JPH08136596A - Phase-difference measuring apparatus - Google Patents

Phase-difference measuring apparatus

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JPH08136596A
JPH08136596A JP6267595A JP6267595A JPH08136596A JP H08136596 A JPH08136596 A JP H08136596A JP 6267595 A JP6267595 A JP 6267595A JP 6267595 A JP6267595 A JP 6267595A JP H08136596 A JPH08136596 A JP H08136596A
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signal
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晃 森田
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Abstract

PURPOSE: To obtain a phase-difference measuring apparatus by which the phase difference (the very small time difference) between two signals at an identical frequency can be measured with high accuracy by reducing the required number of bits for an A/D converter. CONSTITUTION: In addition to respective outputs from an upstream-side pickup 1A and a downstream-side pickup 1B for a flowmeter, outputs from an addition circuit 2 which has added the outputs are quantized by a comparator 3, a PLL circuit 4, antialiasing filters 5A to 5C, sample-and-hold circuits 6A to 6C and A/D converters 7A to 7C. Then, only desired signals are extracted by band-pass filters 8A to 8C so as to be complex-Fourier-transformed by DFTs 9A to 9C. Thereby, the phase difference between two signals at an identical frequency such as an upstream-side pickup signal and a downstream-side pickup signal can be detected with high accuracy by reducing the required number of bits for the A/D converters.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、同一周波数の2つの
信号の位相差を測定する位相差測定装置に関する。この
種の位相差測定装置は種々の分野に適用可能であるが、
その代表的なものとして、例えばコリオリの力により発
生する配管の上流側と下流側での流体の質量と速度によ
る配管の振動の位相差を検出し、流量を求めるコリオリ
式質量流量計などの工業計器がある。以下、コリオリ式
質量流量計の例について説明する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phase difference measuring device for measuring the phase difference between two signals having the same frequency. This type of phase difference measuring device is applicable to various fields,
As a typical example thereof, industrial equipment such as a Coriolis mass flowmeter for detecting the flow rate by detecting the phase difference of the vibration of the pipe due to the mass and speed of the fluid on the upstream side and the downstream side of the pipe generated by the Coriolis force There is an instrument. Hereinafter, an example of the Coriolis mass flowmeter will be described.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5にコリオリ式質量流量計の原理構成
図を示す。すなわち、21は測定流体が流れるU字配管
で、その先端部には永久磁石22が固定され、U字配管
21の両端は基台23に固定されている。24はU字配
管21を挟むようにして設けられた電磁駆動用コイル、
25は電磁駆動コイル24を保持する支持枠で、この枠
25は基台23にがっちりと固定されている。U字配管
21は音叉のように基台23の部分が振動の節点とな
り、振動エネルギーを失うことが少ない構成となってい
る。1A,1Bは、U字配管の両脚の変位を検出するた
めの電磁ピックアップである。駆動コイル24とこれに
対向するU字配管21に固定された永久磁石22の間に
働く電磁力で、U字配管21をその固有振動数で振動
(sinωt)させると、U字配管内を流れる流体にコ
リオリの力が発生する。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a principle block diagram of a Coriolis mass flowmeter. That is, 21 is a U-shaped pipe through which the measurement fluid flows, the permanent magnets 22 are fixed to the tip end thereof, and both ends of the U-shaped pipe 21 are fixed to the base 23. Reference numeral 24 denotes an electromagnetic drive coil provided so as to sandwich the U-shaped pipe 21.
A support frame 25 holds the electromagnetic drive coil 24, and the frame 25 is firmly fixed to the base 23. Like the tuning fork, the U-shaped pipe 21 has a configuration in which the base 23 serves as a node for vibration, and the vibration energy is less lost. 1A and 1B are electromagnetic pickups for detecting the displacement of both legs of the U-shaped pipe. When the U-shaped pipe 21 is vibrated (sin ωt) at its natural frequency by the electromagnetic force acting between the drive coil 24 and the permanent magnet 22 fixed to the U-shaped pipe 21 facing the drive coil 24, the U-shaped pipe 21 flows in the U-shaped pipe. Coriolis force is generated in the fluid.

【0003】図6にU字配管の振動の様子を示す。この
コリオリの力の大きさは、U字配管内を流れる流体の質
量とその速度に比例し、力の方向は流体の運動方向と、
U字配管21を励振する角速度のベクトル積の方向に一
致する。また、U字配管21の流量の入力側と出力側と
では流体の方向が正反対となるので、両脚側のコリオリ
力によって、U字配管21に捩じりのトルクが発生す
る。このトルクは励振周波数と同一の周波数で変化し、
その振幅値は流体の質量流量に比例する。図7にこの捩
じりトルクにより発生する振動モードを示す。
FIG. 6 shows how the U-shaped pipe vibrates. The magnitude of this Coriolis force is proportional to the mass of the fluid flowing in the U-shaped pipe and its velocity, and the direction of the force is the direction of movement of the fluid.
It coincides with the direction of the vector product of the angular velocities that excite the U-shaped pipe 21. In addition, since the flow directions of the fluid flow on the input side and the output side of the U-shaped pipe 21 are opposite, a twisting torque is generated in the U-shaped pipe 21 due to the Coriolis force on both leg sides. This torque changes at the same frequency as the excitation frequency,
Its amplitude value is proportional to the mass flow rate of the fluid. FIG. 7 shows a vibration mode generated by this torsion torque.

【0004】この捩じり振動のトルクの振幅をピックア
ップ1A,1Bで検出すれば質量流量を知ることができ
ることになるが、実際のU字配管の振動は電磁駆動用コ
イル24による励振振動にコリオリ力による捩じれ振動
が重畳された形となり、上流側はsin(ωt−α),
下流側はsin(ωt+α)の形で表現される。したが
って、ピックアップ1A,1Bで検出される信号e1,
e2は図8に示すように位相差(Δt)の生じた波形と
なる。この位相差は配管,励振周波数によって異なる
が、例えばU字配管21の場合、U字配管の共振周波数
を80Hzとすると、最大流量で約120μSの位相差
が生じ、この最大位相差の0.01%の分解能を補償し
なければならない。したがって、12nSの時間計測分
解能が必要となる。
The mass flow rate can be known by detecting the amplitude of the torque of this torsional vibration with the pickups 1A and 1B, but the actual vibration of the U-shaped pipe is Coriolis to the vibration excited by the electromagnetic drive coil 24. The torsional vibration due to the force is superimposed, and the upstream side is sin (ωt-α),
The downstream side is expressed in the form of sin (ωt + α). Therefore, the signals e1, detected by the pickups 1A, 1B
e2 is a waveform having a phase difference (Δt) as shown in FIG. This phase difference varies depending on the pipe and the excitation frequency. For example, in the case of the U-shaped pipe 21, if the resonance frequency of the U-shaped pipe is 80 Hz, a phase difference of about 120 μS occurs at the maximum flow rate, and the maximum phase difference is 0.01 % Resolution must be compensated. Therefore, a time measurement resolution of 12 nS is required.

【0005】この位相測定には様々な方法があるが、最
も簡単な手法としては基準クロックによる時間差ゲート
のカウント方法がある。その例を図9に示す。すなわ
ち、上流側ピックアップ信号Pu,下流側ピックアップ
信号Pdを増幅器31で増幅(増幅率:B)した後コン
パレータ32により2値化し、排他論理和回路33でこ
の2値化信号の排他的論理和演算を行ない、上流側,下
流側ピックアップ信号の時間差に相当するパルス幅のゲ
ートパルスPgを得、これをカウンタ34で基準クロッ
ク35により計測するものである。なお、この場合の基
準クロックの周波数は85MHz程度以上が必要であ
る。
There are various methods for this phase measurement, but the simplest method is the method of counting the time difference gate by the reference clock. An example thereof is shown in FIG. That is, the upstream pickup signal Pu and the downstream pickup signal Pd are amplified (amplification factor: B) by the amplifier 31 and then binarized by the comparator 32, and the exclusive OR circuit 33 performs an exclusive OR operation of the binarized signals. The gate pulse Pg having a pulse width corresponding to the time difference between the upstream pickup signal and the downstream pickup signal is obtained, and this is measured by the counter 34 with the reference clock 35. The frequency of the reference clock in this case needs to be about 85 MHz or higher.

【0006】ところで、U字配管を実プラントに用いる
場合、屈曲しているため圧損が大きく、配管の清掃が困
難であるなどの問題がある。このため、直管の配管を用
いる直管式のコリオリ流量計も提案されている。図10
に直管式コリオリ流量計の1例を示す。図10におい
て、41は測定流体が流れる直管で、その中央部には永
久磁石43が固定され、直管41の両端は基台40に固
定されている。42は直管41を挟み込むようにして設
けられた電磁駆動用コイル、44はこの電磁駆動コイル
42を保持する支持枠で、この枠は基台40にがっちり
と固定されている。直管方式では流体の通過する配管の
剛性が高く、U字配管よりもたわみ難いため、前記の時
間差が微小になるという難点がある。
By the way, when the U-shaped pipe is used in an actual plant, there is a problem that the pressure loss is large because it is bent and it is difficult to clean the pipe. Therefore, a straight pipe type Coriolis flowmeter using a straight pipe has also been proposed. Figure 10
Shows an example of a straight tube type Coriolis flowmeter. In FIG. 10, reference numeral 41 denotes a straight pipe through which the measurement fluid flows, a permanent magnet 43 is fixed to the central portion thereof, and both ends of the straight pipe 41 are fixed to the base 40. Reference numeral 42 denotes an electromagnetic drive coil provided so as to sandwich the straight pipe 41, 44 denotes a support frame for holding the electromagnetic drive coil 42, and this frame is firmly fixed to the base 40. In the straight pipe system, the pipe through which the fluid passes has a high rigidity and is more difficult to bend than the U-shaped pipe, so that there is a problem in that the time difference is small.

【0007】例えば、直管の共振周波数は1KHz程度
であり、最大流量で約2μSの位相差が生じ、この最大
位相差の0.01%の分解能で測定する必要がある。し
たがって、0.2nSの時間計測分解能が必要となる。
また、カウンタによる測定では5GHzの基準クロック
が必要となって実際には製作不可能であり、また可能と
してもピックアップ信号から時間差信号を得るためにコ
ンパレータを用いると、これには入力信号の不感帯の問
題によるジッターが発生し(コンパレータの出力が
“1”,“0”ではない中途半端なレベルを不感帯と称
し、入力信号がこの不感帯をどれだけ早くよぎるかが大
きく影響する)、0.2nSの精度が得られるかは疑問
である。
For example, the resonance frequency of a straight pipe is about 1 KHz, a phase difference of about 2 μS occurs at the maximum flow rate, and it is necessary to measure with a resolution of 0.01% of this maximum phase difference. Therefore, a time measurement resolution of 0.2 nS is required.
In addition, the measurement by the counter requires a reference clock of 5 GHz and cannot be manufactured in practice, and even if it is possible, if a comparator is used to obtain the time difference signal from the pickup signal, this will cause a dead zone of the input signal. Jitter occurs due to a problem (a halfway level where the output of the comparator is not "1" or "0" is called a dead zone, and how quickly the input signal crosses this dead zone greatly affects), and 0.2 nS It is doubtful whether accuracy can be obtained.

【0008】このため、従来は図11の如く構成して測
定を行ない、上流側ピックアップ信号Puと下流側ピッ
クアップ信号Pdとの減算、すなわち、 sin(ωt+α)−sin(ωt−α)=2cosω
t*sinα の計算を差分器(減算器)51により行ない、sinα
を振幅とする微弱(周期が1mSに対して、位相αが
0.1nS)な位相信号を得、これを増幅器52により
高増幅(増幅率:B)するとともに、狭帯域フィルタ5
3により所望の周波数成分のみを抽出し、全波整流・検
波器54でBsinαなる直流レベルを得た後、A/D
変換器55によりsinαのディジタル値を求め、これ
より位相差αを算出するようにしていた。しかし、この
方法では増幅器のオフセット電流および電圧の温度ドリ
フトを受け、特に温度環境の悪いプラントでは指示値の
誤差が大きくなり、最大流量に対して0.01%の精度
が得られなくなる。
Therefore, conventionally, the structure shown in FIG. 11 is used to perform the measurement, and the upstream pickup signal Pu and the downstream pickup signal Pd are subtracted, that is, sin (ωt + α) -sin (ωt-α) = 2cosω
The calculation of t * sinα is performed by the differencer (subtractor) 51, and sinα
Is obtained (a period is 1 mS and a phase α is 0.1 nS), and the amplifier 52 highly amplifies this (amplification factor: B).
After extracting only the desired frequency component by 3 and obtaining a DC level of Bsinα by the full-wave rectifier / detector 54, the A / D
The converter 55 calculates the digital value of sin α, and the phase difference α is calculated from this. However, in this method, the offset current of the amplifier and the temperature drift of the voltage are received, and the error of the indicated value becomes large especially in a plant with bad temperature environment, and the accuracy of 0.01% with respect to the maximum flow rate cannot be obtained.

【0009】そこで、増幅器等の温度ドリフトの影響を
受け難くすべく、ディジタル信号処理の複素フーリエ変
換により位相差を求める手法も提案されている。図12
はこの種の方式を示すブロック図である。すなわち、上
流側,下流側ピックアップ信号Pu,Pdを増幅器61
で増幅し、これをサンプルホールド回路62でサンプリ
ングし、そのサンプリングレベルをA/D変換器63に
てディジタル化し、データメモリ64に格納する。ディ
ジタル・シグナル・プロセッサ(DSP)11は、デー
タメモリ64に記憶されている離散化ディジタル値のデ
ータ列に対し、ノイズ成分を除去するディジタルフィル
タリングおよび周波数解析を行ない、各周波数での実部
および虚部の成分を求める複素フーリエ変換を行ない、
電磁コイルにおける励振周波数での実部および虚部によ
る位相を求めることができる。
Therefore, in order to make the amplifier less susceptible to the temperature drift, a method of obtaining the phase difference by the complex Fourier transform of digital signal processing has been proposed. 12
FIG. 3 is a block diagram showing this type of system. That is, the upstream and downstream pickup signals Pu and Pd are fed to the amplifier 61.
The sample and hold circuit 62 amplifies the sampled signal and the sampled level is digitized by the A / D converter 63 and stored in the data memory 64. The digital signal processor (DSP) 11 performs digital filtering and frequency analysis for removing noise components on a data string of discretized digital values stored in the data memory 64, and a real part and an imaginary part at each frequency. Perform a complex Fourier transform to find the component of the part,
The phase due to the real part and the imaginary part at the excitation frequency in the electromagnetic coil can be obtained.

【0010】かかる複素フーリエ変換による位相測定の
原理につき、以下に説明する。まず、時間関数f(t)
のフーリエ変換をF(U)とすると、F(U)は次の数
1の如く示される。
The principle of phase measurement by the complex Fourier transform will be described below. First, the time function f (t)
Let F (U) be the Fourier transform of F (U).

【数1】 [Equation 1]

【0011】次に、上記数1の時間tをaだけずらした
時間関数f(t+a)のフーリエ変換をF(U’)とす
れば、これは次の数2の如く示される。
Next, if the Fourier transform of the time function f (t + a) obtained by shifting the time t of the above-mentioned expression 1 by a is F (U '), this is shown as the following expression 2.

【数2】 [Equation 2]

【0012】F(U)とF(U’)の関係を図13に示
す。以上のことから、時間軸上での位相の進みは、周波
数域での位相の進みとなることが分かる。従って、 F(U)=A+jB とすると、 F(U‘)=F(U)ejUa =(A+jB)(cosU
a+jsinUa) となり、両者のベクトル成分から位相を求めることが可
能となる。
FIG. 13 shows the relationship between F (U) and F (U '). From the above, it can be seen that the phase advance on the time axis is the phase advance in the frequency domain. Therefore, if F (U) = A + jB, then F (U ') = F (U) e jUa = (A + jB) (cosU
a + jsinUa), and the phase can be obtained from the vector components of both.

【0013】ところで、以上の如き位相演算において
は、ベクトル成分の分解能は位相の分解能に影響するの
で、ピックアップ信号のA/D変換器には高ビットのも
のが必要となる。また、検出位相感度はA/D変換器の
ビット数に依存する。例えば、直管の場合での励振周波
数を1KHz、最小位相検出を0.1nSとすると、A
/D変換器の必要ビット数は24となることが指摘され
ている。
By the way, in the above phase calculation, the resolution of the vector component affects the resolution of the phase, so that a high-bit A / D converter is required for the pickup signal. The detection phase sensitivity depends on the number of bits of the A / D converter. For example, when the excitation frequency in the case of a straight pipe is 1 KHz and the minimum phase detection is 0.1 nS, A
It has been pointed out that the required number of bits of the / D converter is 24.

【0014】最近は24ビットのA/D変換器も市販さ
れているが、その変換速度は16mSであり、1KHz
のピックアップ信号をサンプリングするには余りにも遅
く、またA/D変換器のフルスケールを10Vとしたと
きの最小ビットでのレベルは0.6μVで、特にノイズ
環境の良くないプラントでは到底そのレベルを低減する
ことができず、実際には0.1nSの分解能で位相差を
測定することは不可能である。
Recently, a 24-bit A / D converter is commercially available, but the conversion speed is 16 mS and 1 KHz.
Is too slow to sample the pickup signal of, and the level at the minimum bit is 0.6 μV when the full scale of the A / D converter is 10 V, which is extremely low in a plant with a poor noise environment. It cannot be reduced, and it is actually impossible to measure the phase difference with a resolution of 0.1 nS.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】以上、詳述したように
圧損が少なく清掃が容易な直管式コリオリ流量計におい
て、温度ドリフトの影響を少なくするため、ディジタル
信号処理の複素フーリエ変換により位相差を求める手法
では、その実用上の検出分解能が低く(約5nS)、1
%の精度を保証することができないという問題を持つこ
とになる。したがって、この発明の課題は検出分解能を
向上させることにある。
As described above in detail, in the straight pipe type Coriolis flowmeter which has a small pressure loss and is easy to clean, in order to reduce the influence of temperature drift, the phase difference is changed by the complex Fourier transform of the digital signal processing. However, the practical detection resolution is low (about 5 nS), and
You will have the problem that the accuracy of% cannot be guaranteed. Therefore, an object of the present invention is to improve the detection resolution.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項1の発明では、同一周波数の2つの信号
の和または差を求める演算手段と、この演算手段からの
出力および前記2つの信号をそれぞれ量子化する量子化
手段と、その量子化された信号から所定周波数成分のみ
を抽出する帯域フィルタ手段と、その出力信号をフーリ
エ変換し所定の演算を行なって前記信号の基本周波数に
おける位相差を演算する位相差演算手段とを設けたこと
を特徴としている。
In order to solve such a problem, in the invention of claim 1, an arithmetic means for obtaining the sum or difference of two signals of the same frequency, an output from this arithmetic means and the above-mentioned 2 Quantizing means for quantizing each of the two signals, band-pass filter means for extracting only a predetermined frequency component from the quantized signal, and Fourier transform of the output signal to perform a predetermined calculation to obtain the basic frequency of the signal. A phase difference calculating means for calculating the phase difference is provided.

【0017】前記量子化手段を、前記2つの信号の一方
の振幅を2値化するコンパレータと、このコンパレータ
出力の整数倍の周波数信号を生成するPLL回路と、こ
のPLL回路の出力をタイミングとして前記演算手段か
らの出力および前記2つの信号を量子化するA/D変換
手段とから構成することを特徴としている(請求項2の
発明)。また、上記請求項1の発明では、前記2つの信
号の和または差を求める演算手段にゲイン切換機能を持
たせ、検出すべき位相差に応じてその検出レンジと分解
能を切り換え可能とすることができる(請求項3の発
明)。
The quantizing means includes a comparator for binarizing the amplitude of one of the two signals, a PLL circuit for generating a frequency signal which is an integral multiple of the output of the comparator, and the output of the PLL circuit as timing. It is characterized in that it comprises an output from the arithmetic means and an A / D conversion means for quantizing the two signals (the invention of claim 2). Further, in the invention of the above-mentioned claim 1, the calculation means for obtaining the sum or difference of the two signals may be provided with a gain switching function so that the detection range and the resolution can be switched according to the phase difference to be detected. It is possible (the invention of claim 3).

【0018】また、上記請求項1または2の発明では、
前記量子化手段は、前記2つの信号および前記演算手段
からの出力をそれぞれサンプルホールドするサンプルホ
ールド手段を含むことができ(請求項4の発明)、また
は、前記2つの信号の少なくとも一方の信号の振幅を変
化させる振幅可変手段と、その2つの信号の振幅が変化
した場合の補正データを求め、そのデータにもとづき前
記位相差を補正する補正手段とを付加することができ
(請求項5の発明)、もしくは、前記2つの信号の振幅
差を検出する信号振幅差検出手段と、その検出された振
幅差にもとづき前記2つの信号の一方の信号の振幅を他
方の信号の振幅に一致させるゲインコントロールアンプ
とを付加することができる(請求項6の発明)。
According to the invention of claim 1 or 2,
The quantizing means may include sample and hold means for sampling and holding the two signals and the outputs from the arithmetic means, respectively (invention of claim 4), or at least one of the two signals. Amplitude changing means for changing the amplitude and correction data for obtaining the correction data when the amplitudes of the two signals are changed, and the correction means for correcting the phase difference based on the data can be added (the invention of claim 5). ) Or a signal amplitude difference detecting means for detecting an amplitude difference between the two signals, and a gain control for matching the amplitude of one of the two signals with the amplitude of the other signal based on the detected amplitude difference. An amplifier can be added (the invention of claim 6).

【0019】[0019]

【作用】同一周波数の2つの信号の他に、これらを加算
または減算した信号を加えた3種類の信号の振幅と位相
を利用することにより、上記2つの信号だけを利用する
従来方法よりも、A/D変換器の必要ビット数を少なく
し、高精度に2つの信号の位相差を検出し得るようにす
る(0.01%の精度=0.2nSの分解能を得るの
に、A/D変換器の必要ビット数は14〜16ビットで
十分である。)。また、特に同一周波数の2つの信号の
信号振幅を2値化するコンパレータと、その出力の整数
倍の周波数信号を生成するPLL回路とを利用すること
により、ディジタルフィルタ演算で使用するプログラム
中の定数を変化させることなく、信号周波数の変化に応
じて、ディジタルフィルタのカットオフ周波数を変えら
れるようにし、高精度化を図る。
By using the amplitudes and phases of three types of signals, which are signals obtained by adding or subtracting these signals, in addition to two signals having the same frequency, the conventional method using only the above two signals can be used. The number of required bits of the A / D converter is reduced so that the phase difference between the two signals can be detected with high accuracy (accuracy of 0.01% = 0.2 nS resolution, A / D The required number of bits of the converter is 14 to 16 bits). Further, in particular, by using a comparator that binarizes the signal amplitudes of two signals of the same frequency and a PLL circuit that generates a frequency signal that is an integral multiple of its output, the constants in the program used in the digital filter calculation It is possible to change the cutoff frequency of the digital filter according to the change of the signal frequency without changing the, to improve the accuracy.

【0020】さらに、前記2つの信号の和または差を求
める演算手段にゲイン切換機能を持たせ、検出すべき位
相差に応じてその検出レンジと分解能を切り換えられる
ようにし、かつ、前記量子化手段に、前記2つの信号お
よび前記演算手段からの出力をそれぞれサンプルホール
ドするサンプルホールド手段を含め、原信号を忠実に再
現できるようにする。加えて、前記2つの信号の振幅を
変化させる振幅可変手段と、その1対の信号振幅が変化
した場合の補正データを求め、このデータにもとづき前
記位相差を補正する補正手段とを付加するか、または2
つの信号の振幅差を検出する信号振幅差検出手段と、そ
の検出された振幅差にもとづき前記1対の信号の信号振
幅を一致させるゲインコントロールアンプとを付加する
ことにより、2つの信号に振幅差が生じても対処し得る
ようにする。
Further, the calculating means for obtaining the sum or difference of the two signals is provided with a gain switching function so that the detection range and the resolution can be switched according to the phase difference to be detected, and the quantizing means. In addition, it is possible to faithfully reproduce the original signal by including sample-hold means for sampling and holding the two signals and the outputs from the arithmetic means. In addition, whether to add amplitude varying means for changing the amplitudes of the two signals and correction means for obtaining correction data when the pair of signal amplitudes changes and correcting the phase difference based on this data , Or 2
By adding a signal amplitude difference detection means for detecting the amplitude difference between two signals and a gain control amplifier for matching the signal amplitudes of the pair of signals based on the detected amplitude difference, the amplitude difference between the two signals is detected. Be prepared to deal with the occurrence of.

【0021】[0021]

【実施例】図1はこの発明の実施例を示すブロック図で
ある。同図において、1A,1Bは上流側,下流側の電
磁ピックアップ、2は加算回路、3はコンパレータ、4
は位相同期ループ(Phase Lock Loop:
PLL)、5A,5B,5Cはアンチェリアスフィル
タ、6A,6B,6Cはサンプルホールド回路、7A,
7B,7CはA/D変換器、8A,8B,8Cはバンド
パスフィルタ、9A,9B,9Cはディスクリート・フ
ーリエ・トランスファー(DFT)、10は位相計算部
である。なお、バンドパスフィルタ8A,8B,8C、
DFT9A,9B,9Cおよび位相計算部10などによ
り、DSP11が構成されている。
1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, 1A and 1B are upstream and downstream electromagnetic pickups, 2 is an adder circuit, 3 is a comparator, 4
Is a phase-locked loop (Phase Lock Loop:
PLL), 5A, 5B, 5C are anti-alias filters, 6A, 6B, 6C are sample and hold circuits, 7A,
7B and 7C are A / D converters, 8A, 8B and 8C are bandpass filters, 9A, 9B and 9C are discrete Fourier transfer (DFT), and 10 is a phase calculation unit. The bandpass filters 8A, 8B, 8C,
The DSP 11 is configured by the DFTs 9A, 9B, 9C, the phase calculator 10, and the like.

【0022】上流側の電磁ピックアップ1Aからは、A
sin(ωt−α)なる信号が、また、下流側の電磁ピ
ックアップ1Bからは、−Bsin(ωt+α)なる信
号がそれぞれ得られる。したがって、図示の如き加算回
路2を用いる場合は下流側ピックアップ信号は、流量0
のα=0のときに上流側ピックアップ信号と180度位
相差となるように、上流側,下流側の各電磁ピックアッ
プの配線を逆にしてある。減算回路を使用する場合は、
上流側,下流側の電磁ピックアップ配線を逆にする必要
はない。
From the upstream electromagnetic pickup 1A, A
A signal of sin (ωt−α) and a signal of −B sin (ωt + α) are obtained from the downstream electromagnetic pickup 1B. Therefore, when the adder circuit 2 as shown is used, the downstream pickup signal has a flow rate of 0.
When .alpha. = 0, the wirings of the upstream and downstream electromagnetic pickups are reversed so that there is a 180-degree phase difference with the upstream pickup signal. When using the subtraction circuit,
It is not necessary to reverse the upstream and downstream electromagnetic pickup wiring.

【0023】加算回路2の出力は、 Asin(ωt−α)−Bsin(ωt+α) =−2Asinαcosωt+(A−B)sin(ωt+α) …(1) となる。このとき、ゲイン切換機能を有する加算回路2
の出力は、 k{−2Asinαcosωt+(A−B)sin(ω
t+α)} と表わされるが、この定数kを調整可能とすることで、
A/D変換器7Bにおける検出分解能を変え、位相差検
出分解能も変えることができる。
The output of the adder circuit 2 is: Asin (ωt-α) -Bsin (ωt + α) =-2Asinαcosωt + (AB) sin (ωt + α) (1) At this time, the adder circuit 2 having a gain switching function
The output of is k {-2Asin α cosωt + (A−B) sin (ω
t + α)}, but by making this constant k adjustable,
The detection resolution in the A / D converter 7B can be changed, and the phase difference detection resolution can also be changed.

【0024】いま、上流側ピックアップ信号をAベクト
ル、下流側ピックアップ信号をBベクトル、加算回路出
力をCベクトルとすると、これら各ベクトルは図2のよ
うになる。流量0(α=0)のとき、回路系の遅れや、
複素フーリエ変換に使用する波形の開始位置などによ
り、Aベクトルは図2のx軸(sinωt)方向とは一
致しない。
Now, assuming that the upstream pickup signal is the A vector, the downstream pickup signal is the B vector, and the adder circuit output is the C vector, these vectors are as shown in FIG. When the flow rate is 0 (α = 0), the delay of the circuit system,
The A vector does not match the x-axis (sinωt) direction in FIG. 2 due to the start position of the waveform used for the complex Fourier transform.

【0025】そのずれ角度をθdとすると、角度θdは
Aベクトル,Bベクトルの回路基準の遅れ軸からの角度
θa,θbより、次式のように表現できる。 (θa−θd)+(θb−θd)=π θd=(θa+θb−π)/2 …(2) 従って、Cベクトルのx軸となす角度θeは、角度θ
a,θb,θcより次式のように求められる。 θe=θc−θd=θc−(θa+θb−π)/2 …(3)
When the shift angle is θd, the angle θd can be expressed by the following equation from the angles θa and θb from the circuit reference delay axis of the A vector and the B vector. (Θa−θd) + (θb−θd) = π θd = (θa + θb−π) / 2 (2) Therefore, the angle θe of the C vector with the x axis is the angle θ.
It is calculated from a, θb, and θc by the following equation. θe = θc−θd = θc− (θa + θb−π) / 2 (3)

【0026】一方、図2において、Cベクトルのy軸成
分についての等式を立てると、次式のようになる。 Csinθe=2Asinα−(A−B)sinα …(4) よって、上流側と下流側の位相差αは、 α=sin-1[Csin{θc−(θa+θb−π)/2}/(A+B)] …(5) となる。
On the other hand, in FIG. 2, when the equation for the y-axis component of the C vector is established, the following equation is obtained. Csinθe = 2Asinα- (AB) sinα (4) Therefore, the phase difference α between the upstream side and the downstream side is α = sin -1 [Csin {θc- (θa + θb-π) / 2} / (A + B)]. … (5)

【0027】(5)式は、Aベクトル,Bベクトルおよ
びCベクトルの振幅と位相から、質量流量に比例するα
を求められることを示している。すなわち、(5)式の
正弦関数は通常状態では「1」となるので、その場合は
単に各ベクトルの大きさ(振幅)からαを求めることが
でき、このことからAベクトル,Bベクトルのみを利用
して位相差を求める従来方式よりも比較的容易に求める
ことができ、A/D変換器のビット数を少なくできると
いうわけである。
The equation (5) is expressed by α, which is proportional to the mass flow rate, from the amplitude and phase of the A vector, B vector and C vector.
It shows that is required. That is, since the sine function of the equation (5) is "1" in the normal state, in that case, α can be simply obtained from the magnitude (amplitude) of each vector, and from this, only the A vector and the B vector are obtained. Therefore, the phase difference can be obtained relatively easily as compared with the conventional method, and the number of bits of the A / D converter can be reduced.

【0028】上記3つの信号の振幅と位相を求めるに当
たり、この実施例では各信号をアンチェリアスフィルタ
と呼ばれる一種の低域フィルタ(LPF)5A,5B,
5Cに与えてノイズ成分を除去し、その出力をサンプル
ホールド回路6A,6B,6Cによりサンプルホールド
する。このときのタイミングを作るのがコンパレータ3
およびPLL4で、ここでは基本周波数の例えば8倍の
タイミングでサンプリングするようにしている。
In obtaining the amplitude and phase of the above three signals, each signal is a kind of low-pass filter (LPF) 5A, 5B called an anti-alias filter in this embodiment.
5C is applied to remove noise components, and the output is sampled and held by the sample and hold circuits 6A, 6B and 6C. Comparator 3 makes the timing at this time
Further, the PLL 4 is adapted to perform sampling at a timing of, for example, 8 times the fundamental frequency here.

【0029】これは、サンプリングによって原信号を再
生するには、原信号の2倍以上の周波数でサンプリング
すれば良いという原理にもとづいている。従って、この
場合のPLL4は周波数逓倍回路として機能しているこ
とになる。また、この場合のサンプリングは、検出すべ
き位相差の精度を上げるために、高ビット(16ビッ
ト)で行なうこととする。なお、この例ではコンパレー
タ3およびPLL4を電磁ピックアップ1B側に設けた
が、電磁ピックアップ1A側に設けても良いことはいう
までもない。
This is based on the principle that in order to reproduce the original signal by sampling, it is sufficient to sample at a frequency twice or more that of the original signal. Therefore, the PLL 4 in this case functions as a frequency multiplication circuit. The sampling in this case is performed with high bits (16 bits) in order to improve the accuracy of the phase difference to be detected. Although the comparator 3 and the PLL 4 are provided on the electromagnetic pickup 1B side in this example, it goes without saying that they may be provided on the electromagnetic pickup 1A side.

【0030】サンプルホールド回路6A,6B,6Cの
出力は、A/D変換器7A,7B,7Cでディジタル化
された後DSP11に入力され、バンドパスフィルタ8
A,8B,8Cで基本周波数成分のみが抽出され、DF
T9A,9B,9Cで基本周波数成分の振幅と位相を求
める。DFTは所望の周波数成分の振幅と位相を高速に
求めるために設けられるもので、全周波数成分を求める
のならばFFT(高速フーリエ変換器)を用いるように
しても良い。位相計算部10は、DFT9A,9B,9
Cの出力から、上記(5)式の演算をしてαを求める。
The outputs of the sample and hold circuits 6A, 6B and 6C are digitized by the A / D converters 7A, 7B and 7C and then input to the DSP 11, where the band pass filter 8 is provided.
Only the fundamental frequency component is extracted at A, 8B, and 8C, and DF
The amplitude and phase of the fundamental frequency component are obtained at T9A, 9B and 9C. The DFT is provided to obtain the amplitude and phase of a desired frequency component at high speed, and an FFT (Fast Fourier Transform) may be used to obtain all frequency components. The phase calculation unit 10 includes DFTs 9A, 9B, 9
From the output of C, the above equation (5) is calculated to obtain α.

【0031】なお、ここで用いるバンドパスフィルタ7
A,7B,7Cは、基本周波数の8倍でサンプリングさ
れたデータに対して作用するようになっているが、流体
の密度等によって基本周波数が変化しても、それに応じ
てサンプリング周波数が変わり、バンドパスフィルタの
通過帯域に追従するようになっているので、プログラム
中のフィルタ定数などを変化させる必要はないものであ
る。
The bandpass filter 7 used here is used.
A, 7B, and 7C act on data sampled at eight times the fundamental frequency, but even if the fundamental frequency changes due to the density of the fluid, the sampling frequency changes accordingly, Since it follows the pass band of the band pass filter, it is not necessary to change the filter constant in the program.

【0032】以上の如くすることにより、αを高精度に
求められるはずであるが、実際には3つの信号をディジ
タル化する回路の遅れ時間の違いや、加算回路の遅れな
どによりその影響を受けてしまう。その影響とは、例え
ば上流側と下流側の振幅差の変化が生じたときに、先の
(5)式で計算されるαが変化するという現象である
(振幅差が一定の場合はαの一定オフセットとして処理
されるので、簡単な補正によって対処できる)。このよ
うな影響を受けないようにするため、具体的には以下に
示す2つの方法が考えられる。
By the above, α should be obtained with high accuracy, but in reality it is affected by the difference in the delay time of the circuit that digitizes the three signals and the delay of the adder circuit. Will end up. The effect is, for example, a phenomenon in which α calculated by the above equation (5) changes when the amplitude difference between the upstream side and the downstream side changes (when the amplitude difference is constant, Since it is processed as a constant offset, it can be dealt with by a simple correction). In order to avoid such an influence, specifically, the following two methods can be considered.

【0033】1)上流側と下流側の振幅差を故意に変更
し、そのときのデータより補正係数を求める方法(図3
参照)。上流側と下流側の振幅差の変化が生じたときに
(5)式のαが変化するのは、同式のsinの角度に一
定誤差を含んでいるからであり、その原因は主に加算回
路2の遅れに起因している。そこで、可変ゲインアンプ
(ゲインコントロールアンプ)12A,12Bによっ
て、上流側と下流側に振幅差を生じさせたときDFT9
Bを介して得られる加算回路2の出力θcに対して、位
相補正部13で位相差の補正(進ませる)を行なうこと
で、回路上生じてしまう加算回路2の遅れをなくすよう
にしている。
1) A method in which the amplitude difference between the upstream side and the downstream side is intentionally changed and the correction coefficient is obtained from the data at that time (see FIG. 3).
reference). When the amplitude difference between the upstream side and the downstream side changes, α in equation (5) changes because the sin angle in the equation includes a certain error, and the cause is mainly the addition. This is due to the delay of the circuit 2. Therefore, when an amplitude difference is generated between the upstream side and the downstream side by the variable gain amplifiers (gain control amplifiers) 12A and 12B, the DFT9
By correcting (advancing) the phase difference in the output θc of the adder circuit 2 obtained via B in the phase corrector 13, the delay of the adder circuit 2 that occurs on the circuit is eliminated. .

【0034】このような補正で使用する係数(プログラ
ム上どの程度進ませるか)を求めるために、上流側と下
流側の位相差が一定の時、位相補正データ検索アルゴリ
ズム14から可変ゲインアンプ12A,12Bのゲイン
を変えることにより、上流側または下流側の振幅を故意
に変化させて振幅差を生じさせ、そのときのαの変化を
記録する。位相θcを補正するための定数を変え、その
変化が小さくなるよう補正する定数を求める操作を繰り
返して、補正するための定数を求める。このとき、上流
側と下流側の振幅変化が1%以内で、最大流量に対し
0.01%の精度で測定するためには、位相θcに与え
る補正定数は0.005度〜0.008度の精度で合わ
せ込む必要がある。また、可変ゲインアンプはその振幅
差を変化させても位相差が発生しないようにすることが
肝要である。
In order to obtain the coefficient (how much to advance in the program) used in such correction, when the phase difference between the upstream side and the downstream side is constant, the phase correction data search algorithm 14 causes the variable gain amplifier 12A, By changing the gain of 12B, the amplitude on the upstream side or the downstream side is intentionally changed to generate an amplitude difference, and the change in α at that time is recorded. The constant for correcting the phase θc is changed, and the constant for correcting is calculated by repeating the operation for calculating the constant for reducing the change. At this time, in order to measure the amplitude change on the upstream side and the downstream side within 1% and with an accuracy of 0.01% with respect to the maximum flow rate, the correction constant given to the phase θc is 0.005 degrees to 0.008 degrees. It is necessary to match with the accuracy of. Further, it is important that the variable gain amplifier does not generate a phase difference even if the amplitude difference is changed.

【0035】2)上流側と下流側の振幅差を常に一定に
するためのゲインコントロールアンプを利用する方法
(図4参照)。これは、電磁ピックアップ1A,1Bの
後段に可変ゲインアンプ12A,12Bと、その出力の
ピーク値を保持するピークホールド部15A,15B
と、両ピーク電圧値の差をとる減算回路16と、その差
からノイズ成分を除去するための低域フィルタ(LP
F)17とを設けて構成される。
2) A method using a gain control amplifier for keeping the amplitude difference between the upstream side and the downstream side constant (see FIG. 4). This is because the variable gain amplifiers 12A and 12B are provided at the subsequent stage of the electromagnetic pickups 1A and 1B, and the peak hold units 15A and 15B that hold the peak value of the output thereof.
, A subtraction circuit 16 for taking the difference between the two peak voltage values, and a low-pass filter (LP for removing a noise component from the difference).
F) and 17 are provided.

【0036】すなわち、減算回路16の出力である、上
流側と下流側の両ピーク電圧値の差に応じて可変ゲイン
アンプ12A,12Bのゲイン調整を行なうことによ
り、上流側と下流側の振幅差の影響を無くすものであ
る。なお、可変ゲインアンプ12A,12Bはそのゲイ
ンを変更しても、その入出力間で位相差が生じないよう
にすることが必要となる。また、ここでは可変ゲインア
ンプ12Aのゲインを可変とし、可変ゲインアンプ12
Bのゲインを固定とするようにしているが、この関係を
逆にしても良いことは勿論である。以上では、主として
コリオリ式質量流量計の例について説明したが、この発
明はこれに限らず、同一周波数の2つの信号の位相差を
測定する装置一般に適用することが可能である。
That is, by adjusting the gains of the variable gain amplifiers 12A and 12B according to the difference between the peak voltage values of the upstream side and the downstream side, which are the outputs of the subtraction circuit 16, the amplitude difference between the upstream side and the downstream side is adjusted. To eliminate the effect of. The variable gain amplifiers 12A and 12B need to prevent a phase difference between their input and output even if their gains are changed. Further, here, the gain of the variable gain amplifier 12A is made variable, and the variable gain amplifier 12A
Although the gain of B is fixed, it goes without saying that this relationship may be reversed. In the above, an example of a Coriolis mass flowmeter has been mainly described, but the present invention is not limited to this, and can be applied to general devices that measure a phase difference between two signals having the same frequency.

【0037】[0037]

【発明の効果】この発明によれば、上流側ピックアップ
信号,下流側ピックアップ信号および加算または減算回
路(演算回路)の出力信号の各振幅と位相から上流側,
下流側信号の位相差を求めるようにしたので、上流側,
下流側ピックアップ信号の位相だけを利用する手法より
もA/D変換器のビット数を少なくしつつ高い精度で上
流側,下流側信号の位相差を求めることが可能となる利
点が得られる。因に、この発明によれば、最大流量に対
し0.01%の精度=0.2nSの分解能を得るのに、
A/D変換器の必要ビット数は14〜16で十分であ
る。
According to the present invention, the upstream pickup signal, the downstream pickup signal, and the output signals of the adder or subtractor circuit (arithmetic circuit) from the respective amplitudes and phases on the upstream side,
Since the phase difference of the downstream signal is calculated,
An advantage that the phase difference between the upstream and downstream signals can be obtained with high accuracy while reducing the number of bits of the A / D converter as compared with the method that uses only the phase of the downstream pickup signal is obtained. By the way, according to the present invention, in order to obtain the resolution of 0.01% = 0.2 nS with respect to the maximum flow rate,
The required number of bits of the A / D converter is 14-16.

【0038】また、1対の検出器からの信号振幅を2値
化するコンパレータと、その出力の整数倍の周波数信号
を生成するPLL回路とを利用することにより、ディジ
タルフィルタ演算で使用するプログラム中の定数を変化
させることなく、流体密度変化による配管振動周波数の
変化に応じて、ディジタルフィルタのカットオフ周波数
を変えることができ、高精度化を図ることが可能とな
る。その上、上記演算手段にゲイン切換機能を持たせれ
ば、検出すべき位相差に応じてその検出レンジと分解能
を切り換えることができ、加えて、上記量子化手段に、
上記2つの信号および上記演算手段からの出力をそれぞ
れサンプルホールドするサンプルホールド手段を含めれ
ば、原信号を忠実に再現できる。
Further, by using a comparator for binarizing the signal amplitude from a pair of detectors and a PLL circuit for generating a frequency signal which is an integral multiple of the output, a program used in digital filter calculation It is possible to change the cutoff frequency of the digital filter according to the change of the pipe vibration frequency due to the change of the fluid density without changing the constant of, and it is possible to improve the accuracy. Moreover, if the arithmetic means has a gain switching function, the detection range and resolution can be switched according to the phase difference to be detected, and in addition, the quantizing means,
The original signal can be faithfully reproduced by including sample-hold means for sample-holding the two signals and the outputs from the arithmetic means.

【0039】さらに、前記上流側,下流側のピックアッ
プ信号の振幅を変化させる振幅可変手段と、その1対の
検出器の出力信号の振幅が変化した場合の補正データを
求めそのデータにもとづき前記位相差を補正する補正手
段とを付加するか、または、前記上流側,下流側のピッ
クアップ信号の振幅差を検出する信号振幅差検出手段
と、その検出された振幅差にもとづき前記1対の検出器
の信号振幅を一致させるゲインコントロールアンプとを
付加するなどにより、上流側,下流側の各ピックアップ
信号に振幅差が生じても、安定かつ高精度に上流側,下
流側信号の位相差を求めることができる。
Further, amplitude varying means for varying the amplitudes of the pickup signals on the upstream side and the downstream side, and correction data when the amplitudes of the output signals of the pair of detectors change are obtained, and the above-mentioned values are calculated based on the data. A correction means for correcting the phase difference is added, or a signal amplitude difference detection means for detecting the amplitude difference between the pickup signals on the upstream side and the downstream side, and the pair of detectors based on the detected amplitude difference. Even if there is an amplitude difference between the upstream and downstream pickup signals by adding a gain control amplifier that matches the signal amplitude of the above, stable and highly accurate phase difference between the upstream and downstream signals can be obtained. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の動作を説明するためのベクトル図であ
る。
FIG. 2 is a vector diagram for explaining the operation of FIG.

【図3】この発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.

【図4】この発明のさらに他の実施例を示すブロック図
である。
FIG. 4 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention.

【図5】U字配管式コリオリ質量流量計の原理構成図で
ある。
FIG. 5 is a principle configuration diagram of a U-shaped pipe type Coriolis mass flowmeter.

【図6】U字配管の振動の様子を説明するための説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a vibration state of a U-shaped pipe.

【図7】U字配管のコリオリ力の捩じりトルクにより発
生する振動モードの説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a vibration mode generated by the torsion torque of the Coriolis force of the U-shaped pipe.

【図8】U字配管にコリオリ力が発生した場合のピック
アップ信号例を示す波形図である。
FIG. 8 is a waveform diagram showing an example of a pickup signal when Coriolis force is generated in the U-shaped pipe.

【図9】カウンタ方式による位相差検出回路を示すブロ
ック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a phase difference detection circuit using a counter method.

【図10】直管式コリオリ質量流量計の1例を示す構成
図である。
FIG. 10 is a configuration diagram showing an example of a straight pipe type Coriolis mass flowmeter.

【図11】差動増幅方式の位相差検出回路を示すブロッ
ク図である。
FIG. 11 is a block diagram showing a differential amplification type phase difference detection circuit.

【図12】高速フーリエ変換方式の位相差検出回路を示
すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing a fast Fourier transform type phase difference detection circuit.

【図13】複素フーリエ変換による位相差検出原理を説
明するための説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the principle of phase difference detection by complex Fourier transform.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A,1B…電磁ピックアップ、2…加算回路、3,3
2…コンパレータ、4…PLL(位相同期ループ)、5
A,5B,5C…アンチェリアスフィルタ、6A,6
B,6C,62…サンプルホールド回路、7A,7B,
7C,55,63…A/D変換器、8A,8B,8C…
バンドパススフィルタ、9A,9B,9C…DFT(デ
ィスクリート・フーリエ・トランスファー)、10…位
相計算部、11…DSP(ディジタル・シグナル・プロ
セッサ)、12A,12B…可変ゲインアンプ、13…
位相補正部、14…位相補正データ検索アルゴリズム、
15A,15B…ピークホールド回路、16…減算回
路、17…低域フィルタ、21…U字配管、22,43
…永久磁石、23,40…基台、24,42…電磁駆動
用コイル、25,44…支持枠、31,52,61…増
幅器、33…排他論理和回路、34…カウンタ、35…
基準クロック、41…直管、51…差分器、53…狭帯
域フィルタ、54…全波整流・検波器、64…データメ
モリ。
1A, 1B ... Electromagnetic pickup, 2 ... Adder circuit, 3, 3
2 ... Comparator, 4 ... PLL (phase locked loop), 5
A, 5B, 5C ... Ancherias filter, 6A, 6
B, 6C, 62 ... Sample and hold circuit, 7A, 7B,
7C, 55, 63 ... A / D converter, 8A, 8B, 8C ...
Band pass filter, 9A, 9B, 9C ... DFT (discrete Fourier transfer), 10 ... Phase calculation section, 11 ... DSP (digital signal processor), 12A, 12B ... Variable gain amplifier, 13 ...
Phase correction unit, 14 ... Phase correction data search algorithm,
15A, 15B ... Peak hold circuit, 16 ... Subtraction circuit, 17 ... Low-pass filter, 21 ... U-shaped pipe, 22, 43
... Permanent magnets, 23, 40 ... Base, 24, 42 ... Electromagnetic drive coils, 25, 44 ... Support frame, 31, 52, 61 ... Amplifier, 33 ... Exclusive OR circuit, 34 ... Counter, 35 ...
Reference clock, 41 ... Straight pipe, 51 ... Difference device, 53 ... Narrow band filter, 54 ... Full wave rectifier / detector, 64 ... Data memory.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 同一周波数の2つの信号の和または差を
求める演算手段と、この演算手段からの出力および前記
2つの信号をそれぞれ量子化する量子化手段と、その量
子化された信号から所定周波数成分のみを抽出する帯域
フィルタ手段と、その出力信号をフーリエ変換し所定の
演算を行なって前記信号の基本周波数における位相差を
演算する位相差演算手段とを設けたことを特徴とする位
相差測定装置。
1. An arithmetic means for obtaining a sum or a difference of two signals having the same frequency, a quantizing means for quantizing the output from the arithmetic means and the two signals, and a predetermined value from the quantized signal. A phase difference characterized by including band-pass filter means for extracting only frequency components and phase-difference calculation means for Fourier-transforming the output signal and performing a predetermined calculation to calculate the phase difference at the fundamental frequency of the signal. measuring device.
【請求項2】 前記量子化手段を、前記2つの信号の一
方の振幅を2値化するコンパレータと、このコンパレー
タ出力の整数倍の周波数信号を生成するPLL回路と、
このPLL回路の出力をタイミングとして前記演算手段
からの出力および前記2つの信号を量子化するA/D変
換手段とから構成することを特徴とする請求項1に記載
の位相差測定装置。
2. The quantizing means, a comparator for binarizing the amplitude of one of the two signals, and a PLL circuit for generating a frequency signal that is an integral multiple of the output of the comparator.
2. The phase difference measuring device according to claim 1, wherein the phase difference measuring device comprises an output from the calculation means and an A / D conversion means for quantizing the two signals with the output of the PLL circuit as timing.
【請求項3】 前記2つの信号の和または差を求める演
算手段にゲイン切換機能を持たせ、検出すべき位相差に
応じてその検出レンジと分解能を切り換え可能とするこ
とを特徴とする請求項1に記載の位相差測定装置。
3. The calculation means for obtaining the sum or difference of the two signals has a gain switching function, and the detection range and resolution can be switched according to the phase difference to be detected. 1. The phase difference measuring device according to 1.
【請求項4】 前記量子化手段は、前記2つの信号およ
び前記演算手段からの出力をそれぞれサンプルホールド
するサンプルホールド手段を含むことを特徴とする請求
項1または2に記載の位相差測定装置。
4. The phase difference measuring device according to claim 1, wherein the quantizing means includes sample and hold means for sampling and holding the two signals and the outputs from the arithmetic means, respectively.
【請求項5】 前記2つの信号の少なくとも一方の信号
の振幅を変化させる振幅可変手段と、その2つの信号の
振幅が変化した場合の補正データを求め、そのデータに
もとづき前記位相差を補正する補正手段とを付加したこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の位相差測定装
置。
5. An amplitude varying means for changing the amplitude of at least one of the two signals, correction data when the amplitudes of the two signals are changed, and the phase difference is corrected based on the data. The phase difference measuring device according to claim 1, further comprising a correcting unit.
【請求項6】 前記2つの信号の振幅差を検出する信号
振幅差検出手段と、その検出された振幅差にもとづき前
記2つの信号の一方の信号の振幅を他方の信号の振幅に
一致させるゲインコントロールアンプとを付加したこと
を特徴とする請求項1または2に記載の位相差測定装
置。
6. A signal amplitude difference detection means for detecting an amplitude difference between the two signals, and a gain for matching the amplitude of one of the two signals with the amplitude of the other signal based on the detected amplitude difference. The phase difference measuring device according to claim 1 or 2, further comprising a control amplifier.
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