｉｎｃ関数係数値の２つの追加の表を参
照することにより遂行される。第９Ｄ図は、５ｉｎｅ内
挿点の極性を決定し、ゼロ交叉にもっとも近い２つの点
を生成するために逐次の内挿点Ｙ１を選択するマイクロ
プロセッサにおいて具体化される流れ論理を図示してい
る。第９Ｂ図に例示される値の場合、３つの点Ｙ４、Ｙ
２およびＹ、が計算される。第３の内挿に続いて、ぜろ
交叉時ＴｚｌＮが、軸線の直上および直下にある２つの
もっとも近い内挿値ＹＪ％　Ｙｊ＊１間において直線的
に内挿される。これらの点は、例示の実施例におけるＹ
、およびＹ４である。

上述のように、ついで、左側ゼロ公差Ｔｚ　ｌ−１が、
同一のプロセスを使って計算され、内挿相関最大値Ｃ，
，、が、時間 Ｔａｎ冨＝（Ｔ−ｔす＋Ｔ−Ｔ−１）／２に等しく設定
される。

２つの５ｉｎｅ関数内挿点間のゼロ交叉のこの直線的内
挿は、ゼロ交叉時間値、従って１２５　ｎｓのシステム
クロック間隔よりも約２桁細かい解を有する内挿最大値
Ｃ１□を生ずる。解のこれ以上の改善も、数個の測定値
を平均することにより達成される。

このようにして、２信号間の時間オフセット量が高精度
で決定される。この時間オフセット量ならびに媒体内に
おける音響速度の知識によって、流速またはその他の特
性をプログラムされた計算手法にしたがって計算するこ
とが可能となる。流体音速は、流体の形式およびその温
度に基づいて、あるいは導管内に配置された固定のレフ
レクタ上で基本線較正測定を遂行することにより、ある
いはその他の周知の方法によって独立的に決定できる。

本発明の他の側面に従うと、本発明の流量計は、既存の
流れ条件下で検出された信号から情報をもっともよく抽
出する処理方法を遂行するため、処理された受信信号の
分析に基づき２または複数の動作モードの１つを選択す
るモードセレクタを備える。

そのような好ましい実施例におけるモードセレクタの動
作は、第１および第２図の信号発生伝送および処理要素
を含むシステムにおいて実施されるものとして第４図に
例示されている。本発明のこの側面に従うと、使用者は
、媒体の形式または性質、メータファクタＫ、レイノル
ズ修正数、トランスジューサ形式、パイプ内径、導管形
状およびその他の基本的応用データを指示するため、キ
ーボードを介して基本的データを装入する。しかして、
プロセッサは、これらの基本的応用データから、プロセ
ス信号測定値を出力流れデータに変換するための適当な
式を導出あるいは捜索する。

プロセッサはついで、モード１と指示される第１モード
すなわちスタートモードで動作を開始する。このモード
は、一般に、第１〜３図と関連して上述した走行時間測
定モードであろう。第４図に示されるように、モードセ
レクタ５０は、スタートモード５２でスタートし、１ま
たは複数の信号例えば上流および下流伝送信号を送信す
る（５４）、ついで、その記憶されたデータに従って、
受信信号をサンプリングし処理するための受信窓が設定
される（５６）、受信窓の間、信号が受信されたかどう
かの予備的決定がなされる（５８）、もしも受信されて
いなければ、モードセレクタ５ｏは、実際の流れ条件を
より測定し易いかもしれない異なる処理プロトコルを実
行するため、モードを切換える（６０）。

−例として、ひどく減衰する２層流動物質の場合、送信
信号は下流トランスジューサに達しないことがある。ス
テップ５８にて検出可能な信号が受信されなかったと思
われる場合、モードは切り換えられ、代わりの信号送信
および処理モードが採用される。そうでない場合は、６
２にて送信および受信信号が、選択されたモードに従っ
て相関づけられ、６４にて、信号対雑音比が予め設定さ
れたスレッショルド例えば４０ｄＢより大であるか否か
の決定がなされる。

雑音がそのレベルを越えた場合には、６６にて、送信お
よび受信信号を相関づけようとすることなく、雑音の受
動的測定にのみ基づいて流れ測定を行なうようにモード
が切換えられる。受動的雑音測定プロトコルは、単に、
各測定された雑音レベルに対して実験的に導出された流
量値を記憶するルックアップテーブルを採用し得る。こ
の記憶値は、そのとき線７０を介して出力として供給さ
れる。

他方、ステップ６４にて容認可能な信号対雑音比が検出
されると、プロセッサは、ＴおよびＲ信号の相関により
導出される量に基づいて、流れパラメータ（例えば面積
平均流速ｖＡ）を解くように進行する。パラメータ例え
ばｖＡの導出値は記憶され、ついで短い（例えば１．１
ｏまたは３０秒）サンプリング期間にわたり同じパラメ
ータの１組の測定値を導出するため、ポーリングプロセ
スが続けられる。

１組の流れ値が導出されると、プロセッサは、そのパラ
メータの導出された値の標準偏差Ｏを計算し、それをス
レッショルド許容変動レベルと比較する。許容範囲は、
例えば１０パーセントとし得る。モードセレクタ５０は
、７４におけるこの比較に基づいて、他のモードを選択
するか、あるいは測定されたデータを出力として供給し
、既存のモードで流れ測定の遂行を継続する。詳述する
と、σがスレッショルドを越えて、変動的に導出された
データを指示すると、モードセレクタはつぎの処理モー
ドを選択し、ステップ６２にて始まる新しい信号分析方
法またはステップ５４で始まる再伝送および相関が、よ
り良好な流れ測定値を得るために行なわれる。受信信号
が十分に限定されているが、情報含分が介在する流れ条
件に起因して突飛である場合には、代わりに同じ１組の
記憶された受信信号が、迅速フーリエ変換計算で分類、
処理され、送信信号とより強（相関づけられるかもしれ
ない周波数データを導出することができる。

他方、ステップ７４にて０が許容できることが決定され
た場合には、既存のモードが意味のあるデータを生じた
ものと認められ、導出された流れパラメータ測定値は、
線７０を介して出力として単に供給され、プロセッサは
既存の処理モードにおいてランし続ける。この場合、制
御は、７６にて、次の回の測定のためデータ伝送および
受信サイクルをイニシャライズするように戻る。

モード選択には、所与のモードに対する搬送波信号の最
適化が包含される。本願発明者は、ある種のトランスジ
ューサのインパルス応答は、きわめて顕著でありかつあ
る種の媒体において鋭く相関づけられた受信信号を生ず
るように適合された音響出力をもたらすことを発見した
。このようなトランスジューサの場合、トランスジュー
サインパルス応答それ自体が、それに供給される電気的
駆動信号のコード変調器として作用する。したがって、
ここに使用されろコードなる用語は、特定のトランスジ
ューサの固有の共鳴および調波から生ずるコード状変調
を含む、コードの意味をこのように理解した場合、所与
のモードに対する搬送波信号の選択は、下記の４段階の
２またはそれ以上の段階を包含する。

（１）所望の中心周波数、帯域幅、リンギング特性およ
び決定波形を有する適当なインパルス応答を有するトラ
ンスジューサを選択する。たいていの場合、リンギング
が少ない、２ないし４オクターブの帯域幅が望まれよう
、プロセッサは、測定システムに接続された異なるトラ
ンスジューサの中から選択するようにプログラムされる
。

（２）搬送波を周波数変調するか、あるいはより一般的
な場合、単に搬送波周波数例えばＯ，ＯＳ。

０、１．０．２．０．５．１．０または２．０Ｍ）！ｚ
を選択する０例えば、ガスに対しては０．１Ｍ）ｌｚの
周波数が選択され、約１メートル以下の流路を有する液
体に対しては１．０Ｍ）Ｉｚの周波数が選択されるであ
ろう。

（３）トーンバースト例えばここに論述される１１サイ
クルのバーストを生ずるように搬送波を振幅変調する。

かくして、１．０ＭＨｚの搬送波に対して１１μＳのバ
ーストが、１００にＨｚの搬送波に対して１１０μｓの
バーストが発生される。

（４）ここに論述される１１とットバーカーコードのご
とく低いＲ−Ｔ相関関数サイドローブ　を有するコード
でトーンバーストを位相変調する。

第８Ａおよび８Ｂ図は、本発明の他の実施例において企
画される異なるモードを例示しているが、簡明にするた
め、トランスジューサ線図と、それに続き記述されるモ
ードに対する代表的送信信号（Ｒ１で指示される）、対
応する受信信号（Ｒ。

で指示される）および関連する時間遅延の概略線図が示
されている。信号線図の下には、そのモードで遂行され
る相関動作が示されている。詳細な例として、第８図（
ａｌ）は、信号を送信し、その反射を受信するように取
り付けられた単一のトランスジューサを示している。第
８図（Ｃ２）は、同一の伝送信号Ｔ＋、Ｔｉが介在する
Δを遅延をもって伝送され、対応する受信信号Ｒ＋、Ｒ
ｉが検出されディジタル化される信号プロトコルを例示
している。

表記Ｃ（Ｒ＋、　Ｒａ）は、２つの受信信号が相関づけ
られていることを示している。この相関関数の最大値に
対応する時間オフセット量は、そのとき時間Δｔから量
２Δｘ／Ｃだけ相違するであろう、ここで、Δ１は、そ
の時間間隔中に流体が移動する距離であり、Ｃは流体音
響速度である。　本願発明者は、流れ条件すなわち雑音
が送信信号に意味のある変動を導入する場合、２つの一
時的に近接する受信信号の相関値が、受信信号と送信信
号との相関値よりも高いことを発見した。

同様に、第８Ａ図（ｂｌ）は、例示される異なる信号プ
ロトコル（第８Ａ図（ｂ２）　）をもつ同一のパルス−
エコートランスジューサ配置を示している。この後者の
プロトコルにおいては、第１の１組の２つの同一の伝送
信号Ｔ＋、Ｔｚが間隔Δｔで送信され、続いて第２の１
組の信号Ｔ３．Ｔ４が短い時間遅れて送信される。対応
する受信信号対により形成される差信号は、表記Ｃ（Ｒ
ｉ−Ｒ＋、　Ｒ４−Ｒｓ）により示されるように相関づ
けられる。この処理方法は、トランスジューサおよびパ
イプリンギングのようなコヒレント雑音を大幅に除去す
る。

第８Ａ図（Ｃ２）は、各伝送対間に逐次より長い間隔Δ
１．が使用されて、高い分解能で相関関数を決定できる
ステッピングプロトコルを示す、相関関数は、先の相関
関数（ｂ）または（ａ）のいずれかとし得る。

第８Ｂ図（ｄｉ）および（ｅｌ）は、本発明の他の実施
例を示している０本発明のこの実施例は、マルチモード
信号発生および処理装置を備え、所与の尋問モードまた
は多数のモードのいずれかに対して少数または最少数の
トランスジューサを有するシステムより成る。１実施例
においては、例えば、相関タグ測定および相関対向伝搬
測定が、いずれも、ただ１対の固定のトランスジューサ
で遂行される。第８Ｂ図（ｄｉ）に示されるように、こ
の種のシステムにおいては、トランスジューサは、位置
ＡおよびＢに配置されたアングルビーム形式である。Ａ
および８間で行なわれる対向伝搬モードは、従来形式で
あり、努力を必要としない、しかしながら、２つの信号
経路が流路に対して垂直に配され、４つのトランスジュ
ーサを必要とする従来形式の相関タグ測定配置に比して
、第８８図（ｄｉ）の実施例は、２つのトランスジュー
サしか必要とせずにタグ処理を遂行し、同一のハードソ
フトウェアが、直接伝搬時間測定のために異なるモード
で使用される。第８Ｂ図（ｄｌ）に示されるように、経
路ＡＣと交叉するタグは、そこに擾乱を生じさせ、そし
て後で経路ＣＤおよびＤＢと交叉する際に再び擾乱を生
じさせる。しかしながら、経路ＣＤは、他の２つの経路
と異なるように配向されているから、ＡＣおよびＤＢの
擾乱のみが十分に相関づけられるであろう、ＡまたはＢ
における同じトランスジューサは、ドツプラーモードに
おいても受動聴取モードにおいても使用される。このよ
うに本装置における１対の固定トランスジューサは、多
数の測定モードで動作する。

第８図Ｂ　（ｅｌ）および（Ｃ２）は、単一のトランス
ジューサを用いての軸線方向尋問を例示している０図示
されるように、１対の頭載型コーナーレフレクタＡ、Ｂ
が、軸線方向に距離り離間して配置される。単一のトラ
ンスジューサＴが信号を送信し、２つの受信信号が、タ
グ測定を遂行するため距離ゲートを通される。レフレク
タは、マツハ数Ｖ／ｃのドツプラー測定値がＶに変換さ
れ得るように、流体中における音響速度Ｃの基本線測定
を可能にする固定の間隔離間される。かくして、Ｃレフ
レクタを有するドツプラー構成の装置によると、Ｃが流
体密度ρの再現可能な関数である程度で、積Ｍ＝ＫＡρ
ｃ　（Ｖ／ｃ）から質量流量Ｍを決定できる。ここでＡ
はダクト面積、にはプロフィル依存性のメーターファク
タで、軸線方向等間の場合殆どｌに等しい。

第８Ｂ図（ｆｌ）および（ｆ２）に図示される他のマル
チモードの応用は、部分的に充填された導管における総
流量の測定である。この応用にあっては、一つのモード
で液体速度Ｖ（または７分布）を測定し、他のモードで
液体レベルＨを測定する。

プロセッサは、これらの測定値からｑを計算する。

上述のように、本発明の好ましい実施例の流量計は、受
信信号をディジタル化し、送信および受信信号間におい
て１または複数の相関を取って、例えば信号走行時間を
含む流れ情報を導出する。

好ましい実施例において、ディジタル化受信信号は、送
信信号と整列されたクロックにしたがってサンプルされ
、そして複数の受信信号値が、受信信号を補足する複数
の成分周波数の各々に対する係数を決定するため、迅速
フーリエ変換を受ける。ついで、最大の大きさの受信信
号周波数成分が、そのドツプラーシフトを確かめるため
送信信号の周波数と比較され、そしてドツプラーシフト
は流量出力に変換される。

第５図は、好ましい実施例におけるこの側面の流量計動
作の実施を例示するものである。第５図の線Ａは、トラ
ンスジューサに供給され、ドツプラーに基づく流量測定
のため流動媒体中に発射される伝送信号を示す、この信
号は、規則的方形駆動パルスで、パルス幅は伝送りロッ
クに特有である。典型的設計の場合、伝送周波数は５０
０ｋ）Ｉｚであるように選択され、５０００フイ一ト／
秒にて音響を導く媒体の場合、２０）１ｚ乃至２．５ｋ
）Ｉｚ間のドツプラーシフトが、約０．２乃至５．０フ
イ一ト／秒間の流量範囲に対応するようになされている
。線Ａの送信信号は、媒体中に発射され、媒体内の散乱
体から反射されて、線Ｂに示される受信信号を形成する
。この受信信号は、同一または異なるトランスジューサ
によりピックアップされる。

一般に、受信信号は、流動媒体内の種々の位置から散乱
されるエネルギを含んでおり、したがって媒体内の異な
る点において異なる流速で連行される粒子または二層物
質についての情報を含む。

したがって、流路内の関係するステーションから反射さ
れる受信信号を主成分として有する受信信号を隔絶する
ために、プロセッサは、第５図の線Ｃに図示されるデー
タ受信イネーブル信号を設定する。このイネーブル信号
は、窓を限定し、所望のサンプリング期間中高レベルに
移行する。このサンプリング期間は、流路内の所望のス
テーションに対する送信信号の走行の若干前にスタート
する。例えば、送信および受信波に対して単一のトラン
スジューサを使用し、５０００／秒の伝送速度を有する
媒体を仮定すると、２フイート直径導管の中央にて流れ
をサンプルするためには、プロセッサは、伝送信号開始
に続き０．４ｍｓ開くように受信イネーブル窓を設定す
る。十分の流れ情報が回収できる受信信号のサンプルを
提供するためには、窓の幅は、少なくとも、最低の予測
流量に対応するドツプラー周波数の周期に等しく設定さ
れ、そしてそのとき、受信信号は、少なくとも、最高の
予測される流量に対応するドツプラーシフトの２倍に等
しいサンプリング速度でサンプルされる。

上述の実施例における２０）１ｚないし２．５ｋＨｚ　
　の範囲のドツプラーシフトの場合、５０ミリ秒のサン
プリング間隔が使用され、５．１２ｋ）Ｉｚのサンプリ
ング速度で受信信号からサンプルが取られる。

第５図の線りは、受信トランスジューサにより流量計の
信号処理部に通される受信信号部分であり、線Ｅは、信
号のドツプラー分析中遂行されるディジタルサンプリン
グ信号抽出を示す同じ波形の拡大図である０図示のよう
に、等間隔のサンプルＩ’　、Ｑ’　、１’　、Ｑ’が
、イネーブル窓中受信信号から取り出される。■′およ
び１′借号は、送信クロックに関する受信信号の同相成
分（クロック整列または１８０°位相ずれ）、ｑ′およ
び１サンプルは、伝送りロックに関する直交成分を表わ
す、線Ａに示される４パルス伝送信号の場合、受信信号
はサイクル当り４度サンプルされるから、受信イネーブ
ル窓中、下記の形式を有するＩ、Ｑ信号の１６Ｘ４の配
列がコンパイルされる。

Ｌ’　、Ｑ＋’　、Ｉｔ　’　、Ｑ＋　’１２’　　Ｑ
２’　　　Ｌ２’　　０２′同相および直交値の平均は
亀下記のように定義される。１．＝Σ（１，’　−１，
） Ｑ、＝Σ＜　ｏｔ′−ｒ’１ 上述の１組の送信およびサンプリングプロセスは、１組
の２５６の１．Ｑサンプル［Ｉｏ、Ｑｏ；　Ｉｔ、Ｑ＋
；。

、、Ｉａｓｓ、Ｑａａｓ　］を決定するため、５．１２
ｋＨｚのパルス繰返し周波数で反復される。

導管内の限定された流れ領域からの受信信号を表わす２
５６の同相および直交信号値が得られたら、この値は、
公称伝送信号周波数に関して広げられた異なる周波数に
対応する変換された１組の２５６の値を生成するため、
迅速フーリエ変換器に供給される。ついで、帰還信号の
中心周波数とみなされる最大成分を有する周波数を選択
するため、受信信号のこの周波数成分ヒストグラムが検
査される。この最大成分周波数と送信信号周波数との間
の周波数差に等しいドツプラーシフトは、ついで周知の
アルゴリズムを使って流速に変換される。この変換は、
既知の式を使用する計算を遂行するように算術的プロセ
ッサで実施してもよいし、好ましくは、一部は、１また
は複数のより簡単な計算と関連して、記憶された変換値
のルックアップテーブルを使用することにより実施され
る。好ましい実施例の他の発展例においては、流量計の
プロセッサは、流れ導管内の複数の異なる深さの各々に
対して距離ゲート通過ドツプラー帰還信号を生ずるため
、複数のクランプオントランスジューサの各々を作動す
るようにプログラムされる。各トランスジューサは、パ
イプの限定された角度領域における流れ部分に対して距
離ゲート通過ドツプラー信号を発生するように、傾斜投
入対で使用される。受信イネーブル窓が、パイプの中心
から周囲までの距離に設定されると、測定されたドツプ
ラー値は、流速をｒおよびΦの関数として局部的に与え
る。ここで、ｒはパイプ中心からの半径距離、Φは導管
の回りの円周座標である。これらの流量値は、導管を横
切る総流量を得るため加算乃至積分される。

第６図は、このような処理に有用な１つのトランスジュ
ーサ装置７５を示している。この配置においては、断面
で示される導管８は、その回りに離間されて別個の角度
位置に配置された複数のクランプオントランスジューサ
７１を有している。

各トランスジューサ７１は、傾斜投入対を行なうように
取り付けられており、尋問信号を送信し、導管８の流動
媒体内に連行される二層または粒状物質から反射信号を
受信するように、プロセッサにより作動される。各トラ
ンスジューサに対して、そのｉ番目の尋問サイクル中受
信イネーブル窓が設定されるのであるが、これは、その
トランスジューサに対して分析される帰還信号が、導管
の中心から半径ｒｌ離間して例示される輪（７２）部分
から散乱されるトランスジューサからの送信信号からの
エネルギに対応するように設定される。流れが軸線に関
して対称であることが既知の場合、すなわち角度の関数
でない場合、単一のトランスジューサを使用できる。け
れども、好ましくは、複数の流れ測定値を角度φの関数
として同時に提供するため、複数のトランスジューサを
使用するのが好ましい。

このようにして、導管のｉ番目の選択可能な領域におけ
る流量を分析するため、ｉ番目のサイクルの距離で受信
信号をゲートする。距離ゲートを通すことにより、導管
の全直径は（高減衰媒体に対しては、半直径）、距離ｒ
ｌの輪から帰還される信号を各々を表わすＩのビンに分
割される。ブロセッサは、上述のドツプラー距離分析を
反復的に遂行し、受信イネーブル窓を逐次設定して、導
管を横切る逐次離間された間隔ｒｌから来る信号を処理
する。８または１６のビンが合理的乃至効率的な分解能
を与えよう、各トランスジューサは、まず送信器として
、ついで、傾斜直径（または半径）路に沿って軸線方向
に流動する媒体と傾斜的に相互作用した後それ自体に向
かって散乱帰還されるエネルギの受信器として作用する
。半径「ｉにおける各輪の面積Ａｔは、２πｒ、ｘ２ａ
／Ｉに等しく、ここでａはパイプ半径である、モして各
輪領域における媒体の総流量は、その領域の面積×ドツ
プラーに基づいて導出された測定速度で与えられる。上
述のマイクロプロセッサの他の実施例に従うと、各輪Ａ
ｔにおける測定速度が、その第１番目のビンにおいて受
信トランスジューサの各々により測定された速度の平均
を取ることにより、平均速度ｖｌに等しく設定される０
輪の平均Ａ、Ｘこの平均速度Ｖ、が、総流量ｑに対する
輪の貢献度Ｑ＋とじて計算される。プロセッサは、つい
で、全Ｉの和についてＱ、の流量を総計して、総流量ｑ
を生ずる。

流量計のこの実施例は、従来技術に優るある種の利点を
有する。減衰が高すぎて、経路長２ａを有するパイプ直
径を完全に横切って尋問できない場合、プロセッサモー
ドセレクタは、距離ビンが半径路ｒ＝０乃至ｒ＝ａにだ
け分配されるモードを選択し得る。この場合、最大数例
えば５またはそれ以上のトランスジューサが提供される
のがよいから、モードの選択に際して、プロセッサは、
総流量を表わすサンプリングプロフィルを提供するため
、この最大数のトランスジューサが作動および尋問され
るようにこれらトランスジューサを選択する。同様に、
減衰が少ない場合、各トランスジューサは、全直径に沿
って尋問するように作動され、より多くのサンプル点を
生じ、より高い精度をもたらすことができる。必要程度
の精度を得るには、単一のトランスジューサの作動で十
分である。流量が軸線に関して対称でなさそうに考えら
れる場合は、１つのみのトランスジューサで得られるデ
ータから各輪に対する平均を得るのでなく、追加のモー
ドで、各トランスジューサに対してＶの別個の計算を遂
行し、■の種々の値をｒおよび円周座標Φの関数として
表に記憶する。ついで、プロセッサは、総流量の精確な
積分値を導出するため、二次元加算を遂行する。

理解されるように、第６図は、導管壁８に対して直角に
配向されたトランスジューサを示しているが、その活動
要素は、実際には、流れ方向に成分を有するように、斜
めに送信波を発射し、反射波を受信する。従って、すべ
ての周囲トランスジューサは、実質的に同時に作用し得
、各々同時にそれ自体の帰還信号を発生し得、他のトラ
ンスジューサからの寄与は無視し得る。斜め反射信号は
比較的に独立であるから、遂行される相関の数は、マイ
クロプロセッサにより達成され得るデータ処理速度に依
存するけれども、その計算の複雑性は、第１乃至第４図
と関連して上述した単一の送信および受信対の場合より
もけっして大きくない、さらに、タイミングモジュール
およびデータディジタル化およびメモリ３２は、各々、
マイクロプロセッサと独立に動作する迅速回路であるか
ら、本発明の装置は、検出信号を処理記憶することによ
り、異なる領域の迅速かつ実質的に同時的な測定を達成
し得る。受信された信号データは、ついで処理され、走
行時間、流れプロフィルまたはその他のデータが、マイ
クロプロセッサ３４の若干緩やかな動作で導出される。

このマイクロプロセサは、ある範囲の流量および導管寸
法にわたるプロセス制御に十分の速度で実時間計算を行
なう。

上述の本発明の装置は、コード化バースト相関検出法を
採用し、相関なしに検出された高帯域パルスよりも、あ
るいはランダムノイズが存在するとき相関により検出さ
れた非コード化トーンバーストよりさえ優れた測定をも
たらす、しかしながら、コード化バーストは、導管壁が
流体の伝送路に対して平行伝送路を提供するときに起こ
る音響短絡ノイズのようなコヒレントノイズにマスクさ
れる場合がある０例えば、水を包含する小直径厚壁スチ
ール容器、あるいは、空気を含む殆どあらゆる寸法のス
チールバイブは、かなりの音響短絡コヒレントノイズを
導入する。

したがって、本発明のシステムの好ましい実施例におい
ては、コヒレント隔絶を行なう１または複数の構造体が
設けられる。コヒレント隔絶は、送信信号に関してコヒ
レントなまたは高度に相関づけられた擬似的音響ノイズ
を検出信号から低減または除去することを意味する。１
１ビツトバーカーコードに対して設計された１つのこの
種のＣＩ構造体は、全１１ビツトが受信されてしまうま
で、音響的短絡を遅延させるに十分長い遅延線の取付け
である。

第１０Ａ図は、この種の好ましシステム１００における
トランスジューサおよび導管構造体の断面図である。第
１０Ａ図において、トランスジューサ１０１．１０２は
、半径ａのバイブ１０５上の凹入遅延取付は装置１０３
，１０４内に対称的に取り付けられており、総遅延路　
Ｘ　＝　２Ｘ、＋Ｘ（半径および円周方向路）が設定さ
れている。ＸはＸ／ＣＬ≧ａ／Ｇｏ＋ＰＷとなるように
選択される。ここで、ＣＬはパイプ壁または遅延物質に
おける長手方向速度、Ｃ０は流体内における長手方向速
度、ＰＷは１１とットコードのパルス幅である。２イン
チバイブの場合、ａは１インチすなわち２５．４ｍｍ　
　であり、これから遅延取付は装置の半径方向路Ｘ、は
、以下の表１にまとめられる値より小さくすべきでない
、これらの値は、空気に対して１００　ｋ）Ｉｚコード
化バースト、水に対してＩ　ＭＨｚコード化バーストを
仮定する。

表　１．　　　Ｘ１項（１１とットバーカーコードおよ
び２インチスチールバイブに対する 直交凹入遅延取付は装置） 流体　　Ｆ、　Ｈｚ　　ＰＷ、　μｓ　　ＣＬ／ｒ、　
　インチ　ｍｍ空気　　１０’　　　１１０　　２０　
　　２４　　６００水　　　　　１０’　　　　　１１
　　　５　　　　　　Ｓ　　　１２７この遅延取付けは
、所与の伝送の音響短絡成分が所望の流体送信成分の受
信と干渉するのを完全に排除する。

コヒレントノイズからの隔絶を行なう他のシステムは、
選択された低インピーダンス物質よりなるトランスジュ
ーサ取付は手段を含む、上述の１９８１年および１９８
２年発行の２部構成の記事（５頁、第１Ｏ図）には、関
連する改良が、Ｌｙｎｎｗｏｒｔｈにより記述されてい
る。しかしながら、そのプラグは、金属であり、流体中
への伝送に改良をもたらさないし、パイプ壁からの実質
的な隔絶もなし得なかった。バイブプラグの従来の高イ
ンピーダンス物質（黄銅またはステンレススチール）を
テフロン、ＰｖＣまたはその他のプラスチックのような
低密度物質、あるいはＴ、で置換することにより、パイ
プ壁中への伝送を減じながら、流体中へのエネルギ伝送
の係数を約２〜１０の係数だけ増大させることができる
。プラグは、トランスジューサおよびバイブに比して低
く選択された音響または特性インピーダンスを有する。

好ましくは、この方向性伝送効率は、例えば逐次の半径
方向層をもつ多層プラグを提供し、半径方向においてイ
ンピーダンス非整合を増すが前方向においてインピーダ
ンス整合を改善することにより、−層際立てることがで
きる。簡明にするため、第１０Ｂ図はトランスジューサ
１１１がねじ込まれろ均質のプラグ１１０を示している
。取付は装置１１０は、トランスジューサを流体１１２
に結合するが、少なくともそれをバイブ１１３から部分
的に隔絶している。

上述の構成は、基本的信号供給および処理部で、流れに
より誘起される非コヒレントな信号劣化に起因する測定
の不正確さを克服し、他方ＣＩ取付は構造体で、コヒレ
ントな（すなわち配管により誘起される）信号マスクを
排除するシステムを提供する。コヒレント隔絶は、本発
明の動作と適合する他の手法によって有利に達成できる
ことが理解されよう０例えば、システムは、流動流体中
にタグを提供するための手段（受動的ストラット、泡注
入器、または局部化キャビテーションを提供するように
焦点調節されたトランスジューサによる）を備えてもよ
いし、１組の受信信号を、限定された流路を横切ったエ
ネルギ以外の送信信号とコヒレントなノイズを除去する
ように、直交検出により処理してもよい、直交処理は、
例えば、１９８５年５月発行のＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ
のＪａｃｏｂｓｏｎ等の記事に記述されている。

予め限定されたトランスジューサ形式および間隔で流れ
導管または流れセルを提供し、併せてトランスジューサ
の選択を変更し伝送および処理モードを変える能力を有
するプロセッサを設けることは、媒体の特性の遠隔的決
定に特別の価値を有することが認められよう０本発明の
特定の実施例として、井戸穴測定装置があるが、この装
置では、濁度、流量、平均分子量および同等物のような
特性を決定し、そして測定値を地表に送信するため、異
なるモードの複数の測定を遂行するよう機器が設定され
た井戸穴測定装置がある。

この種の装置８０が、第７図に示されている。

装置８０は、分析のため流体を収集するため、また従来
形式のその他の測定を遂行するため、装置の上方または
下方に延びる降下穴工具または機器と接続されるよう構
成されている（仮想線で示される）、下降室装置８０は
、井戸穴９０内に示されており、電源８Ｉ．データコー
ド化および通信モジュール８２および流量計電子装置部
８３を備えている。流量計電子装置部は、流れセル部８
４内に配置される１または複数のトランスジューサ８５
に伝送信号を供給し、またそこから音響信号検出信号を
受信する。流れセルの下方の地層からの流体は、例示の
実施例においては、バスケットまたは流れ反転器８７に
より反転され、流体を入口８６を介して流れセル８４中
に、そして出口８８から出るように強制する。この流体
は、必要に応じて、測定を遂行する前に、隔離され、吐
出され、希釈され、選別され、あるいはその他の方法で
調整され得る。

計量計電子装置部により発生されるデータは、好ましく
は走行時間、または温度や分子量のようなパラメータを
直接的に表わすその他の信号伝送情報を含むものである
が、これらの情報は、コード化され、導線９１に沿って
送信される。しかして、この導電線は、地表との通信お
よび地表からのパワーの供給を行なうのに使用される単
一導線接地遮蔽線である。連続する導線９１ｂが、工具
ストリングの下部へと延びている。

本発明は、悪いアクセス不可能な環境で分析を遂行でき
かつその独特の信号分析とモード切換えの特徴を有する
自動化伝搬信号分析装置を提供することに加えて、新規
なトランスジューサ取付は手段および構造体を採用した
システムを企画する９例えば、高温度媒体の測定のため
には、トランスジューサと流動媒体間に、バッファがト
ランスジューサを絶縁するように従来のように取り付け
られる０本装置の信号処理の場合、石英トランスジュー
サのような、比較的低信号出力であるが高キューリー点
すなわち転換温度を有するトランスジューサを使用でき
る。これは、高温度媒体により接近して配置できる。

本発明に従うシステムはまた、熱絶縁を維持しながら減
衰の可能性はあるが非分散性の信号を伝達するように配
置された複数のファイバより成るバッファにより結合さ
れる耐久性の低いトランスジューサを使用できる。この
ようなバッファ取付けは、受信信号のスペクトル分析に
より可能となる。これは、情報の損失を招くことなくあ
る範囲の信号の劣化を許容する。同様に、本発明は、Ｐ
ＶＤＦ　（例えばＫＹＮＡＲ）のような重合体、または
Ｐｅｎｗａｌｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより市販さ
れるような共重合体より成る極度に高帯域のトランスジ
ューサの使用を企画する０本発明はまた、導管内の限定
された領域にて特性を測定することを含む上述の処理モ
ードの場合、所望の領域に音響エネルギを優先的に送信
し、かつそこから反射エネルギを受信するような形状を
各々有する二次成形焦点調節トランスジューサを使用す
ることを企画する。このような複数のトランスジューサ
を採用することにより、断面の流れ尋問のため導管の異
なる領域をボールするに必要なタイミングは簡単化され
、異なる部分の同時のポーリングを遂行し得る。焦点調
節トランスジューサは、装置が流量測定のため相関タグ
モードで動作し得るように、感知トランスジューサから
上流に加熱またはキャビテーションを誘起し、それによ
りタグを生成するようにパルス作動され得る。

以上本発明を好ましい実施例について説明したが、技術
に精通したものであれば種々の変更変化を思い付くこと
ができよう０本発明は、特許請求の範囲の記載によって
のみ限定されるものである。

４、　　　　の　　　Ｕ　　日 第１図は流量測定システムの諸部材を示す線図、第２図
は第１図のようなシステムにおいて使用するための流量
測定装置のブロック図、第３図は第２図の装置の波形図
、第４図は第２図の装置のモード選択の流れ図、第５図
は受信波形の周波数分析を示す線図、第６図は他の流量
測定システムを示す断面図、第７図は本発明に従うシス
テムの井戸穴における使用を示す線図、第８Ａ図および
第８Ｂ図は異なるトランスジューサ配置を信号検出およ
び処理モードとともに示す線図、第９Ａ〜第９Ｄ図は本
発明により遂行されるタイミング内挿を示す線図、第１
０Ａ図および第１０Ｂ図はコヒレント信号隔絶手段を有
するシステムを示す線図である。

２．３ニドランスジユーサ ４．５＝導電線 ６：　　流量計 ８：　　導管 １２．１４：マルチプレクサ １６：　　タイミングモジュールおよび制御装置２２：
　　伝送信号発生器 ２４．２６：パワ増幅器 ２８：　　自動利得制御ループ ３２：　　信号サンプリングユニット ３゛４：　　　マイクロプロセッサ ３５：　　キーボード、デイスプレィ及び１１０部３６
：　　アナログ−ディジタルコントローラ３８：　　　
　　ＲＡＭ ４０：　　直接メモリアクセスコントローラ。ら−ｌ−
う ＦＩＧ、９Ｃ ｈ／ノ ／ｊ、ノ ＦＩＧ。

／Ｉｚノ １’ｑノ Ａ ＦＩＧ、９Ｄ ＦＩＧ、ＩθＡ 手続補正書 平成元年１月３０日

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. （１）媒体の選択された伝送特性を測定するための装置
   において、測定された時点において媒体に注入のため、
   コード化超音波伝送信号を供給するための信号送信手段
   と、前記の測定された時点に同期して少なくとも１つの
   サンプル選択時間窓を決定するタイミング手段と、媒体
   から信号エネルギを受信し、前記サンプル選択時間窓の
   間受信信号エネルギを表わす複数のディジタル化信号を
   供給する信号受信手段と、該複数のディジタル化信号を
   処理して、別個の値を有する相関関数を発生する処理手
   段と、前記相関関数で作用し得、選択された特性に対し
   て限定された関数的関係を有する信号オフセット量を決
   定するための手段と、選択された伝送特性の値を前記信
   号オフセット量の関数として決定する出力計算手段とを
   備えることを特徴とする伝送特性測定装置。
2. （２）前記の信号オフセット量を決定するための手段が
   、最大相関の時間オフセット量を内挿するための手段を
   含む特許請求の範囲第１項記載の測定装置。
3. （３）前記ディジタル化信号に応答して伝送信号および
   処理手段の処理の少なくとも一方を変更するモード選択
   手段を備える特許請求の範囲第１項記載の測定装置。
4. （４）前記信号送信手段が、複数のトーンバーストを供
   給し、前記処理手段が、前記サンプル選択時間窓の間ト
   ランスジューサにより受信されるエネルギを表わす１組
   のディジタル化信号から各々誘導された２組の信号値を
   相関づけるための手段を備える特許請求の範囲第１項記
   載の測定装置。
5. （５）前記タイミング手段が、伝送信号路データに応答
   して、信号受信タイミング窓を決定するための手段を備
   え、そしてさらに、前記伝送信号路データをタイミング
   手段に供給するための処理手段と、該処理手段と通信し
   得、前記信号伝送路データを決定し得るシステムデータ
   を装入するためのキーボード手段を備え、前記処理手段
   が、 I ．トランスジューサ形式 II．導管寸法または形状 III．媒体の物理的特性 IV．トランスジューサ間隔、および Ｖ．取付け構造 のうちの少なくとも２つのデータをキーボード装入シス
   テムデータから前記信号伝送路データを発生するように
   プログラムされている特許請求の範囲第３項記載の測定
   装置。
6. （６）前記信号オフセット量の逐次の決定の変動を求め
   、この決定に応答して前記モード選択手段を作動する手
   段を備える特許請求の範囲第３項記載の測定装置。
7. （７）前記信号受信手段がさらに、前記サンプル選択時
   間窓の間前記超音波伝送信号に関して限定された位相関
   係を有する時点にて受信エネルギ値のサンプルを選択的
   に供給するための信号選択手段を備え、前記処理手段が
   、信号エネルギを表わすディジタル化信号を前記信号エ
   ネルギの周波数領域（ドメイン）表示に変換するための
   周波数領域変換手段を備える特許請求の範囲第１項記載
   の測定装置。
8. （８）前記タイミング手段が、前記導管の異なる領域に
   各々対応する異なるサンプル受信時間窓を限定するため
   の手段を備え、前記信号受信手段および前記処理手段が
   、前記各時間窓の間信号エネルギを受信、処理するよう
   に動作し、前記各窓の間受信される信号から決定される
   特性が、導管の対応する前記領域を占める特性を表わす
   ようにこれを処理する特許請求の範囲第１項記載の測定
   装置。
9. （９）導管の全領域にわたり、前記各窓の間受信される
   信号から決定される特性を尋問して、媒体の特性の全体
   的な測定値を供給するための手段を備える特許請求の範
   囲第８項記載の測定装置。
10. （１０）導管内の媒体の選択された伝送特性を測定する
    システムを形成するため導管内に取り付けられた送信お
    よび感知トランスジューサと、前記送信および感知トラ
    ンスジューサ間を隔絶するためのコヒレント隔絶手段を
    備える特許請求の範囲第１項記載の測定装置。
11. （１１）前記コヒレント隔絶手段が、遅延線トランスジ
    ューサ取付け手段およびインピーダンス形式トランスジ
    ューサ隔絶取付け手段の少なくとも１つを備える特許請
    求の範囲第１０項記載の測定装置。
12. （１２）前記媒体中を通る信号路中に雑音を導入する手
    段と、少なくとも２組のディジタル化受信信号で作用し
    得、媒体中を伝搬した受信エネルギ信号成分を増大する
    ための手段を備える特許請求の範囲第１０項記載の測定
    装置。
13. （１３）約２オクターブを越える帯域幅を有する広帯域
    トランスジューサを備える特許請求の範囲第１項記載の
    測定装置。
14. （１４）トランスジューサが重合体からなる特許請求の
    範囲第１３項記載の測定装置。
15. （１５）トランスジューサが実質的に非リンギング性で
    ある特許請求の範囲第１３項記載の測定装置。
16. （１６）伝送信号を媒体中に伝送しかつ媒体中から信号
    エネルギを受信するため、構造体内に取り付けられた複
    数の固定のトランスジューサを備え、前記モード選択手
    段が、同じトランスジューサで異なるモードの測定を行
    なうように、前記伝送信号および前記処理の少なくとも
    一方を変化させる特許請求の範囲第３項記載の測定装置
    。
17. （１７）前記異なるモードの測定を行なうため、最少数
    のトランスジューサを備える特許請求の範囲第１６項記
    載の測定装置。
18. （１８）モードが相関タグモードであり、装置が単一ト
    ランスジューサを備える特許請求の範囲第１７項記載の
    測定装置。