JPH0715483B2 - 固体粒子を含む運動流体内の局部速度測定方法及び装置 - Google Patents
固体粒子を含む運動流体内の局部速度測定方法及び装置Info
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- JPH0715483B2 JPH0715483B2 JP61107533A JP10753386A JPH0715483B2 JP H0715483 B2 JPH0715483 B2 JP H0715483B2 JP 61107533 A JP61107533 A JP 61107533A JP 10753386 A JP10753386 A JP 10753386A JP H0715483 B2 JPH0715483 B2 JP H0715483B2
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- 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
- G01P5/241—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 by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect
- G01P5/244—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 by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect involving pulsed waves
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ドツプラー超音波音響グラフによる移動流
体の局部速度測定方法及び装置に関する。
体の局部速度測定方法及び装置に関する。
ドツプラー超音波音響グラフにより固体粒子を含む運動
流体内の局部速度を、この運動流体を通り音響軸に沿つ
て周期的な超音波列を発射し、この軸上で伝幡して前記
固体粒子に当つて反射される超音波列から得られるエコ
ーを受信し、陰極線管のスクリーン上に各測定サイクル
毎に前記粒子の運動から得られかつ音響軸に沿う流体速
度の変化に対応するドツプラー効果の曲線を投影するこ
とによつて測定する、固体粒子を含む運動流体内の局部
速度測定方法は既に公知である。
流体内の局部速度を、この運動流体を通り音響軸に沿つ
て周期的な超音波列を発射し、この軸上で伝幡して前記
固体粒子に当つて反射される超音波列から得られるエコ
ーを受信し、陰極線管のスクリーン上に各測定サイクル
毎に前記粒子の運動から得られかつ音響軸に沿う流体速
度の変化に対応するドツプラー効果の曲線を投影するこ
とによつて測定する、固体粒子を含む運動流体内の局部
速度測定方法は既に公知である。
ドツプラー音響グラフを使用するには、この技法を高温
であるいは厚肉の導管内部を移動する流体の局部速度を
測定するのに使用する際に困難がある。このような場
合、超音波の発射及びその反射音響の受信に使用される
変換器は、壁の厚みあるいは変換器を熱絶縁する必要性
のいずれかのため、液体から相当離れた距離にある。そ
の結果、通常の観測チヤンネルへ分割しようとするとこ
の分割は、調べようとする関心のあるゾーンの巾に比較
して重要な長さに関係し、また利用できるチヤンネル数
に限界があるので、分解能が低下する。
であるいは厚肉の導管内部を移動する流体の局部速度を
測定するのに使用する際に困難がある。このような場
合、超音波の発射及びその反射音響の受信に使用される
変換器は、壁の厚みあるいは変換器を熱絶縁する必要性
のいずれかのため、液体から相当離れた距離にある。そ
の結果、通常の観測チヤンネルへ分割しようとするとこ
の分割は、調べようとする関心のあるゾーンの巾に比較
して重要な長さに関係し、また利用できるチヤンネル数
に限界があるので、分解能が低下する。
この発明は、通常液体の層に対応した、調べようとする
ゾーンの巾に観測チヤンネルの分割を制限する手段を提
供し、従つてあらゆる状況において高い分解能を確保す
ることによつて、上記欠点の克服を目的としている。
ゾーンの巾に観測チヤンネルの分割を制限する手段を提
供し、従つてあらゆる状況において高い分解能を確保す
ることによつて、上記欠点の克服を目的としている。
上記問題点を解決するための手段として、この発明では
前記各測定サイクルで変換器から少なくとも陰極線管に
対してかつ少なくとも前記速度曲線の立ち上がり部分の
開始点に先行する時間内に音波列の伝送を遮断し、上述
の如く保存された曲線部分に対応する測定窓を選択した
数の測定チヤンネルに分割し、そして平均液体速度をこ
れら測定チヤンネルの各々に対して計算する、固体粒子
を含む運動流体内の局部速度測定方法を採用したのであ
る。
前記各測定サイクルで変換器から少なくとも陰極線管に
対してかつ少なくとも前記速度曲線の立ち上がり部分の
開始点に先行する時間内に音波列の伝送を遮断し、上述
の如く保存された曲線部分に対応する測定窓を選択した
数の測定チヤンネルに分割し、そして平均液体速度をこ
れら測定チヤンネルの各々に対して計算する、固体粒子
を含む運動流体内の局部速度測定方法を採用したのであ
る。
第１図は、この発明の実施例のブロツク線図である。矢
印１は運動する液体、或いは固体粒子を懸濁せしめたそ
の他の流体を示している。この液体は厚い壁２を有する
容器内にある。参照符号３は、軸３（壁２に対して斜め
に向けられている）に沿つて伝播する超音波を発生する
ためかつエコー即ち軸３上で粒子から反射される音波を
受け取るために使用される変換器４の軸を略示してい
る。このような変換器の一例は下記刊行物に説明されて
いる：“高効率の広帯域圧電変換器の設計”チヤールズ
エス デジレツツ，ジヨン デイ フレイザ，及びゴ
ルドン エス キノ（Charles S.Desilets,John D.Fras
er and Gordon S.Kino）著、音響及び超音波に関する。
1EEE報告，巻SU−25,No.3,頁115−125。
印１は運動する液体、或いは固体粒子を懸濁せしめたそ
の他の流体を示している。この液体は厚い壁２を有する
容器内にある。参照符号３は、軸３（壁２に対して斜め
に向けられている）に沿つて伝播する超音波を発生する
ためかつエコー即ち軸３上で粒子から反射される音波を
受け取るために使用される変換器４の軸を略示してい
る。このような変換器の一例は下記刊行物に説明されて
いる：“高効率の広帯域圧電変換器の設計”チヤールズ
エス デジレツツ，ジヨン デイ フレイザ，及びゴ
ルドン エス キノ（Charles S.Desilets,John D.Fras
er and Gordon S.Kino）著、音響及び超音波に関する。
1EEE報告，巻SU−25,No.3,頁115−125。
変換器４により受け取られるエコー信号は、一連の公知
の構成部材を制御して、運動粒子に当り反射されて得ら
れるドツプラ効果の像を陰極線管14のスクリーン上に投
影する。このドツプラ効果の曲線は、軸３に沿つた液体
の速度成分の、変換器４からの距離による変化をも表わ
している。同時に、この装置は公知の手段によつて速度
曲線に関するデイジタルのデータをコンピユータヘ送
り、このコンピユータはこれらのデータを用いて特に出
力部15を通つて送り出される軸３に沿う液体の絶体速度
を計算する。
の構成部材を制御して、運動粒子に当り反射されて得ら
れるドツプラ効果の像を陰極線管14のスクリーン上に投
影する。このドツプラ効果の曲線は、軸３に沿つた液体
の速度成分の、変換器４からの距離による変化をも表わ
している。同時に、この装置は公知の手段によつて速度
曲線に関するデイジタルのデータをコンピユータヘ送
り、このコンピユータはこれらのデータを用いて特に出
力部15を通つて送り出される軸３に沿う液体の絶体速度
を計算する。
上記公知の手段は超音波ドツプラ音響グラフによる測定
を実施するために使用され、構成部材7,8,9,10及び11に
より表わされているが、これら部材は当業者には公知で
あるから、極く簡単に説明する。７は減衰補償器であ
り、変換器から軸３に沿つてまたこれと逆方向に超音波
が減衰するのを補償するために設けられている。減衰係
数Ａは以下の関係を使用して計算する。
を実施するために使用され、構成部材7,8,9,10及び11に
より表わされているが、これら部材は当業者には公知で
あるから、極く簡単に説明する。７は減衰補償器であ
り、変換器から軸３に沿つてまたこれと逆方向に超音波
が減衰するのを補償するために設けられている。減衰係
数Ａは以下の関係を使用して計算する。
Ａ（ｔ）＝ａ（ｔ）・ｂ（ｔ） ａ（ｔ）＝ｈ・ｔ ｂ（ｔ）＝ｋ・exp・（ｆ・ｔ） これらの関係式において、ｔは軸３に沿つた各位置に対
応する時間、ｈは軸３に沿つて測つた距離、ｆは超音波
の振動周波数、ｋは流体の性質によつて決まる係数であ
る。
応する時間、ｈは軸３に沿つて測つた距離、ｆは超音波
の振動周波数、ｋは流体の性質によつて決まる係数であ
る。
８は公知の形式の復調器、９はアナログ・デイジタル変
換器、10は上記周波数に含まれ望ましくない種々の発生
源又は内部に液体が流れる容器、導管の運動のいずれか
から生ずるノイズを除去するためのデイジタルフイルタ
である。このようなフイルタの一例は以下の出版物に見
られる。ウルコヴイツツエツチ（Urkowitz,H.）著，″
遅延回路週期フイルタの分析と合成:IRE伝達回路論理,C
T−4,41,1957。11は通常超音波ドツプラー音響グラフに
使用される公知のドツプラーシフト検出器、12はコンピ
ユータである。
換器、10は上記周波数に含まれ望ましくない種々の発生
源又は内部に液体が流れる容器、導管の運動のいずれか
から生ずるノイズを除去するためのデイジタルフイルタ
である。このようなフイルタの一例は以下の出版物に見
られる。ウルコヴイツツエツチ（Urkowitz,H.）著，″
遅延回路週期フイルタの分析と合成:IRE伝達回路論理,C
T−4,41,1957。11は通常超音波ドツプラー音響グラフに
使用される公知のドツプラーシフト検出器、12はコンピ
ユータである。
上記装置はさらに、周波数５の電気振動を与えられると
これを超音波に変換する変換器４を備えたトランスミツ
タ５を備えている。さらに、このトランスミツタは、そ
の振動を第３図に詳細を示した測定窓発生装置６に伝達
する。
これを超音波に変換する変換器４を備えたトランスミツ
タ５を備えている。さらに、このトランスミツタは、そ
の振動を第３図に詳細を示した測定窓発生装置６に伝達
する。
この装置６は、選択された時間に16を介してこの装置が
受け取るパルスの通過を遅延させかつ最初に到達するあ
る数の振動を除去するために用いられる、調整の可能な
遅延回路20を備えている。同様に調整可能な発振器22は
週期的に時間間隔τを与えるために使用される。23は発
振器22から受け取るパルスを計数するパルスカウンタで
あり、パルス数は作動に必要なドツプラ効果の観測チヤ
ンネル数に対応している。このカウンタ23は、遅延回路
20により課せられる遅延時間の経過後に限り、パルス
（カウンター選択器26で選択された）の計数を開始する
ように、遅延回路20により制御される。装置６はさら
に、フリツプ・フロツプ21、ORゲート24及びANDゲート2
5を備えている。この装置の作用は後で説明する。
受け取るパルスの通過を遅延させかつ最初に到達するあ
る数の振動を除去するために用いられる、調整の可能な
遅延回路20を備えている。同様に調整可能な発振器22は
週期的に時間間隔τを与えるために使用される。23は発
振器22から受け取るパルスを計数するパルスカウンタで
あり、パルス数は作動に必要なドツプラ効果の観測チヤ
ンネル数に対応している。このカウンタ23は、遅延回路
20により課せられる遅延時間の経過後に限り、パルス
（カウンター選択器26で選択された）の計数を開始する
ように、遅延回路20により制御される。装置６はさら
に、フリツプ・フロツプ21、ORゲート24及びANDゲート2
5を備えている。この装置の作用は後で説明する。
かかる装置を工業上の用途に用いる場合液体が高温であ
るか、或いは調べようとする液体がその液体の層と比較
してきわめて厚い壁の容器内部にあることがある。変換
器が調べようとする液体の層の厚さに比して重要な距離
に設置されているため、これら２つの状況には問題があ
り、またドツプラー分析法により得られる分解能に関し
て好ましくない影響を与える。実際、液体が高温度で壁
が比較的薄い場合、壁２の熱から変換器４を確実に保護
するため、ある厚さの絶縁層を設けねばならない。
るか、或いは調べようとする液体がその液体の層と比較
してきわめて厚い壁の容器内部にあることがある。変換
器が調べようとする液体の層の厚さに比して重要な距離
に設置されているため、これら２つの状況には問題があ
り、またドツプラー分析法により得られる分解能に関し
て好ましくない影響を与える。実際、液体が高温度で壁
が比較的薄い場合、壁２の熱から変換器４を確実に保護
するため、ある厚さの絶縁層を設けねばならない。
第２図は第１図及び第３図の装置で発生する音響現象を
略示している。曲線ａは変換器４から発射される正弦波
の超音波列27を示し、28は同じ変換器から発射される超
音波のつぎの列である。Ｆは互いに続いて発生する超音
波列の周波数である。またＴは２つの連続する超音波列
間で経過する時間の周期である。曲線ｂは変換器４が受
け取る反射超音波列を示し、27aは27に対応する超音波
の第一列、28aは28に対応する超音波の列である。これ
ら反射列の長さは、変換器内の内部反射のために、27及
び28の長さよりもやや長い。
略示している。曲線ａは変換器４から発射される正弦波
の超音波列27を示し、28は同じ変換器から発射される超
音波のつぎの列である。Ｆは互いに続いて発生する超音
波列の周波数である。またＴは２つの連続する超音波列
間で経過する時間の周期である。曲線ｂは変換器４が受
け取る反射超音波列を示し、27aは27に対応する超音波
の第一列、28aは28に対応する超音波の列である。これ
ら反射列の長さは、変換器内の内部反射のために、27及
び28の長さよりもやや長い。
曲線ｃは陰極線管14のスクリーン上に現われる、軸３に
沿つて取つた軸方向速度成分の一例を示している。左側
の水平部分T1は液体の速度がゼロの場合、即ちＴの開始
と超音波列が液体に達する瞬間の間に経過する時間に対
応する。立ち上り部分と減少部分のある曲線が平坦な部
分T1に続き、液体を横切る軸の部分に沿つた速度の変化
を表わしている。この曲線は長さT0を有する。端部の水
平部分はT2は周期時間Ｔと超音波列の発射及び液体ゾー
ンの端部への到達を分離する時間間隔の差に対応してい
る。通常行なわれるように、時間Ｔをある数の測定チヤ
ンネルに分割すると、変換器が調べようとするゾーンの
端部から所定距離に離れているため、分解能が比較的低
くなる。チヤンネル数が限定されているので、この状況
は避けることができない。装置６は、基本的な目的のた
めチヤンネルの分割を所定数に前記曲線の興味ある部
分、即ち立ち上り部分及び減少部分上で絞らなければな
らない。これはつぎのようにして実施される。即ち、第
２図の曲線ｃは陰極線管14のスクリーン上で観察し、遅
延回路20はトランスミツタ５から16を経て受け取るパル
スの伝送を遅延せしめるように作動し、第２図の曲線ｃ
の立ち上り部分に達するまで、この遅れが増大される。
最終の遅れは時間T0（第２図、曲線ｃ）に等しい。
沿つて取つた軸方向速度成分の一例を示している。左側
の水平部分T1は液体の速度がゼロの場合、即ちＴの開始
と超音波列が液体に達する瞬間の間に経過する時間に対
応する。立ち上り部分と減少部分のある曲線が平坦な部
分T1に続き、液体を横切る軸の部分に沿つた速度の変化
を表わしている。この曲線は長さT0を有する。端部の水
平部分はT2は周期時間Ｔと超音波列の発射及び液体ゾー
ンの端部への到達を分離する時間間隔の差に対応してい
る。通常行なわれるように、時間Ｔをある数の測定チヤ
ンネルに分割すると、変換器が調べようとするゾーンの
端部から所定距離に離れているため、分解能が比較的低
くなる。チヤンネル数が限定されているので、この状況
は避けることができない。装置６は、基本的な目的のた
めチヤンネルの分割を所定数に前記曲線の興味ある部
分、即ち立ち上り部分及び減少部分上で絞らなければな
らない。これはつぎのようにして実施される。即ち、第
２図の曲線ｃは陰極線管14のスクリーン上で観察し、遅
延回路20はトランスミツタ５から16を経て受け取るパル
スの伝送を遅延せしめるように作動し、第２図の曲線ｃ
の立ち上り部分に達するまで、この遅れが増大される。
最終の遅れは時間T0（第２図、曲線ｃ）に等しい。
さらに、曲線の減少部分がゼロに減少するのに続く不要
な部分の望ましくない効果を排除するために、発振器22
は長さτの振動を送るように調整しかつパルスカウンタ
23を選択したある値Ｎに調整して、その積Ｎ・τが第２
図の曲線ｃの端末部分に正確にあるいは出来るだけ正確
に対応する時間T0と等しくなるようにする。これが終る
と、フリツプフロツプ21が（遅延時間T1の後）トランス
ミツタ５から送られてくるパルスを通過せしめる。この
時点で、パルスカウンタ23が計数を開始する。この時点
は、既に述べたように、第２図の曲線ｃが立ち上り始め
る時点に対応している。第２図の曲線ｃがその減少部分
でゼロに達すると、パルスカウンタ23は時間τに対応す
る選択されたパルス数を計数し終つており、出力部26及
びORゲート24を介してフリツプ・フロツプ21に作用し
て、遅延回路20からのパルスが通過るのを阻止するた
め、フリツプ・フロツプ21をOFF位置にリセツトする。
計数が時間Ｔ（第２図、曲線ａ）の終了前に終るような
値の積τ・Ｎを見出すことが出きない場合には、次の状
態になる。即ち、パルスカウンタ23による計数終了前
に、ORゲート24へ超音波列28に続く超音波列が送られて
くると、この超音波列がフリツプ・フロツプ21に作用し
て、遅延回路20から来るパルスの通過を阻止するOFF位
置にフリツプ・フロツプ21をリセツトする。この場合、
計数の最終部分は時間Ｔ外にはずれているので、何ら作
用しない。
な部分の望ましくない効果を排除するために、発振器22
は長さτの振動を送るように調整しかつパルスカウンタ
23を選択したある値Ｎに調整して、その積Ｎ・τが第２
図の曲線ｃの端末部分に正確にあるいは出来るだけ正確
に対応する時間T0と等しくなるようにする。これが終る
と、フリツプフロツプ21が（遅延時間T1の後）トランス
ミツタ５から送られてくるパルスを通過せしめる。この
時点で、パルスカウンタ23が計数を開始する。この時点
は、既に述べたように、第２図の曲線ｃが立ち上り始め
る時点に対応している。第２図の曲線ｃがその減少部分
でゼロに達すると、パルスカウンタ23は時間τに対応す
る選択されたパルス数を計数し終つており、出力部26及
びORゲート24を介してフリツプ・フロツプ21に作用し
て、遅延回路20からのパルスが通過るのを阻止するた
め、フリツプ・フロツプ21をOFF位置にリセツトする。
計数が時間Ｔ（第２図、曲線ａ）の終了前に終るような
値の積τ・Ｎを見出すことが出きない場合には、次の状
態になる。即ち、パルスカウンタ23による計数終了前
に、ORゲート24へ超音波列28に続く超音波列が送られて
くると、この超音波列がフリツプ・フロツプ21に作用し
て、遅延回路20から来るパルスの通過を阻止するOFF位
置にフリツプ・フロツプ21をリセツトする。この場合、
計数の最終部分は時間Ｔ外にはずれているので、何ら作
用しない。
第２図の曲線ｄは29で回路を開き、30で回路を閉じるフ
リツプ・フロツプ21の動作を略示している。これら２つ
の時点を分離する時間間隔T0は測定窓を構成する。選択
数Ｎのチヤンネル内で速度計算が実施されるのはこの時
間T0の間である。実際にはＮはできるだけ大きく選択さ
れる。分解能の度合いを決定するのは正にこのチヤンネ
ル数Ｎである。
リツプ・フロツプ21の動作を略示している。これら２つ
の時点を分離する時間間隔T0は測定窓を構成する。選択
数Ｎのチヤンネル内で速度計算が実施されるのはこの時
間T0の間である。実際にはＮはできるだけ大きく選択さ
れる。分解能の度合いを決定するのは正にこのチヤンネ
ル数Ｎである。
装置11は、その出力部を介して、軸３に沿つて取つた、
各測定チヤンネルに対して決定された速度成分の値を与
え、これらの値は一方ではデイジタル・アナログ変換器
13が受け取り、この変換器はこれらのデータを順次陰極
線管14へ伝送し、また他方では音響軸３に沿つて選択し
た種々の点における絶対速度値を、これらのデイジタル
値から計算するために、コンピユータ12が受け取る。こ
のような装置の一例が米国特許第3,514,747号および以
下の出版物に記載されている：“超音波ドツプラ血液速
度計及びゼロ点（交叉）検出器の精度と限界”、エム
ジエイ ルント（M.J.Lunt）著、医学及び生物学におけ
る超音波、２巻、1975、頁１−10。
各測定チヤンネルに対して決定された速度成分の値を与
え、これらの値は一方ではデイジタル・アナログ変換器
13が受け取り、この変換器はこれらのデータを順次陰極
線管14へ伝送し、また他方では音響軸３に沿つて選択し
た種々の点における絶対速度値を、これらのデイジタル
値から計算するために、コンピユータ12が受け取る。こ
のような装置の一例が米国特許第3,514,747号および以
下の出版物に記載されている：“超音波ドツプラ血液速
度計及びゼロ点（交叉）検出器の精度と限界”、エム
ジエイ ルント（M.J.Lunt）著、医学及び生物学におけ
る超音波、２巻、1975、頁１−10。
測定窓29-30が使用される結果、陰極線管14のスクリー
ンは、時間T0中、ドツプラー効果曲線即ち軸３に沿う速
度成分曲線だけを示し、超音波が液体の外部へ伝播する
時間T1及びT2に対応する部分は抹消される。
ンは、時間T0中、ドツプラー効果曲線即ち軸３に沿う速
度成分曲線だけを示し、超音波が液体の外部へ伝播する
時間T1及びT2に対応する部分は抹消される。
従つて、ここに説明した装置は、測定チヤンネルをドツ
プラ曲線の有効部分に絞り、超音波が関心のある液体ゾ
ーン外を伝幡する曲線部分を無視することが理解できよ
う。この液体ゾーンは容器の壁まで拡張する必要はな
く、速度分布に関連するいくつかの現象を詳細に調査し
ようとする特定の液体領域に制限あるいは狭めることが
できる。このためには、興味のある特定領域に対応する
速度曲線の−部分に対して窓の開放部29と閉鎖部30を調
整すれば充分である。
プラ曲線の有効部分に絞り、超音波が関心のある液体ゾ
ーン外を伝幡する曲線部分を無視することが理解できよ
う。この液体ゾーンは容器の壁まで拡張する必要はな
く、速度分布に関連するいくつかの現象を詳細に調査し
ようとする特定の液体領域に制限あるいは狭めることが
できる。このためには、興味のある特定領域に対応する
速度曲線の−部分に対して窓の開放部29と閉鎖部30を調
整すれば充分である。
第４図は数Ｎを実際にはどのようにして選択するのかを
略示している。この例では、液体31が導管32の内部を流
れ、上述した方法に従がつて変換器34を使用して得られ
る速度分布曲線が曲線33（第４図、曲線ａ参照）に対応
することが認められた。第４図の曲線b,c,及びｄはτと
Ｎの値のいくつかの組合せに対するドツプラ分布形状の
例に対応している。測定窓は、第４図、曲線ｂのTbで示
すように選択した。
略示している。この例では、液体31が導管32の内部を流
れ、上述した方法に従がつて変換器34を使用して得られ
る速度分布曲線が曲線33（第４図、曲線ａ参照）に対応
することが認められた。第４図の曲線b,c,及びｄはτと
Ｎの値のいくつかの組合せに対するドツプラ分布形状の
例に対応している。測定窓は、第４図、曲線ｂのTbで示
すように選択した。
まず、Ｎを16に等しく選択すると、第４図の曲線ｂの速
度線図が与えられ、この曲線は測定窓T0にほゞ正確に適
合するが、これは12チヤンネルが時間T0と一致し、この
ため４つの最終チヤンネルが上述したように次の超音波
列の開始パルスによつて抹消されるからである。Ｎを８
に等しく選択すると、曲線が第４図の曲線ｃに示される
第八番目のチヤンネルの後で停止して、速度線図は右側
で切断されている。第４図の曲線ｃでは、τは曲線ｂの
場合と同じ値を有する。しかし、もしＮを８に等しく選
択し、τがτより大きい値τ′になると、第４図ｄの速
度線図が得られ、この場合は分解能が劣り、２チヤンネ
ルが時間Tdの終了後に来るため排除されているのが分
る。従つて、窓の閉鎖部30を固定する３つの方法がある
（第２図曲線ｄ）。即ち、パルスカウンタ23でＮを選択
する方法、発振器22でτを選択する方法及び、次の超音
波列の開始を利用する方法である。
度線図が与えられ、この曲線は測定窓T0にほゞ正確に適
合するが、これは12チヤンネルが時間T0と一致し、この
ため４つの最終チヤンネルが上述したように次の超音波
列の開始パルスによつて抹消されるからである。Ｎを８
に等しく選択すると、曲線が第４図の曲線ｃに示される
第八番目のチヤンネルの後で停止して、速度線図は右側
で切断されている。第４図の曲線ｃでは、τは曲線ｂの
場合と同じ値を有する。しかし、もしＮを８に等しく選
択し、τがτより大きい値τ′になると、第４図ｄの速
度線図が得られ、この場合は分解能が劣り、２チヤンネ
ルが時間Tdの終了後に来るため排除されているのが分
る。従つて、窓の閉鎖部30を固定する３つの方法がある
（第２図曲線ｄ）。即ち、パルスカウンタ23でＮを選択
する方法、発振器22でτを選択する方法及び、次の超音
波列の開始を利用する方法である。
超音波の週波数ｆは測定すべき速度範囲、媒質中の超音
波の最高、最低伝播速度及び要求される減衰と分解能に
より決定される。最高測定チヤンネル数Nmaxは固定され
ており、間接的にドツプラの関係式 ここで、Ｖ＝液体速度、 ｃ＝液体中の音速、 fD＝ドツプラ周波数、 ｆ＝使用される超音波の周波数、 及びナイキストの終波数の関係式： ここで、Ｆは超音波列が繰り返される周波数、に関係付
けられる。
波の最高、最低伝播速度及び要求される減衰と分解能に
より決定される。最高測定チヤンネル数Nmaxは固定され
ており、間接的にドツプラの関係式 ここで、Ｖ＝液体速度、 ｃ＝液体中の音速、 fD＝ドツプラ周波数、 ｆ＝使用される超音波の周波数、 及びナイキストの終波数の関係式： ここで、Ｆは超音波列が繰り返される周波数、に関係付
けられる。
状況に最も適した周波数選択の可能性を与える２つの異
なる超音波の周波数を利用できると有利である。比較的
低い周波数は比較的大きい測定分布に利用され、高い周
波数は短かい測定分布に対して優先される。これは検出
できる最低速度レベル、いわゆるしきい値速度を下げる
のに役立つ。
なる超音波の周波数を利用できると有利である。比較的
低い周波数は比較的大きい測定分布に利用され、高い周
波数は短かい測定分布に対して優先される。これは検出
できる最低速度レベル、いわゆるしきい値速度を下げる
のに役立つ。
変換器により発射される超音波の列は液体の減衰係数Ａ
（上述参照）及び、要求される精度と分解能とに応じ
て、公知の手段によりその振巾及び持続時間を調節でき
る。
（上述参照）及び、要求される精度と分解能とに応じ
て、公知の手段によりその振巾及び持続時間を調節でき
る。
各超音波列に含まれる正弦波振動数は、例えば下記の刊
行物に説明されるように調節できる：マツクレオツド
エフ デイ，アンリカー エム（McLeod,F.D.,Anliker,
M.）著、多重ゲートパルスドツプラ流量計:1EEE超音波
工学議事録，マイアミ,1971。
行物に説明されるように調節できる：マツクレオツド
エフ デイ，アンリカー エム（McLeod,F.D.,Anliker,
M.）著、多重ゲートパルスドツプラ流量計:1EEE超音波
工学議事録，マイアミ,1971。
ドツプラ音響グラフにより分析しようとする信号に対し
て上述のように窓を設けたということは、変換器と速度
分布形状を調べようとする液体とを相当な距離に離隔で
きること、ドツプラの分析の対象となる液体の範囲がか
なり自由に選択できること、及び同じチヤンネル数を使
用することにも拘わらず通常の方法よりも高い分解能を
実現できるという利点を有する。
て上述のように窓を設けたということは、変換器と速度
分布形状を調べようとする液体とを相当な距離に離隔で
きること、ドツプラの分析の対象となる液体の範囲がか
なり自由に選択できること、及び同じチヤンネル数を使
用することにも拘わらず通常の方法よりも高い分解能を
実現できるという利点を有する。
第５図は全て同一平面内に配置されたいくつかの平行線
に沿つて速度分布を測定する、第１図の装置の使用例を
説明している。ここで取り上げた特定の場合には、液体
の流れがタンクあるいは導管の隅部ゾーンで調査され
る。異なる線35は種々な液体質量点が描く軌跡を示して
いる。参照符号36はタンクあるいは導管の壁を示し、37
は軸が平行で等間隔離れている、全て同一の平面内にあ
る４（第１図）のごとき変換器群を示している。変換器
37を使用してドツプラー音響グラフにより求められた速
度線図38が第６図に示されている。与えられる速度は明
らかに、各変換器の音響軸に沿つて取つた実際の速度の
速度成分である。
に沿つて速度分布を測定する、第１図の装置の使用例を
説明している。ここで取り上げた特定の場合には、液体
の流れがタンクあるいは導管の隅部ゾーンで調査され
る。異なる線35は種々な液体質量点が描く軌跡を示して
いる。参照符号36はタンクあるいは導管の壁を示し、37
は軸が平行で等間隔離れている、全て同一の平面内にあ
る４（第１図）のごとき変換器群を示している。変換器
37を使用してドツプラー音響グラフにより求められた速
度線図38が第６図に示されている。与えられる速度は明
らかに、各変換器の音響軸に沿つて取つた実際の速度の
速度成分である。
第６図の線図を求めるには、第１図による装置に各々設
けられた変換器群37あるいは、電子継電器による異なつ
た変換器により連続的に使用され、第１図の単一の装置
に接続される変換基群37のいずれかを使用できる。また
時間係数が最も重要なものでなければ、第１図の電子変
換器の設けられた単一の変換器37と、この変換器を第５
図の変換器群により占められる異なつた位置へシフトす
る機械装置も利用できる。
けられた変換器群37あるいは、電子継電器による異なつ
た変換器により連続的に使用され、第１図の単一の装置
に接続される変換基群37のいずれかを使用できる。また
時間係数が最も重要なものでなければ、第１図の電子変
換器の設けられた単一の変換器37と、この変換器を第５
図の変換器群により占められる異なつた位置へシフトす
る機械装置も利用できる。
第７図は第１図による変換器群を使用して一平面内のベ
クトル速度（即ち、速度ベクトルの長さ及び方向）を求
める方法を示している。この図で参照符号39は第５図の
36に類似なタンクの隅部、40は第５図の37に類似な平行
で等間隔配置された変換器群、41は変換器40に対して垂
直に配置された別の変換器群を示している。変換器40及
び41で実施される測定は、第７図の点線で示された音響
軸の各交点に対して、各軸に沿つた速度成分とその合成
速度ベクトルを求めることができる。第１図のコンピユ
ータ12は容易に、速度成分とその合成速度ベクトルの計
算を実施できる。
クトル速度（即ち、速度ベクトルの長さ及び方向）を求
める方法を示している。この図で参照符号39は第５図の
36に類似なタンクの隅部、40は第５図の37に類似な平行
で等間隔配置された変換器群、41は変換器40に対して垂
直に配置された別の変換器群を示している。変換器40及
び41で実施される測定は、第７図の点線で示された音響
軸の各交点に対して、各軸に沿つた速度成分とその合成
速度ベクトルを求めることができる。第１図のコンピユ
ータ12は容易に、速度成分とその合成速度ベクトルの計
算を実施できる。
同じ方法が、各変換器の上方に規則正しく所定間隔に配
置された変換器群40,41を設定することによつて三次元
の測定に適用できることは極めて明らかである。例え
ば、変換器５が各方向に沿つて設けられると、三次元シ
ステム内の総変換器群は５×５×５＝125変換器とな
る。上記に説明されたように、継電手段を利用すること
によつて、電気回路数を減少できる。
置された変換器群40,41を設定することによつて三次元
の測定に適用できることは極めて明らかである。例え
ば、変換器５が各方向に沿つて設けられると、三次元シ
ステム内の総変換器群は５×５×５＝125変換器とな
る。上記に説明されたように、継電手段を利用すること
によつて、電気回路数を減少できる。
音響軸に沿つた速度分布を求めるために要する時間は、
流体流れの変動時定数に比較してきわめて小さく（10ミ
リ秒程度）、定常、非定常流れの両方が分析できる。
流体流れの変動時定数に比較してきわめて小さく（10ミ
リ秒程度）、定常、非定常流れの両方が分析できる。
第１図は装置の全体を示すブロツク線図、 第２図は上記装置による超音波の発射、受信の状況の説
明図、 第３図は第１図の装置の部品のブロツク図、 第４図は、第１図の装置の作動に関する説明図、 第５図は第１図の装置の使用例を説明する図、 第６図は第５図に対応する速度線図、 第７図は第１図の装置が運動中の液体の容交錯する平面
の種々な点における速度ベクトルを求めるために使用さ
れる要領を示す図である。 １……運動流体、３……音響軸、４……変換器、５……
トランスミツタ、６……測定窓発生装置、12……コンピ
ユータ、14……陰極線管、20……遅延回路、21……フリ
ツプフロツプ、22……発振器、23……パルスカウンタ。
明図、 第３図は第１図の装置の部品のブロツク図、 第４図は、第１図の装置の作動に関する説明図、 第５図は第１図の装置の使用例を説明する図、 第６図は第５図に対応する速度線図、 第７図は第１図の装置が運動中の液体の容交錯する平面
の種々な点における速度ベクトルを求めるために使用さ
れる要領を示す図である。 １……運動流体、３……音響軸、４……変換器、５……
トランスミツタ、６……測定窓発生装置、12……コンピ
ユータ、14……陰極線管、20……遅延回路、21……フリ
ツプフロツプ、22……発振器、23……パルスカウンタ。
Claims (2)
- 【請求項１】トランスデューサーから、音響軸に沿って
固体粒子を含む運動する流体中に、複数の超音波列を周
期的に、かつ複数の連続したサイクルにわけて発射する
工程を含み、前記各サイクルは前記複数の超音波列のそ
れぞれをトランスデューサーから発射したときに始まる
サイクルであり、さらに前記粒子に当たって、前記軸に
沿ってはねかえされる前記超音波のエコーを前記トラン
スデューサーで受け取る工程を含む、超音波のエコーの
ドップラー効果を利用して流体の速度分布を測定するた
めの固体粒子を含む運動流体内の局部速度測定方法にお
いて、測定チャンネルの数をＮ、各測定チャンネルの時
間幅をτとした場合、Ｎ・τの長さを有する測定窓を前
記各サイクル中に設定する工程と、可変周波数発振器の
周波数を調節して時間幅τを所定の値に設定し、さらに
パルスカウンターを調節して、チャンネル数Ｎを、所定
の値に設定した前記各測定チャンネルの時間幅τに対応
して設定することによって、前記測定窓の前記長さを、
前記軸に沿った速度曲線の内の測定すべき部分の時間間
隔に対応する値に調節する工程と、前記測定チャンネル
の各々に対応する部分の平均流体速度を測定する工程を
さらに含むことを特徴とする固体粒子を含む運動流体内
の局部速度測定方法。 - 【請求項２】音響軸に沿って固体粒子を含む運動する流
体中に、複数の超音波列を周期的に、かつ複数のサイク
ルにわけて発射するとともに、前記粒子に当たって、前
記軸に沿ってはねかえされる前記超音波のエコーを受け
取る少なくとも１個のトランスデューサーを備えた、超
音波のエコーのドップラー効果を利用して流体の速度分
布を測定するための固体粒子を含む運動流体内の局部速
度測定装置において、測定チャンネル数をＮ、各測定チ
ャンネルの時間幅をτとした場合、Ｎ・τの長さを有す
る測定窓を設定するための測定窓設定器を備え、前記測
定窓設定器は遅延部材を調節して前記窓の開始点を決め
ることによって前記測定窓の位置を設定する手段を有
し、さらに所定の幅のパルスを周期的に発生させるため
の発振器と、前記発振器の周波数を調節して前記測定窓
を構成している各測定チャンネルの時間幅τを設定する
手段と、前記発振器と前記遅延部材に接続されたパルス
カウンターと、前記パルスカウンターを調節して、前記
測定窓の長さＬ、すなわち時間間隔Ｎ・τが、前記粒子
の運動によって得られるドップラー効果速度曲線の内の
測定すべき部分の時間間隔に対応した長さになるように
測定チャンネルの数Ｎを設定する手段と、前記各サイク
ル中のＮ個の測定チャンネルの各々に対応する部分の平
均流体速度を測定する手段を備えていることを特徴とす
る固体粒子を含む運動流体内の局部速度測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH200985 | 1985-05-09 | ||
| CH2009/85-2 | 1985-05-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61256260A JPS61256260A (ja) | 1986-11-13 |
| JPH0715483B2 true JPH0715483B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=4223773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61107533A Expired - Fee Related JPH0715483B2 (ja) | 1985-05-09 | 1986-05-09 | 固体粒子を含む運動流体内の局部速度測定方法及び装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4825422A (ja) |
| EP (1) | EP0201460B2 (ja) |
| JP (1) | JPH0715483B2 (ja) |
| AT (1) | ATE116741T1 (ja) |
| DE (1) | DE3650192T3 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4993418A (en) * | 1989-01-26 | 1991-02-19 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Doppler blood flow system and method using low frequency noise signal processing |
| FR2646918B1 (fr) * | 1989-05-12 | 1991-10-11 | Labo Electronique Physique | Dispositif de mesure de la vitesse d'ecoulements sanguins par echographie ultrasonore a cadence de mesure amelioree |
| US5321362A (en) * | 1992-09-15 | 1994-06-14 | Westinghouse Electric Corp. | Digital filtering of EL CID data |
| JP3028723B2 (ja) * | 1993-05-20 | 2000-04-04 | 横河電機株式会社 | 超音波式流体振動流量計 |
| CN111323101B (zh) * | 2020-03-24 | 2022-01-04 | 成都千嘉科技有限公司 | 超声波表自适应的自动标定方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3498290A (en) * | 1966-04-22 | 1970-03-03 | Robert F Shaw | Pulsed doppler volumetric blood flowmeter |
| FR1539652A (fr) * | 1967-04-07 | 1968-09-20 | Comp Generale Electricite | Débitmètre enregistreur pour vaisseau sanguin |
| US3550070A (en) * | 1968-06-28 | 1970-12-22 | Research Corp | Fluid flowmeter |
| AT343265B (de) * | 1973-08-16 | 1978-05-26 | Siemens Ag | Gerat fur die messung der geschwindigkeit von insbesondere in leitungen stromenden medien |
| US3888238A (en) * | 1973-09-28 | 1975-06-10 | Univ Stanford | Ultrasonic blood vessel imaging system and method |
| DE2555134C2 (de) * | 1975-12-08 | 1977-12-29 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Gerät für Strömungsmessungen nach der Ultraschall-Doppler-Methode |
| US4103679A (en) * | 1977-03-22 | 1978-08-01 | Biosonics, Inc. | Method and apparatus for measuring blood flow noninvasively |
| US4324258A (en) * | 1980-06-24 | 1982-04-13 | Werner Huebscher | Ultrasonic doppler flowmeters |
| FR2562675B1 (fr) * | 1984-04-06 | 1989-10-13 | Cgr Ultrasonic | Procede de levee d'ambiguite de la mesure par effet doppler de la vitesse d'un mobile |
-
1986
- 1986-04-30 DE DE3650192T patent/DE3650192T3/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-04-30 EP EP86810195A patent/EP0201460B2/fr not_active Expired - Lifetime
- 1986-04-30 AT AT86810195T patent/ATE116741T1/de not_active IP Right Cessation
- 1986-05-09 JP JP61107533A patent/JPH0715483B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-04-28 US US07/188,077 patent/US4825422A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0201460A1 (fr) | 1986-11-12 |
| EP0201460B1 (fr) | 1995-01-04 |
| DE3650192D1 (de) | 1995-02-16 |
| US4825422A (en) | 1989-04-25 |
| DE3650192T2 (de) | 1995-06-22 |
| EP0201460B2 (fr) | 1998-11-04 |
| ATE116741T1 (de) | 1995-01-15 |
| DE3650192T3 (de) | 1999-08-05 |
| JPS61256260A (ja) | 1986-11-13 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |