JPH0569367B2 - - Google Patents
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- JPH0569367B2 JPH0569367B2 JP61146823A JP14682386A JPH0569367B2 JP H0569367 B2 JPH0569367 B2 JP H0569367B2 JP 61146823 A JP61146823 A JP 61146823A JP 14682386 A JP14682386 A JP 14682386A JP H0569367 B2 JPH0569367 B2 JP H0569367B2
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- wave
- transmission
- signal
- transmitted
- transducer
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 55
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 21
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
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- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は流体中に超音波を伝搬させ、送信およ
び受信波の位相差から流体の流速を測定する超音
波流速計に関する。
び受信波の位相差から流体の流速を測定する超音
波流速計に関する。
従来、この種の超音波流速計としては、送波用
トランスデユーサより連続（又はバースト波）超
音波を送波し、流体中を伝搬し、受波用トランス
デユーサにより受波した波の、送波した波に対す
る位相差を求めて流体の流速を測定するものがあ
る。
トランスデユーサより連続（又はバースト波）超
音波を送波し、流体中を伝搬し、受波用トランス
デユーサにより受波した波の、送波した波に対す
る位相差を求めて流体の流速を測定するものがあ
る。
第６図は係る従来の超音波流速計のブロツク図
である。第６図において、TX送信信号（電気信
号）を出力する送信回路、１は矢印Ｆ方向に流体
が流れている流管、P1及びP2はそれぞれ送信信
号に対応する送信波Ｔ（超音波）を送信し、送信
波に対応する受信波Ｒを受信するトランスデユー
サ、SW1は送信波（受信波）を流体の流れに沿う
順方向又は流体の流れに逆らう逆方向に伝搬さ
せ、順方向の受信波Rd及び逆方向の受信Ruが得
られるようにトランスデユーサP1及びP2を切り
替える順方向／逆方向切替器、RXは受信波Ｒに
対応する受信信号を受信する受信回路、CALは
送信波Ｔと受信波Ｒとの位相差に基づいて流体の
流速を算出する演算器、TIMは各部の動作を制
御する信号を出力するタイマーである。
である。第６図において、TX送信信号（電気信
号）を出力する送信回路、１は矢印Ｆ方向に流体
が流れている流管、P1及びP2はそれぞれ送信信
号に対応する送信波Ｔ（超音波）を送信し、送信
波に対応する受信波Ｒを受信するトランスデユー
サ、SW1は送信波（受信波）を流体の流れに沿う
順方向又は流体の流れに逆らう逆方向に伝搬さ
せ、順方向の受信波Rd及び逆方向の受信Ruが得
られるようにトランスデユーサP1及びP2を切り
替える順方向／逆方向切替器、RXは受信波Ｒに
対応する受信信号を受信する受信回路、CALは
送信波Ｔと受信波Ｒとの位相差に基づいて流体の
流速を算出する演算器、TIMは各部の動作を制
御する信号を出力するタイマーである。
係る従来の超音波流速計において、送信波Ｔは
トランスデユーサP1とP2との取付間隔をＬ、流
体の流速をＶ、音速をＣ、超音波の角周波数をω
とすると、 Ｔ＝ETsin ωt (1) で表わされ、順方向の受信波Rd及び逆方向の受
信波Ruはそれぞれ、 Rd＝ERsin ω（ｔ−td） (2) Ru＝ERsin ω（ｔ−tu） (3) で表わされる。ただし、td及びtuは、 td＝Ｌ／ｃ＋Ｖ (4) tu＝Ｌ／Ｃ−Ｖ (5) である。従つて、受信波Rdと受信波Ruとの位相
差Δφは、 Δφ＝ω（tu−td）＝2ωL／C2−V2・Ｖ＝2ωL／C2
・Ｖ（C2≫V2）(6) となる。第６式に示すように位相差Δφに2πを周
期とする期関数である。位相差Δφの検出範囲は
０〜2πで、流速Ｖが大きくなると位相差Δφは、 Δφ＝2nπ＋Δφ (7) となり、別途ｎを検出することが必要になる。
トランスデユーサP1とP2との取付間隔をＬ、流
体の流速をＶ、音速をＣ、超音波の角周波数をω
とすると、 Ｔ＝ETsin ωt (1) で表わされ、順方向の受信波Rd及び逆方向の受
信波Ruはそれぞれ、 Rd＝ERsin ω（ｔ−td） (2) Ru＝ERsin ω（ｔ−tu） (3) で表わされる。ただし、td及びtuは、 td＝Ｌ／ｃ＋Ｖ (4) tu＝Ｌ／Ｃ−Ｖ (5) である。従つて、受信波Rdと受信波Ruとの位相
差Δφは、 Δφ＝ω（tu−td）＝2ωL／C2−V2・Ｖ＝2ωL／C2
・Ｖ（C2≫V2）(6) となる。第６式に示すように位相差Δφに2πを周
期とする期関数である。位相差Δφの検出範囲は
０〜2πで、流速Ｖが大きくなると位相差Δφは、 Δφ＝2nπ＋Δφ (7) となり、別途ｎを検出することが必要になる。
ところで、上記構成の従来の超音波流速計は送
信波Ｔと受信波Ｒとの位相差が2π以上（実際は
π／２）に相当する流速を測定することが困難で
あり、かつ測定値が音速の影響を受けるという問
題があつた。
信波Ｔと受信波Ｒとの位相差が2π以上（実際は
π／２）に相当する流速を測定することが困難で
あり、かつ測定値が音速の影響を受けるという問
題があつた。
なお、測定範囲を拡大するため、送信波Ｔを低
周波で変調する方式もあるが、回路が複雑になつ
てしまう。
周波で変調する方式もあるが、回路が複雑になつ
てしまう。
本発明は上記問題点を解決するためになされた
もので、測定値が音速の影響を受けず、送信波Ｔ
と受信波Ｒとの位相差が2π以上に相当する流速
であつても、正確に流速を測定できる超音波流速
計を提供することを目的とする。
もので、測定値が音速の影響を受けず、送信波Ｔ
と受信波Ｒとの位相差が2π以上に相当する流速
であつても、正確に流速を測定できる超音波流速
計を提供することを目的とする。
そこで、本発明では所定周波数の第１の発振信
号に対応する第１の送信信号及び第１の発振信号
に近接する周波数の第２の発振信号に対応する第
２の送信信号を交互に出力する送信回路と、所定
方向に流体が流れている流管に所定距離を隔てて
配設され、それぞれ入力される送信信号に対応す
る送信波を流管内に送信するとともに、それぞれ
送信波に対応する受信波を受信する第１のトラン
スデユーサ及び第２のトランスデユーサと、第１
のトランスデユーサ及び第２のトランスデユーサ
が、それぞれ第１の送信信号に対応する流体の流
れに沿う順方向の第１の送信波の送信、順方向の
第１の送信波に対応する順方向の第１の受信波の
受信、第２の送信信号に対応する順方向の第２の
送信波の送信、順方向の第２の送信波に対応する
順方向の第２の受信波の受信、第１の送信信号に
対応する流体の流れに逆らう逆方向の第１の送信
波のの送信逆方向の第１の送信波に対応する逆方
向の第１の受信波の受信、第２の送信信号に対応
する逆方向の第２の送信波の送信及び逆方向の第
２の送信波に対応する受信波の受信を行なうよう
に第１のトランスデユーサ及び第２のトランスデ
ユーサを交互に切り替えるトランスデユーサ切替
回路と、順方向の第１の送信波と順方向の第１の
受信波との位相差、逆方向の第１の送信波と逆方
向の第１の受信波との位相差、順方向の第２の送
信波と順方向の第２の受信波との位相差及び逆方
向の第２の送信波と逆方向の第２の受信波との位
相差をそれぞれ算出する位相検出器と、各位相差
に基づいて、流体の流速を算出する演算器とから
超音波流速計を構成する。
号に対応する第１の送信信号及び第１の発振信号
に近接する周波数の第２の発振信号に対応する第
２の送信信号を交互に出力する送信回路と、所定
方向に流体が流れている流管に所定距離を隔てて
配設され、それぞれ入力される送信信号に対応す
る送信波を流管内に送信するとともに、それぞれ
送信波に対応する受信波を受信する第１のトラン
スデユーサ及び第２のトランスデユーサと、第１
のトランスデユーサ及び第２のトランスデユーサ
が、それぞれ第１の送信信号に対応する流体の流
れに沿う順方向の第１の送信波の送信、順方向の
第１の送信波に対応する順方向の第１の受信波の
受信、第２の送信信号に対応する順方向の第２の
送信波の送信、順方向の第２の送信波に対応する
順方向の第２の受信波の受信、第１の送信信号に
対応する流体の流れに逆らう逆方向の第１の送信
波のの送信逆方向の第１の送信波に対応する逆方
向の第１の受信波の受信、第２の送信信号に対応
する逆方向の第２の送信波の送信及び逆方向の第
２の送信波に対応する受信波の受信を行なうよう
に第１のトランスデユーサ及び第２のトランスデ
ユーサを交互に切り替えるトランスデユーサ切替
回路と、順方向の第１の送信波と順方向の第１の
受信波との位相差、逆方向の第１の送信波と逆方
向の第１の受信波との位相差、順方向の第２の送
信波と順方向の第２の受信波との位相差及び逆方
向の第２の送信波と逆方向の第２の受信波との位
相差をそれぞれ算出する位相検出器と、各位相差
に基づいて、流体の流速を算出する演算器とから
超音波流速計を構成する。
上記構成の超音波流速計は、送信回路が第１の
発振信号に対応する第１の送信信号及び第１の発
振信号に近接する周波数の第２の発振信号に対応
する第２の送信信号を交互にし、トランスデユー
サ切替回路が第１のトランスデユーサ及び第２の
トランスデユーサを交互に切り替え、第１のトラ
ンスデユーサ及び第２のトランスデユーサが第１
の送信信号に対応する順方向の第１の送信波の送
信、順方向の第１の送信波に対応する順方向の第
１の受信波の受信、第２の送信信号に対応する順
方向の第２の送信波の送信、順方向の第２の送信
波に対応する順方向の第２の受信波の受信、第１
の送信信号に対応する逆方向の第１の送信波の送
信、逆方向の第１の送信波に対応する逆方向の第
１の受信波の受信、第２の送信信号に対応する逆
方向の第２の送信波の送信、逆方向の第２の送信
波に対応の第２の受信波の受信を行なわせ、位相
検出器が順方向の第１の送信波と順方向の第１の
受信波との位相差、逆方向の第１の送信波と逆方
向の第１の受信との位相差、順方向の第２の送信
波と順方向の第２の受信波との位相差及び逆方向
の第２の送信波と逆方向の第２の受信波との位相
差を算出し、演算器が各相差に基づいて、流体の
流速を算出する。
発振信号に対応する第１の送信信号及び第１の発
振信号に近接する周波数の第２の発振信号に対応
する第２の送信信号を交互にし、トランスデユー
サ切替回路が第１のトランスデユーサ及び第２の
トランスデユーサを交互に切り替え、第１のトラ
ンスデユーサ及び第２のトランスデユーサが第１
の送信信号に対応する順方向の第１の送信波の送
信、順方向の第１の送信波に対応する順方向の第
１の受信波の受信、第２の送信信号に対応する順
方向の第２の送信波の送信、順方向の第２の送信
波に対応する順方向の第２の受信波の受信、第１
の送信信号に対応する逆方向の第１の送信波の送
信、逆方向の第１の送信波に対応する逆方向の第
１の受信波の受信、第２の送信信号に対応する逆
方向の第２の送信波の送信、逆方向の第２の送信
波に対応の第２の受信波の受信を行なわせ、位相
検出器が順方向の第１の送信波と順方向の第１の
受信波との位相差、逆方向の第１の送信波と逆方
向の第１の受信との位相差、順方向の第２の送信
波と順方向の第２の受信波との位相差及び逆方向
の第２の送信波と逆方向の第２の受信波との位相
差を算出し、演算器が各相差に基づいて、流体の
流速を算出する。
以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第１図は本発明に係る超音波流速計のブロツク
図である。第１図において、OSCAは周波数fAの
発振信号ZAを常時出力しているＡ系発振器、
OSCBは周波数fAに近い周波数fBの発振信号ZBを
常時出力しているＢ系発振器、GA及びGBはそれ
ぞれ発振信号ZA及び発振信号ZBに対応するバー
スト信号を出力するＡ系ゲート回路及びＢ系ゲー
ト回路、TXA及びTXBはそれぞれＡ系ゲート回
路GA及びＢ系ゲート回路GBが出力するバースト
信号を増幅し、それぞれの送信信号TA及びTBを
出力するＡ系送信回路及びＢ系送信回路、SW2は
送信信号TA及びTB並びに後述する受信信号RA及
びRBを交互に出力るＡ系／Ｂ系切替回路、SW1
は順方向／逆方向切替回路、１は矢印Ｖ向に流体
が流れている流管、P1及びP2は流管１に距離Ｌ
を隔てて配設されたトランスデユーサ、RXA及
びRXBはＡ系受信回路及びＢ系受信回路、PDAは
Ａ系位相検出器、PDBはＢ系位相検出器、SHAは
Ａ系位相検出器PDAが出力する位相差に対応する
信号をサンプリングしてホールドするサンプルホ
ールド回路、SHBはＢ系位相検出器PDBが出力す
る位相差に対応する信号をサンプリングしてホー
ルドするサンプルホールド回路、CALはサンプ
ルホールド回路SHA及びSHBから入力される位相
差に基づいて、流体の流速Ｖを計算する演算器、
Ｉ／０は演算器CALの算出結果をアナログ指示
するアナログ指示計又はデジタル表示するデジタ
ル表示器等に接続される入出力回路、TIMは全
体の動作を制御する順方向／逆方向切替信号X1、
Ａ系／Ｂ系切替信号X2及び送信コントロール信
号X3を発生するタイマーであり、第１図には主
要信号のみ指示してある。
図である。第１図において、OSCAは周波数fAの
発振信号ZAを常時出力しているＡ系発振器、
OSCBは周波数fAに近い周波数fBの発振信号ZBを
常時出力しているＢ系発振器、GA及びGBはそれ
ぞれ発振信号ZA及び発振信号ZBに対応するバー
スト信号を出力するＡ系ゲート回路及びＢ系ゲー
ト回路、TXA及びTXBはそれぞれＡ系ゲート回
路GA及びＢ系ゲート回路GBが出力するバースト
信号を増幅し、それぞれの送信信号TA及びTBを
出力するＡ系送信回路及びＢ系送信回路、SW2は
送信信号TA及びTB並びに後述する受信信号RA及
びRBを交互に出力るＡ系／Ｂ系切替回路、SW1
は順方向／逆方向切替回路、１は矢印Ｖ向に流体
が流れている流管、P1及びP2は流管１に距離Ｌ
を隔てて配設されたトランスデユーサ、RXA及
びRXBはＡ系受信回路及びＢ系受信回路、PDAは
Ａ系位相検出器、PDBはＢ系位相検出器、SHAは
Ａ系位相検出器PDAが出力する位相差に対応する
信号をサンプリングしてホールドするサンプルホ
ールド回路、SHBはＢ系位相検出器PDBが出力す
る位相差に対応する信号をサンプリングしてホー
ルドするサンプルホールド回路、CALはサンプ
ルホールド回路SHA及びSHBから入力される位相
差に基づいて、流体の流速Ｖを計算する演算器、
Ｉ／０は演算器CALの算出結果をアナログ指示
するアナログ指示計又はデジタル表示するデジタ
ル表示器等に接続される入出力回路、TIMは全
体の動作を制御する順方向／逆方向切替信号X1、
Ａ系／Ｂ系切替信号X2及び送信コントロール信
号X3を発生するタイマーであり、第１図には主
要信号のみ指示してある。
次に、本発明に係る超音波流速計の動作につい
て、第２図のタイミングチヤートを参照して説明
する。まず、Ａ系ゲート回路GA及びＢ系ゲート
回路GBは、それぞれ第２図ｃに示す周期T3の送
信制御信号X3により開閉動作し、それぞれＡ系
発振器OSCAの発振信号ZA及びＢ系発振器CSOBの
発振信号ZBをサンプリングし、バースト信号を力
する。Ａ系ゲート回路GA及びＢ系ゲート回路GB
の動作に同期して、Ａ系／Ｂ系切替回路SW2は第
２図ｂに示す周期T2のＡ系／Ｂ系切替信号信号
X2により切り換えられ、第２図ｄに示す送信信
号TA及びTBを交互に出力する。
て、第２図のタイミングチヤートを参照して説明
する。まず、Ａ系ゲート回路GA及びＢ系ゲート
回路GBは、それぞれ第２図ｃに示す周期T3の送
信制御信号X3により開閉動作し、それぞれＡ系
発振器OSCAの発振信号ZA及びＢ系発振器CSOBの
発振信号ZBをサンプリングし、バースト信号を力
する。Ａ系ゲート回路GA及びＢ系ゲート回路GB
の動作に同期して、Ａ系／Ｂ系切替回路SW2は第
２図ｂに示す周期T2のＡ系／Ｂ系切替信号信号
X2により切り換えられ、第２図ｄに示す送信信
号TA及びTBを交互に出力する。
次いで、順方向／逆方向切替回路SW1は第２図
ａに示す周期T2の２倍の周期T1の順方向／逆方
向切替信号X1により切り換えられら。Ａ系／Ｂ
系切替回路SW2及び順方向／逆方向切替回路SW1
の切り換えにより、トランスデユーサP1及びト
ランスデユーサP2は以下に示す送信波の送信及
び受信波の受信を行なう。第１に、順方向／逆方
向切替回路SW1がＤ側（順方向側）に、Ａ系／Ｂ
系切替回路SW2がＡ系側にそれぞれ切り換えられ
ると、トランスデユーサP1はＡ系の送信信号TA
に対応する順方向の送信波TAdを送信し、トラン
スデユーサP2はＡ系の順方向の受信波RAdを受信
する。第２に、順方向／逆方向切替回路SW1がＤ
側に、Ａ系／Ｂ系向切替回路SW2がＢ系側にそれ
ぞれ切り換えられると、トランスデユーサP1は
Ｂ系の送信信号TBに対応する順方向の送信波TBd
を送信し、トランスデユーサP2はＢ系の順方向
の受信波RBdを受信する。第３に、順方向／逆方
向切替回路SW1がＵ側（逆方向側）に、Ａ系／Ｂ
系向切替回路SW2がＡ系側にそれぞれ切り換えら
れると、トランスデユーサP2はＡ系の送信信号
TAに対応する逆方向の送信波TAuを送信し、トラ
ンスデユーサP2はＡ系の逆方向の受信波RAuを受
信する。第４に、順方向／逆方向切替回路SW1が
Ｕ側に、Ａ系／Ｂ系向切替回路SW2がＢ系側にそ
れぞれ切り換えられると、トランスデユーサP2
はＢ系の逆方向の送信波TBuを送信し、トランス
デユーサP1はＢ系の逆方向の受信波RBuを受信す
る。
ａに示す周期T2の２倍の周期T1の順方向／逆方
向切替信号X1により切り換えられら。Ａ系／Ｂ
系切替回路SW2及び順方向／逆方向切替回路SW1
の切り換えにより、トランスデユーサP1及びト
ランスデユーサP2は以下に示す送信波の送信及
び受信波の受信を行なう。第１に、順方向／逆方
向切替回路SW1がＤ側（順方向側）に、Ａ系／Ｂ
系切替回路SW2がＡ系側にそれぞれ切り換えられ
ると、トランスデユーサP1はＡ系の送信信号TA
に対応する順方向の送信波TAdを送信し、トラン
スデユーサP2はＡ系の順方向の受信波RAdを受信
する。第２に、順方向／逆方向切替回路SW1がＤ
側に、Ａ系／Ｂ系向切替回路SW2がＢ系側にそれ
ぞれ切り換えられると、トランスデユーサP1は
Ｂ系の送信信号TBに対応する順方向の送信波TBd
を送信し、トランスデユーサP2はＢ系の順方向
の受信波RBdを受信する。第３に、順方向／逆方
向切替回路SW1がＵ側（逆方向側）に、Ａ系／Ｂ
系向切替回路SW2がＡ系側にそれぞれ切り換えら
れると、トランスデユーサP2はＡ系の送信信号
TAに対応する逆方向の送信波TAuを送信し、トラ
ンスデユーサP2はＡ系の逆方向の受信波RAuを受
信する。第４に、順方向／逆方向切替回路SW1が
Ｕ側に、Ａ系／Ｂ系向切替回路SW2がＢ系側にそ
れぞれ切り換えられると、トランスデユーサP2
はＢ系の逆方向の送信波TBuを送信し、トランス
デユーサP1はＢ系の逆方向の受信波RBuを受信す
る。
ここで、Ａ系の順方向の送信波TAd及び逆方向
の送信波TAu並びにＢ系の順方向の送信波TBd及
び逆方向の送信波TBuはそれぞれ、 TAd＝TAu＝sin（2πfAｔ） (8) TBd＝TBu＝sin（2πfBｔ） (9) と表わせられる。又、Ａ系の順方向の受信波RAd
及び逆方向の受信波RAu並びにＢ系の順方向の受
信波RBd及び逆方向の受信RBuは距離Ｌを伝搬す
るのに必要な時間だけ遅れた位相になりそれぞ
れ、 RAd＝sin（2πfA（ｔ−Ｌ／Ｃ＋Ｖ））＝sin（2πfAｔ
− ΦAd） (10) RAu＝sin（2πfA（ｔ−Ｌ／Ｃ−Ｖ））＝sin（2πfAｔ
− ΦAu） (11) RBd＝sin（2πfB（ｔ−Ｌ／Ｃ＋Ｖ））＝sin（2πfBｔ
−ΦBd） (12) RBu＝sin（2πfB（ｔ−Ｌ／Ｃ−Ｖ））＝sin（2πfBｔ
−ΦBu） (13) と表わせられる。ただし、ΦAd、ΦAu、ΦBd及び
ΦBuは、それぞれＡ系の順方向の位相差、Ａ系の
逆方向の位相差、Ｂ系の順方向の位相差及びＢ系
の逆方向の位相差とする。
の送信波TAu並びにＢ系の順方向の送信波TBd及
び逆方向の送信波TBuはそれぞれ、 TAd＝TAu＝sin（2πfAｔ） (8) TBd＝TBu＝sin（2πfBｔ） (9) と表わせられる。又、Ａ系の順方向の受信波RAd
及び逆方向の受信波RAu並びにＢ系の順方向の受
信波RBd及び逆方向の受信RBuは距離Ｌを伝搬す
るのに必要な時間だけ遅れた位相になりそれぞ
れ、 RAd＝sin（2πfA（ｔ−Ｌ／Ｃ＋Ｖ））＝sin（2πfAｔ
− ΦAd） (10) RAu＝sin（2πfA（ｔ−Ｌ／Ｃ−Ｖ））＝sin（2πfAｔ
− ΦAu） (11) RBd＝sin（2πfB（ｔ−Ｌ／Ｃ＋Ｖ））＝sin（2πfBｔ
−ΦBd） (12) RBu＝sin（2πfB（ｔ−Ｌ／Ｃ−Ｖ））＝sin（2πfBｔ
−ΦBu） (13) と表わせられる。ただし、ΦAd、ΦAu、ΦBd及び
ΦBuは、それぞれＡ系の順方向の位相差、Ａ系の
逆方向の位相差、Ｂ系の順方向の位相差及びＢ系
の逆方向の位相差とする。
次いで、Ａ系受信回路RXAはＡ系の順方向の
受信波RAd及びＡ系の逆方向の受信波RAuに対応
する受信信号RAを受信し、Ｂ系受信回路RXBは
Ｂ系の順方向の受信波RBd及びＢ系の順方向の受
信波RBd及びＢ系の逆方向の受信波RBuに対応す
る受信信号RBを受信する。
受信波RAd及びＡ系の逆方向の受信波RAuに対応
する受信信号RAを受信し、Ｂ系受信回路RXBは
Ｂ系の順方向の受信波RBd及びＢ系の順方向の受
信波RBd及びＢ系の逆方向の受信波RBuに対応す
る受信信号RBを受信する。
次いで、Ａ系位相検出器PDAは送信波TAdと受
信波RAdとの位相差ΦAdに対応する信号及び送信
波TAuと受信波RAuとの位相差ΦAuに対応する信号
を出力する。同様に、Ｂ系位相検出器PDBは送信
波TBdと受信波RBdとの位相差ΦBdに対応する信号
及び送信波TBuと受信RBuとの位相差ΦBuに対応す
る信号を出力する。
信波RAdとの位相差ΦAdに対応する信号及び送信
波TAuと受信波RAuとの位相差ΦAuに対応する信号
を出力する。同様に、Ｂ系位相検出器PDBは送信
波TBdと受信波RBdとの位相差ΦBdに対応する信号
及び送信波TBuと受信RBuとの位相差ΦBuに対応す
る信号を出力する。
次いで、サンプルホールド回路SHAはＡ系／Ｂ
系切替信号X2に制御され、Ａ系位相検出器PDA
が出力する位相差ΦAd及びΦAuに対応する信号を
サンプリングしてホールドする。又、サンプルホ
ールド回路SHBはＡ系／Ｂ系切替信号X2に制御
され、Ｂ系位相検出器PDBが出力する位相差ΦBd
及びΦBuに対応する信号をサンプリングしてホー
ルドする。サンプルホールド回路SHA及びSHBは
それぞれ送信波の周期と同じ周期のランプ電圧を
発生させ、これを受信波のゼロクロス点でサンプ
リングし、ホールドするものである。
系切替信号X2に制御され、Ａ系位相検出器PDA
が出力する位相差ΦAd及びΦAuに対応する信号を
サンプリングしてホールドする。又、サンプルホ
ールド回路SHBはＡ系／Ｂ系切替信号X2に制御
され、Ｂ系位相検出器PDBが出力する位相差ΦBd
及びΦBuに対応する信号をサンプリングしてホー
ルドする。サンプルホールド回路SHA及びSHBは
それぞれ送信波の周期と同じ周期のランプ電圧を
発生させ、これを受信波のゼロクロス点でサンプ
リングし、ホールドするものである。
次いで、演算器CALは適宜のタイミング信号
によりサンプルホールド回路SHA及びSHBから入
力される位相差ΦAd、ΦAu、ΦBd及びΦBuに基づい
て、流体の流速Ｖを計算する。
によりサンプルホールド回路SHA及びSHBから入
力される位相差ΦAd、ΦAu、ΦBd及びΦBuに基づい
て、流体の流速Ｖを計算する。
ここで、Ａ系の受信波RAuとRBdとの平均値d
及びＢ系の受信波RAuとRBuとの平均値uは、 Rd＝１／２（RAd＋RBd）＝sin（π（fA＋fB）ｔ−ΦAd
＋ΦBd／２）・cos（π（fA−fB）ｔ−ΦAd−ΦBd／２
）(14) Ru＝１／２（RAu＋RBu）＝sin（π（fA＋fB）ｔ−ΦAu
＋ΦBu／２）・cos（π（fA−fA）ｔ−ΦAu−ΦBu／２
）(15) である。又、Ａ系の受信波の平均値dの低周波
成分Rd及びＢ系の受信波の平均値uの低周波成
分Ruはそれぞれ、 Rd＝cos（π（fA−fB）ｔ−ΦAd−ΦBd／２）＝cos
（2πfpｔ−Φd）(16) Ru＝cos（π（fA−fB）ｔ−ΦAu−ΦBu／２）＝cos
（2πfpｔ−Φu）(17) となる。ただし、 Φd＝ΦAd−ΦBd／２ (18) Φu＝ΦAu−ΦBu／２ (19) fp＝fA−fB／２ (20) である。なお、第16式の低周波成分Rd及び第17
式の低周波成分Ruは、第14式及び第15式の包絡
線であり、fp、Φd及びΦuはそれぞれ包絡線の周波
数、順方向の位相差の差及び逆方向の位相差の差
である。
及びＢ系の受信波RAuとRBuとの平均値uは、 Rd＝１／２（RAd＋RBd）＝sin（π（fA＋fB）ｔ−ΦAd
＋ΦBd／２）・cos（π（fA−fB）ｔ−ΦAd−ΦBd／２
）(14) Ru＝１／２（RAu＋RBu）＝sin（π（fA＋fB）ｔ−ΦAu
＋ΦBu／２）・cos（π（fA−fA）ｔ−ΦAu−ΦBu／２
）(15) である。又、Ａ系の受信波の平均値dの低周波
成分Rd及びＢ系の受信波の平均値uの低周波成
分Ruはそれぞれ、 Rd＝cos（π（fA−fB）ｔ−ΦAd−ΦBd／２）＝cos
（2πfpｔ−Φd）(16) Ru＝cos（π（fA−fB）ｔ−ΦAu−ΦBu／２）＝cos
（2πfpｔ−Φu）(17) となる。ただし、 Φd＝ΦAd−ΦBd／２ (18) Φu＝ΦAu−ΦBu／２ (19) fp＝fA−fB／２ (20) である。なお、第16式の低周波成分Rd及び第17
式の低周波成分Ruは、第14式及び第15式の包絡
線であり、fp、Φd及びΦuはそれぞれ包絡線の周波
数、順方向の位相差の差及び逆方向の位相差の差
である。
一方、Ａ系発振器CSCAの周波数fAとＢ系発振
器OSCBの周波数fBとの差をとることは、ビート
波の位相を求めることに相当する。従つて、Ａ系
発振器OSOAの周波数fAとＢ系発振器OSCBの周波
数fBとを近接して選べば、ビート波の周波数を低
くすることができ、流速の広い範囲にわたつて、 Φd＜2π (21) 及び Φu＜2π (22) を保つことができる。
器OSCBの周波数fBとの差をとることは、ビート
波の位相を求めることに相当する。従つて、Ａ系
発振器OSOAの周波数fAとＢ系発振器OSCBの周波
数fBとを近接して選べば、ビート波の周波数を低
くすることができ、流速の広い範囲にわたつて、 Φd＜2π (21) 及び Φu＜2π (22) を保つことができる。
ここで、距離Ｌだけ隔てたときの波長λd、λuと
位相差の差Φd、Φuとの関係は、 Ｌ／λd＝Φd／2π(23) Ｌ／λu＝Φu／2π(24) となる。又、音速Ｃと波長λd、λuの関係は、 λd＝（ｃ＋Ｖ）／fp(25) λu＝（ｃ−Ｖ）／fp(26) となる。従つて、第16式、第17式、第23式及び第
24式より、 Ｌ＝λdΦd／2π＝ΦAd−ΦBd／2π（fA−fB）（Ｃ＋
Ｖ）(27) Ｌ＝λuΦu／2π＝ΦAu−ΦBu／2π（fA−fB）（Ｃ＋
Ｖ）(28) となる。
位相差の差Φd、Φuとの関係は、 Ｌ／λd＝Φd／2π(23) Ｌ／λu＝Φu／2π(24) となる。又、音速Ｃと波長λd、λuの関係は、 λd＝（ｃ＋Ｖ）／fp(25) λu＝（ｃ−Ｖ）／fp(26) となる。従つて、第16式、第17式、第23式及び第
24式より、 Ｌ＝λdΦd／2π＝ΦAd−ΦBd／2π（fA−fB）（Ｃ＋
Ｖ）(27) Ｌ＝λuΦu／2π＝ΦAu−ΦBu／2π（fA−fB）（Ｃ＋
Ｖ）(28) となる。
演算器CALは第27式〜第28式から流速Ｖを、
Ｖ＝πL（fA−fB）・（１／ΦAd−ΦBd−１／ΦAu−ΦB
u）(29) により算出する。距離Ｌ及びＡ系発振器OSCAの
周波数fAとＢ系発振器OSCBとの差 （fA−fB） (30) は定数であるので、演算器CALはＡ系の順方向
の位相差ΦAdとＢ系の順方向の位相差ΦBd （ΦAd．ΦBd） (31) 及びＡ系の逆方向の位相差ΦAuとＢ系の逆方向
の位相差ΦBu、 （ΦAu−ΦBu） (32) から流速Ｖを算出することができるのである。
u）(29) により算出する。距離Ｌ及びＡ系発振器OSCAの
周波数fAとＢ系発振器OSCBとの差 （fA−fB） (30) は定数であるので、演算器CALはＡ系の順方向
の位相差ΦAdとＢ系の順方向の位相差ΦBd （ΦAd．ΦBd） (31) 及びＡ系の逆方向の位相差ΦAuとＢ系の逆方向
の位相差ΦBu、 （ΦAu−ΦBu） (32) から流速Ｖを算出することができるのである。
流速Ｖは第29式に示すように音速に無関係であ
る。従つて、Ａ系発振器OCSAの周波数fA及びＢ
系発振器OSCBの周波数fBを適当に選べば、Ａ系
の順方向の位相差ΦAd、Ａ系の逆方向の位相差
ΦAu、Ｂ系の順方向の位相差ΦBd及びＢ系の逆方
向の位相差ΦBuがそれぞれ±π／２を超えても、 ｜ΦAd−ΦBd｜＜π／２(33) 及び ｜ΦAu−ΦBu｜＜π／２(34) を保つことが可能であり、広範囲にたつて流速Ｖ
を測定することができる。
る。従つて、Ａ系発振器OCSAの周波数fA及びＢ
系発振器OSCBの周波数fBを適当に選べば、Ａ系
の順方向の位相差ΦAd、Ａ系の逆方向の位相差
ΦAu、Ｂ系の順方向の位相差ΦBd及びＢ系の逆方
向の位相差ΦBuがそれぞれ±π／２を超えても、 ｜ΦAd−ΦBd｜＜π／２(33) 及び ｜ΦAu−ΦBu｜＜π／２(34) を保つことが可能であり、広範囲にたつて流速Ｖ
を測定することができる。
従来の超音波流速計では、超音波の周波数ｆ＝
40KHz、音速Ｃ＝340m／Ｓ、トランスデユーサ
P1とP2との距離Ｌ＝0.2m、流速Ｖ＝10m／Ｓの
とき、Ａ系の順方向の位相差ΦAdは、 ΦAd＝4πfＬ／c2−V2Ｖ＝2.77π（rad）＞2π(35) であつた。しかし、本発明に係る超音波流速計で
は、Ａ系発振器OCSAの発振周波数fA＝40KHz、
Ｂ系発振器OCSBの発振周波数fB＝40.4KHzのと
き、Ａ系の順方向の位相差ΦAd、Ａ系の逆方向の
位相差ΦAu、Ｂ系の順方向の位相差ΦBd、Ｂ系の
順方向の位相差ΦBuはそれぞれ、 ΦAd＝2πfA（Ｌ／Ｃ＋Ｖ）＝45.71π(36) ΦAu＝2πfA（Ｌ／Ｃ−Ｖ）＝48.79π(37) ΦBd＝2πfB（Ｌ／Ｃ＋Ｖ）＝46.17π(38) ΦBu＝2πfB（Ｌ／Ｃ−Ｖ）＝48.97π(39) となり、 ΦAu−ΦAd＝2.78π(40) ΦBu−ΦBd＝2.80π(41) であるのに対し、 ｜ΦAd−ΦBd｜＝0.46π／２(42) 及び ｜ΦAu−ΦBu｜＝0.49π＜π／２(43) になり、π／２以下となる。
40KHz、音速Ｃ＝340m／Ｓ、トランスデユーサ
P1とP2との距離Ｌ＝0.2m、流速Ｖ＝10m／Ｓの
とき、Ａ系の順方向の位相差ΦAdは、 ΦAd＝4πfＬ／c2−V2Ｖ＝2.77π（rad）＞2π(35) であつた。しかし、本発明に係る超音波流速計で
は、Ａ系発振器OCSAの発振周波数fA＝40KHz、
Ｂ系発振器OCSBの発振周波数fB＝40.4KHzのと
き、Ａ系の順方向の位相差ΦAd、Ａ系の逆方向の
位相差ΦAu、Ｂ系の順方向の位相差ΦBd、Ｂ系の
順方向の位相差ΦBuはそれぞれ、 ΦAd＝2πfA（Ｌ／Ｃ＋Ｖ）＝45.71π(36) ΦAu＝2πfA（Ｌ／Ｃ−Ｖ）＝48.79π(37) ΦBd＝2πfB（Ｌ／Ｃ＋Ｖ）＝46.17π(38) ΦBu＝2πfB（Ｌ／Ｃ−Ｖ）＝48.97π(39) となり、 ΦAu−ΦAd＝2.78π(40) ΦBu−ΦBd＝2.80π(41) であるのに対し、 ｜ΦAd−ΦBd｜＝0.46π／２(42) 及び ｜ΦAu−ΦBu｜＝0.49π＜π／２(43) になり、π／２以下となる。
なお、流速Ｖに所定の係数を乗じて、流量を算
出するようにしてもよい。
出するようにしてもよい。
次いで、入出力回路Ｉ／０は演算器CALの算
出結果をアナログ指示するアナログ指示計又はデ
ジタル表示するデジタル表示器等（図示せず）に
出力する。
出結果をアナログ指示するアナログ指示計又はデ
ジタル表示するデジタル表示器等（図示せず）に
出力する。
なお、順方向／逆方向切替回路SW1、Ａ系／Ｂ
系切替回路SW2の切替えシークエンスは順方向／
逆方向及びＡ系／Ｂ系が均等に切替えられれば、
必ずしもこの順序でなくとも良い。
系切替回路SW2の切替えシークエンスは順方向／
逆方向及びＡ系／Ｂ系が均等に切替えられれば、
必ずしもこの順序でなくとも良い。
次に、第３図は本発明に係る超音波流速計の他
の実施例を示すブロツク図である。なお、第３図
において、第１図と同様の機能を果たす部分につ
いては同一の符号を付し、その説明は省略する。
の実施例を示すブロツク図である。なお、第３図
において、第１図と同様の機能を果たす部分につ
いては同一の符号を付し、その説明は省略する。
本実施例では発振器OSCA，OCSB、サンプルホ
ールド回路SHA及びSHBを上記実施例と同様に１
組設けたが、ゲート回路Ｇ、送信回路TX、受信
回路RX、位相検出器PDを１個で構成した。こ
れにより、Ａ系とＢ系とが共通に動作するので、
構成要素が少なくなるばかりか、Ａ系、Ｂ系のそ
れぞれのハードウエアのもつ特性のバラツキ、ド
リフトを補償することができる。ただし、送信回
路TX、受信回路RXは周波数fA、fBに対して同様
に作動する必要性から、第１図に示したものに比
べて応帯域であることが要求される。
ールド回路SHA及びSHBを上記実施例と同様に１
組設けたが、ゲート回路Ｇ、送信回路TX、受信
回路RX、位相検出器PDを１個で構成した。こ
れにより、Ａ系とＢ系とが共通に動作するので、
構成要素が少なくなるばかりか、Ａ系、Ｂ系のそ
れぞれのハードウエアのもつ特性のバラツキ、ド
リフトを補償することができる。ただし、送信回
路TX、受信回路RXは周波数fA、fBに対して同様
に作動する必要性から、第１図に示したものに比
べて応帯域であることが要求される。
次に、第４図及び第５図は本発明に係る超音波
流速計の他の実施例では、分周器DIVの代わりに
電圧可変周波数発振器VCO、位相比較器、フイ
ルター及びアンプを含むコントローラCONT、
カウンタCNTよりなるフエーズロツクループを
用いたものである。
流速計の他の実施例では、分周器DIVの代わりに
電圧可変周波数発振器VCO、位相比較器、フイ
ルター及びアンプを含むコントローラCONT、
カウンタCNTよりなるフエーズロツクループを
用いたものである。
上記実施例では、サンプルホールド回路を２組
使用しているが、サンプリングホールド回路を４
組使用し、Ａ系／Ｂ系、順方向／逆方向それぞれ
に対して専用として用いることができる。又、全
く１個のサンプルホールド回路を交互に使用する
ようにすることもできる。
使用しているが、サンプリングホールド回路を４
組使用し、Ａ系／Ｂ系、順方向／逆方向それぞれ
に対して専用として用いることができる。又、全
く１個のサンプルホールド回路を交互に使用する
ようにすることもできる。
以上説明したように本発明によれば、順方向に
送信される第１の周波数に対応する送信波と受信
波との位相差ΦAd、逆方向に送信される第１の周
波数に対応する送信波と受信波との位相差ΦAu、
順方向に送信される第１の周波数に近接する第２
の周波数に対応する送信波と受信波との位相差
ΦBd及び逆方向に送信される第２の周波数に対応
する送信波と受信波との位相差ΦBuに基き、流体
の流速Ｖを、 Ｖ＝πL（fA−fB）・（２／ΦAd−ΦBd−１／ΦAu−ΦB
u） により算出するようにしたので、音速の影響を受
けずに、流速を広範囲にわたつて測定できる超音
波流速計を得ることができる。
送信される第１の周波数に対応する送信波と受信
波との位相差ΦAd、逆方向に送信される第１の周
波数に対応する送信波と受信波との位相差ΦAu、
順方向に送信される第１の周波数に近接する第２
の周波数に対応する送信波と受信波との位相差
ΦBd及び逆方向に送信される第２の周波数に対応
する送信波と受信波との位相差ΦBuに基き、流体
の流速Ｖを、 Ｖ＝πL（fA−fB）・（２／ΦAd−ΦBd−１／ΦAu−ΦB
u） により算出するようにしたので、音速の影響を受
けずに、流速を広範囲にわたつて測定できる超音
波流速計を得ることができる。
第１図は本発明に係る超音波流速計のブロツク
図、第２図は第１図に示した超音波流速計の動作
を示すタイミングチヤート、第３図は本発明に係
る超音波流速計の他の実施例を示すブロツク図、
第４図及び第５図は本発明に係る超音波流速計の
は他の実施例を示す主要部分のブロツク図、第６
図は従来の超音波流速計のブロツク図である。 各図中、OCSA，OCSBは発振器、GA，GBはゲ
ート回路、TXA，TXBは送信回路、SW1は順方
向／逆方向切替回路、SW2はＡ系／Ｂ系切替回
路、１は流管、P1，P2はトランスデユーサ、
RXA，RXBは受信回路、PDA，PDBは位相検出
器、SHA，SHBはサンプルホールド回路、CALは
演算器、TIMはタイマー、Ｉ／Ｏは入出力回路
である。
図、第２図は第１図に示した超音波流速計の動作
を示すタイミングチヤート、第３図は本発明に係
る超音波流速計の他の実施例を示すブロツク図、
第４図及び第５図は本発明に係る超音波流速計の
は他の実施例を示す主要部分のブロツク図、第６
図は従来の超音波流速計のブロツク図である。 各図中、OCSA，OCSBは発振器、GA，GBはゲ
ート回路、TXA，TXBは送信回路、SW1は順方
向／逆方向切替回路、SW2はＡ系／Ｂ系切替回
路、１は流管、P1，P2はトランスデユーサ、
RXA，RXBは受信回路、PDA，PDBは位相検出
器、SHA，SHBはサンプルホールド回路、CALは
演算器、TIMはタイマー、Ｉ／Ｏは入出力回路
である。
Claims (1)
- １ 所定周波数の第１の発振信号に対応する第１
の送信信号及び該第１の発振信号に近接する周波
数の第２の発振信号に対応する第２の送信信号を
交互に出力する送信回路と、所定方向に流体が流
れている流管に所定距離を隔てて配設され、それ
ぞれ入力される送信信号に対応する送信波を該流
管内に送信するとともに、それぞれ該送信波に対
応する受信波を受信する第１のトランスデユーサ
及び第２のトランスデユーサと、前記第１のトラ
ンスデユーサ及び前記第２のトランスデユーサ
が、それぞれ前記第１の送信信号に対応する前記
流体の流れに沿う順方向の第１の送信波の送信、
該順方向の第１の送信波に対応する順方向の第１
の受信波の受信、前記第２の送信信号に対応する
該順方向の第２の送信波の送信、該順方向の第２
の送信波に対応する該順方向の第２の受信波の受
信、該第１の送信信号に対応する該流体の流れに
逆らう逆方向の第１の送信波の送信、該逆方向の
第１の送信波に対応する該逆方向の第１の受信波
の受信、該第２の送信信号に対応する該逆方向の
第２の送信波の送信及び該逆方向の第２の送信波
に対応する受信波の受信を行なうように該第１の
トランスデユーサ及び該第２のトランスデユーサ
を交互に切り替えるトランスデユーサ切替回路
と、前記順方向の第１の送信波と前記順方向の第
１の受信波との位相差、前記逆方向の第１の送信
波と前記逆方向の第１の受信波との位相差、前記
順方向の第２の送信波と前記順方向の第２の受信
波との位相差及び前記逆方向の第２の送信波と前
記逆方向の第２の受信波との位相差をそれぞれ検
出する位相検出器と、前記各位相差に基づいて、
前記流体の流速を算出する演算器とを備えたこと
を特徴とする超音波流速計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61146823A JPS635217A (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | 超音波流速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61146823A JPS635217A (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | 超音波流速計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS635217A JPS635217A (ja) | 1988-01-11 |
| JPH0569367B2 true JPH0569367B2 (ja) | 1993-09-30 |
Family
ID=15416333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61146823A Granted JPS635217A (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | 超音波流速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS635217A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU5569300A (en) | 1999-06-24 | 2001-01-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Flowmeter |
-
1986
- 1986-06-25 JP JP61146823A patent/JPS635217A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS635217A (ja) | 1988-01-11 |
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