JPH0335605B2 - - Google Patents
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- JPH0335605B2 JPH0335605B2 JP56097668A JP9766881A JPH0335605B2 JP H0335605 B2 JPH0335605 B2 JP H0335605B2 JP 56097668 A JP56097668 A JP 56097668A JP 9766881 A JP9766881 A JP 9766881A JP H0335605 B2 JPH0335605 B2 JP H0335605B2
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- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波流速計特にそのデータ解析方
式に関する。
式に関する。
超音波流速計は、超音波パルスを送出し、測定
対象で反射した反射波を受信し、反反射波が受け
たドツプラシフト量を解析して測定対象の流速を
算出するが、従来の流速の解析方法としては、(1)
FFT、スーパーヘテロダイン・サウンドスペク
トログラフ等の周波数解析による方式、(2)ゼロク
ロス法に基づく方式、(3)平均流速検出方式があ
る。しかし(1)の周波数解析による方式では装置が
大きくなり、価格も高くなる欠点があり、また(2)
のゼロクロス法に基づく方式では振幅情報を何ら
用いていないので測定精度に問題があり、更に(3)
の平均流速検出方式では乱流の検出がしにくいと
いう欠点がある。
対象で反射した反射波を受信し、反反射波が受け
たドツプラシフト量を解析して測定対象の流速を
算出するが、従来の流速の解析方法としては、(1)
FFT、スーパーヘテロダイン・サウンドスペク
トログラフ等の周波数解析による方式、(2)ゼロク
ロス法に基づく方式、(3)平均流速検出方式があ
る。しかし(1)の周波数解析による方式では装置が
大きくなり、価格も高くなる欠点があり、また(2)
のゼロクロス法に基づく方式では振幅情報を何ら
用いていないので測定精度に問題があり、更に(3)
の平均流速検出方式では乱流の検出がしにくいと
いう欠点がある。
本発明は、被測定物の移動長に反射波の振幅に
応じた重みづけを行うことでゼロクロス法などで
も従来の周波数解析方式と同等の解析結果を得る
ことを可能とし、これにより装置の小型化、低価
格化を可能にする超音波流速計を提供しようとす
るものである。本発明は、被測定物の一定時間内
移動長が被測定物の移動速度に対応しかつそれは
周波数解析方式におけるドツプラ周波数に１対１
で対応している点に着目したもので、被測定物の
反射波の振幅の重みづけを行なうことを特徴とす
る被測定物の移動長解析を行なつてゼロクロス法
などでも周波数解析法とほぼ同じ解析結果が得ら
れるようにしたものである。即ち本発明の超音波
流速計は流速の変動する流体に超音波パルスを送
信する回路と、前記流体から反射波を受信する受
信回路と、前記受信回路が受信した反射波から該
被反射波の振幅を検出する回路、および該反射波
のゼロクロス点間を求め、前記流体の一定時間内
移動長を測定する回路と、該移動長に反射波の振
幅に応じた重み付けを行い、その重み付けをした
移動長にヒストグラム型の解析を行い前記流体の
移動速度を求める回路とを、備えることを特徴と
するが、以下図示の実施例を参照しながらこれを
詳細に説明する。
応じた重みづけを行うことでゼロクロス法などで
も従来の周波数解析方式と同等の解析結果を得る
ことを可能とし、これにより装置の小型化、低価
格化を可能にする超音波流速計を提供しようとす
るものである。本発明は、被測定物の一定時間内
移動長が被測定物の移動速度に対応しかつそれは
周波数解析方式におけるドツプラ周波数に１対１
で対応している点に着目したもので、被測定物の
反射波の振幅の重みづけを行なうことを特徴とす
る被測定物の移動長解析を行なつてゼロクロス法
などでも周波数解析法とほぼ同じ解析結果が得ら
れるようにしたものである。即ち本発明の超音波
流速計は流速の変動する流体に超音波パルスを送
信する回路と、前記流体から反射波を受信する受
信回路と、前記受信回路が受信した反射波から該
被反射波の振幅を検出する回路、および該反射波
のゼロクロス点間を求め、前記流体の一定時間内
移動長を測定する回路と、該移動長に反射波の振
幅に応じた重み付けを行い、その重み付けをした
移動長にヒストグラム型の解析を行い前記流体の
移動速度を求める回路とを、備えることを特徴と
するが、以下図示の実施例を参照しながらこれを
詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す概略ブロツク
図である。同図において１は超音波送信部であ
り、この送信部１及びトランスジユーサ２によつ
て送信された超音波パルスは被測定物（図示せ
ず）で反射し、その反射波は同一のトランスジユ
ーサ２（これは異なるトランスジユーサでもよ
い）で受信され、受信部３で増幅される。受信部
３の出力は移動長検出部４および振幅検出部５へ
導びかれ、ここで被測定物の移動長データｌ及び
反射波の振幅データＩが検出される。移動長デー
タｌおよび振幅データＩは第２図に示す構成のヒ
ストグラム型解析部６に導びかれ、ここで流速の
ヒストグラムが求められ、それが表示部７に出力
される。移動長検出部４は、ゼロクロス法の場合
は、直交検波した受信出力、それをゼロクロス点
で矩形波にするコンパレータ、該矩形波の立上
り、立下りで一定幅のパルスを生じる回路からな
る。ゼロクロス法による流速計ではこの後に、該
パルスを平滑化して流速を示す出力を生じるロー
パスフイルタが続くが、本回路４にはこれは含ま
れない。
図である。同図において１は超音波送信部であ
り、この送信部１及びトランスジユーサ２によつ
て送信された超音波パルスは被測定物（図示せ
ず）で反射し、その反射波は同一のトランスジユ
ーサ２（これは異なるトランスジユーサでもよ
い）で受信され、受信部３で増幅される。受信部
３の出力は移動長検出部４および振幅検出部５へ
導びかれ、ここで被測定物の移動長データｌ及び
反射波の振幅データＩが検出される。移動長デー
タｌおよび振幅データＩは第２図に示す構成のヒ
ストグラム型解析部６に導びかれ、ここで流速の
ヒストグラムが求められ、それが表示部７に出力
される。移動長検出部４は、ゼロクロス法の場合
は、直交検波した受信出力、それをゼロクロス点
で矩形波にするコンパレータ、該矩形波の立上
り、立下りで一定幅のパルスを生じる回路からな
る。ゼロクロス法による流速計ではこの後に、該
パルスを平滑化して流速を示す出力を生じるロー
パスフイルタが続くが、本回路４にはこれは含ま
れない。
ヒストグラム型解析部６は、各部を制御するコ
ントローラ６１、ヒストグラムを得るRAM（ラ
ンダムアクセスメモリ）６２、加算器６３および
変換回路６４，６５からなり、変換回路６４では
移動長データｌがRAM６２のアドレスＡに変換
され（単純にはｌ＝Ａでも良い）、また変換回路
６５では振幅データＩが重みづけ値Ｗに変換され
る。動作は先ずRAM６２の内容をクリアして開
始する。そして移動長データｌおよび振幅データ
Ｉが入力する毎に、アドレスＡでアクセスされた
RAM６２の内容を加算器６３に出力し、ここで
その時の重みづけ値Ｗを加算し、その加算値を
RAM６２の同一番地に書込む。この操作をＮ回
繰り返したらRAM６２の内容を全て表示部７へ
出力し（OUT）、RAM６２をクリアする。そし
てこの動作を繰り返す。Ｎ回の測定において移動
長liのものが振幅I1，I2，I3で３回得られたとし、
liのアドレスAi、I1〜I3の重みづけ値はW1〜W3と
すれば、RAM６２のアドレスAiの記憶内容はW1
＋W2＋W3となる。他の移動長についても同様で
ある。
ントローラ６１、ヒストグラムを得るRAM（ラ
ンダムアクセスメモリ）６２、加算器６３および
変換回路６４，６５からなり、変換回路６４では
移動長データｌがRAM６２のアドレスＡに変換
され（単純にはｌ＝Ａでも良い）、また変換回路
６５では振幅データＩが重みづけ値Ｗに変換され
る。動作は先ずRAM６２の内容をクリアして開
始する。そして移動長データｌおよび振幅データ
Ｉが入力する毎に、アドレスＡでアクセスされた
RAM６２の内容を加算器６３に出力し、ここで
その時の重みづけ値Ｗを加算し、その加算値を
RAM６２の同一番地に書込む。この操作をＮ回
繰り返したらRAM６２の内容を全て表示部７へ
出力し（OUT）、RAM６２をクリアする。そし
てこの動作を繰り返す。Ｎ回の測定において移動
長liのものが振幅I1，I2，I3で３回得られたとし、
liのアドレスAi、I1〜I3の重みづけ値はW1〜W3と
すれば、RAM６２のアドレスAiの記憶内容はW1
＋W2＋W3となる。他の移動長についても同様で
ある。
第３図ｄは解析部６の出力例で、横軸は移動長
ｌ、縦軸は出現頻度（前記の例ではW1＋W2＋
W3）である。このヒストグラムに従えば、移動
長ｌが流速に対応しそして振幅の大きい部分の測
定精度は高いので大振幅部分の移動長を強調する
という形で正確な流速の表示が可能となる。同図
ａ，ｂはｄの解析結果を得る際に使用した移動長
データｌと振幅データＩの時間的変化を示すもの
である。またｃは振幅による重みづけを行なわな
いヒストグラムを対比して示したものである。
ｌ、縦軸は出現頻度（前記の例ではW1＋W2＋
W3）である。このヒストグラムに従えば、移動
長ｌが流速に対応しそして振幅の大きい部分の測
定精度は高いので大振幅部分の移動長を強調する
という形で正確な流速の表示が可能となる。同図
ａ，ｂはｄの解析結果を得る際に使用した移動長
データｌと振幅データＩの時間的変化を示すもの
である。またｃは振幅による重みづけを行なわな
いヒストグラムを対比して示したものである。
なお、第２図はデータの流れに対応した機能を
ブロツク化したものであり、実際にはこの通りに
ハードで構成する必要はなく、マイクロプロセツ
サ（MPU）を用いてデイジタルデータを入力ポ
ートから入力しMPU内で演算処理を行なうこと
で実現できる。又、解析されたデータの変化をな
めらかにするには、第４図に示すように、ヒスト
グラムを小区間に分けて求め、それらの複数個の
データを順次ずらしながら加算するとよい。この
図で解析入力データの１、２、３…はそれぞれデ
ータ区間を示し、また演算タイミングの１完、２
完、…はそれぞれデータ区間１、２、…のデータ
処理が完了したことを示す。そして３分割する場
合には出力データは１＋２＋３、２＋３＋４、…
の様に３区間のデータを用いる。
ブロツク化したものであり、実際にはこの通りに
ハードで構成する必要はなく、マイクロプロセツ
サ（MPU）を用いてデイジタルデータを入力ポ
ートから入力しMPU内で演算処理を行なうこと
で実現できる。又、解析されたデータの変化をな
めらかにするには、第４図に示すように、ヒスト
グラムを小区間に分けて求め、それらの複数個の
データを順次ずらしながら加算するとよい。この
図で解析入力データの１、２、３…はそれぞれデ
ータ区間を示し、また演算タイミングの１完、２
完、…はそれぞれデータ区間１、２、…のデータ
処理が完了したことを示す。そして３分割する場
合には出力データは１＋２＋３、２＋３＋４、…
の様に３区間のデータを用いる。
第５図は本発明の多の実施例を示す要部ブロツ
ク図で、第６図はその移動波形図である。第５図
は第１の移動長検出部４と解析部６に相当する部
分を示すもので、検出部４はヒステリシス付コン
パレータ４１とパルス発生器４２を組合せたゼロ
クロス検出回路である。コンパレータ４１は受信
部３の出力（反射波）直交検波した出力Ｒのゼロ
クロス点を検出する。そして、コンパレータ４１
の出力P1の変化点に対応してパルス発生器４２
からパルスP2が発生される。従来のゼロクロス
法ではこのパルス列P2をローパスフイルタ９を
通して解析部に出力しているが、本例ではタイム
インタバルＴ（移動長に逆比例する）なるパルス
列P2および振幅データＩから後述の如く処理し
た流速を求めるために、これを解析部６へ導び
く。解析部６では、先ず掛算器６６でパルスP2
に振幅検出部５で得た振幅データＩに基づく重み
づけをする。P3がその重みづけをされた、つま
りパルス振幅変調（PAM）されたパルス列であ
り、時間情報はP2と変らない。パルス列P3はロ
ーパスフイルタ６７を通して平均化され波形Ｘと
なる。この波形Ｘは振幅情報を時間ｔの関数とし
てＩ（ｔ）で表わし、またタイムインタバルＴを
移動長、従つて速度Ｖ（ｔ）に対応づければ Ｘ＝∫I（ｔ）・Ｖ（ｔ）dt で表わされる。一方、振幅情報Ｉもローパスフイ
ルタ６８で平均化されているので、その出力Ｙは Ｙ＝∫I（ｔ）dt となる。割算器６９は入力Ｘ、Ｙから出力Ｘ／
Ｙ、従つて下式の速度Ｖを求めるものである。
ク図で、第６図はその移動波形図である。第５図
は第１の移動長検出部４と解析部６に相当する部
分を示すもので、検出部４はヒステリシス付コン
パレータ４１とパルス発生器４２を組合せたゼロ
クロス検出回路である。コンパレータ４１は受信
部３の出力（反射波）直交検波した出力Ｒのゼロ
クロス点を検出する。そして、コンパレータ４１
の出力P1の変化点に対応してパルス発生器４２
からパルスP2が発生される。従来のゼロクロス
法ではこのパルス列P2をローパスフイルタ９を
通して解析部に出力しているが、本例ではタイム
インタバルＴ（移動長に逆比例する）なるパルス
列P2および振幅データＩから後述の如く処理し
た流速を求めるために、これを解析部６へ導び
く。解析部６では、先ず掛算器６６でパルスP2
に振幅検出部５で得た振幅データＩに基づく重み
づけをする。P3がその重みづけをされた、つま
りパルス振幅変調（PAM）されたパルス列であ
り、時間情報はP2と変らない。パルス列P3はロ
ーパスフイルタ６７を通して平均化され波形Ｘと
なる。この波形Ｘは振幅情報を時間ｔの関数とし
てＩ（ｔ）で表わし、またタイムインタバルＴを
移動長、従つて速度Ｖ（ｔ）に対応づければ Ｘ＝∫I（ｔ）・Ｖ（ｔ）dt で表わされる。一方、振幅情報Ｉもローパスフイ
ルタ６８で平均化されているので、その出力Ｙは Ｙ＝∫I（ｔ）dt となる。割算器６９は入力Ｘ、Ｙから出力Ｘ／
Ｙ、従つて下式の速度Ｖを求めるものである。
Ｖ∫I（ｔ）・Ｖ（ｔ）dt／∫I（ｔ）dt
このようにすれば振幅の大きい部分のデータを
多く取り入れることができ、データの信頼性が向
上する。尚、第６図の波形Ｘ、Ｙ、Ｘ／Ｙはいず
れも他の波形に対し時間軸を縮少したものであ
る。
多く取り入れることができ、データの信頼性が向
上する。尚、第６図の波形Ｘ、Ｙ、Ｘ／Ｙはいず
れも他の波形に対し時間軸を縮少したものであ
る。
第７図は第５図の解析部６をデイジタル回路化
したものである。パルス数変調回路６０１は入力
パルスP2を振幅データＩに応じてパルス数変調
（PNM）するもので、その出力はカウンタ６０
２でカウントされる。これに対しパルス数変調回
路６０３は、超音波パルスの繰り返し周波数cの
１／２〜1/8程度の固定値Ｆを、振幅Ｉに応じた数の
パルスに変換（PNM）するもので、その出力は
カウンタ６０４でカウントされる割り算器６０５
はカウンタ６０４の出力Ｙでカウンタ６０２の出
力Ｘを割るもので、ここではマイクロプロセツサ
ユニツト（MPU）を用いて構成を簡略化すると
共に、表示部７、コントローラ８等とのデイジタ
ルインタフエースを容易にする。
したものである。パルス数変調回路６０１は入力
パルスP2を振幅データＩに応じてパルス数変調
（PNM）するもので、その出力はカウンタ６０
２でカウントされる。これに対しパルス数変調回
路６０３は、超音波パルスの繰り返し周波数cの
１／２〜1/8程度の固定値Ｆを、振幅Ｉに応じた数の
パルスに変換（PNM）するもので、その出力は
カウンタ６０４でカウントされる割り算器６０５
はカウンタ６０４の出力Ｙでカウンタ６０２の出
力Ｘを割るもので、ここではマイクロプロセツサ
ユニツト（MPU）を用いて構成を簡略化すると
共に、表示部７、コントローラ８等とのデイジタ
ルインタフエースを容易にする。
以上述べたように本発明によれば、流速分布が
正確に得られ、かつ装置を小型化することができ
る利点がある。
正確に得られ、かつ装置を小型化することができ
る利点がある。
第１図は本発明の一実施例を示す概略ブロツク
図、第２図はそのヒストグラム型解析部の詳細ブ
ロツク図、第３図は同実施例による解析例の動作
説明図、第４図は出力データ平滑化の説明図、第
５図は本発明の他の実施例を示す要部ブロツク
図、第６図はその動作波形図、第７図は第５図の
変形例を示すブロツク図である。 図中、１は超音波送信部、３は受信部、４は移
動長検出部、５は振幅検出部、６はヒストグラム
型解析部である。
図、第２図はそのヒストグラム型解析部の詳細ブ
ロツク図、第３図は同実施例による解析例の動作
説明図、第４図は出力データ平滑化の説明図、第
５図は本発明の他の実施例を示す要部ブロツク
図、第６図はその動作波形図、第７図は第５図の
変形例を示すブロツク図である。 図中、１は超音波送信部、３は受信部、４は移
動長検出部、５は振幅検出部、６はヒストグラム
型解析部である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 流速の変動する流体に超音波パルスを送信す
る回路と、 前記流体から反射波を受信する受信回路と、 前記受信回路が受信した反射波から該被反射波
の振幅を検出する回路、 および該反射波のゼロクロス点間を求め、前記
流体の一定時間内移動長を測定する回路と、 該移動長に反射波の振幅に応じた重み付けを行
い、その重み付けをした移動長にヒストグラム型
の解析を行い前記流体の移動速度を求める回路と
を、 備えることを特徴とする超音波流速計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56097668A JPS57211559A (en) | 1981-06-24 | 1981-06-24 | Ultrasonic current meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56097668A JPS57211559A (en) | 1981-06-24 | 1981-06-24 | Ultrasonic current meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57211559A JPS57211559A (en) | 1982-12-25 |
| JPH0335605B2 true JPH0335605B2 (ja) | 1991-05-28 |
Family
ID=14198412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56097668A Granted JPS57211559A (en) | 1981-06-24 | 1981-06-24 | Ultrasonic current meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57211559A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54130957A (en) * | 1978-04-03 | 1979-10-11 | Hokushin Electric Works | Output holding circuit for ultrasonic flow meter |
-
1981
- 1981-06-24 JP JP56097668A patent/JPS57211559A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54130957A (en) * | 1978-04-03 | 1979-10-11 | Hokushin Electric Works | Output holding circuit for ultrasonic flow meter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57211559A (en) | 1982-12-25 |
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