JPH0415888B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、２つの変換器が設けられており、該
変換器の検出領域は媒体の移動方向において相互
にずらされておりかつ前記変換器はそれぞれ、移
動する媒体の不均質性が、その空間的な位置に依
存して、種々異なつた空間的な重み付け関数に応
じて関連付けられている電気信号を送出し、かつ
該両電気信号の相関的な結合によつて測定値を取
り出すための装置が設けられている、移動する媒
体の速度を無接触に測定する装置に関する。

従来の技術 この形式の公知の測定装置において、両変換器
の出力信号の時間的な相関関数の最大値に相応す
る、媒体の不均質性が第１変換器から第２変換器
まで走行するのに要する時間に等しい移動時間が
求められる。変換器間の距離が周知であれば、上
記走行時間から測定すべき速度を導き出すことが
できる。

発明が解決しようとする問題点 この測定方法には数多くの用途において不確実
性が伴なう。その理由は、相互相関関数の最大値
が顕著に現われない場合が多く、その結果最大値
の位置を正確に特定することができない。別の無
接触測定方法では流れの方向が検出されずかつ速
度零の場合および非常に僅かな速度の場合には評
価に値する指示が生じない。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の測定装置
において、速度がどんなであつても流れの断面形
状に無関係な正確な測定結果を提供しかつその測
定領域には、速度零、非常に小さな速度および移
動方向の反転も含まれるようにした測定装置を提
供することである。

問題点を解決するための手段 本発明によればこの課題は次のようにして解決
される。すなわち２つの変換器の検出領域は、空
間的な重み付け関数の空間的な相互相関関数の勾
配が、空間的なずれ零において零ベクトルとは異
なつているように部分的に重なつており、かつ測
定値は、２つの信号の時間的な相互相関関数の、
時間的なずれ零における勾配からまたは２つの信
号の相互出力密度スペクトルの１次モーメントか
ら導出されるようにする。

発明の作用 本発明は次の認識に基いている。すなわち所定
の前提条件下においては時間的な相互相関関数の
最大値の位置のみならず、その、時間的なずれ零
における勾配もまた移動する媒体の速度に対する
尺度を表わす。この測定値は時間的なずれ零にお
いて求められるので、それは同じ場所に存在する
不均質性から生じる。これにより速度測定の際の
不確実性に対する重要な原因が取り除かれる。さ
らに、本発明の無接触な相関速度測定は、相互相
関関数の最大値の検出に速度測定が上手くいかな
い場合でも可能である。殊に、緩衝流入区間を省
略しかつ例えば測定個所を直接曲り管の後方に設
けることができる。測定領域は原理的には限定さ
れずかつ殊に非常に緩慢な移動、停止状態および
移動方向の反転を含んでいる。

この測定原理の適用に対して前提となるのは、
時間的にずれていない２つの信号の統計学的な依
存において消失しない勾配が存在する信号対を発
生する変換器を使用することである。この条件
は、２つの変換器の検出領域を、空間的な重み付
け関数の空間的な相互相関関数の、空間的なずれ
零における勾配が零ベクトルとは異なるように部
分的に重なるようにするとき満たされる。この定
義とは、おのおのの変換器対に対して特徴的であ
る、変換器の構成によつて規定される不変の幾何
学上の特性である。

２つの信号の時間的な相互相関関数の、時間的
なずれ零における勾配は、これら信号の相互出力
密度スペクトルの１次モーメントに数学的に等価
である。したがつていづれの値を計算するかに差
異はない。

本発明の有利な実施例は、特許請求の範囲の実
施態様項に記載されている。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて
詳細に説明する。

第１図は、無接触の相関速度測定に対する使用
例として、速度Ｖで導管１内を導管軸線Ｚの方向
において移動する媒体の流速を測定するための測
定装置を示す。導管１に、正確に知られた中心距
離Ｄにおいて２つの変換器W₁およびW₂が配設さ
れており、これら変換器は、移動する媒体の不均
質性によつて影響される電気信号S₁（ｔ）ないし
S₂（ｔ）を送出する。移動する媒体の種類および
性質に応じて、利用可能な不均質性は非常に種々
異なつた形式をとる可能性があるのが、その最終
的な作用は必ず、不均質性により音場または電磁
界が影響を受けるかまたは発生されるということ
に基いている。電磁界によつて作動する方法に対
して、高周波およびマイクロ波領域およびγ線ま
での光線範囲にわたつての静電界のスペクトル全
体を利用することができる。音場の場合有効な周
波数範囲は、気体では数キロヘルツに達しまたは
液体の搬送媒体においては10MHz以上に達する。

通例のように、おのおのの変換器は、媒体の不
均質性によつて影響を受けるべきフイールドを発
生する送信機および不均質性によつて影響された
フイールドに応答しかつフイールドの時間変化を
再現する電気信号を送出する受信機から成る。し
たがつて第１図において変換器W₁は送信機T₁お
よび受信機R₁から成りかつ変換器W₂は送信機T₂
および受信機R₂から成つている。送信機および
受信機の構成は、利用されるフイールドの形式に
応じて、当業者には公知である。すなわち例えば
光領域にある電気フイールドの使用の際おのおの
の送信機は光源とすることができ、おのおのの受
信機はホト検出器とすることができる。超音波領
域にある音場の使用の際、おのおのの送信機は超
音波送波器であり、おのおのの受信機は超音波受
波器である。容量センサは同時に静電界に対する
送信機および受信機を形成する。

不均質性が能動性でありかつそれ自体有効なフ
イールドを発生するとき、送信機を省略すること
ができ、その結果おのおのの変換器は受信機から
のみ成る。このことは例えば、不均質性が放射性
分子から成り、その放射線が変換器の受信機によ
つて捕捉されかつ電気信号に変換される場合であ
る。

移動する媒体のそれぞれの不均質性は、それが
変換器の検出領域内にあるとき、前以つて決めら
れた空間的な重み関数にしたがつて変換器の出力
信号に変換される。第１図の使用例において変換
器W₁の検出領域は、Ｚ軸線の方向において長さ
L₁を有しかつＺ軸線に対して垂直の方向におい
て導管１の横断面かまたはこの横断面の、変換器
に捕捉される部分を有する容積の測定範囲であ
る。変換器W₂の検出領域は同様に、長さL₂およ
び相応の横断面を有する容積の測定範囲である。
一般に、管の横断面にわたつて平均した速度を検
出することが重要であるので、変換器は出来るだ
け変換器が管横断面の一様な重み付けを実現する
ように、構成される。

第２図の波形図Ａは、座標軸Ｚの関数として変
換器W₁の空間的な重み付け関数g₁（ｚ）、すなわ
ち変換器W₁の、Ｚ軸に沿つたその空間位置に依
存した出力信号へ及ぼす、点状の不均質性の作用
を理想化して示す。点状の不均質性が変換器W₁
の検出領域の外部にあるとき、不均質性は出力信
号S₁（ｔ）には関連付けられず、かつ空間的な重
み付け関数g₁（ｚ）は値０を有する。これに対し
て点状の不均質性が変換器W₁の検出領域内にあ
るとき、不均質性は前以つて決められた、零とは
異なる値によつて出力信号S₁（ｔ）に変換され、
その結果空間的な重み付け関数g₁（ｚ）は、全体
の検出領域に対して零とは異なつた値をとる。

第２図Ｂの波形図は相応の方法において変換器
W₂の空間的な重み付け関数g₂（ｚ）を示す。２つ
の変換器W₁およびW₂は同様に構成されていると
き、空間的な重み付け関数g₂（ｚ）は空間的な重
み付け関数g₁（ｚ）と同じ曲線経過を有するが、
g₂（ｚ）とg₁（ｚ）とは座標軸Ｚとの関連において
異なつた位置を有している点で相違している。第
１図の変換器の配置に相応して、空間的な重み付
け関数g₁（ｚ）およびg₂（ｚ）は互いに値Ｄだけず
れており、かつそれらの間には値Ｅの間隙があ
る。

第２図の波形Ｃは、空間的な重み付け関数g₁
（ｚ）およびg₂（ｚ）の空間的な相関関数φ₁₂（ｕ）
を示す。この空間的な相関関数は、次の数式を有
する φ₁₂（ｕ）＝⁺ _-∫^∞ _∞g₂（ｚ）g₁（ｚ＋ｕ）dz (1) この式は、重み付け関数g₂（ｚ）の値が、空間
的なずれｕだけずれている、空間的な重み付け関
数g₁（ｚ）の値が乗算されかつ積の平均値が評価
される領域Ｚにわたつて形成されることを意味す
る。空間的なずれｕのおのおのの値に対しして空
間的な相関関数の基準値が得られる。空間的なず
れＺ＝０は、波形図ＡおよびＢに図示されてい
る、空間的な重み付け関数の出発位置、すなわち
第１図の変換器W₁およびW₂の空間位置に相応
し、かつｕの値の増加は、２つの空間的な重み付
け関数の相互の相関値の相互のずれの低減に相応
する。ｕ＝０の場合相関関数は値０を有する。そ
の理由は、常時おのおのの値対の相互に乗算され
る２つの値の少なくとも１つが零であるからであ
る。ｕ＝Ｅにおいて、２つの重み付け関数の零と
は異なつた区間の相互の重畳が始まり、かつ相関
関数は上昇する。ｕ＝Ｄの場合２つの重み付け関
数g₁（ｚ）およびg₂（ｚ）は完全に一致し、かつ空
間的な相関関数はその最大値に達する。

空間的な重み付け関数g₁（ｚ），g₂（ｚ）並びに
その相関関数φ₁（ｕ）は、変換器の幾何学的構成
によつて規定されかつしたがつてその特性を表わ
すのに適している変換器W₁およびW₂の変化しな
い特性量である。

既述のような、空間的な重み付け関数および空
間的な相関関数を用いた変換器の特性表示は、お
のおのの変換器の検出領域が立体的な測定範囲で
ある場合に限定されない。それは、速度の測定の
ために利用される不均質性が、移動する媒体の表
面に存在しかつその都度媒体の所定の表面領域を
走査する場合にも同様当嵌る。このことは例えば
幅状の紙もしくは繊維または圧延ローラの列にお
ける薄板の速度の測定の場合である。その際おの
おのの変換器の検出領域は立体ではなくて、表面
領域である。これまで、空間的な重み付け関数お
よびその空間的な相関関数について行なつた考察
はこの場合にも制限されることなく当嵌る。

第３図の波形ＡおよびＢはそれぞれ、変換器
W₁およびW₂の出力信号S₁（ｔ）およびS₂（ｔ）の
時間的な経過を示す。これら信号の変動は、変換
器の検出領域を介して進行する、移動する媒体の
不均質性が原因で生じる。この不均質性が、第１
変換器から第２変換器に至る途上に少なくとも部
分的に存在し続けることを前提とすれば、この不
均質性が原因で生じる、２つの変換器の出力信号
の変動は、第１変換器から第２変換器に至る不均
質性の走行時間に等しい時間間隔だけ相互にずれ
て現われる類似性を有する。この事実は、２つの
信号を相関的に結合することによつて速度の測定
のために利用される。

第３図の波形Ｃは、２つの信号S₁（ｔ）および
S₂（ｔ）の時間的な相関関数R₁₂（τ）を示す。こ
の時間的な相関関数は次の数式を有する。

R₁₂（τ）＝lim Ｔ→∞１／Ｔ∫^T ₀S₂（ｔ） S₁（ｔ＋τ）dt (2) この式は次のことを意味する。すなわち信号S₂
（ｔ）の瞬時値は、信号S₁（ｔ）の、移動時間τだ
けずれた瞬時値と乗算されかつ観察時間Ｔの領域
にわたつて積の平均値が形成される。τのおのお
のの値に対して、時間的な相関関数の基準値が得
られる。考察中の使用例において、相関関数は、 τ_M＝Ｄ／Ｖ (3) が成立つとき、変換器W₁から変換器W₂に至る媒
体の不均質性の走行時間に等しい所定のずれ時間
τ_nにおいて最大値を有する。

距離Ｄが周知であれば、ずれ時間τ_nから直接、
通例は媒体の速度に等しい、不均質性の速度Ｖが
計算される。

相関関数を求めるためには、信号S₁（ｔ）およ
びS₂（ｔ）は、信号処理回路２における必要な前
処理後相関器４に供給される。この相関器４に接
続された評価回路５が相関関数を最大値について
検査しかつ走行時間に相応するずれ時間τ_nまたは
そこから計算される速度Ｖを出力する。これら回
路およびその動作については公知である。有利に
は適当にプログラミングされたマイクロコンピユ
ータが相関器４および評価回路５の機能を引受け
る。この場合信号処理回路２は、アナログ信号S₁
（ｔ）およびS₂（ｔ）を、マイクロコンピユータに
おける処理のために適しているデジタル信号に変
換するAD変換器を含んでいる。

第４図は、本発明の原理を実施する相関速度測
定装置を第１図に相応する回路略図において示
す。第１図の装置に相応する構成部分および寸法
には第１図と同じ番号・記号が使用される。第１
図の装置との重要な差異は、２つの変換器W₁お
よびW₂の検出領域が部分的に重畳される点にあ
る。このことは、変換器の相応の構成により実現
されるが、このことは第４図の略図において、２
つの変換器の送信機T₁，T₂および受信機R₁，R₂
も相互に部分的に重畳されていることで示されて
いる。

変換器W₁，W₂の検出領域の部分的な重畳の結
果として、第５図の波形ＡおよびＢに示図示の空
間的な重み関数g₁（ｚ）およびg₂（ｚ）も値Ｆだけ
部分的に重畳される。したがつて第５図の波形Ｃ
において図示の空間的な相互相関関数φ₁₂（ｕ）は
空間的なずれｕ＝０において零とは異なつている
値および零ベクトルとは異なつている勾配を有す
る。空間的な相互相関関数は、負の空間的なずれ
ｕ＝−Ｆにおいてようやく値零をとり、かつ正の
空間的なずれｕ＝０においてその最大値に達す
る。

第６図の波形ＡおよびＢは、第４図の変換器
W₁ないしW₂から送出される信号S₁（ｔ）および
S₂（ｔ）の時間経過を示す。これら信号は基本的
に、第１図の測定装置の、第３図に図示の信号S₁
（ｔ），S₂（ｔ）と同じ特性を有する。

これに対して第６図の波形Ｃに図示の、信号S₁
（ｔ）およびS₂（ｔ）の時間的な相互相関関数R₁₂
（τ）は、第３図の波形Ｃの相互相関関数とは次
の点で異なつている。第６図の場合ずれ時間τ＝
０において零とは異なつた値を有しかつ時間的な
相互相関関数における、時点τ＝０において下さ
れた縦座標軸との交点にて描かれる接線と水平方
向の線との間の角度αによつて表わされる。零と
は異なつた勾配を有する。

この時間的な相互相関関数の最大値はこゝでも
ずれ時間τ_n＝Ｄ／Ｖにありかつ、第１図の装置の
場合のように、移動する媒体の速度の測定のため
に求めることもできる。しかし第４図の測定装置
の特別な点は次の通りである。すなわち速度の測
定値は、時間的な相互相関関数の最大値に相応す
るずれ時間τ_nからではなくて、時間的な相互相関
関数の、ずれ時間τ＝０における勾配から導出さ
れる。第７図は、媒体の種々異なつた速度V₁，
V₂，V₃に対して同じ測定装置によつて求められ
た時間的な相互相関関数を示す。相互相関関数は
すべて、τ_p＝０を通る縦座標軸を同じ点で、しか
し異なつて勾配において交差していることがわか
る。その際勾配は、速度が大きくなればなる程大
きくなる。わかり易くいうと、速度変化において
相互相関関数はアコーデオンの蛇腹のように伸び
縮みする。

速度Ｖを時間的な相互相関関数の勾配との間の
数学的な関係は次の式で表わすことができる： Ｖ＝φ₁₂（０）／ｄ／duφ₁₂｜_u=0・R〓₁₂（０）／R_1
2（０）−μ₁μ₂(4) その際： φ₁₂（０）：空間的な相互相関関数の、空間的なず
れｕ＝０における値； ｄ／du＝φ₁₂｜_u=0：空間的な相互相関関数の、空間 的なずれｕ＝０における勾配； Ｒ〓₁₂（０）：時間的な相互相関関数の、ずれ時間τ
＝０における勾配； R₁₂（０）：ずれ時間τ＝０における時間的な相互
相関関数； μ₁，μ₂：信号S₁（ｔ）およびS₂（ｔ）の平均値 式(4)の右辺における第１係数は、第４図および
第５図に基いて説明したように、変換器の構成お
よび配置から生じる、最初に定めるべき幾何学的
項である。第２の係数は、時間的な相互相関関数
の勾配を表わし、その際R₁₂（０）−μ₁μ₂による割
算は正規化のために用いられる。この項R₁₂（０）
−μ₁μ₂が零であるとき、正規化は、２つの信号S₁
（ｔ），S₂（ｔ）の一方の出力に基いて自動的に行
なうかまたは２つの信号の出力の積の平方根に基
いて自動的に行なうことができる。

式(4)から、空間的な相互相関関数の勾配が消失
してはならないことがわかる。というのはそれは
分母にあるからである。この条件は、変換器の検
出領域が第４図および第５図に基いて説明したよ
うに重畳されているときにしか満足されない。

時間的な相互相関関数の勾配を求めるために、
第４図の測定装置において出力信号S₁（ｔ）およ
びS₂（ｔ）はこゝでも信号処理回路２における前
処理後相関器４に供給され、そこで時間的な相互
相関関数が計算される。しかし相関器４にはこゝ
では、時間的な相互相関関数の、ずれ時間τ＝０
における勾配を求めかつそこから媒体の速度を導
出する評価回路６が後置接続されている。相関器
４および評価回路６は勿論この場合も、適当にプ
ログラミングされたマイクロコンピユータによつ
て形成することができる。

変換器を、その検出領域が重畳されるように構
成するには数多くの可能性がある。第８図および
第９図は、プレキシグラス管１０を通つて流れる
媒体の流れ速度を測定するための光学測定装置の
実施例を示す。変換器W₁は送信機として光源１
１を有しており、受信機としてホトダイオード１
２を有している。変換器W₂は送信機として光源
１３を有し、受信機としてホトダイオード１４を
有する。おのおのの変換器は、プレキシガラス管
１０のレンズ作用を考慮して管横断面において出
来るだけ均質な重み付けが実現されるように、構
成されている。２つの変換器の光軸は直角に交わ
つている。第９図が示すように、２つの変換器の
光源１１，１３およびホトダイオード１２，１４
は管軸線Ｚに沿つて相互に多少ずれており、その
結果２つの変換器の検出領域はほぼ半分だけ重畳
している。わかり易くするために、光源１１，１
３およびホトダイオード１２，１４は第９図の管
軸線Ｚの方向において誇張して拡げて図示されて
いる。検出領域の重畳はこの場合変換器の交差状
の配置によつて可能になる。

第８図は、変換器W₁およびW₂の出力信号S₁
（ｔ）およびS₂（ｔ）が供給される２つの信号処理
回路の構成も示している。おのおのの信号処理回
路において、所属の変換器の出力信号はまず前置
増幅器１５において増幅されかつそれからハイパ
スフイルタ１６においてろ波され、これにより信
号の平均値が抑圧される。増幅器１７において改
めて増幅された後おのおのの信号は、平均値のな
い出力信号を、マイクロコンピユータにおける処
理のために適しているデジタル信号に変換する
AD変換器１８に供給される。AD変換器１８に、
第４図の相関器４および評価回路６の機能を実行
するマイクロコンピユータ１９が接続されてい
る。

部分的に重畳される検出領域を実現するための
別の可能性は、おのおのの変換器を複数の変換器
素子から構成し、かつそれらを別の変換器の変換
器素子に交互に接続することである。第１０図は
このための実施例として、管２０を通つて流れる
媒体の速度を測定するための容量的な変換器を有
する測定装置を示す。変換器W₁は、５つの変換
器素子２１，２２，２３，２４，２５から成り、
それらはそれぞれ従来通り管２０の周面に互いに
同一直径上に相対する２つの電極によつて形成さ
れている。これら変換器素子２１，２２，２３，
２４は管軸線に沿つて間隔をおいて配置されてお
り、その結果それらの間には間隙が生じる。変換
器W₂は同様に、管軸線に沿つて間隔をおいて配
置されている５つの変換器素子３１，３２，３
３，３４，３５から成り、それらの間にもそれぞ
れ間隙がある。変換器W₂の変換器素子３１およ
び３２は、変換器W₁の変換器素子２３および２
４ないし２４および２５の間の間隙内に位置し、
これにより２つの変換器W₁およびW₂の検出領域
の所望の重畳が実現される。

それぞれ固有の変換器素子を有する２つの変換
器を使用する代わりに、同じ変換器素子の出力信
号を、２つの変換器の重畳された検出領域を実現
するために、種々異なつた方法で合成することも
できる。第１１図は、移動する媒体の移動方向Ｚ
に沿つて配設されておりかつ共通の光源４０の光
を受信するホトダイオード４１，４２，４３，４
４，４５，４６，４７，４８のアレイを有する測
定装置を示す。ホトダイオードはそれぞれ光源と
接続されていて変換器素子を形成しかつ移動する
媒体の不均質性によつて影響を受ける電気的な出
力信号S₄₁，S₄₂……S₄₈を送出する。ホトダイオ
ードの出力側は、２つの加算回路５１および５２
の入力側に接続されている。加算回路は、相関す
べき２つの信号S₁（ｔ）およびS₂（ｔ）を形成する
ためにホトダイオードの出力信号を異なつた正負
極性で評価することによつて合成する。例えば信
号S₁（ｔ）およびS₂（ｔ）は次のようにして形成す
ることができる： S₁（ｔ）＝＋S₄₁＋S₄₂−S₄₃−S₄₄ ＋S₄₅＋S₄₆−S₄₇−S₄₈ S₂（ｔ）＝−S₄₁＋S₄₂＋S₄₃−S₄₄ −S₄₅＋S₄₆＋S₄₇−S₄₈ 重畳された検出領域をこのように実現する場
合、信号S₁（ｔ）およびS₂（ｔ）が平均値がなく、
その結果ハイパスフイルタにかける必要がなくな
るという利点を有する。さらに測定結果に及ぼす
集中変動が抑圧される。ホトダイオードではなく
て音響的、容量的または別の変換器素子を用いて
も勿論上記と同様の構成が実現される。

２つの加算回路を用いて同時に信号結合を行な
う代わりに、同じ加算回路を用いて時分割多重に
おいて行なうこともできる。

第１０図または第１１図の装置を用いて得られ
る信号S₁（ｔ）およびS₂（ｔ）は、既述の方法にお
いて引続いて処理し、時間的な相互相関関数を形
成し、ずれ時間τ＝０におけるその勾配を求めか
つそこから速度Ｖの測定値を導出することができ
る。

この演算をマイクロコンピユータにおいて実施
する代わりに、ハードウエア回路において電気信
号を直接処理することによつて結果を出すことも
できる。

第１２図は、このために適した、２つの入力側
６１および６２を有するアナログ信号処理回路６
０を示す。この回路には、既述の変換器系の出力
信号S₁（ｔ）ないしS₂（ｔ）が供給される。入力側
６１に供給されるアナログ信号S₁（ｔ）は微分回
路６３において時間により微分される。微分回路
６３の出力側は乗算回路６４の入力側に接続され
ている。乗算回路の別の入力側には信号S₂（ｔ）
が供給される。乗算回路６４の出力信号は、ロー
パスフイルタ６５を介して割算回路６６の一方の
入力側に供給される。入力側６２に加わる信号S₂
（ｔ）は、第２乗算回路６７の２つの入力側に供
給される。したがつてこの回路はその出力側から
信号S₂（ｔ）の自乗に相応する信号を送出する。
この信号は第２ローパスフイルタ６８を介して割
算回路６６の他方の入力側に供給される。

乗算回路６４における信号の乗算は、ずれ時間
τ＝０における相互相関関数の形成に相応し、そ
の際結果は信号S₁（ｔ）の先行する微分に基いて
直接、相互相関関数の勾配に相応する。引続く、
信号S₂（ｔ）の自乗による割算の結果、この信号
の出力の正規化が自動的に行なわれる。したがつ
て微分回路６６の出力信号は、ずれ時間τ＝０に
おける正規化された相互相関関数の勾配を表わし
かつ例えば相応に較正された指示装置６９におい
て直接、測定すべき速度Ｖを指示するために用い
ることができる。

従来の相関測定方法におけるように、相互相関
関数の形成および評価のために変換器のアナログ
出力信号の情報内容を全部使用することは必要で
ない。アナログ入力量が２進化される、すなわち
ビツトによつて量子化されるいわゆる極性相関で
十分である場合が多い。この２進化は、マイクロ
コンピユータによる信号処理の場合も、ハードウ
エア回路による信号処理の場合にも使用すること
ができる。第１３図には、ハードウエア回路７０
の実施例を示す。この回路は、第１２図のアナロ
グ信号処理回路６０と同じ原理にしたがつて動作
するが、２進化された信号の処理のために構成さ
れている。

回路７０は、入力側７１においてアナログ信号
S₁（ｔ）が受信され、入力側７２においてアナロ
グ信号S₂（ｔ）が受信される。アナログ信号S₁
（ｔ）はまず微分回路７３において微分され、そ
の出力信号はデジタル化回路７４において２進化
される。デジタル化回路７４の２進化された出力
信号は、排他的OR回路７５の一方の入力側に供
給される。入力側７２に供給されるアナログ信号
S₂（ｔ）は、ハイパスフイルタ７６における高域
ろ波後第２のデジタル化回路７７において２進化
される。デジタル化回路７７の２進化された出力
信号は、排他的OR回路７５の第２入力側に供給
される。２進信号の、排他的OR回路７５におけ
る論理結合は、公知のように、相関的な乗算に相
応する。自己出力（Autoleistnug）に対する正規
化は必要でない。というのは２進化により両信号
の自己出力の積の平方根に対する正規化が自動的
に行なわれるからである。排他的OR回路７５の
出力信号は、ローパスフイルタ７８におけるろ波
後、ずれ時間τ＝０における正規化された相互相
関関数の勾配を表わしかつ測定すべき速度を直接
指示するために相応に較正された指示装置７９に
供給することができる。

正規化された相互相関関数の、ずれ時間τ＝０
における勾配は、信号S₁（ｔ）およびS₂（ｔ）の相
互出力密度スペクトラムの１次モーメントと数学
的に等価である。したがつて相互出力密度スペク
トラムの１次モーメントに相応する結果が得られ
るように、マイクロコンピユータをプログラミン
グするかないしはそれに代わつて使用されるハー
ドウエア回路を構成することもできる。それから
この値から測定すべき速度Ｖを、ずれ時間τ＝０
における正規化された相互相関関数の勾配からと
同じ方法において導き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、導管における流れの速度を無接触に
相関測定するための公知の形式の測定装置の概略
を示すブロツク回路図であり、第２図は第１図の
測定装置の構成に対して特徴的である空間的な関
数を示す波形図であり、第３図は第１図の測定装
置の動作に対して特徴的である、時間的な関数を
示す波形図であり、第４図は、本発明の原理を実
現する、第１図の測定装置を変形した実施例の概
略を示すブロツク回路図であり、第５図は、第２
図に相応する、第４図の測定装置に対する空間的
な関数の波形図であり、第６図は、第３図に相応
する、第４図の測定装置に対する時間的な関数の
波形図であり、第７図は、本発明の同じ測定装置
を用いて、種々異なつた速度に対して検出され
た、複数の時間的な相互相関関数を示す波形図で
あり、第８図は、本発明の光学的な測定装置の概
略を示すブロツク回路図であり、第９図は、第８
図の光学的な測定装置の側面図であり、第１０図
は本発明の容量的な測定装置の概略図であり、第
１１図はホトダイオードアレイを有する本発明の
光学的な測定装置の概略を示すブロツク図であ
り、第１２図は、本発明の測定装置において測定
値を取り出すためのアナログ信号処理回路のブロ
ツク図であり、第１３図は本発明の測定装置にお
いて測定値を取り出すためのデジタル信号処理回
路のブロツク図である。 W₁，W₂，１１〜１４…変換器、２…信号処理
回路、４…相関器、５…評価回路、１５…前置増
幅器、１６，７６…ハイパスフイルタ、１７…増
幅器、１８…AD変換器、１９…マイクロコンピ
ユータ、２１〜２５，３１〜３５，４１〜４８…
変換器素子、４０…光源、５１，５２…加算回
路、６０…アナログ信号処理回路、６３，７３…
微分回路、６４，６７…乗算回路、６５，６８…
ローパスフイルタ、６６…割算回路、７０…ハー
ドウエア回路、７４，７７…デジタル化回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２つの変換器が設けられており、該変換器の
   検出領域は媒体の移動方向において相互にずらさ
   れておりかつ前記変換器はそれぞれ、移動する媒
   体の不均質性が、その空間的な位置に依存して、
   種々異なつた空間的な重み付け関数に応じて関連
   付けられている電気信号を送出し、かつ該両電気
   信号の相関的な結合によつて測定値を取り出すた
   めの装置が設けられている、移動する媒体の速度
   を無接触に測定する装置において、前記２つの変
   換器W₁，W₂の検出領域は、空間的な重み付け関
   数g₁（ｚ），g₂（ｚ）の空間的な相互相関関数φ₁₂
   （ｕ）の勾配が、空間的なずれ零において零ベク
   トルとは異なつているように部分的に重なつてお
   り、かつ測定値は、前記両信号S₁（ｔ），S₂（ｔ）
   の時間的な相互相関関数R₁₂（τ）の、時間的な
   ずれ零における勾配からまたは前記両信号S₁
   （ｔ），S₂（ｔ）の相互出力密度スペクトルの１次
   モーメントから導出するようにしたことを特徴と
   する速度の無接触測定装置。 ２ 両変換器１１，１２；１３，１４は、その軸
   線が交差するようにして相互に重なり合い、移動
   方向において相互にずれて配設されている特許請
   求の範囲第１項記載の速度の無接触測定装置。 ３ おのおのの変換器W₁，W₂は、移動方向に沿
   つて配設されている複数の変換器素子（２１ない
   し２５；３１ないし３５）から成り、かつ重なつ
   た検出領域を形成するために、両変換器の変換器
   素子２４，２５；３１，３２は相互に交互接続さ
   れている特許請求の範囲第１項記載の速度の無接
   触測定装置。 ４ 両変換器W₁，W₂の重なつた検出領域は、移
   動方向に沿つて配設されている複数の変換器素子
   （４１ないし４８）の出力信号の種々の合成によ
   つて実現されるようにした特許請求の範囲第１項
   記載の速度の無接触測定装置。