JPH06103198B2 - 渦流量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、機関に用いる渦流量計に関し、特に、渦周
波数に重畳する高周波数帯域および低周波数帯域のノイ
ズ成分を同時に除去して正確かつ応答性よく渦周波数を
選択できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来、機関に用いる渦流量計に関しては、たとえば、特
公昭58−56415号公報（以下、第１公報という）が知ら
れている。第５図はこの第１公報に示す従来の渦流量計
を示すブロック図であり、この第５図において渦発生体
２を有する流量計１を介して超音波発信子４と超音波受
信子５が対向して配置されており、渦発生体２の下流側
に発生するカルマン渦列３の流れを横切って超音波が伝
播するように超音波発振回路６で超音波発信子４を励振
させる。

カルマン渦列３の流れを横切る超音波はカルマン渦列に
より位相変調され超音波受信子５で受波される。この受
信信号は波形整形回路８で波形整形した後、位相比較器
９に出力する。

一方、超音波発信子４を励振する超音波発振回路６の出
力は電圧制御位相偏移回路７に加える。

この電圧制御位相偏移回路７は超音波発振周波数信号の
高い周波数安定性をそのまま維持して、位相偏移角のみ
を制御するものである。この電圧制御位相偏移回路で超
音波発振回路４の出力を位相偏移して位相比較器９に加
える。

位相比較器９、超音波発振回路６、電圧制御位相偏移回
路７、およびループフィルタ10により位相同期ループを
構成している。11はローパスフィルタである。

位相比較器９で波形整形回路８の出力と電圧制御位相偏
移回路７の出力との位相比較を行ってその比較結果をル
ープフィルタ10に加え、この比較結果の不要周波数成分
をループフィルタ10で除去する。

このループフィルタ10の出力電圧に応じて電圧制御位相
偏移回路７は超音波発振回路６の出力信号の位相偏移角
を制御して位相比較器９に出力するようにしている。こ
れにより、電圧制御位相偏移回路７の出力を超音波受信
信号に同期させるようにしており、その結果、ループフ
ィルタ10の出力はそのまま位相復調出力となるものであ
る。

しかし、この第１公報の場合には、超音波受信子５が受
ける信号以外のノイズや流体の流れ方に起因する低周波
のうねりによって渦周波数が乱される。

このため、特公昭58−1504号公報（以下、第２公報とい
う）で示す自動車用カルマン渦流量計が提案されてい
る。この自動車用カルマン渦流量計は被測定流体の流速
または流量に応じて生じる渦信号をアンプで増幅して周
波数可変フィルタに導入するとともに、機関の運転状況
を示す情報に対応して可変周波数フィルタ回路の通過帯
域を制御するようにして、真の渦周波数のみを検出する
ものである。

また、実公昭56−18332号公報（以下、第３公報とい
う）では、測定流体の流速に応じて生ずる渦信号を圧電
センサで検出し、これを交流信号電圧に変換後、ローパ
スフィルタを介して取り出し、ローパスフィルタとし
て、演算増幅器とインピーダンス素子よりなるアクティ
ブフィルタを用い、演算増幅器の出力が所定レベル以上
になると、フィルタ特性を解除することが示されてい
る。

さらに、特公昭59−24363号公報（以下、第４公報とい
う）では、カルマン渦発生体に第1,第２のセンサを設
け、第1,第２のセンサの出力信号をそれぞれ第1,第２の
変換増幅器に加え、第1,第２の変換増幅器の出力を演算
器で加算または減算して、この演算器の出力をローパス
特性のフィルタ回路を介して取り出した後パルス幅信号
に変換し、演算器の出力信号が所定レベル以上になる
と、フィルタ回路の特性を解除することが示されてい
る。

すなわち、この第3,第４公報の場合には、フィルタを断
続させることにより、S/Nを確保する範疇に属するもの
である。

さらにまた、特開昭49−71961号公報（以下、第５公報
という）では、渦流量計からの入力信号の周波数（入力
周波数）を所定周波数と比較して、入力周波数が所定周
波数以上のときには高域可変フィルタ回路の通過帯域を
制御し、所定周波数以下のときには低域可変フィルタ回
路の通過帯域を制御することにより、入力信号に含まれ
る低域ノイズまたは高域ノイズのいずれかを選択的に除
去することが示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これらの第２ないし第５公報のうち、ま
ず、第２公報の場合には、周波数可変フィルタ回路の周
波数制御を、流量計が検知すべき空気を必要とするエン
ジンの制御系によって行なおうとしているため、制御系
が複雑になるとともに、流量計単位では、独立して機能
しないなどの欠点を有していた。

また、第3,第４公報の場合には、フィルタを構成する演
算増幅器の出力が所定レベル以上になると、フィルタ特
性を解除するために切り換えている。したがって、十分
なS/Nが得られないものである。

さらに、第５公報の場合には、入力周波数に応じて低域
または高域のいずれか一方のみのノイズを除去している
ため、低域および高域の両方のノイズを同時に除去する
ことは不可能であり、たとえば自動車等の機関に適用さ
れた場合のように低域および高域のノイズを同時に発生
する渦流量計として適用することはできない。また、入
力周波数に応じて高域可変フィルタまたは低域可変フィ
ルタを選択的に切替えているので、切替ノイズが発生す
るという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、渦流量計以外のセンサや制御系を用いることな
く、正確でかつ応答性がよく、しかも安価に渦周波数に
重畳する高周波数帯域および低周波数帯域のノイズ成分
を同時に除去して所望の渦周波数が選択できる渦流量計
を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る渦流量計は、被測定流体の流量に応動し
て生ずる渦信号を検出する渦信号検出手段と、渦信号の
うちの所定周波数帯域を通過させる周波数可変フィルタ
と、周波数可変フィルタを介した渦信号を波形整形およ
び増幅して渦周波数信号を出力する波形整形増幅回路
と、渦周波数信号に対応した電圧を出力する周波数−電
圧変換回路とを備え、周波数可変フィルタの通過帯域
は、渦周波数信号に対応した電圧に応じて制御されるも
のである。

〔作用〕

この発明においては、被測定流体の流量に応動して生ず
る渦信号を周波数可変フィルタに導入し、高域および低
域の不要ノイズを同時に除去して中心周波数付近の周波
数の信号のみを通過させ、波形整形増幅回路で波形整形
および増幅した後、電圧−周波数変換回路の出力周波数
に合わせて電圧に変換し、その出力電圧で可変周波数フ
ィルタの通過帯域を制御して渦周波数の通過を阻止す
る。

〔実施例〕

以下、この発明の渦流量計の実施例について図面に基づ
き説明する。第１図はその一実施例の構成を示すブロッ
ク図である。この第１図において、第５図と同一部分に
は同一符号を付して概述するにとどめ、第５図とは異な
る部分について詳述することにする。

第１図において、流量計１には渦発生体２が設けられて
おり、この渦発生体２の下流側にカルマン渦列３が発生
するようになっており、流量計１を介してカルマン渦列
３の発生する個所に対応して超音波発信子４、超音波受
信子５が配設されている。

超音波発信子４は超音波発振回路６の出力信号で励磁さ
れるようになっており、この出力信号で超音波発信子４
が励磁されることにより、超音波が流量計１を経て超音
波受信子５で受波されるようになっている。。この際、
超音波はカルマン渦列３により位相変調される。

この位相変調された超音波は上述のように超音波受信子
５で受波され、そこで電気信号に変換された後、波形整
形回路８に入力されて波形整形され、さらに位相比較器
９に送られる。

一方、超音波発振回路６の出力は電圧制御位相偏移回路
７に送られる。この電圧制御位相偏移回路７はループフ
ィルタ10の出力電圧により、超音波発振回路６の出力の
位相偏移を行って位相比較器９に出力するようにしてい
る。

位相比較器９と、ループフィルタ10と、超音波発信子４
と、超音波発振回路６とにより位相同期ループを構成し
ており、このループフィルタ10の出力により電圧制御位
相偏移回路７の出力が波形整形回路８の出力、すなわち
超音波受信信号と同期され、ループフィルタ10から位相
復調出力が得られる。かくして、被測定流体の流量に応
動して生ずる渦信号の検出手段を構成することになる。

以上までの構成ならびに作用は第５図と同様であり、以
下に述べる部分が第５図とは異なり、この発明の特徴を
なす部分である。

すなわち、位相比較器９の出力はループフィルタ10に入
力されるとともに、ローパスフィルタ11を介して周波数
可変フィルタ12にも入力されるようになっている。この
周波数可変フィルタ12の出力は波形整形増幅回路13に入
力されるようになっている。

波形整形増幅回路13から流量計１の流量に応じたカルマ
ン渦周波数信号が出力されるようになっており、また、
このカルマン渦周波数信号は周波数−電圧（以下、ｆ−
Ｖという）変換回路14に入力されるようになっている。

このｆ−Ｖ変換回路14の出力により、周波数可変フィル
タ12の周波数帯域を制御するようになっている。

このように構成することにより、上述のごとく、流量計
１に流れる被測定流体の流量に応じ生ずる渦信号、すな
わち、位相復調信号はローパスフィルタ11を介して周波
数可変フィルタ12に入力される。

第２図（Ａ）は周波数可変フィルタ12の入力波形を示
し、第２図（Ｂ）はその出力波形を示す。この周波数可
変フィルタ12の出力周波数対中心周波数の関係は第３図
に示すごとく直線的であり、また、帯域巾は第４図に示
すようになっている。

ところで、機関においては、たとえば、アイドルなどの
底流量域では、超音波ノイズもうねりもなく、安定した
渦周波数が計測できる。したがって、この正しい値を元
にして渦周波数が検出できる。

通常、機関のアイドル時は空気弁角度は極めて小さいた
め、流量計通過後の空気は一旦弁部（図示せず）で絞ら
れた後、機関へ送られるため、その絞り効果により機関
にて生ずる空気弁下流の脈動流や超音波ノイズは上流側
に伝播しない。したがって、流量計では、安定した出力
が得られる。

この得られた周波数出力によって周波数可変フィルタ12
の通過帯域を決定すれば、機関の回転数が増加し、出力
の周波数が増大すると、それにつれて周波数可変フィル
タ12の帯域巾も増大するため、常に信号出力周波数外の
ノイズは周波数通過フィルタ12を通過することができな
い。

そこで、第１図の実施例では、第２図（Ｂ）に示すよう
な周波数帯域フィルタ12の出力を波形整形増幅回路13で
増幅して渦周波数出力を得るとともに、この渦周波数出
力をｆ−Ｖ変換回路14に加えて、渦周波数に対応する電
圧信号に変換する。

この電圧信号により、周波数可変フィルタ12の通過帯域
を制御することにより、上述のごとく、常に信号出力周
波数以外のノイズはこの周波数帯域フィルタ12を通過し
なくなる。

また、周波数可変フィルタ12による通過帯域（中心周波
数）は、第３図のように連続的に可変制御されるので、
フィルタ切換等によるノイズが生じることもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、渦信号の検出出力を可
変周波数フィルタを通した後波形整形して電圧信号に変
換し、この電圧信号により周波数可変フィルタの通過帯
域を制御して高域および低域のノイズ成分の通過を同時
に阻止するようにしたので、流量計以外のセンサや制御
系を用いることなく、正確にかつ応答性よく、しかも安
価に所望の渦周波数を選択することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の渦流量計の一実施例のブロック図、
第２図は同上実施例における周波数可変フィルタの入力
信号および出力信号の波形図、第３図は同上周波数可変
フィルタの出力周波数対中心周波数の特性を示す図、第
４図は同上周波数可変フィルタの帯域巾を示す図、第５
図は従来の渦流量計のブロック図である。 １……流量計、２……渦発生体、３……カルマン渦列、
４……超音波発信子、５……超音波受信子、６……超音
波発振回路、７……電圧制御位相偏移回路、８……波形
整形回路、９……位相比較器、10……ループフィルタ、
11……ローパスフィルタ、12……周波数可変フィルタ、
13……波形整形増幅回路、14……ｆ−Ｖ変換回路。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定流体の流量に応動して生ずる渦信号
   を検出する渦信号検出手段と、 前記渦信号のうちの所定周波数帯域を通過させる周波数
   可変フィルタと、 前記周波数可変フィルタを介した前記渦信号を波形整形
   および増幅して渦周波数信号を出力する波形整形増幅回
   路と、 前記渦周波数信号に対応した電圧を出力する周波数−電
   圧変換回路と を備え、 前記周波数可変フィルタの通過帯域は、前記渦周波数信
   号に対応した電圧に応じて制御されることを特徴とする
   渦流量計。