JPH047451B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流量計に関し、特定すると、流体の
流れから到来する雑音信号を感知する離間して設
けられた２つのセンサから供給される遅延および
非遅延の信号間に最大の相関関係を設定するよう
に動作する新規かつ有用な専用の相関器を使用
し、最大の相関関係を設定した差異の遅延量を用
いて流量を測定する流量計に関する。

流体流れパラメータおよびその他の動作パラメ
ータを設定するため相関技術を使用することは、
Critten等の米国特許第4019038号に記載されてい
る。この特許にしたがえば、流れ方向に沿う離間
した２位置において、流体の流れ中に超音波信号
が通される。一方の信号が回路において他方の信
号に関して遅延される場合、両信号間の相関量が
測定され、両流体が両センサを横切るに要する時
間の測定値として使用される。このGritten等の
特許に記載される方法は、各センサ領域で超音波
信号を供給する余計な必要がある上、回路が相当
複雑である。

相関技術を使つて流れ信号を引き出すために
は、いわゆるSAICOR機器のような汎用信号相
関器が使用されてきた。しかしながら、これら
は、研究室機器であり、相当に高価である。これ
らの機器は、経済的に実行できるようにするため
には、大設備において数台の流量計間で共有され
ねばならない。

本発明は、流量計への利用を企むものであり、
個々の流量計への利用に十分廉価な装置を提供す
るものである。より高価な装置で利用できる特徴
のうちの多くのものは、流量計への応用において
は不必要であり、したがつて本発明においては包
含されない。本装置は、全相関関数を計算してそ
れを表示するのでなく、相関関数の最大値を測定
し、それに固定される。

以下に説明する好ましい具体例は、主として流
量計への応用に向けられるものであるが、本発明
は、自己相関または相互相関のようなすべての時
間依存性の変動的応用例に等しく応用し得るもの
であり、厳格に流量の測定に向けられるものでな
いことを認められたい。

本発明にしたがえば、測定されるべき流体流ま
たはその他の現象内で発生される自然雑音が雑音
信号として利用される。この種の雑音信号は、例
えば、粒状石炭流の静電荷パターンや、ペーパの
製造の際パルプの流れからの光の反射の変動に対
応する信号を発生する光−ホトセルセンサ組合せ
から受信される信号とし得る。

したがつて、本発明の目的は、正および負極性
成分を有する２つの雑音信号の相関を設定する相
関器を利用した流量計であつて、各信号に対し
て、正および負極性成分の一方の成分の発生の際
高レベルを有し、他方の成分の発生の際負極性成
分を有するパルス波を発生する入力極性コンパレ
ータと、パルス波の一方に結合されてそのパルス
波を特定の可変遅延量だけ遅延させる可変遅延手
段と、遅延波と非遅延波とを比較し、遅延信号と
非遅延信号の間に十分の相関があるとき高レベル
で、相関が不十分のとき低レベルの相関信号を設
定する相関手段と、可変遅延手段の遅延量を増大
方向および減少方向で変化させるスイープ手段
と、該スイープ手段および相関手段に接続され、
相関信号の減少を判断し、相関信号の減少を判断
した際、スイープ手段を制御して、最大相関信号
に対応する特定の遅延量が設定されるようにその
方向を制御するピーク固定制御手段と、該ピーク
固定手段に接続され、特定の遅延量を読取り可能
な信号に変換するスケール手段とを含む流量計を
提供することである。しかして、この読取り可能
な信号は、流量計の場合、２つの雑音信号を発生
する離間されたセンサを通る流体の流速に対応す
る。

本発明の他の目的は、単一の流量計または他の
測定装置に専用的に使用されるように十分簡単で
廉価な流量計を提供することである。

本発明の他の目的は、設計が簡単で、構造が頑
丈で、経済的に製造できる専用の流量計を提供す
ることである。

本発明のこれらおよびその他の目的および利点
は、図面を参照して行なつた以下の具体例につい
ての説明から明らかとなろう。

図面を参照すると、第１図に示される本発明の
具体例は、参照番号１０で指示される専用の相関
器を含む流量計より成る。相関器１０は、離間さ
れたセンサ１６，１８から線１２および１４を介
して２つの信号を受信する。センサ１６，１８
は、導管２２内の流体流２０により発生される雑
音を感知する。センサ１６および１８は、例え
ば、流れ２０内の静電荷パターンを感知する形式
とし得る。これは、流れが粒状石炭流であるとき
特に有用である。流れが例えばペーパの製造の際
のパルプ流の場合には、センサ１６および１８
は、光検出器の光源を含むことができる。２つの
光検出器により発生される信号は、パルプ流から
反射される光量の変化にしたがつて変わる。

第２図に示されるように、入力極性コンパレー
タ２４は、センサ１６および１８から入力信号Ａ
およびＢを受信する。各入力信号は、正および負
極性の成分を含む。この入力成分コンパレータ
は、入力雑音信号を、２雑音信号の極性に対応す
る方形波に変換する。コンパレータは、各信号で
動作し、入力が零以上のとき（すなわち正極性の
とき）高レベルを生じ、入力が零以下のとき（す
なわち負極性のとき）低レベルを出す。このよう
に、各入力雑音信号に対して１つずつ２つのパル
ス波が発生されるのであるが、信号の極性のみが
利用され、振幅は無視される。

雑音信号Ａから得られるパルス波は、線２８を
介して可変遅延回路２６に供給され、雑音信号Ｂ
に対するパルス波は、線３０を介して直接相関関
数決定回路３２に供給される。

可変遅延回路は、可変の決定された遅延量だけ
パルス波を遅延させる働きをする。可変遅延回路
は、256ビツトのデイジタルシフトレジスタを含
んでおり、該レジスタは、可変遅延回路２６に入
つて来る信号に対して256単位の遅延を提供する
のに利用される。シフトレジスタに対するクロツ
ク関数は、可変遅延回路２６に接続されたVCO
（電圧制御発振器）３４により変えられる。

相関関数決定回路３２においては、可変遅延回
路２６においてシフトレジスタおよびクロツクに
より決定される遅延が、２つの信号が同じ極性で
ある時間を平均化することにより測定される。こ
れは、排他的ORゲートの使用により行なわれ
る。排他的ORゲートは、遅延および非遅延パル
ス波を受信し、２つの波が等しいときは高出力信
号を発生し、両者が等しくないときは低信号を発
生する。排他的ORゲートにはインバータが接続
されており、このインバータが排他的ORゲート
の出力を反転する。この出力は、「等」および
「不等」の決定信号の瞬間値を平均化するRCフイ
ルタにより濾波される。それゆえ、すべての特定
の遅延量に対する相関信号が設定される。

雑音信号それ自体の特性に起因して起こり得る
低レベル相関の問題を除去するため、誤読取りを
除去するための相関関数スレツシヨルド回路３６
が設けられている。

また、最大相関信号に固定されるピーク固定制
御回路３８が設けられている。ピーク固定制御回
路３８は、相関関数スレツシヨルド回路３６によ
り低レベル相関を無視するように制御される。ピ
ーク固定制御回路３８は、追つて詳細に説明され
るようにスイープ電圧発生器４０の動作を制御す
るように機能する。

スイープ電圧発生器４０は、緩やかなのこぎり
波電圧を発生し、電圧制御発振器３４を介して可
変遅延回路２６のシフトレジスタのクロツク周波
数を制御する。これは、回路がピーク固定制御回
路３８により固定されないとき相関信号ピークの
捜索を行なう。ピーク固定制御装置３８が相関信
号ピークを見つけると、スイープ電圧発生器４０
ののこぎり波形の変化の方向が逆転され、相関信
号ピークをスイープバツクする。のこぎり波の速
度は、緩および速の２つの値を有する。緩速値
は、主ピークを追跡するのに使用され（ピークが
固定されているとき）、迅速値は、主ピーク値を
迅速に見つけるのに使用される（相関関数スレツ
シヨルドを通り越すため）。緩速／迅速は、相関
関数スレツシヨルド回路により制御される。

ピーク固定制御回路３８は、相関器すなわち相
関関数決定回路がピークから離れつつあることを
判断する。すなわち、相関信号が減じ始めると、
これによつて相関信号ピークから遠ざかりつつあ
ることが指示される。この指示が起こると、ピー
ク固定制御回路は、スイープ電圧発生器にスイー
プの方向を変化させるべき命令を発生する。これ
は、遅延量の変化の方向を逆転し、遅延量を、相
関信号ピークに対応する特定の遅延量を越えるよ
うに、逆に動かす。ついで回路は固定状態とな
り、相関信号ピーク上を前後に動く。

詳しく説明すると、ピーク固定制御装置は、相
関信号振幅をサンプルし、この情報を記憶する。
短い時間の後、相関信号が再度サンプルされる。
新しいサンプルおよび記憶されたサンプルが比較
される。両者が特定の電圧内にあれば、両者は等
しいと判断される。この場合、第２のサンプラー
が再度作動される。これは、第２のサンプルが最
初の記憶された値よりも高くなるか低くなるまで
継続する。最後のサンプルの値が記憶された値よ
り高いと、サイクルは更新された記憶値で再度始
まり、その後それと比較のためサンプルを行な
う。一方もしも、後者のサンプルの値が記憶され
た値よりも低いと、回路が相関信号ピークから移
動しつつあるという判断がなされ、スイープ電圧
発生器４０に方向変化命令が発生される。この命
令は、デイジタル読出し値４２を更新せしめる。

ピーク固定制御回路３８は、回路３６により設
定された相関関数スレツシヨルド規準が満足され
ないときは働かない。

電圧制御発振器３４は、集積回路の関数発生器
を備えており、可変遅延回路２６に対するクロツ
ク信号としてスイープされた周波数の信号を発生
する。

特定の遅延量に対応する信号を供給する電圧制
御発振器の出力とデイジタル読出し装置４２の間
にはスケールフアクタまたはスケール手段４４が
設けられる。スケールフアクタ手段は下記のよう
に働く。

回路２６においてシフトレジスタにより提供さ
れる遅延Ｄは次のようになる。

Ｄ＝Ｎ／fc ……(1) ここで、Ｎはレジスタにおける段階の数に等し
く、fcはクロツクの周波数である。遅延は、下式
により流速Ｖに関係づけられる。

Ｄ＝Ｘ／Ｖ ……(2) ここで、Ｘは流れの方向におけるセンサ距離で
ある。両者を結合すると、次式が成立する。

fc＝Ｎ／ＸＶ ……(3) このように、流速はクロツク周波数に直接関係
づけられる。適当な定数Ｋにより分割されたクロ
ツク周波数を計数すると、所望の工学装置におけ
る速度に等しい数が得られる。

デイジタル読出し値は、1/2秒間計数するカウ
ンタを含む。これは、そのようにして測定された
数が、デイジタル読出し部の入力における信号の
周波数の1/2に等しいことを意味する。すなわち、 出力数＝fc／２ ……(4) 式(3)と結合すると 出力数＝NV／2X ……(5) Ｎは256であるから、 出力数＝256／2X ……(6) Ｖに等しくなるような出力を得るには、定数Ｋ
で割つて必要とされる較正値を得ることを必要と
する。

新出力数＝出力数／Ｋ＝256V／2XK 等式は、フアクタ 256／2XK ……(7) が大きさが１であり、必要とされる速度単位 Ｋ＝256／2X ……(8) を供給することを必要とする。

Ｘに長さの単位を入れると、速度に対して同じ
単位が与えられる（フイート、メータ等）。

デイジタル読出し部は、その出力（スケールフ
アクタ部の出力）の周波数を計数し、それを使用
者に表示する。

第２図に示されるブロツク回路の詳細は第３Ａ
〜３Ｅ図に示されている。

第３Ａ図は、入力極性コンパレータ２４、可変
遅延回路２６、相関関数決定回路３２および相関
関数スレツシヨルト回路３６のための回路を示
す。雑音信号ＡおよびＢのパルス波は、それぞれ
線２８および３０を介して供給される。線２８上
のパルス波は、クロツクレジスタ５０で決定され
る量だけ遅延される。遅延および非遅延信号は、
相関関数決定部３２の排他的ORゲート５２に供
給される。この回路の出力は、後続の波および
平均化回路により平均化され、線５４を介して第
３Ｃ図に示されるピーク固定制御回路に供給され
る。相関信号はまた、相関関数スレツシヨルド回
路３６に供給され、そして該回路は線５６を介し
てピーク固定制御回路３８に接続される。相関関
数スレツシヨルド３６の信号はまた、線５８を
経、反転後、第３Ｂ図に示されるスイープ電圧発
生器４０に供給される。

緩速および迅速のスイープされたのこぎり波
は、スイープ電圧発生器４０を例示する第３Ｂ図
に示される回路により発生される。

第３Ｃ図は、ピーク固定制御回路３８を示して
いる。

第３Ｄ図は、レジスタ６０を有する電圧制御発
振器およびスケールフアクタ回路４４を示してい
る。しかして、スケールフアクタ回路４４は、線
６２を介して第３Ｅ図のデイジタル読出し回路に
接続されている。

VCO３４は、線６４を介してスイープ電圧発
生器４０に、また線６６を介してスケールフアク
タ回路４４に接続されている。

デイジタル読出し回路は第３Ｅ図に示されてお
り、また、電源装置６８および第３Ａ〜３Ｅ図の
回路の＋15Vタツプに利用される記号もこの図に
示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は流量計として使用される本発明の専用
の相関器の概略図、第２図は本発明の専用相関器
を例示するブロツク図、第３Ａ〜３Ｅ図は第２図
に示される専用相関器の種々の要素の概略回路図
である。 １０……専用相関器、１２，１４……線、１
６，１８……センサ、２０……流体、２２……導
管、２４……入力極性コンパレータ、２６……可
変遅延回路、３２……相関関数決定回路、３４…
…電圧制御発振器、３６……相関関数スレツシヨ
ルド回路、３８……ピーク固定制御回路、４０…
…スイープ電圧発生器、４４……スケールフアク
タ回路、４２……デイジタル読出し回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流路を流れる流体の２個所から得られる２つ
   の雑音信号の相関を決定することにより流量を測
   定する流量計において、各信号に対して、正およ
   び負極性成分の一方の成分の発生の際高レベルを
   有し、他方の極性の発生の際低レベルを有するパ
   ルス波を発生する入力コンパレータと、該パルス
   波の一方を受信し、そのパルス波を可変遅延量だ
   け遅延させる可変遅延手段と、パルス波の他方と
   遅延されたパルス波を受信して、遅延パルス波と
   他方のパルス波との間に高度の相関があるとき高
   レベルで、低度の相関があるとき低レベルの相関
   信号を発生する手段と、前記可変遅延手段に接続
   されて、遅延量を増大および減少方向を変化させ
   るスイープ手段と、該スイープ手段および前記相
   関手段に接続され、相関信号が増大しつつあるか
   減少しつつあるかを判断し、減少相関信号の場
   合、前記スイープ手段を制御して、最大相関信号
   に対応する特定の遅延量が得られるようにその変
   化方向を変化させるピーク固定手段と、前記スイ
   ープ手段に接続されて、特定の遅延量を受信して
   それから流量を表す読取可能な信号を発生するス
   ケール手段とを含む流量計。 ２ 流体の流路に沿つて取り付けられるように適
   合され、２つの雑音信号を発生する第１および第
   ２の離間されたセンサを備える特許請求の範囲第
   １項記載の流量計。 ３ 前記センサが、流れ中の静電荷の変動を感知
   する静電荷パターンセンサより成る特許請求の範
   囲第２項記載の流量計。 ４ 前記センサが、光検出器と光源とより成り、
   光を流れから光検出器に反射させ、２つの雑音信
   号を発生する特許請求の範囲第２項記載の流量
   計。 ５ 前記スケール手段が、特定の遅延量を、前記
   センサ間の流速を表わす速度量に変換する回路よ
   り成る特許請求の範囲第２項記載の流量計。 ６ 前記相関手段とピーク固定手段間に接続さ
   れ、前記相関信号が選択されたレベル以上に上昇
   するときのみ前記ピーク固定手段の動作を許容す
   る相関信号スレツシヨルド手段を含む特許請求の
   範囲第１項記載の流量計。 ７ 前記スイープ手段が、増大側および減少側を
   もつのこぎり波を発生するスイープ電圧発生器
   と、該スイープ電圧発生器に接続されて、前記の
   こぎり波にしたがつて周波数を増減させる電圧制
   御発振器を含み、該電圧制御発振器が前記可変遅
   延手段に接続されて、前記電圧制御発振器の周波
   数の変化にしたがつて遅延量を変化させる特許請
   求の範囲第６項記載の流量計。 ８ 前記相関手段が、遅延パルス波および他方の
   パルス波を受信して、両者間に相関がある場合高
   出力を発生し、両者間に相関が欠如する場合低出
   力を発生する排他的ORゲートと、該ORゲート
   に接続されて、相関および非相関の瞬間値を平均
   化して前記相関信号を発生する平均化手段を備え
   る特許請求の範囲第７項記載の流量計。 ９ 前記スケール手段に接続されて、前記の読取
   り可能な信号をデイジタル表示に変換するデイジ
   タル読出し手段を備える特許請求の範囲第８項記
   載の流量計。 １０ 前記入力極性コンパレータが、前記２雑音
   信号の各々に対応する方形波信号を発生する手段
   を備え、該方形波が、正極性成分の発生の際高レ
   ベルを有し、負極性成分の発生の際低レベルを有
   し、各方形波が前記パルス波の各々に対応する特
   許請求の範囲第１項記載の流量計。 １１ 前記可変遅延手段が、多数の遅延量に対応
   する複数の位置を有するデイジタルシフトレジス
   タより成り、前記スイープ手段が、スイープ電圧
   発生器と該スイープ電圧発生器に接続された電圧
   制御発振器を含み、前記スイープ電圧発生器が増
   加および減少側を有するのこぎり波を発生するよ
   うに動作し、前記電圧制御発振器が該のこぎり波
   の増加および減少側にしたがつて周波数を増減す
   るように動作し、前記電圧制御発振器が、デイジ
   タルシフトレジスタに接続され、電圧制御発振器
   周波数の変化にしたがつてその位置を変える特許
   請求の範囲第１項記載の流量計。 １２ 前記スイープ手段が、２つの速度、すなわ
   ち前記ピーク固定手段により最大相関信号が決定
   されるまで前記遅延量の変化を迅速に増減する迅
   速速度と、ピーク固定手段が前記最大相関信号を
   決定した後の緩速速度を有する特許請求の範囲第
   １項記載の流量計。 １３ 各々正および負極性成分を有する２つの雑
   音信号を相関づける方法において、前記２つの雑
   音信号の各々に対して、各正極性成分の発生の際
   高レベルを有する方形波を発生し、前記方形波の
   一方を他方に関して可変的に遅延させ、この遅延
   方形波および非遅延方形波を比較して、その相関
   性を判断し、前記遅延および非遅延方形波の相関
   性が高い場合高レベルであり、相関性が低い場合
   低レベルの相関信号を発生し、該相関信号の減少
   を検出して、前記相関信号の減少の発生の際、前
   記方形波の前記一方の方形波が遅延される時間遅
   延量の変化の方向を変えて前記相関信号を増大さ
   せ、最大の相関信号に対応し、かつ前記２雑音信
   号間の相関に対応する特定の遅延量を決定し、そ
   の決定した遅延量から流量を決定することを特徴
   とする流量測定方法。