JPH10267714A - 渦流量計 - Google Patents
渦流量計Info
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- JPH10267714A JPH10267714A JP7497397A JP7497397A JPH10267714A JP H10267714 A JPH10267714 A JP H10267714A JP 7497397 A JP7497397 A JP 7497397A JP 7497397 A JP7497397 A JP 7497397A JP H10267714 A JPH10267714 A JP H10267714A
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- Japan
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- signal
- frequency
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 脈動によるノイズも、バルブ、ヘッダー等か
らの音響ノイズも正しく識別し、安定した流量検出を確
保できる渦流量計を実現する。 【解決手段】 （１）カルマン渦により渦発生体に作用
する交番力を検出し、検出信号にフィルタを通過させア
ナログ／デジタル変換して得た渦流量信号をプロセッサ
を用いて信号処理し、測定流体の流量を測定する渦流量
計において、渦発生体に設置され、揚力方向及び抗力方
向にかかる力を検出する第１及び第２のセンサと、検出
信号を周波数解析する高速フーリエ変換手段と、検出信
号から得た周波数スペクトルの数を検出する第１の検出
手段と、周波数スペクトルの中で最大振幅の周波数スペ
クトルの周波数を検出する第２の検出手段と、第１の検
出手段で検出した周波数スペクトルの数及び第１及び第
２のセンサの検出信号に含まれた信号成分を検出する第
３の検出手段とを具備したことを特徴とする渦流量計で
ある。
らの音響ノイズも正しく識別し、安定した流量検出を確
保できる渦流量計を実現する。 【解決手段】 （１）カルマン渦により渦発生体に作用
する交番力を検出し、検出信号にフィルタを通過させア
ナログ／デジタル変換して得た渦流量信号をプロセッサ
を用いて信号処理し、測定流体の流量を測定する渦流量
計において、渦発生体に設置され、揚力方向及び抗力方
向にかかる力を検出する第１及び第２のセンサと、検出
信号を周波数解析する高速フーリエ変換手段と、検出信
号から得た周波数スペクトルの数を検出する第１の検出
手段と、周波数スペクトルの中で最大振幅の周波数スペ
クトルの周波数を検出する第２の検出手段と、第１の検
出手段で検出した周波数スペクトルの数及び第１及び第
２のセンサの検出信号に含まれた信号成分を検出する第
３の検出手段とを具備したことを特徴とする渦流量計で
ある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カルマン渦により
渦発生体に作用する交番力を検出し、交番力の検出信号
にフィルタを通過させアナログ／デジタル変換器でアナ
ログ／デジタル変換して得た渦流量信号をプロセッサを
用いて信号処理し、測定流体の流量を測定する渦流量計
に関するものである。更に詳しくは、渦流量信号に含ま
れたノイズを有効に除去するための改良を施した渦流量
計に関するものである。
渦発生体に作用する交番力を検出し、交番力の検出信号
にフィルタを通過させアナログ／デジタル変換器でアナ
ログ／デジタル変換して得た渦流量信号をプロセッサを
用いて信号処理し、測定流体の流量を測定する渦流量計
に関するものである。更に詳しくは、渦流量信号に含ま
れたノイズを有効に除去するための改良を施した渦流量
計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】渦流量計は、測定流体中に配設された渦
発生体の後方に発生するカルマン渦の発生周波数が流速
に比例することを利用したものであり、構造が簡単で、
測定可能範囲が広く、測定精度が高いことから各種流体
の流量測定に広く用いられている。
発生体の後方に発生するカルマン渦の発生周波数が流速
に比例することを利用したものであり、構造が簡単で、
測定可能範囲が広く、測定精度が高いことから各種流体
の流量測定に広く用いられている。
【０００３】図９は従来における渦流量計の構成例を示
した図である。図９において、１，２は測定流体中に発
生するカルマン渦を微弱な交流電荷として検出するセン
サ、３，４はセンサ１，２から出力された微弱な交流電
荷信号を交流電圧信号に変換する電荷電圧変換回路、５
はノイズバランス回路、６はノイズバランス回路５を経
た電荷電圧変換回路３の出力と電荷電圧変換回路４の出
力を加算増幅する加算回路である。カルマン渦により２
つのセンサ１，２にかかる応力は異なる。このため、２
つのセンサ１，２の出力に含まれるノイズ信号のレベル
は異なる。電荷電圧変換回路３と４の出力をそのまま加
算したのでは加算信号にノイズ成分が残ってしまう。ノ
イズバランス回路５は、２つのセンサ１，２の出力に含
まれるノイズ信号のレベル比に相当する係数を電荷電圧
変換回路３の出力に掛けてから電荷電圧変換回路４の出
力と加算し、これによってノイズ成分を除去する。７は
加算回路６の出力のノイズを除去するアクティブフィル
タ、８はアクティブフィルタ７の出力を渦周波数に応じ
たパルス信号に変換するシュミットトリガ回路である。
した図である。図９において、１，２は測定流体中に発
生するカルマン渦を微弱な交流電荷として検出するセン
サ、３，４はセンサ１，２から出力された微弱な交流電
荷信号を交流電圧信号に変換する電荷電圧変換回路、５
はノイズバランス回路、６はノイズバランス回路５を経
た電荷電圧変換回路３の出力と電荷電圧変換回路４の出
力を加算増幅する加算回路である。カルマン渦により２
つのセンサ１，２にかかる応力は異なる。このため、２
つのセンサ１，２の出力に含まれるノイズ信号のレベル
は異なる。電荷電圧変換回路３と４の出力をそのまま加
算したのでは加算信号にノイズ成分が残ってしまう。ノ
イズバランス回路５は、２つのセンサ１，２の出力に含
まれるノイズ信号のレベル比に相当する係数を電荷電圧
変換回路３の出力に掛けてから電荷電圧変換回路４の出
力と加算し、これによってノイズ成分を除去する。７は
加算回路６の出力のノイズを除去するアクティブフィル
タ、８はアクティブフィルタ７の出力を渦周波数に応じ
たパルス信号に変換するシュミットトリガ回路である。
【０００４】９はマイクロプロセッサで、周波数／デジ
タル変換器、メモリ等を有していて、シュミットトリガ
回路８のパルス出力を周波数／デジタル変換器によりデ
ジタル信号に変換し、このデジタル信号を用いてメモリ
に格納された流量演算に必要な定数及び演算プログラム
により流量を算出する。算出値はパルス信号として出力
される。１０はマイクロプロセッサ９が出力したパルス
信号を絶縁伝送するトランス、１１は絶縁伝送したパル
ス信号を電圧信号に変換するＦ／Ｖ変換器、１２は変換
した電圧信号を例えば４〜２０ｍＡの電流信号に変換す
るＶ／Ｉ変換器である。Ｖ／Ｉ変換器１１で変換された
電流信号は２本の伝送線を介して負荷に伝送される。
タル変換器、メモリ等を有していて、シュミットトリガ
回路８のパルス出力を周波数／デジタル変換器によりデ
ジタル信号に変換し、このデジタル信号を用いてメモリ
に格納された流量演算に必要な定数及び演算プログラム
により流量を算出する。算出値はパルス信号として出力
される。１０はマイクロプロセッサ９が出力したパルス
信号を絶縁伝送するトランス、１１は絶縁伝送したパル
ス信号を電圧信号に変換するＦ／Ｖ変換器、１２は変換
した電圧信号を例えば４〜２０ｍＡの電流信号に変換す
るＶ／Ｉ変換器である。Ｖ／Ｉ変換器１１で変換された
電流信号は２本の伝送線を介して負荷に伝送される。
【０００５】１３はマイクロプロセッサ９の制御信号に
基づいてアクティブフィルタ７のコーナー周波数を変え
る高周波減衰回路、１４は加算回路６の出力に含まれた
ノイズ成分を判別するノイズ判別回路、１５はノイズ判
別回路１４の判別結果を示す電圧信号を周波数信号に変
換してマイクロプロセッサ９に入力するＶ／Ｆ変換回路
である。
基づいてアクティブフィルタ７のコーナー周波数を変え
る高周波減衰回路、１４は加算回路６の出力に含まれた
ノイズ成分を判別するノイズ判別回路、１５はノイズ判
別回路１４の判別結果を示す電圧信号を周波数信号に変
換してマイクロプロセッサ９に入力するＶ／Ｆ変換回路
である。
【０００６】図９の渦流量計では、渦の信号成分に重畳
するノイズ成分として次のものがある。 配管の振動によるノイズ ビート状ノイズのような低周波ノイズ 渦発生体の共振等による高周波ノイズ スパイク状ノイズ 脈動によって発生するノイズ バルブ、ヘッダー等からの音響ノイズ これらのノイズの中で〜についてはアクティブフィ
ルタ７によってかなり低減することができる。しかし、
とについては、脈動によって発生する渦（このよう
な渦をロックイン減少により発生する渦とする）を検出
してしまったり、バルブ、ヘッダー等から発生する音響
ノイズの周波数が一意的に定まらないことから、十分な
対策が講じられなかった。
するノイズ成分として次のものがある。 配管の振動によるノイズ ビート状ノイズのような低周波ノイズ 渦発生体の共振等による高周波ノイズ スパイク状ノイズ 脈動によって発生するノイズ バルブ、ヘッダー等からの音響ノイズ これらのノイズの中で〜についてはアクティブフィ
ルタ７によってかなり低減することができる。しかし、
とについては、脈動によって発生する渦（このよう
な渦をロックイン減少により発生する渦とする）を検出
してしまったり、バルブ、ヘッダー等から発生する音響
ノイズの周波数が一意的に定まらないことから、十分な
対策が講じられなかった。
【０００７】このような問題点を解決するための渦流量
計として、例えば特開平３−２６４８２２号公報に記載
されたものがあった。この渦流量計は、図１０に示すよ
うに、測定流体が流れる流体管２０に台形断面の渦発生
体２１を配置し、渦発生体２１に対して揚力方向Ａ−
Ａ′にかかる力を第１のセンサ２２で検出し、抗力方向
Ｂ−Ｂ′にかかる力を第２のセンサ２３で検出する。揚
力方向Ａ−Ａ′にかかる力がカルマン渦により渦発生体
に作用する力で本来の信号成分である。抗力方向Ｂ−
Ｂ′にかかる力はノイズ成分である。渦発生体２１の下
流にはバルブ（図示せず）が設けられている。バルブの
開度に応じて基準値を設定する。第２のセンサ２３で検
出した抗力方向の力の大きさを基準値と比較し、抗力方
向の力の大きさが基準値よりも大きいときは第１のセン
サ２２の検出信号を無効とし、小さいときは第１のセン
サ２２の検出信号を有効とする。これによって、バルブ
の全閉時に脈動によって流量出力が検出されることを防
止する。
計として、例えば特開平３−２６４８２２号公報に記載
されたものがあった。この渦流量計は、図１０に示すよ
うに、測定流体が流れる流体管２０に台形断面の渦発生
体２１を配置し、渦発生体２１に対して揚力方向Ａ−
Ａ′にかかる力を第１のセンサ２２で検出し、抗力方向
Ｂ−Ｂ′にかかる力を第２のセンサ２３で検出する。揚
力方向Ａ−Ａ′にかかる力がカルマン渦により渦発生体
に作用する力で本来の信号成分である。抗力方向Ｂ−
Ｂ′にかかる力はノイズ成分である。渦発生体２１の下
流にはバルブ（図示せず）が設けられている。バルブの
開度に応じて基準値を設定する。第２のセンサ２３で検
出した抗力方向の力の大きさを基準値と比較し、抗力方
向の力の大きさが基準値よりも大きいときは第１のセン
サ２２の検出信号を無効とし、小さいときは第１のセン
サ２２の検出信号を有効とする。これによって、バルブ
の全閉時に脈動によって流量出力が検出されることを防
止する。
【０００８】しかし、この従来例では脈動に対しては対
策を講じることはできるが、音響ノイズに対しては対策
を施せない。
策を講じることはできるが、音響ノイズに対しては対策
を施せない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した問題
点を解決するためになされたものであり、揚力方向にか
かる力の検出信号と抗力方向にかかる力の検出信号を高
速フーリエ変換し、高速フーリエ変換により得られた周
波数スペクトルに応じて演算のしかたを変えて信号成分
を検出することによって、脈動によるノイズも、バル
ブ、ヘッダー等からの音響ノイズも正しく識別し、安定
した流量検出を確保できる渦流量計を実現することを目
的とする。
点を解決するためになされたものであり、揚力方向にか
かる力の検出信号と抗力方向にかかる力の検出信号を高
速フーリエ変換し、高速フーリエ変換により得られた周
波数スペクトルに応じて演算のしかたを変えて信号成分
を検出することによって、脈動によるノイズも、バル
ブ、ヘッダー等からの音響ノイズも正しく識別し、安定
した流量検出を確保できる渦流量計を実現することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は次のとおりの構
成になった渦流量計である。 （１）カルマン渦により渦発生体に作用する交番力を検
出し、交番力の検出信号にフィルタを通過させアナログ
／デジタル変換器でアナログ／デジタル変換して得た渦
流量信号をプロセッサを用いて信号処理し、測定流体の
流量を測定する渦流量計において、前記渦発生体に設置
され、揚力方向及び抗力方向にかかる力をそれぞれ検出
する第１及び第２のセンサと、これら第１及び第２のセ
ンサの検出信号を周波数解析する高速フーリエ変換手段
と、第１及び第２のセンサの検出信号から得た周波数ス
ペクトルの数を検出する第１の検出手段と、第１及び第
２のセンサの検出信号から得た周波数スペクトルの中で
最大振幅の周波数スペクトルの周波数を検出する第２の
検出手段と、前記第１の検出手段で検出した周波数スペ
クトルの数及び前記第２の検出手段で検出した周波数を
もとに第１及び第２のセンサの検出信号に含まれた信号
成分を検出する第３の検出手段と、を具備したことを特
徴とする渦流量計。 （２）高速フーリエ変換を行うときのサンプリング時間
を、測定流体が流れる管の口径、測定流体に応じて切り
替えるサンプリング制御手段を具備したことを特徴とす
る（１）記載の渦流量計。 （３）前記第２のセンサの代わりに、測定流体が流れる
流体管に設けられ抗力方向にかかる力を検出する圧力セ
ンサ、及び、流体管に設けられ流体管にかかる振動加速
度を検出する加速度センサを設けたことを特徴とする
（１）記載の渦流量計。
成になった渦流量計である。 （１）カルマン渦により渦発生体に作用する交番力を検
出し、交番力の検出信号にフィルタを通過させアナログ
／デジタル変換器でアナログ／デジタル変換して得た渦
流量信号をプロセッサを用いて信号処理し、測定流体の
流量を測定する渦流量計において、前記渦発生体に設置
され、揚力方向及び抗力方向にかかる力をそれぞれ検出
する第１及び第２のセンサと、これら第１及び第２のセ
ンサの検出信号を周波数解析する高速フーリエ変換手段
と、第１及び第２のセンサの検出信号から得た周波数ス
ペクトルの数を検出する第１の検出手段と、第１及び第
２のセンサの検出信号から得た周波数スペクトルの中で
最大振幅の周波数スペクトルの周波数を検出する第２の
検出手段と、前記第１の検出手段で検出した周波数スペ
クトルの数及び前記第２の検出手段で検出した周波数を
もとに第１及び第２のセンサの検出信号に含まれた信号
成分を検出する第３の検出手段と、を具備したことを特
徴とする渦流量計。 （２）高速フーリエ変換を行うときのサンプリング時間
を、測定流体が流れる管の口径、測定流体に応じて切り
替えるサンプリング制御手段を具備したことを特徴とす
る（１）記載の渦流量計。 （３）前記第２のセンサの代わりに、測定流体が流れる
流体管に設けられ抗力方向にかかる力を検出する圧力セ
ンサ、及び、流体管に設けられ流体管にかかる振動加速
度を検出する加速度センサを設けたことを特徴とする
（１）記載の渦流量計。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を説明
する。図１は本発明の一実施例を示した構成図である。
図１で、３０及び３１は渦発生体に設置され揚力方向及
び抗力方向にかかる力を微弱な交流電荷として検出する
それぞれ検出するセンサである。センサ３０及び３１は
図１０に示すセンサ２２及び２３と同様な構成になって
いる。センサ３０の交流電荷信号は信号成分とノイズ成
分を含む。センサ３１の交流電荷信号はノイズ成分から
なる。３２，３３はセンサ３０，３１から出力された微
弱な交流電荷信号を交流電圧信号に変換する電荷電圧変
換回路、３４，３５は電荷電圧変換回路３２，３３の出
力が通過するアンチエイリアシングフィルタ、３６，３
７はフィルタ３４，３５を通過後の信号をアナログ／デ
ジタル変換するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換
器）である。３８，３９はＡ／Ｄ変換後の信号が通過す
るバンドパスフィルタ（バンドパスフィルタをＢＰＦと
する）である。ＢＰＦ３８，３９はコーナー周波数が可
変のローパスフィルタ（ローパスフィルタをＬＰＦとす
る）及びハイパスフィルタ（ハイパスフィルタをＨＰＦ
とする）からなる。４０は演算ブロックで、例えば専用
のＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）で構成さ
れる。演算ブロック４０で、４０１はＢＰＦ３８，３９
の出力を周波数解析する高速フーリエ変換手段、４０２
は高速フーリエ変換手段４０１の解析結果をもとにセン
サ３０，３１の検出信号の周波数スペクトルの数を検出
する第１の検出手段、４０３は高速フーリエ変換手段４
０１の解析結果をもとにセンサ３０，３１の検出信号の
出力の周波数スペクトルの中で最大振幅の周波数スペク
トルの周波数を検出する第２の検出手段、４０４は第１
の検出手段４０２で検出した周波数スペクトルの数及び
第２の検出手段４０３で検出した周波数をもとにセンサ
３０，３１の検出信号に含まれた信号成分を検出する第
３の検出手段である。
する。図１は本発明の一実施例を示した構成図である。
図１で、３０及び３１は渦発生体に設置され揚力方向及
び抗力方向にかかる力を微弱な交流電荷として検出する
それぞれ検出するセンサである。センサ３０及び３１は
図１０に示すセンサ２２及び２３と同様な構成になって
いる。センサ３０の交流電荷信号は信号成分とノイズ成
分を含む。センサ３１の交流電荷信号はノイズ成分から
なる。３２，３３はセンサ３０，３１から出力された微
弱な交流電荷信号を交流電圧信号に変換する電荷電圧変
換回路、３４，３５は電荷電圧変換回路３２，３３の出
力が通過するアンチエイリアシングフィルタ、３６，３
７はフィルタ３４，３５を通過後の信号をアナログ／デ
ジタル変換するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換
器）である。３８，３９はＡ／Ｄ変換後の信号が通過す
るバンドパスフィルタ（バンドパスフィルタをＢＰＦと
する）である。ＢＰＦ３８，３９はコーナー周波数が可
変のローパスフィルタ（ローパスフィルタをＬＰＦとす
る）及びハイパスフィルタ（ハイパスフィルタをＨＰＦ
とする）からなる。４０は演算ブロックで、例えば専用
のＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）で構成さ
れる。演算ブロック４０で、４０１はＢＰＦ３８，３９
の出力を周波数解析する高速フーリエ変換手段、４０２
は高速フーリエ変換手段４０１の解析結果をもとにセン
サ３０，３１の検出信号の周波数スペクトルの数を検出
する第１の検出手段、４０３は高速フーリエ変換手段４
０１の解析結果をもとにセンサ３０，３１の検出信号の
出力の周波数スペクトルの中で最大振幅の周波数スペク
トルの周波数を検出する第２の検出手段、４０４は第１
の検出手段４０２で検出した周波数スペクトルの数及び
第２の検出手段４０３で検出した周波数をもとにセンサ
３０，３１の検出信号に含まれた信号成分を検出する第
３の検出手段である。
【００１２】５０はマイクロプロセッサで、５０１は第
３の検出手段４０４で検出した信号成分をもとに流量を
算出する演算手段である。５０２はサンプリング制御手
段で、高速フーリエ変換を行うときのサンプリング時間
を、測定流体が流れる管の口径、測定流体に応じて切り
替える。５０３はフィルタ制御手段で、ＢＰＦ３８，３
９にあるＨＰＦとＬＰＦのコーナー周波数を流体密度、
最大流速等に応じて変える。
３の検出手段４０４で検出した信号成分をもとに流量を
算出する演算手段である。５０２はサンプリング制御手
段で、高速フーリエ変換を行うときのサンプリング時間
を、測定流体が流れる管の口径、測定流体に応じて切り
替える。５０３はフィルタ制御手段で、ＢＰＦ３８，３
９にあるＨＰＦとＬＰＦのコーナー周波数を流体密度、
最大流速等に応じて変える。
【００１３】６０はＲＡＭ、６１はＲＯＭで、これらは
マイクロプロセッサ５０における演算に必要な定数や演
算プログラムを格納する。６２はマイクロプロセッサ５
０が出力したデジタル信号をアナログ信号に変換するデ
ジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）、６３はＤ／
Ａ変換器６２の変換信号を所定の形式の信号、例えば４
〜２０ｍＡの電流信号に変換して出力する出力段回路で
ある。
マイクロプロセッサ５０における演算に必要な定数や演
算プログラムを格納する。６２はマイクロプロセッサ５
０が出力したデジタル信号をアナログ信号に変換するデ
ジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）、６３はＤ／
Ａ変換器６２の変換信号を所定の形式の信号、例えば４
〜２０ｍＡの電流信号に変換して出力する出力段回路で
ある。
【００１４】図１の渦流量計の動作を説明する。センサ
３０，３１が出力した交流電荷信号は電荷電圧変換回路
３２，３３で交流電圧信号に変換され、アンチエイリア
シングフィルタ３４，３５、Ａ／Ｄ変換器３６，３７を
介してデジタル信号に変換される。さらに、ＢＰＦ３
８，３９で最大流量に相当する渦周波数以上の成分と低
周波成分を除去し、例えば図２に示すような離散時間信
号を得る。図３の（ａ）はセンサ３０の検出信号から得
た離散時間信号ｘ1（ｔ）（ｔは時間）、（ｂ）はセン
サ３１の検出信号から得た離散時間信号ｘ2（ｔ）であ
る。ＢＰＦ３８，３９にあるＨＰＦとＬＰＦのコーナー
周波数は流体密度、最大流速等によって決定され、その
パラメータは予めＲＯＭ６１内に保持されていて、条件
によって選択される。ＨＰＦとＬＰＦのコーナー周波数
の決定はフィルタ制御手段３０６が行う。
３０，３１が出力した交流電荷信号は電荷電圧変換回路
３２，３３で交流電圧信号に変換され、アンチエイリア
シングフィルタ３４，３５、Ａ／Ｄ変換器３６，３７を
介してデジタル信号に変換される。さらに、ＢＰＦ３
８，３９で最大流量に相当する渦周波数以上の成分と低
周波成分を除去し、例えば図２に示すような離散時間信
号を得る。図３の（ａ）はセンサ３０の検出信号から得
た離散時間信号ｘ1（ｔ）（ｔは時間）、（ｂ）はセン
サ３１の検出信号から得た離散時間信号ｘ2（ｔ）であ
る。ＢＰＦ３８，３９にあるＨＰＦとＬＰＦのコーナー
周波数は流体密度、最大流速等によって決定され、その
パラメータは予めＲＯＭ６１内に保持されていて、条件
によって選択される。ＨＰＦとＬＰＦのコーナー周波数
の決定はフィルタ制御手段３０６が行う。
【００１５】ＢＰＦ３８，３９を通過したデジタル信号
は高速フーリエ変換手段４０に取り込まれ、周波数解析
され、例えば図３に示すような周波数領域で表した信号
に変換される。時間領域で表した信号を周波数領域で表
した信号に変換する理由は、時間領域では高周波成分の
ノイズ、特に音響ノイズ等は揚力方向と抗力方向で位相
が一致または１８０°反転しているとは限らないからで
ある。
は高速フーリエ変換手段４０に取り込まれ、周波数解析
され、例えば図３に示すような周波数領域で表した信号
に変換される。時間領域で表した信号を周波数領域で表
した信号に変換する理由は、時間領域では高周波成分の
ノイズ、特に音響ノイズ等は揚力方向と抗力方向で位相
が一致または１８０°反転しているとは限らないからで
ある。
【００１６】揚力方向及び抗力方向の離散時間信号ｘ1
（ｎＴ），ｘ2（ｎＴ）をそれぞれフーリエ変換で周波
数領域に変換すると、次式で表される。
（ｎＴ），ｘ2（ｎＴ）をそれぞれフーリエ変換で周波
数領域に変換すると、次式で表される。
【数１】 ωk＝２πｋ／ＮＴ、ｊ：虚数単位、Ｔ：サンプリング
時間 ｎ：自然数でサンプリング回数に伴って増加していく数 ｋ＝０，１，２，…Ｎ−１ 上記の演算は高速フーリエ変換手段４０１により実行す
る。
時間 ｎ：自然数でサンプリング回数に伴って増加していく数 ｋ＝０，１，２，…Ｎ−１ 上記の演算は高速フーリエ変換手段４０１により実行す
る。
【００１７】ここで、抗力方向の周波数スペクトルＸ2
（ｊωk）に着目すると、信号成分に相当する周波数成
分がほとんど含まれていないことが分かる。図３の例で
は信号成分はＸ2（ｊωb）（Ｓbに示すスペクトル）に
相当する。Ｘ2（ｊωk）の主成分でＸ1（ｊωk）を正規
化し、Ｘ2（ｊωk）との差分をとることにより信号成分
を抽出することが可能になる。この際、Ｘ2（ｊωk）の
主成分として最大スペクトルを用い、ここでは主成分を
Ｘ2（ｊωc）（Ｓcに示すスペクトル）とする。差分を
とったスペクトルＸs（ｊωk）は次式で与えられる。
（ｊωk）に着目すると、信号成分に相当する周波数成
分がほとんど含まれていないことが分かる。図３の例で
は信号成分はＸ2（ｊωb）（Ｓbに示すスペクトル）に
相当する。Ｘ2（ｊωk）の主成分でＸ1（ｊωk）を正規
化し、Ｘ2（ｊωk）との差分をとることにより信号成分
を抽出することが可能になる。この際、Ｘ2（ｊωk）の
主成分として最大スペクトルを用い、ここでは主成分を
Ｘ2（ｊωc）（Ｓcに示すスペクトル）とする。差分を
とったスペクトルＸs（ｊωk）は次式で与えられる。
【数２】 （１）式中の｜Ｘ2（ｊωc）｜／｜Ｘ1（ｊωc）｜を一
定周期、すなわち毎回または数回の周期毎に演算するこ
とによって、配管ラインに依存して発生するノイズがあ
るときでも信号成分を検出することが可能になる。
定周期、すなわち毎回または数回の周期毎に演算するこ
とによって、配管ラインに依存して発生するノイズがあ
るときでも信号成分を検出することが可能になる。
【００１８】基本的には、（１）式の演算で信号成分を
検出できるが、信号成分とノイズ成分の周波数が接近ま
たは重なったときに問題が生じる。このことを説明す
る。図４〜図６は高速フーリエ変換により得られる周波
数スペクトルの例を示した図である。配管ラインに応じ
て図４〜図６に示す類型の周波数スペクトルが得られ
る。図４、図５、図６はそれぞれ次の、、の類型
に属する。図６の破線はノイズ成分のスペクトルであ
る。 信号成分が支配的な場合 ノイズ成分が支配的な場合 信号成分及びノイズ成分の周波数が等しいかまたは接
近している場合 特に、の場合は、（１）式をそのまま使った演算では
信号成分を検出できない。
検出できるが、信号成分とノイズ成分の周波数が接近ま
たは重なったときに問題が生じる。このことを説明す
る。図４〜図６は高速フーリエ変換により得られる周波
数スペクトルの例を示した図である。配管ラインに応じ
て図４〜図６に示す類型の周波数スペクトルが得られ
る。図４、図５、図６はそれぞれ次の、、の類型
に属する。図６の破線はノイズ成分のスペクトルであ
る。 信号成分が支配的な場合 ノイズ成分が支配的な場合 信号成分及びノイズ成分の周波数が等しいかまたは接
近している場合 特に、の場合は、（１）式をそのまま使った演算では
信号成分を検出できない。
【００１９】そこで、本発明では次の（ａ）〜（ｃ）を
演算のしかたを決めるときのファクターとし、これらの
ファクターの関係に応じて演算のしかたを決める。 （ａ）揚力方向の検出信号の周波数スペクトルの数 （ｂ）抗力方向の検出信号の周波数スペクトルの数 （ｃ）最大振幅になった周波数スペクトルの周波数
演算のしかたを決めるときのファクターとし、これらの
ファクターの関係に応じて演算のしかたを決める。 （ａ）揚力方向の検出信号の周波数スペクトルの数 （ｂ）抗力方向の検出信号の周波数スペクトルの数 （ｃ）最大振幅になった周波数スペクトルの周波数
【００２０】図７は（ａ）〜（ｃ）のファクターの関係
と演算のしかたを示した図である。の場合（図６に例
示する場合）は、信号成分とノイズ成分の周波数が等し
く、かつ信号成分よりもノイズ成分が支配的である場合
である。の場合は揚力方向の検出信号の周波数スペク
トルの数と抗力方向の検出信号の周波数スペクトルの数
がともにＮ個である。しかも、揚力方向の検出信号と抗
力方向の検出信号とで最大振幅になった周波数スペクト
ルの周波数が等しい。この場合は、の状態に至る前の
段階のまたはの状態における｜Ｘ2（ｊωc）｜／｜
Ｘ1（ｊωc）｜を採用し、（１）式により信号成分を検
出する。これによって、図６に示すように安定に信号成
分のみを検出することができる。スペクトルの数をカウ
ントするときに、所定のしきい値を設け、しきい値を超
えるスペクトルの数をカウントする。しきい値は、例え
ば最大振幅スペクトルの１／１０の振幅のレベルとす
る。これによって、微小な周波数成分を除去する。
と演算のしかたを示した図である。の場合（図６に例
示する場合）は、信号成分とノイズ成分の周波数が等し
く、かつ信号成分よりもノイズ成分が支配的である場合
である。の場合は揚力方向の検出信号の周波数スペク
トルの数と抗力方向の検出信号の周波数スペクトルの数
がともにＮ個である。しかも、揚力方向の検出信号と抗
力方向の検出信号とで最大振幅になった周波数スペクト
ルの周波数が等しい。この場合は、の状態に至る前の
段階のまたはの状態における｜Ｘ2（ｊωc）｜／｜
Ｘ1（ｊωc）｜を採用し、（１）式により信号成分を検
出する。これによって、図６に示すように安定に信号成
分のみを検出することができる。スペクトルの数をカウ
ントするときに、所定のしきい値を設け、しきい値を超
えるスペクトルの数をカウントする。しきい値は、例え
ば最大振幅スペクトルの１／１０の振幅のレベルとす
る。これによって、微小な周波数成分を除去する。
【００２１】上述した演算により検出した信号成分から
流量を求める。これによって、信号領域に出現する音響
ノイズ、脈動によるノイズによる誤差を除去できる。
流量を求める。これによって、信号領域に出現する音響
ノイズ、脈動によるノイズによる誤差を除去できる。
【００２２】小流量時に脈動が発生すると、脈動により
発生する渦を検出してしまい、誤差となることがある
が、図７に示すように演算のしかたを変えることによっ
て、Ｘ 1（ｊωk）とＸ2（ｊωk）には同一周波数領域の
みが得られる。このときの状態は図６と同じであるよう
に見えるが、図６の場合は周波数スペクトルＸ1（ｊ
ωb）は信号成分とノイズ成分とを含んでいるため、こ
の状態になる前の段階の｜Ｘ 2（ｊωc）｜／｜Ｘ1（ｊ
ωc）｜を採用することにより、信号成分のみを検出す
ることが可能になる。
発生する渦を検出してしまい、誤差となることがある
が、図７に示すように演算のしかたを変えることによっ
て、Ｘ 1（ｊωk）とＸ2（ｊωk）には同一周波数領域の
みが得られる。このときの状態は図６と同じであるよう
に見えるが、図６の場合は周波数スペクトルＸ1（ｊ
ωb）は信号成分とノイズ成分とを含んでいるため、こ
の状態になる前の段階の｜Ｘ 2（ｊωc）｜／｜Ｘ1（ｊ
ωc）｜を採用することにより、信号成分のみを検出す
ることが可能になる。
【００２３】流量が０の時に脈動が発生すると、周波数
スペクトルＸ1（ｊωb）はノイズ成分に相当する脈動成
分のみであるため、前述した小流量時と同様に演算する
と、周波数スペクトルＸs（ｊωk）には信号成分が現れ
ず、結果として脈動による検出誤差が生じない。
スペクトルＸ1（ｊωb）はノイズ成分に相当する脈動成
分のみであるため、前述した小流量時と同様に演算する
と、周波数スペクトルＸs（ｊωk）には信号成分が現れ
ず、結果として脈動による検出誤差が生じない。
【００２４】以上の信号処理手順をフローチャートにす
ると図８のとおりとなる。
ると図８のとおりとなる。
【００２５】なお、実施例では渦発生体に抗力方向にか
かる力を検出するセンサを搭載した場合を説明したが、
検出のしかたはこれにに限らない。例えば、フィールド
バスを敷設したシステムの場合は、流体管に圧力センサ
と加速度センサを設置し、渦流量計と圧力センサ、加速
度センサを組み合わせ、圧力センサで抗力方向にかかる
力を検出し、加速度センサで流体管の振動加速度を検出
し、圧力センサと加速度センサの出力を渦流量計に与え
る構成にしてもよい。これによって、抗力方向にかかる
力を検出するセンサと同等の機能を実現できる。
かる力を検出するセンサを搭載した場合を説明したが、
検出のしかたはこれにに限らない。例えば、フィールド
バスを敷設したシステムの場合は、流体管に圧力センサ
と加速度センサを設置し、渦流量計と圧力センサ、加速
度センサを組み合わせ、圧力センサで抗力方向にかかる
力を検出し、加速度センサで流体管の振動加速度を検出
し、圧力センサと加速度センサの出力を渦流量計に与え
る構成にしてもよい。これによって、抗力方向にかかる
力を検出するセンサと同等の機能を実現できる。
【００２６】
【発明の効果】本発明では、揚力方向にかかる力の検出
信号と抗力方向にかかる力の検出信号を高速フーリエ変
換し、高速フーリエ変換により得られた周波数スペクト
ルに応じて演算のしかたを変えて信号成分を検出してい
る。これによって、脈動によるノイズも、バルブ、ヘッ
ダー等からの音響ノイズも正しく識別することができ、
安定した流量検出を確保することができる。
信号と抗力方向にかかる力の検出信号を高速フーリエ変
換し、高速フーリエ変換により得られた周波数スペクト
ルに応じて演算のしかたを変えて信号成分を検出してい
る。これによって、脈動によるノイズも、バルブ、ヘッ
ダー等からの音響ノイズも正しく識別することができ、
安定した流量検出を確保することができる。
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】本発明の動作説明図である。
【図３】本発明の動作説明図である。
【図４】本発明の動作説明図である。
【図５】本発明の動作説明図である。
【図６】本発明の動作説明図である。
【図７】本発明の動作説明図である。
【図８】本発明の動作説明図である。
【図９】従来における渦流量計の構成例を示した図であ
る。
る。
【図１０】従来における渦流量計の要部構成図である。
３０，３１ センサ ３２，３３ 電荷電圧変換回路 ３４，３５ アンチエイリアシングフィルタ ３６，３７ Ａ／Ｄ変換器 ３８，３９ バンドパスフィルタ ４０ 演算ブロック ４０１ 高速フーリエ変換手段 ４０２ 第１の検出手段 ４０３ 第２の検出手段 ４０４ 第３の検出手段 ５０ マイクロプロセッサ ５０１ 演算手段 ５０２ サンプリング制御手段 ５０３ フィルタ制御手段
Claims (3)
- 【請求項１】 カルマン渦により渦発生体に作用する交
番力を検出し、交番力の検出信号にフィルタを通過させ
アナログ／デジタル変換器でアナログ／デジタル変換し
て得た渦流量信号をプロセッサを用いて信号処理し、測
定流体の流量を測定する渦流量計において、 前記渦発生体に設置され、揚力方向及び抗力方向にかか
る力をそれぞれ検出する第１及び第２のセンサと、 これら第１及び第２のセンサの検出信号を周波数解析す
る高速フーリエ変換手段と、 第１及び第２のセンサの検出信号から得た周波数スペク
トルの数を検出する第１の検出手段と、 第１及び第２のセンサの検出信号から得た周波数スペク
トルの中で最大振幅の周波数スペクトルの周波数を検出
する第２の検出手段と、 前記第１の検出手段で検出した周波数スペクトルの数及
び前記第２の検出手段で検出した周波数をもとに第１及
び第２のセンサの検出信号に含まれた信号成分を検出す
る第３の検出手段と、を具備したことを特徴とする渦流
量計。 - 【請求項２】 高速フーリエ変換を行うときのサンプリ
ング時間を、測定流体が流れる管の口径、測定流体に応
じて切り替えるサンプリング制御手段を具備したことを
特徴とする請求項１記載の渦流量計。 - 【請求項３】 前記第２のセンサの代わりに、測定流体
が流れる流体管に設けられ抗力方向にかかる力を検出す
る圧力センサ、及び、流体管に設けられ流体管にかかる
振動加速度を検出する加速度センサを設けたことを特徴
とする請求項１記載の渦流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07497397A JP3611004B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 渦流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07497397A JP3611004B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 渦流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10267714A true JPH10267714A (ja) | 1998-10-09 |
| JP3611004B2 JP3611004B2 (ja) | 2005-01-19 |
Family
ID=13562755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07497397A Expired - Fee Related JP3611004B2 (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 渦流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3611004B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012159508A (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Krohne Messtechnik Gmbh | 渦流量計 |
| CN106500779A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-03-15 | 中国计量大学 | 带前馈控制器的随机共振的涡街信号检测装置 |
-
1997
- 1997-03-27 JP JP07497397A patent/JP3611004B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012159508A (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Krohne Messtechnik Gmbh | 渦流量計 |
| CN106500779A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-03-15 | 中国计量大学 | 带前馈控制器的随机共振的涡街信号检测装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3611004B2 (ja) | 2005-01-19 |
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