JPH11506534A - 低電力型信号処理及び測定装置 - Google Patents

低電力型信号処理及び測定装置

Info

Publication number
JPH11506534A
JPH11506534A JP8528476A JP52847696A JPH11506534A JP H11506534 A JPH11506534 A JP H11506534A JP 8528476 A JP8528476 A JP 8528476A JP 52847696 A JP52847696 A JP 52847696A JP H11506534 A JPH11506534 A JP H11506534A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
ultrasonic
analog
receiving
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8528476A
Other languages
English (en)
Inventor
フロイド,ポール・ジェイ
トレイナー,マイケル・エヌ
プーニス,ジャンカルロ
デマーク,アンソニー・エム
Original Assignee
ハネウエル・インコーポレーテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US08/403,517 priority Critical patent/US5650571A/en
Priority to US08/403,517 priority
Application filed by ハネウエル・インコーポレーテッド filed Critical ハネウエル・インコーポレーテッド
Priority to PCT/US1996/003378 priority patent/WO1996029575A2/en
Publication of JPH11506534A publication Critical patent/JPH11506534A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/50Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor using auto-correlation techniques or cross-correlation techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in a continuous flow by measuring frequency, phaseshift, or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667Schematic arrangements of transducers of ultrasonic flowmeters; Circuits therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/7082Measuring the time taken to traverse a fixed distance using acoustic detecting arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in a continuous flow
    • G01F1/704Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
    • G01F1/708Measuring the time taken to traverse a fixed distance
    • G01F1/712Measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level, or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume, indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level, or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume, indicating by means of an alarm by measurement of physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level, or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume, indicating by means of an alarm by measurement of physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electric or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296Acoustic waves
    • G01F23/2962Transit time measurement
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/024Analysing fluids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/40Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by amplitude filtering, e.g. by applying a threshold or by gain control
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08Systems for measuring distance only
    • G01S15/10Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02836Flow rate, liquid level
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/048Transmission, i.e. analysed material between transmitter and receiver

Abstract

(57)【要約】 液体または気体の媒体中を伝搬する波動信号または時間従属性信号の変化を測定することによって、該液体または気体媒体の種々のプロセスパラメータ及び/または物理的性質を測定するための装置で:液体または気体媒体中に送入する送信波動信号または時間従属性信号を得るための少なくとも1つの送信トランスデューサと;上記送信トランスデューサから離れた位置にあって、液体または気体媒体から受信波動信号または時間従属性信号を受け取るための少なくとも1つの受信トランスデューサと;上記受信トランスデューサに接続されていて、上記受信波動信号または時間従属性信号の処理を行って、その処理された受信波動信号または時間従属性信号の一定の短い期間が抽出されるようにするためのアナログ信号プロセッサ;を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】 低電力型信号処理及び測定装置 本発明は、広義には、測定装置を現場用計測器として使用することができ、か つ低電力接続の電源から得られる低電力によって電源を供給することができるよ うな非常に低電力消費の条件下におけるプロセスパラメータの測定に関するもの である。より詳しくは、本発明は、関心対象の媒体のプロセスパラメータ及び/ または物理的性質を測定するための波をうちまたは時間従属性を有する信号の広 範囲にわたる処理を必要とする測定に関する。そのような測定に使用される装置 の一つに、液体または気体の媒体を通過する超音波信号の伝搬時間を測定し、そ の伝搬時間を分析して媒体の流量を求めることができる流動測定装置がある。 発明の背景 現場用計測器によるの媒体のプロセスパラメータまたは物理的性質の測定は、 どちらかというと、低電力の4−20ミリアンペア2線式送信器またはこれと同 等の低電力情報伝送システムを用いて行われる。低電力動作によると、危険な状 態でも本質的に安全であって、据え付けに必要な配線量が最小限で済む測定機器 が得られる。最も正確で信頼できる結果を得るためには、多くの測定は波動信号 の処理を必要とする。 信号処理を行うための信頼性が高くて正確な一つの手段は、マイクロプロセッ サ及びディジタル信号プロセッサの出現によって近年容易に利用可能になったデ ィジタル信号処理技術を使うことである。ディジタル信号処理を行う装置の特徴 の1つは、必要な信号処理を行うために大きな電力が要求されること、及びディ ジタル信号処理動作のデータ集約的な性質にある。しかしながら、ディジタル信 号処理における大きな電力が必要という条件は、低電力の現場用計測器の送信機 とは相容れない。 例えば、導管中の液体の流速の測定は、導管またはパイプを通って流れる液体 に超音波パルスを通し、それらの超音波パルスの伝搬時間を測定することによっ て行うことができる。超音波パルスの伝搬方向は、伝搬時間が流れによって減少 する流れ方向(下流方向)と伝搬時間が流れによって増加する逆の流れ方向(上 流方向)とで伝搬時間が測定するように設定される。伝搬時間をこれらの両方向 で測定し、上流方向と下流方向の伝搬時間の差を用いて流速が求められる。 従来、液体を通す導管の両端間の超音波パルスの伝搬時間を正確に測定するた めに多くの種々の技術が用いられてきた。典型的な測定技術の場合、伝搬超音波 パルスの音速は液体の速度よりずっと大きく、その結果超音波パルスの伝搬時間 は、液体の速度によってほんのわずかしか変化せず、そのためにこのような送信 器と受信器との間の超音波パルス伝搬時間のわずかな変化を検出することができ る非常に感度の高い装置の使用が必要となる。流量計の計装メーカーは、伝搬時 間と導管を流れる液体の流速の測定における精度を高めた装置及びシステムを開 発しようと絶えず努力している。 初期の方式は、移動液体を通して超音波波形を送信し、その超音波受信波形を 分析して液体の流量を決定するものであった。例えば、1988年11月29日 発行の米国特許第4,787,252号には、特殊なコードで変調された信号を 液体または気体の媒体を通して送信する流量計が開示されている。次に、この流 量計は受信信号とその元の送信信号との相関を取ることによって、伝搬時間と等 しい時点にピークを持つ相関関数を得る。この相関関数は、受信信号の信号パタ ーンを送信信号の既知のパターンと相関させる、すなわちラインアップすること によって求められる。この方式では、ノイズがあるにもかかわらず、送信信号の 到達時点を極めて正確に求めることができる。 流動測定装置または流量計のエネルギー消費量は、ユーザにとって重要であり 、特にバッテリ電源型システム、2線式の4−20ma送信器システム、低電力 のディジタルフィールドバスシステムまたはこれらと同等の低電力通信システム の場合重要である。上記米国第特許4,787,252号に開示された流量計で は、受信信号を相関させるまで極めて大きな量のエネルギーを消費する。これは 、このような流量計は、受信側トランスデューサによって受信されるアナログ電 気信号をディジタル化するのに高速アナログ‐ディジタル変換器(ADC)を使 用するからである。次に、ADCはメモリ回路及びダイレクトメモリアクセス( DMA)コントローラにそれらのディジタル化されたデータを送るが、これらに よっ てさらに多くの電力が消費される。その後、メモリ回路及びDMAに記憶された ディジタル化データは、導管またはパイプ中を流れる液体の流量を決定するため に、全てのディジタル化されたデータポイントをパルスの発生数と掛け算するこ とができる相関器(すなわち、マイクロプロセッサ)に送られる。 そのために、米国特許第4,787,252号の流量計は、アナログ‐ディジタ ル変換、メモリ回路、DMA及び相関付けのステップの間に相当な量のエネルギ ーを消費し、現場用途に多く見られる低電力にとって望ましいものではない。さ らに、個々のディジタル化されたポイントが連続的にマイクロプロセッサに送ら れている時、相関演算を行うには相当強力なマイクロプロセッサが必要である。 例えば、コード化された送信信号のパターンは、1MHz信号の5サイクル分の パルスからサンプリングされる50の数によって定義することができる。受信ア ナログ電気信号は、そのパルスが確実に受信するようにするために、たとえば5 0マイクロ秒の時間間隔にわたって走査することができる。走査された信号は、 ADC装置によって500のディジタル化信号に変換されてから、導管またはパ イプを通って流れる液体または気体の媒体の流量を得るための相関計算のために マイクロプロセッサへ送られる。マイクロプロセッサ中で行われる相関演算は、 500回行われる50の乗算、すなわち25,000回の乗算を伴う。この相関 演算は、十分なメモリ容量と高速度を有する高のマイクロプロセッサの場合は問 題ではないと考えてよい。しかしながら、現場用途で電力を節約しようと試みる 場合、低電力の流量検出器はマイクロプロセッサの動作速度を相当に低くする必 要があり、これによって一定期間の流量を出すための計算に過度の時間が取られ るので、相関演算が一つの問題を生起させる。従来の流量検出器に必要な大量の 相関関数計算は、その内蔵マイクロプロセッサの速度が遅いことにより、導管ま たはパイプを流れる液体または気体媒体の流量のリアルタイム検出に対応できな いと思われるので、やはり低電力検出器には適さない。また、これらの相関計算 はすでに限られているエネルギー供給量の相当部分を使用するので、検出器自体 の総合的性能に影響を及ぼす。 本発明は、高電力のディジタル信号処理手段を使用する必要がなく、しかも従 来のディジタル型検出器の信号処理機能の精度と信頼性を保った測定装置を提供 するものである。すなわち、本発明は、エネルギー消費を最小にするために、受 信アナログ電気信号の到達時点を検知し、液体または気体媒体の流速、距離、ま たはその他の特性を計算するために必要なディジタル化データの量を圧縮するこ とによって上に述べたような従来の検出器で要求される大きい消費電力という条 件を解消するものである。 本発明は、ただ1つの出力ピークがアナログ相関器から発生するように受信電 気信号がアナログ形式のままである間に相関演算を行うことができ、これによっ てアナログ相関器とマイクロプロセッサの間に配置されたアナログ‐ディジタル 変換器(ADC)でディジタル化形式に変換しなければならないアナログ信号の サンプル数を大幅に少なくした測定装置を提供するものである。従って、マイク ロプロセッサは、従来の流量検出器で必要なように、多数のディジタル化データ ポイントの大量の乗算を実行するのではなく、ADCから送られる少数のディジ タル化データポイントから液体または気体媒体の相関ピーク時間位置、伝搬時間 、流速、液体または気体のレベル、または他の物理的性質を計算するだけでよい 。 本発明は、受信アナログ信号の相関のピーク値を含んでいる時間間隔を正確に 検出して、その検出された時間間隔(以下ピーク期間と称する)の間に相関信号 を明確に識別し、抽出することができる測定装置を提供するものである。この新 規な測定装置によれば、流動測定動作における超音波信号の伝搬時間の正確な測 定のために必要なディジタル情報の量を少なく制限することによって、従来伝搬 時間を計算するのに必要であった乗算の回数を少なくし、そのような正確かつ十 分な測定値を非常に小さい電力消費で求めることが可能になる。 発明の概要 本発明は、要約すると、液体または気体の媒体中を伝搬する波動信号または時 間従属性信号の変化を測定することによって、その液体または気体媒体の種々の プロセスパラメータ及び/または物理的性質を測定するための装置である。この 装置は:液体または気体媒体中に送入する送信波動信号または時間従属性信号を 供給するための少なくとも1つの送信手段と;上記送信手段から離れた位置にあ って、液体または気体媒体から受信波動信号または時間従属性信号を受け取るた めの少なくとも1つの受信手段と;上記受信手段に接続されていて、上記受信波 動信号または時間従属性信号のアナログ信号処理を行って、その処理された受信 波動信号または時間従属性信号の一定の短い期間が抽出されるようにするための 手段と;を具備したものである。 本発明のもう1つの実施態様は、液体または気体媒体を通る超音波パルスの伝 搬時間を測定することによってその液体または気体媒体の流速、レベルまたはそ の他の物理的性質を測定するための装置であって、所定時点でその液体または気 体媒体中に送入する超音波送信信号を供給するための送信手段と;上記送信手段 から離れた位置にあって、上記液体または気体媒体からの超音波受信アナログ信 号を受け取るための受信手段と;上記受信手段に接続されていて、上記超音波受 信アナログ信号の相関のピーク期間を抽出するように、超音波送信信号と超音波 受信アナログ信号を相関させるようにすることによって伝搬時間を計算するため に通常必要となる大量のディジタルデータの処理を不必要にするための手段と; を具備する。 上記測定するための装置の送信手段は、液体または気体媒体に超音波パルスを 送入することができる少なくとも1つの送信側超音波トランスデューサを有し、 同様に、上記受信手段は液体または気体媒体を超音波パルスが通過した結果得ら れる超音波受信アナログ信号を受け取るための少なくとも1つの受信側超音波ト ランスデューサを有する。上記受信手段に接続されていて超音波送信信号と超音 波受信アナログ信号を相関させるめの上記手段は、好ましくは、超音波受信アナ ログ信号と超音波コード化送信信号との整合に基づく上記ピーク期間内に入る特 異アナログピーク出力を発生することができるアナログ相関器と、上記相関させ るための手段に接続されていて、上記相関器のピーク出力からピーク期間を抽出 するためのアナログシフトレジスタとを具備する。アナログ相関器は、超音波送 信信号と超音波受信アナログ信号を相関させることができるものであれば、バケ ットブリゲード・デバイス(BBD)相関器、電荷結合デバイス(CCD)相関 器または表面波(SAW)相関器のような任意の電荷転送デバイスを用いること ができる。 本発明による測定装置は、さらに、ピーク期間の間に、そのピーク期間を含む 相関器出力の特定の期間を抽出するよう指示する信号をアナログシフトレジスタ に送るよう応答するピーク検出器を有する。ピーク検出器は、ピーク期間を含む 期間についてアナログ相関器出力をアナログシフトレジスタに転送させるストッ プカウンタを有する。 アナログ‐ディジタル変換器(ADC)は、アナログシフトレジスタに記憶さ れたピーク期間を示すアナログ相関をデジタル化することができるように、アナ ログシフトレジスタに接続されている。次に、ADCには、アナログシフトレジ スタに記憶されたピーク期間データをマイクロプロセッサメモリに転送して、伝 搬時間のデジタル化されたピーク期間、液体または気体媒体の流量または速度、 またはレベルから計算を行うための低い周波数で動作する、従って低電力で動作 するマイクロプロセッサが接続されている。伝搬時間の計算は、計算で求めた相 関ピーク位置に設定遅延時間を全て加えることによって行われる。上に述べたよ うに、ピークは10のデジタル化ポイントによって定義することができ、ピーク 最大値の正確な位置は、その10のポイントへの曲線のあてはめによって計算さ れる。従って、液体または気体媒体中を伝搬する超音波パルスの伝搬時間は次式 によって計算することができる。 伝搬時間 =t(遅延)+t(ピーク期間)+t(曲線適合度) 流速は、上流方向と下流方向の伝搬時間(それぞれtup及びtdown)の差 、静止状態の媒体中の音速(C)及び経路長(L)を流速(V)と関連づける次 式によって計算される。 V(流速)=(tup- tdown)×C2/2L 本発明の測定装置は、さらに、アナログ相関器、アナログシフトレジスタ、ピ ーク検出器、アナログ‐ディジタル変換器及びマイクロプロセッサの中の任意の いずれかの起動を遅延させる遅延カウンタを有する。遅延カウンタの目的は、エ ネルギーを節約するために起動を遅延させることにある。その遅延時間は、媒体 中の音速及び液体または気体媒体が流れるまたは入っている流路の大きさによっ てマイクロプロセッサによりあらかじめ決定される。また、送信手段とアナログ 相関器、遅延手段及びピーク検出手段にタイミング信号を供給するためのクロッ クタイマが設けられている。 本発明の低電力型測定装置は、液体または液体媒体の流量または速度の測定、 定置タンク中の液体または気体媒体のレベルの測定、及び液体または気体の2成 分混合物の組成の決定のような多くの用途に使用することができる。また、本発 明の低電力型測定装置は、コード化信号またはパルスから得られるピーク期間の 伝搬時間が検出することが可能なあらゆる状況下で使用することができることを 企図したものである。 流速を測定するための低電力型装置は、液体または気体媒体を通って伝搬する 超音波パルスの伝搬時間をその液体または気体媒体の流れと同方向及びその逆方 向の両方向について測定するための手段よりなる。この伝搬時間を測定するため の手段は、好ましくは:所定時点で液体または気体媒体にその流れ方向に送入す る第1の超音波送信信号を得るための第1の送信手段と;第1の送信手段から離 れた位置にあって、液体または気体媒体から第1の超音波受信アナログ信号を受 け取るための第1の受信手段と;所定の時点で液体または気体媒体にその流れ方 向と逆方向に送入する第2の超音波送信信号を得るための第2の送信手段と;上 記第2の送信手段から離れた位置にあって、液体または気体媒体から第2の超音 波受信アナログ信号を受け取るための第2の受信手段と;上記第1及び第2の両 方の受信手段に接続されていて、上記第1及び第2の超音波受信アナログ信号を それぞれ上記第1及び第2の超音波送信信号と相関させて、上記第1及び第2の 両方の超音波受信アナログ信号の相関のピーク期間が抽出されるようにすること によって伝搬時間を計算するのに通常処理することが必要な大量のディジタルデ ータの処理を不必要にするための手段と;を具備する。流速は次式から求められ る。 流速 = 伝搬時間の変化×(音速2/2)×経路長 一実施態様のレベル検出器は、所定の時点で液体または気体媒体中に送入する 超音波送信アナログ信号を得るための送信手段と;液体または気体媒体から超音 波受信アナログ信号を受け取るための受信手段と;上記受信手段に接続されてい て、超音波受信アナログ信号のピーク期間が抽出されるように、超音波送信アナ ログ信号と超音波受信アナログ信号を相関させるための手段と;を具備する。さ らに、このレベル検出器は超音波受信アナログ信号のピーク期間から気体または 液体を通して超音波送信アナログ信号の伝搬時間を決定することによって容器中 の相界面の位置を決定することができる相関手段に接続された手段を含む。液体 のレベルは次式よって求められる。 レベル= 音速/伝搬時間 また、本発明おけるように、液体または気体媒体からなる2成分混合物を伝搬 する超音波パルスの伝搬時間を測定することにより、2成分混合物中の超音波パ ルスの速度を測定して、その2成分混合物の組成を決定することも可能である。 このような組成検出器は、好ましくは:所定の時点で2成分混合物中に送入する 超音波送信アナログ信号を得るための送信手段と;送信手段から離れた位置にあ って、上記2成分混合物から超音波受信アナログ信号を受け取るための受信手段 と;上記受信手段に接続されていて、超音波受信アナログ信号のピーク期間が抽 出されるように、超音波送信アナログ信号と超音波受信アナログ信号を相関させ ることによって、伝搬時間を計算するのに通常処理することが必要な大量のディ ジタルデータの処理を不必要にするための手段と;を具備する。さらに、組成検 出器は超音波受信アナログ信号のピーク期間からいずれか、2成分混合物、を通 して超音波送信アナログ信号の伝搬時間を決定することによって同じく2成分混 合物の速度を決定することができる相関手段に接続した手段を含む。混合物の組 成は下記の一般式を用いて計算される。 成分Aの比率=(混合物中の速度 −成分B中の速度)/ (成分A中の速度 −成分B中の速度) 成分Bの比率=(混合物中の速度−成分A中の速度)/ (成分A中の速度−成分B中の速度) 式中、混合物の速度は、伝搬時間を経路長で割った値に等しい。 上記及びその他の本発明の目的及び長所については、以下の添付図面を参照し つつ行う発明の実施形態の詳細な説明からさらに明らかになろう。 図面の簡単な説明 図1は、本発明の一実施形態のブロック図である。 図2は、図1の相関器の概略ブロック図。図3は図1の実施形態のタイミング 図である。 図4は、タンクに入っているで液体のレベルを測定するために本発明の測定装 置を組み込んだ液体貯蔵タンクの概略図である。 図5は、2成分混合物中で速度を測定して該2成分混合物の組成を求めるため に本発明の測定装置を組み込んだ容器の概略図である。 図6は、波動または信号を媒体に通した後、アナログ信号プロセッサによって 処理してからアナログ‐ディジタル変換及びデジタル化された信号のマイクロプ ロセッサ処理を行うようにした本発明によるもう一つつの実施形態のブロック図 である。 実施形態の詳細な説明 添付図面において、本発明一実施形態の超音波流動測定装置は全体として参照 符号10で表されている。特に、図1のブロック図を参照すると、超音波流動測 定システムまたは装置10は、パイプまたは導管14中を流れる液体または気体 媒体12の流速を測定するための種々の回路コンポーネントを有する。上流側超 音波トランスデューサ16は、導管14の側壁13の外面上に取り付けられ、下 流側超音波トランスデューサ18も側壁13の外面上に上流側トランスデューサ 16から離れて取り付けられている。 これらのトランスデューサ(16、18)の間には、機能を互いに切り換えら れるように切換え手段17が挿入されている。上流側トランスデューサ16は、 送信側トランスデューサとして機能から受信側トランスデューサの機能に切り換 えることができ、下流側トランスデューサ18は受信側トランスデューサの機能 から送信側トランスデューサとしての機能切り換えることができる。このように して、これらのトランスデューサ(16、18)の機能を切り換えることによっ て、上流方向及び下流方向の伝搬時間を測定することができる。 図1に示すように、流動測定システム10の回路への入力電流が供給されるコ ンデンサによってエネルギーを蓄えるための貯留エネルギー超音波ドライバ20 が設けられている。切換え手段17を介してトランスデューサ(16、18)に 接続された超音波ドライバ20は、より低い平均電力でトランスデューサ16ま たは18を他の回路コンポーネントと共に駆動するために、低デューティファク タのオン/オフ電源制御を通して瞬間的な高電力を使用することが可能になる。 トランスデューサ(16、18)は、通常、容易に入手可能な圧電材料、少数の 例をあげると、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ジルコン酸タンタル酸 鉛またはクォーツのような圧電材料で製造される。 超音波ドライバ20の貯留エネルギーは、コード化信号発生器22によって送 信側トランスデューサ(16または18)への供給がゲーティングによりオン/ オフ制御される。信号発生器22のゲーティング順序は、所望の周波数、好まし くは1MHzで行われる。ゲーティングされた信号の位相は、周期的に180度 ずらされて、移相コードが形成される。このように、超音波ドライバ20は、コ ード化信号発生器22から供給される信号に基づいて、コード化送信信号を送信 側トランスデューサ(16または18)へ送る。 送信モードに切り換えられたとき、上流側トランスデューサ16は、超音波ド ライバ20から受信されるコード化送信信号を超音波送信信号あるいは送信波に 変換する送信側圧電デバイス24を含む構成になる。圧電デバイス24によって 送信された超音波送信信号は、導管またはパイプ14の第1の側壁13を通して 該パイプまたは導管14中を流れる液体または気体媒体12中に送入される。超 音波送信信号の経路は、液体または気体媒体の流れ方向の成分を持つので、超音 波送信信号の速度は液体または気体媒体12の作用によって速くなったり、遅く なったりする。経路が上流側トランスデューサ16から下流側トランスデューサ 18へ向かう方向の場合は、流れのために伝搬時間は減少する。経路が下流側ト ランスデューサ18から上流側トランスデューサ16へ向かう方向の場合は、流 れのために伝搬時間は増加する。上流から下流へ向かう切り換え位置になってい る場合、超音波受信アナログ信号は導管14の第2の側壁15で偏向された後下 流側トランスデューサ18の圧電デバイス26によって受信され、トランスデュ ーサ18によって受信アナログ電気信号に変換される。 超音波送信信号は、導管14を横切る際、導管14の側壁13及び液体または 気体媒体12を通って伝播し、導管14の側壁15から反射するときに、超音波 エネルギーの散乱と吸収のために総じて減衰する。受信アナログ電気信号は、次 のアナログ相関及びその後のアナログ‐ディジタル変換及び分析にとって十分な 電圧レベルに受信アナログ電気信号を大きくするために、随意、受信RF増幅器 28によって増幅される。 受信アナログ電気信号は、アナログ相関器30、アナログシフトレジスタ34 及びピーク検出器32からなるアナログ相関を行い、ピーク期間を抽出するため の相関器手段に供給される。通常、ピーク期間は受信信号の1周期、すなわち1 MHz信号の場合で1マイクロ秒である。アナログ相関演算は、超音波送信信号 のパターンまたはコードと受信アナログ電気信号とを相互相関させることによっ て行われる。 アナログ相関器30内の相関演算は、バケットブリゲード・デバイス(Buc ket Brigade Device)(BBD)相関器、電荷結合デバイス (Charge Coupled Device)(CCD)相関器、あるいは 表面波(Surface Acoustic Wave)(SAW)相関器のよ うな各種の相関装置を用いて行うことができるが、これらに限定されるものでは ない。これらの相関器は、共通の動作モードを有する。受信されたコード化信号 は相関器の入力へ送られる。信号の時間変動が相関装置を通って進行し、任意の 時点で、一定の過去の時間間隔にわたるその信号の一定の表現が装置に記憶され る。記憶される量は装置の詳細によって決まるが、過去の信号の一定の期間が記 憶される。また、これらの装置は、記憶された期間にわたる複数のポイントをサ ンプリングし、それらのポイントからの信号に重みをつけて和を取ることにより 相関器30の出力を得るようになっている。加重のパターンは、送信超音波信号 に与えられたコード同じである。相関器30からの出力信号は、受信アナログ電 気信号と超音波送信信号との相関である。この相関は、受信コード化信号(すな わち受信アナログ電気信号)が相関器30でコード化ポイントと整合した時、最 大値に達する。 図2を参照する。相関器30は、バケットブリゲード・デバイス(Bucke t Brigade Device)(BBD)のような、電荷転送デバイスで あり、その動的動作に電源及びクロック信号を必要とする。受信アナログ電気信 号は、各クロックサイクル毎にサンプリングされ、その信号に比例した電荷がB BD相関器のストリングをなすMOSコンデンサDの最初のコンデンサ注入され 、記憶される。各クロックパルス毎に、電荷はストリング中の次のコンデンサD に 順次送られ、ストリングの最初のコンデンサに新しい信号サンプルが注入される 。サンプリング期間後、信号はコンデンサDのストリングに沿って記憶された状 態になっている。各クロックサイクル毎に、記憶された期間は1クロックサイク ル移送する。相関付けは、V1〜Vmによって各記憶ポイントへのタップを設け 、基準倍率h1〜hmでスケーリング(すなわち増幅)して、スケーリングした 全ての信号の和を取ることによって行われる。BBD相関器の出力は、スケーリ ングした信号和、すなわちΣhkkである。増幅器スケーリングに代えて、スト リング状に接続されたコンデンサに異なるキャパシタンス値を与えるようにして もよい。これでも、キャパシタンスに従ってスケーリングが行われ、全てのタッ プの入力について単位利得で和を取ることにより相関付けが行われる。 CCD相関器は、BBD相関器と同様に動作するが、CCD相関器の倍は、コ ンデンサ構造がより複雑であり、BBDの場合のように表面に作り込まれるので はなく、一般にシリコンに埋め込まれる。 BBDやCCDのような電荷転送デバイスに関する背景情報は、エー・ジー・ ミルン(A.G.Milnes)による「半導体デバイスと集積エレクトロニクス(Semicondu ctor Devices and Integrated Electronics)」という名称の論文(ヴァン・ノス トランド・ラインホルド(Van Nostrand Reinhold Company)社刊;590〜59 8ページ及び610〜617ページ)に記載されており、その内容は参照によっ て本願に編入される。 SAW相関器は、BBDあるいはCCD相関器と同様に機能するが、動作原理 は異なっている。SAW相関器は、出力相関信号をうるのに入力信号(すなわち 、受信アナログ電気信号)だけを必要とする受動素子である。時変入力信号は、 SAWデバイスの圧電材料ストリップ中で表面波を励振する。入力信号に比例し た振幅を持つ波はデバイスの長さ方向を横切って伝播する。どの時点でも、この 信号はSAW表面に沿って分布する波として表される。これは、BBD及びCC D相関器のコンデンサストリングに沿って分布する電荷に類似している。SAW デバイスの表面沿いの様々な点に電極タップが設けられ、共通の加算電極に接続 されている。信号波が電極タップを通過する時、電極タップは下層の圧電材料か ら電圧を受け取る。これらの電極の位置と形状によって、波点の重みのつけ方が 決 まる。BBD及びCCD相関器の場合と同様に、その加重が送信コードを表して いれば、SAWの出力は相関を表す。SAWデバイス表面上の波動パターンが表 面電極パターンと整合したとき、相関は最大になる。 SAW相関器に関する背景情報は、ディー・ティー・ベル・ジュニア(D.T.Be ll.Jr.)及びエル・ティー・クレイボーン(L.T.Claiborne)による「位相コード ジェネレータと相関器(Phase Code Generators and Correlators)」という名称 の論文(米国テキサス州ダラス(Dallas)のテキサス・インスツルメント(Texas I nstruments,Inc.)社刊;307〜316ページ)に記載されており、その内容 は参照によって本願に編入される。 再度図1を参照する。相関器30の出力は、信号が受信側トランスデューサに よって受信されるまで低い状態にある。その後、受信アナログ電気信号のパター ンが相関器に埋め込まれた同じパターン、すなわちコード化送信信号と整合する と、相関器30の出力は最大出力またはピーク出力を生じる。 正確に相関ピークの時間位置を決定するために、アナログシフトレジスタ34 からの相関器出力は以下に説明するADC36によって受信アナログ電気信号の 周波数より速い速度でデジタル化される。このような方式では、ディジタルデー タまたはポイントは、ピーク期間の位置を検出する際の不確定性に対応するため に必要な長い期間、高速で取り込まれる。これらのポイントは記憶された後、最 終的には処理手段へ送られる。しかしながら、相関ピークの正確な位置を確定す るために必要なピーク期間の間にほんの僅かな数のポイントだけ記憶することに よって、時間とエネルギーを節約することができる。 この実施形態の場合、相関器30の出力に接続されたアナログピーク検出器3 2がピーク期間を得るためのタイミングを決定する。相関器30の出力が相関ピ ーク振幅の期待値範囲に対応する値に関して設定されたスレッショルド値と交わ ると、ピーク検出器32は、ピーク期間全体が得られた時相関手段を止めるタイ ミング信号を発生する。ピーク位置の正確な確定には、ピークの両側にほんの少 数のデータポイントだけあればよい。このように、ピーク検出器32は、流動測 定装置10における超音波受信アナログ信号の伝搬時間の正確な測定のために必 要なディジタル情報の量を少なく制限し、しかもそれを非常に少ない電力消費可 能にするタイミング信号を発生する。 相関器30の出力は、ピーク期間内で、受信アナログ信号のパターンが前に相 関器30埋め込まれたコード化送信信号のパターンと整合したとき、ピークにな る。アナログピーク検出器32は、相関器30からの出力をモニタし、ピーク期 間が検出された時、パルスを発生する。このパルスは、ピーク期間の検出後短い 期間だけ測定を続けるピーク検出器32の一部をなすカウンタを作動させる。測 定は、相関器30の出力から次のピークのエッジを決めるための所定時間だけ持 続する。その所定時間の後に、最後のストップ信号がピーク検出器32からアナ ログシフトレジスタ34へ送られ、相関測定は終了する。 相関器30のピーク出力はアナログシフトレジスタ34に供給される。相関器 30から出力される信号は、クロック信号によってシフトレジスタ34に入力さ れる。各クロックパルス毎に、ピーク出力の新しい値がシフトレジスタ34入力 されることによって、シフトレジスタの下方に、それまでに送られて来たポイン トがシフトレジスタの下方にシフトされる。シフトレジスタ34に与えられるポ イントの数が利用可能なポイント位置の数を超えると、より前のポイントはレジ スタの端からシフトオフされ、排棄される。 ピーク検出器32は、最終のストップ信号が生じた時、どのポイントがアナロ グシフトレジスタ34に記憶されるかを決定する。例えば、シフトレジスタ34 が20のポイントを持っているとすると、ピーク検出器32は、もう10クロッ クサイクルを生じさせ、もう10ポイントをシフトレジスタ34に加えることが できるようにする。このようにして、ピーク期間は、リーディングエッジを決め る10ポイントと次のエッジを決める10ポイントによってシフトレジスタ34 に記憶されることになる。シフトレジスタに保持されるポイントの数は、選択し たクロック周波数及びレジスタのサイズによって決まる。この実施形態の場合、 10MHzのクロック周波数と1MHzの超音波周波数が用いられる。そのため に、これらのクロックと超音波周波数の結果として、10ポイントの他、ピーク 期間の両側のそれぞれの5つのポイントによって画定される1マイクロ秒幅のピ ーク期間が得られる。 アナログピーク検出器32は、流動測定装置10の全体的な低電力システムに 貢献するコンポーネントの1つである。ピーク検出器32による限界的なピーク 検出を行わない場合、相関器30の出力はすべて、マイクロプロセッサのような 処理回路へ転送する前に、次のアナログ‐ディジタル変換器によってデジタル化 しなければならないことになろう。このようなデジタル化及び処理は、相関ピー クの時間位置で不確定性に対応するのにはるかに多量の時間が必要になる。従っ て、処理する相関器30からの出力のポイントをはっきりピーク期間に限定する ことによって、コンポーネントが使用される時間量及び消費されるエネルギーの 量は最小限に抑えられる。 ピーク期間はアナログシフトレジスタ34に記憶され、その後アナログ‐ディ ジタル変換器(ADC)36によってデジタル化され、マイクロプロセッサ38 に供給される。ADC36とマイクロプロセッサ38は所定の同じクロック速度 で動作する。このクロック速度は、電力消費が最小になるよう、通常、0.5M Hzのオーダーのように低い。このクロック速度で、記憶された20ポイントの 信号は、各読み取り/転送当たり2サイクルと仮定すると、約80マイクロ秒で マイクロプロセッサ38の記憶部に転送される。この実施形態の場合、マイクロ プロセッサ38による曲線のあてはめ分析は、ピーク位置を決定するのにおよそ 1ミリ秒を要する。 図1及び3を参照する。クロック40は流動測定装置10のタイミングを制御 する。この実施形態の場合、クロック40が10MHzで動作する。測定サイク ルの始めに、送信信号が起動されて、クロック40及び遅延カウンタ42はタイ ムライン44からカウントし始める。受信端側の流動測定装置10のコンポーネ ントは、エネルギーを節約するために、この時点では電源を供給されない。それ らの受信端側のコンポーネントには、受信器増幅器28、相関器30、ピーク検 出器32、アナログシフトレジスタ34、ADC36及びマイクロプロセッサ3 8が含まれる。遅延カウンタ42がその所定のカウント時間の終わりに達すると 、受信端側のコンポーネントはタイムライン46で電源オンになる。遅延カウン タ42の遅延時間は、導管14についての既知の幾何学的特性及び液体12中の 音速から概略計算され、この情報がメモリに書き込まれているマイクロプロセッ サ38からの遅延時間信号によってセットされる。この遅延によって、伝搬時間 及 び信号を受信するコンポーネントが「オン」位置に切り換わった時パワーアップ するのに必要な時間の不確定性に対応することが可能である。 ピーク検出器32中に含まれるもう1つのカウンタは、遅延カウンタ42の遅 延時間後の時間位置46でカウント動作を開始し、ピーク検出器32が時間位置 48でピーク期間を検出するまでカウントし続ける。上に述べたように、シフト レジスタ34におけるピーク出力のポイントの時間位置50を確定するためは、 クロック40の10サイクルが時間位置48に加えられる。その後は、マイクロ プロセッサ38のクロックが引き継いで、時間位置52で示されている測定サイ クルの終わりまで動作する。また、ADC36はシフトレジスタ34からピーク 期間を含むデータをマイクロプロセッサ38のディジタルメモリへ移動させる。 もう一つの流動測定装置の実施形態では、アナログ相関器30の他の実施態様 、すなわち、SAW相関器を使用する。SAWデバイスを10MHzより低い周 波数で動作させるとSAWデバイスの寸法をSAW材料中の音波の波長より大き く保つ必要があるため、SAW技術の限界が生じる。超音波伝搬時間測定の限界 のために、信号周波数は約1MHzにする必要があり、従ってSAWデバイスの 使用には、大きいサイズの圧電材料が必要になる。この問題を回避するために、 別の方式を用いてSAW相関器を実装することができる。それによれば、受信ア ナログ電気信号は、振動する信号が信号のゼロ交点毎に符号を変える方形波にな るよう増幅される。この方形波信号は、その方形波とこれより高い周波数でミキ サーを駆動することによって、そのより高い周波数の搬送波信号を位相変調する ことができる。このようにして、1MHzの超音波信号のコードは、搬送波信号 上の移相コードに変換される。搬送波信号は、そのより高い搬送周波数で動作す るよう設計されたSAW相関器デバイスに供給される。こうすれば、SAW相関 器デバイスはより低い超音波の周波数ではなく、より高い搬送周波数によって制 御されるので、SAW材料の寸法は小さくなる。上記述のBBD相関器の他の属 性はすべて、この別の実施形態のSAW相関器でも適用される。 送信側トランスデューサを励振する手段をさらに修正した態様を実施すること により、超音波伝搬時間の流れを測定するための相関検出技術の利用法を改善す ることができる。パルスが超音波トランスデューサを励振する時、トランスデュ ーサは、減衰させられない限りその固有振動周波数でリンギングする性質がある 。リンギングは、送信超音波信号に付与されたコードの検出との干渉を生じる。 リンギングの効果を小さくするためには、たとえば送信信号で変調されたコード を分散させることが可能である。そのコード化送信信号は、位相の後にリンギン グを減衰させるための遅延をおいたシングルサイクルからなる。その後は、適切 な位相に遅延を続けたシングルサイクルを、コード化送信信号がすべて送信され るまで繰り返す。この技術では、リンギングとの干渉は回避されるが、コードを 付与するために要する総時間は、余分の遅延のためにより長くなる。コード化送 信信号を送信するための総時間を短縮するために、各シングルパルスの後に送信 パルスと180度位相のずれた第2のシングルパルスを続けることにより、発振 器を反転させ、リンギングを打ち消す。このような送信信号についての修正態様 によれば、リンギングが小さくなり、従って、相関ピークが強調される結果、ピ ーク期間の検出が容易になり、伝搬時間測定に必要なデータ量を少なく制限する ことができる。 上に説明した実施形態及びいくつかの異なる実施態様は、4−20ma 2線 式ループを使用する任意の装置のように、低エネルギー消費から得るところが少 なくないあらゆる種類の流動測定装置で使用することができるよう企図されたも のである。4−20ma回路では、測定変数はゼロポイントの時は4maで表さ れ、フルスケールの時は20maによって表される。送信器回路は、通常、2つ の部分、すなわち、測定を行う部分と2線式ループ中の電流を制御する部分とに 分けられる。送信器の測定回路については、プロセス変数に関わらず、一定の電 流を使用することが標準的な慣行である。測定回路は、測定がゼロに近いかフル スケールに近いかに関わらず、4ma以下の電流を使用する。出力回路の電流制 御部のみが、総電流をゼロ時における4maからフルスケール時の20maに変 化させる。この一般的なやり方を変えることによって、測定を改善することがで きる。4−20ma 2線式ループの場合、特に、測定変数がゼロでない時、2 本の線上を送られる4maを超える電流を使用することによって、回路の測定部 で使用される電力を増やすことができる。 測定がノンゼロの値の時は、4maのゼロポイント電流より大きい電流を使用 することができる。超音波流量計の場合は、より多くの電流を使うことができ、 これによってより多くの伝搬時間測定のサンプルを得ることができ、従ってより 良好なデータの平均計算を行うことができる。4ma電流に限定されると、消費 電力を4maによって得られるエネルギー枠内に納めるために、サンプル数が制 限される。ノンゼロでの動作時には、より多くの電流が利用可能であり、サンプ ル数を増やすことができる。ノンゼロ測定が通常の動作であるので、すなわち、 測定器は総じてノンゼロ状態にあるから、その動作の大部分について測定精度を 改善することができるはずである。その上、流量が最大になると、流れノイズが 悪化する。このような場合は、より多くの電流を用いることによって、その余分 の電流をより良好なデータの平均計算及びノイズ減少のために利用することがで きる。 本発明の測定装置は、主にパイプまたは導管中の流量の測定に使用するための ものであるが、これに限定されるものではない。本発明の低電力技術の他の用途 としては、超音波パルスの伝搬時間の測定に基づく他のパラメータあるいは物理 的性質の測定に利用することも可能である。 図4は、本発明によるそのような他の実施態様を示したもので、この実施形態 においては、超音波パルスの伝搬時間の測定に基づく本発明の低電力技術を用い て液体のレベルが測定される。図4においては、タンク、入れ物または容器72 中の液体70のレベルを、トランスデューサ74から出たパルスが固定ポイント から気相体/液相界面76に達するまでの伝搬時間を測定することによって測定 することができる。図4に示す実施形態においては、トランスデューサ74はタ ンク72の底に配置され、トランスデューサ74から出たパルスはが液体78を 中を進行して気相/液相界面76に達し、そこで反射して、トランスデューサ7 4または図1のトランスデューサ16及び/または18と同等の別の受信側トラ ンスデューサ(図示省略)へ戻るようになっている。戻ったパルスまたは反射パ ルスはトランスデューサ74によって受信され、受信アナログ電気信号となる。 あるいは、トランスデューサ74は、タンク72の上部に配置して、そこで発生 したパルスが、気体80中を進行して気相/液相界面76に達し、そこで上記同 様に反射して、トランスデューサ74または別の受信側トランスデューサに戻る ようにすることもできる。いずれの場合も、固定ポイントから界面までのパルス の伝搬時間を測定することによって相界面76位置を測定することができる。液 相または気相のレベルが変化すると、相界面76の位置も変化し、この相界面7 6の位置の変化は、超音波パルスが進行する液体または気体中での速度を知って 超音波パルスの伝搬時間を測定することによって、すなわち、伝搬時間を速度で 割った値に等しい距離として測定することができる。本発明のエネルギー管理技 術を用いることによって、液体レベルの測定を低電力モードで2線式の4−20 ミリアンペアラインを介して行うことができる。 トランスデューサ74または別の受信器トランスデューサに戻ったパルスは、 次に、超音波送信信号と受信アナログ信号を受信アナログ信号のピーク期間が検 出されるように相関させるBBD、CCDまたはSAW相関器のような相関器に よって処理される。 図5に示す本発明のもう一つの実施形態は、液体または気体の2成分混合物中 の速度を測定するために使用することができる装置で、速度によって2成分混合 物での各成分の比率を求めるようにしたものである。本発明の電源管理技術を使 うことにより、この測定を2線式の低電力型測定で行うことが可能である。図5 の実施形態においては、符号82で示すタンク、入れ物、容器、導管等または同 様の82に液体または気体の2成分混合物が入っており、信号発生トランスデュ ーサ84から発したパルスを2成分混合物86を通して送入し、受信アナログ電 気信号を図1のトランスデューサ16及び/または18と同等の信号発生トラン スデューサ84と反対側に反対方向に配置されたトランスデューサ88によって 受信する。 従って、本発明による測定装置を使用すると、液体または気体中の速度の低電 力測定によってその液体等の物理的性質を知ることができる。この場合、距離は 既知の定数であり、伝搬時間を用いて液体または気体中の速度、すなわち伝搬時 間で距離を割ったものに等しい値として求めることができる。2成分混合物86 の組成は、液体または気体中の速度を検出することによって求められる。 図6は、本発明のもう一つの実施形態を示し、この実施形態は、符号94で示 す導管、パイプ、容器、タンク等に入っている液体または気体媒体92中を伝搬 する波動信号または時間従属性信号96の変化を測定することによって、その液 体または気体媒体92の種々の物理的性質を測定するための低電力型装置90よ りなる。この低電力型装置90は:液体または気体媒体中に注入する送信波また は時間従属性信号を得るための少なくとも1つの送信手段98(すなわちトラン スデューサ)と;上記送信手段98から離れた位置にあって、液体または気体媒 体92から受信波または時間従属性信号を受信するたの少なくとも1つの受信手 段100(すなわちトランスデューサ)と;上記受信手段に接続されていて、受 信波または時間従属性信号のアナログ信号処理を処理された受信波または時間従 属性信号の短い期間が抽出されるように行うための手段と;を具備している。ア ナログ信号処理のための上記手段は、信号受信器101、アナログ信号プロセッ サ102(例えばアナログ相関器)及びアナログシフトレジスタ103を有する 。アナログシフトレジスタ103からの所期の出力ピークは、ADC 105に 送られて、アナログ信号ピークがデジタル化データに変換される。デジタル化デ ータは、その後マイクロプロセッサ107に送られ、信号96が伝搬する気体ま たは液体のプロセス媒体の所望の物理的性質の測定が行われる。 以上、本発明を特定の実施形態との関連で詳細に説明したが、特許請求の範囲 の記載によって定まる本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の変形態 様及び修正態様を実施することが可能なことは明白であろう。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年4月17日 【補正内容】 補正明細書A そのために、米国特許第4,787,252号の流量計は、アナログ‐ディジタ ル変換、メモリ回路、DMA及び相関付けのステップの間に相当な量のエネルギ ーを消費し、現場用途に多く見られる低電力にとって望ましいものではない。さ らに、個々のディジタル化されたポイントが連続的にマイクロプロセッサに送ら れている時、相関演算を行うには相当強力なマイクロプロセッサが必要である。 例えば、コード化された送信信号のパターンは、1MHz信号の5サイクル分の パルスからサンプリングされる50の数によって定義することができる。受信ア ナログ電気信号は、そのパルスが確実に受信するようにするために、たとえば5 0マイクロ秒の時間間隔にわたって走査することができる。走査された信号は、 ADC装置によって500のディジタル化信号に変換されてから、導管またはパ イプを通って流れる液体または気体の媒体の流量を得るための相関計算のために マイクロプロセッサへ送られる。マイクロプロセッサ中で行われる相関演算は、 500回行われる50の乗算、すなわち25,000回の乗算を伴う。この相関 演算は、十分なメモリ容量と高速度を有する高のマイクロプロセッサの場合は問 題ではないと考えてよい。しかしながら、現場用途で電力を節約しようと試みる 場合、低電力の流量検出器はマイクロプロセッサの動作速度を相当に低くする必 要があり、これによって一定期間の流量を出すための計算に過度の時間が取られ るので、相関演算が一つの問題を生起させる。従来の流量検出器に必要な大量の 相関関数計算は、その内蔵マイクロプロセッサの速度が遅いことにより、導管ま たはパイプを流れる液体または気体媒体の流量のリアルタイム検出に対応できな いと思われるので、やはり低電力検出器には適さない。また、これらの相関計算 はすでに限られているエネルギー供給量の相当部分を使用するので、検出器自体 の総合的性能に影響を及ぼす。 発明の要旨 本発明は、液体または気体媒体を通って伝搬する超音波送信信号の伝搬時間を その液体または気体媒体の流れと同方向及びその逆方向の両方向について測定す ることによってその液体または気体媒体の流速を測定するための手段において: 所定時時点で上記液体または気体媒体にその流れ方向に送入する第1の超音波送 信信号を得るための第1の送信手段と;上記第1の送信手段から離れた位置にあ って、上記液体または気体媒体から第1の超音波受信アナログ信号を受け取るた めの第1の受信手段と;所定の時点で上記液体または気体媒体にその流れ方向と 逆方向に送入する第2の超音波送信信号を得るための第2の送信手段と;上記第 2の送信手段から離れた位置にあって、上記液体または気体媒体から第2の超音 波受信アナログ信号を受け取るための第2の受信手段と;を具備し、上記第1及 び第2の両方の受信手段に接続されていて、上記第1及び第2の超音波受信アナ ログ信号をそれぞれ上記第1及び第2の超音波送信信号とを上記第1及び第2の 両方の超音波受信アナログ信号の相関のピーク期間が検出されるように相関させ るための手段と;上記相関させるための手段に接続されていて、上記ピーク期間 をディジタル化するためのアナログ‐ディジタル変換器と;上記アナログ‐ディ ジタル変換器に接続されていて、上記デジタル化されたピーク期間から上記液体 または気体媒体の伝搬時間を計算するためのプロセッサ手段と;を特徴とするも のである。 補正明細書B 図面の簡単な説明 図1は、本発明の一実施形態のブロック図である。 図2は、図1の相関器の概略ブロック図。図3は図1の実施形態のタイミング 図である。 図4は、タンクに入っているで液体のレベルを測定するために本発明の測定装 置を組み込んだ液体貯蔵タンクの概略図である。 図5は、2成分混合物中で速度を測定して該2成分混合物の組成を求めるため に本発明の測定装置を組み込んだ容器の概略図である。 図6は、波動または信号を媒体に通した後、アナログ信号プロセッサによって 処理してからアナログ‐ディジタル変換及びデジタル化された信号のマイクロプ ロセッサ処理を行うようにした本発明によるもう一つつの実施形態のブロック図 である。 実施形態の詳細な説明 添付図面において、本発明一実施形態の超音波流動測定装置は全体として参照 符号10で表されている。特に、図1のブロック図を参照すると、超音波流動測 定システムまたは装置10は、パイプまたは導管14中を流れる液体または気体 媒体12の流速を測定するための種々の回路コンポーネントを有する。上流側超 音波トランスデューサ16は、導管14の側壁13の外面上に取り付けられ、下 流側超音波トランスデューサ18も側壁13の外面上に上流側トランスデューサ 16から離れて取り付けられている。 補正請求の範囲 1.液体または気体媒体を通って伝搬する超音波送信信号の伝搬時間をその液体 または気体媒体の流れと同方向及びその逆方向の両方向について測定することに よってその液体または気体媒体の流速を測定するための装置であって、所定時時 点で上記液体または気体媒体にその流れ方向に送入する第1の超音波送信信号を 得るための第1の送信手段(16,24)と;上記第1の送信手段から離れた位 置にあって、上記液体または気体媒体から第1の超音波受信アナログ信号を受け 取るための第1の受信手段(18,26)と;所定の時点で上記液体または気体 媒体にその流れ方向と逆方向に送入する第2の超音波送信信号を得るための第2 の送信手段(18,26)と;上記第2の送信手段から離れた位置にあって、上 記液体または気体媒体から第2の超音波受信アナログ信号を受け取るための第2 の受信手段(16,24)と;を具備した装置(10)において: 上記第1及び第2の両方の受信手段に接続されていて、上記第1及び第2の 超音波受信アナログ信号をそれぞれ上記第1及び第2の超音波送信信号とを上記 第1及び第2の両方の超音波受信アナログ信号の相関のピーク期間が検出される ように相関させる手段(30)と; 上記相関させる手段に接続されていて、上記ピーク期間をデジタル化するた めのアナログ‐ディジタル変換器(36)と; 上記アナログ‐ディジタル変換器に接続されていて、上記デジタル化されたピ ーク期間から上記液体または気体媒体の伝搬時間を計算するプロセッサ手段(3 8)と; を有することを特徴とする装置。 2.上記第1及び第2の送信手段が、各々上記液体または気体媒体に上記第1及 び第2の超音波送信信号をそれぞれ送入するための送信側超音波トランスデュー サ(16,18)を具備し、上記第1及び第2の受信手段が、各々上記第1及び 第2の受信アナログ信号を受信するための受信側超音波トランスデューサ(16 ,18)を具備することを特徴とする請求項1記載の装置。 3.上記第1の送信手段(16,24)及び第2の受信手段(16,24)が、 上記第1の超音波送信信号を送信すると共に上記第2の超音波受信アナログ信号 を受信することができる第1の超音波トランスデューサ(16)であり、上記第 2の送信手段(18,24)及び上記第1の受信手段(18,26)が、上記第 2の超音波送信信号を送信すると共に上記第1の超音波受信アナログ信号を受信 することができる第2の超音波トランスデューサ(18)であることを特徴とす る請求項1または2のいずれか1項に記載の装置。 4.上記アナログ相関器手段(30)が、上記第1及び第2の超音波送信信号と 上記第1及び第2の受信超音波信号との整合に基づいくピーク期間を有するピー ク出力を発生することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置 。 5.上記ピーク期間が検出された時ピーク時点を確定し、そのピーク時点を示す 信号を上記アナログシフトレジスタに供給するストップカウンタ(42)を特徴 とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の装置。 6.上記第1及び第2の送信手段及び上記相関させる手段にタイミング信号を供 給するクロックタイマー(40)を備えていることを特徴とする請求項1乃至5 のいずれか1項に記載の装置。 7.上記超音波送信信号が、第1のパルス及びその第1のパルスの後に続く18 0度位相のずれた第2のパルスよりなり、これによって上記第1または第2の受 信手段が受け取るノイズを打ち消すことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか 1項に記載の装置。 8.上記液体または気体媒体のプロセスパラメータを測定する上記低電力装置に エネルギーを供給するために用いられる4−20ミリアンペア2線式ループを有 することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の装置。 9.ゼロポイントまたはフルスケール近くで動作中は4ミリアンペアしか使わず 、これによって残りの分の16ミリアンペアの電流を装置が伝搬時間測定につい てより多くのサンプルを取り込むよう駆動するために割り当てることを特徴とす る請求項1乃至8のいずれか1項に記載の装置。 10.上記第1及び第2の超音波送信信号が波動信号または時間従属性信号であ ることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プーニス,ジャンカルロ アメリカ合衆国・18914・ペンシルヴェニ ア州・チャルフォント・ブリタニー ドラ イブ・112 (72)発明者 デマーク,アンソニー・エム アメリカ合衆国・19462・ペンシルヴェニ ア州・キモンス ミーティング・ガウェイ ン ロード・700

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.液体または気体の媒体中を伝搬する波動アナログ信号または時間従属性アナ ログ信号の変化を測定することによって、該液体または気体媒体の種々のプロセ スパラメータ及び/または物理的性質を測定するための低電力型装置において: 液体または気体媒体中に送入する送信波動信号または時間従属性アナログ信 号を得るための少なくとも1つの送信手段と; 上記送信手段から離れた位置にあって、液体または気体媒体から受信波動信 号または時間従属性アナログ信号を受け取るための少なくとも1つの受信手段と ; 上記受信手段に接続されていて、上記受信波動信号または時間従属性アナロ グ信号のアナログ信号処理を行って、その処理された受信波動信号または時間従 属性アナログ信号の一定の短い期間が抽出されるようにするための手段と;を具 備した装置。 2.液体または気体の媒体中を伝搬する超音波パルスの伝搬時間を測定すること によって、該液体または気体媒体のプロセスパラメータ及び/または物理的性質 を測定するための低電力型装置において: 所定の時点で上記液体または気体媒体中に送入する超音波送信信号を得るた めの少なくとも1つの送信手段と; 上記送信手段から離れた位置にあって、液体または気体媒体から超音波受信 アナログ信号を受け取るための少なくとも1つの受信手段と; 上記受信手段に接続されていて、上記超音波送信信号と上記超音波受信アナ ログ信号を該超音波受信アナログ信号のピーク期間が抽出されるように相関させ るための手段と; を具備した装置。 3.上記送信手段が超音波パルスを該液体または気体媒体に送入するための送信 側超音波トランスデューサを具備し、上記受信手段が該超音波受信アナログ信号 を受信するための受信側超音波トランスデューサを具備する請求項2記載の装置 。 4.上記相関させるための手段が、上記超音波送信信号と上記超音波受信アナロ グ信号を相関させるためのアナログ相関器を具備する請求項2記載の装置。 5.上記アナログ相関器が、上記超音波送信信号と上記受信超音波信号との整合 に基づくピーク期間を有するピーク出力を発生することができる請求項4記載の ク装置。 6.上記アナログ相関器が、バケットブリゲード・デバイス、電荷結合デバイス 及び表面波装置からなる群より選択される請求項4記載の装置。 7.上記相関させるための手段が、アナログ相関器に接続された上記ピーク出力 から上記ピーク期間を抽出するためのアナログシフトレジスタをさらに具備する 請求項5記載の装置。 8.上記相関させるための該手段が、上記ピーク期間に応答して上記ピーク期間 を含む上記ピーク出力の特定の期間を抽出するよう指示する信号を上記アナログ シフトレジスタに送るピーク検出器をさらに具備する請求項7記載の装置。 9.上記ピーク検出器が、上記ピーク期間が検出された時ピーク時点を確定し、 該ピーク時点を示す信号を上記アナログシフトレジスタに供給するストップカウ ンタを具備する請求項8記載の装置。 10.上記相関させるための手段に接続されていて、上記ピーク期間をデジタル 化するためのアナログ‐ディジタル変換器と; 上記アナログ‐ディジタル変換器に接続されていて、上記デジタル化されたピ ーク期間から上記液体または気体媒体の伝搬時間を計算するためのプロセッサ手 段と; をさらに具備した請求項2記載の装置。 11.上記相関させるための手段、上記アナログ‐ディジタル変換器及び上記プ ロセッサ手段の起動を設定された遅延時間だけ遅延させてエネルギーを節約する ためにの遅延カウンタをさらに具備した請求項10記載の装置。 12.上記設定された遅延時間の期間が、上記プロセッサ手段によって決定され 、上記液体または気体媒体が通る流路の大きさによって決まる請求項11記載の 装置。 13.上記送信手段及び上記相関させるための手段にタイミング信号を供給する クロックタイマをさらに具備した請求項2記載の装置。 14.上記ピーク検出器が、各シングルパルスの後に180度位相のずれた第2 のパルスを続けることによって、発振器を反転させ、上記液体または気体媒体か ら超音波信号を受信するための上記受信手段が受け取るリンギングまたはノイズ を打ち消す送信信号を有する請求項8記載の装置。 15.上記液体または気体媒体のプロセスパラメータまたは物理的性質を測定す るための上記低電力装置にエネルギーを供給するために用いられる4−20ミリ アンペア2線式ループをさらに具備した請求項2記載の装置。 16.上記液体または気体媒体のプロセスパラメータを測定するための上記低電 力装置が、ゼロポイントまたはフルスケール近くで動作中は4ミリアンペアしか 使わず、これによって残りの分の最大16ミリアンペアの電流を該低電力装置が 伝搬時間測定についてより多くのサンプルを取り込むよう駆動するために割り当 てる請求項15記載の装置。 17.液体または気体媒体を通って伝搬する超音波パルスの伝搬時間を該液体ま たは気体媒体の流れと同方向及びその逆方向の両方向について測定することによ って該液体または気体媒体の流速を測定するための装置において: 所定時時点で上記液体または気体媒体にその流れ方向に送入する第1の超 音波送信信号を得るための第1の送信手段と; 上記第1の送信手段から離れた位置にあって、上記液体または気体媒体か ら第1の超音波受信アナログ信号を受け取るための第1の受信手段と; 所定の時点で上記液体または気体媒体にその流れ方向と逆方向に送入する 第2の超音波送信信号を得るための第2の送信手段と; 上記第2の送信手段から離れた位置にあって、上記液体または気体媒体か ら第2の超音波受信アナログ信号を受け取るための第2の受信手段と; 上記第1及び第2の両方の受信手段に接続されていて、上記第1及び第2 の超音波受信アナログ信号をそれぞれ上記第1及び第2の超音波送信信号とを上 記第1及び第2の両方の超音波受信アナログ信号の相関のピーク期間が抽出され るように相関させるための手段と; を具備した装置。 18.上記第1及び第2の送信手段が、各々上記液体または気体媒体に上記超音 波パルスを送入するための送信側超音波トランスデューサを具備し、上記第1及 び第2の受信手段が、各々該超音波信号を受信するための受信側超音波トランス デューサを具備する請求項17記載の装置。 19.上記第1の送信手段及び第2の受信手段が、上記第1の超音波送信信号を 送信すると共に上記第2の超音波受信アナログ信号を受信することができる第1 の超音波トランスデューサであり、上記第2の送信手段及び上記第1の受信手段 が、上記第2の超音波送信信号を送信すると共に上記第1の超音波受信アナログ 信号を受信することができる第2の超音波トランスデューサである請求項17記 載の装置。 20.上記第2の超音波トランスデューサが上記第1の受信手段として機能する 時、上記第1の超音波トランスデューサが上記第1の送信手段として機能できる ようにすると共に、該第2の超音波トランスデューサが該第2の送信手段のとし て機能する時、該第1の超音波トランスデューサが上記第2の受信手段として昨 日することができる切り換え手段をさらに具備した請求項19記載の装置。 21.上記相関させるための手段が、それぞれ上記第1及び第2の超音波送信信 号と上記第1及び第2の超音波受信アナログ信号を相関させるためのアナログ相 関器よりなる請求項17記載の装置。 22.上記アナログ相関器が、上記超音波送信信号と上記受信超音波信号との整 合に基づくピーク期間を有するピーク出力を発生することができる請求項21記 載の装置。 23.上記アナログ相関器が、バケットブリゲード・デバイス、電荷結合デバイ ス及び表面波装置からなる群より選択される請求項21記載の装置。 24.上記相関させるための手段が、アナログ相関器に接続された上記ピーク出 力から上記ピーク期間を抽出するためのアナログシフトレジスタをさらに具備す る請求項21記載の装置。 25.上記相関させるための該手段が、上記ピーク期間に応答して上記ピーク期 間を含む上記ピーク出力の特定の期間を抽出するよう指示する信号を上記アナロ グシフトレジスタに送るピーク検出器をさらに具備する請求項24記載の装置。 26.上記ピーク検出器が、上記ピーク期間が検出された時ピーク時点を確定し 、該ピーク時点を示す信号を上記アナログシフトレジスタに供給するストップカ ウンタを具備する請求項25記載の装置。 27.上記相関させるための手段に接続されていて、上記ピーク期間をデジタル 化するためのアナログ‐ディジタル変換器と; 上記アナログ‐ディジタル変換器に接続されていて、上記デジタル化されたピ ーク期間から上記液体または気体媒体の伝搬時間を計算するためのプロセッサ手 段と; をさらに具備した請求項17記載の装置。 28.上記相関させるための手段、上記アナログ‐ディジタル変換器及び上記プ ロセッサ手段の起動を設定された遅延時間だけ遅延させてエネルギーを節約する ためにの遅延カウンタをさらに具備した請求項27記載の装置。 29.上記設定された遅延時間の期間が、上記プロセッサ手段によって決定され 、上記液体または気体媒体が通る流路の大きさによって決まる請求項28記載の 装置。 30.上記送信手段及び上記相関させるための手段にタイミング信号を供給する クロックタイマをさらに具備した請求項17記載の装置。 31.上記ピーク検出器が、各シングルパルスの後に180度位相のずれた第2 のパルスを続けることによって、発振器を反転させ、上記液体または気体媒体か ら超音波信号を受信するための上記受信手段が受け取るリンギングまたはノイズ を打ち消す送信信号を有する請求項25記載の装置。 32.上記液体または気体媒体のプロセスパラメータを測定するための上記低電 力装置にエネルギーを供給するために用いられる4−20ミリアンペア2線式ル ープをさらに具備した請求項17記載の装置。 33.上記液体または気体媒体のプロセスパラメータを測定するための上記低電 力装置が、ゼロポイントまたはフルスケール近くで動作中は4ミリアンペアしか 使わず、これによって残りの分の16ミリアンペアの電流を該低電力装置が伝搬 時間測定についてより多くのサンプルを取り込むよう駆動するために割り当てる 請求項32記載の装置。 34.少なくとも2つの相を有する容器中の液体または気体媒体のレベルを超音 波パルスが液体または気体媒体を通過して相界面に達するまでの該超音波パルス の伝搬時間を測定することによって測定するための装置において: 所定の時点で上記液体または気体媒体中に送入する超音波送信アナログ信号 を得るための送信手段と; 上記液体または気体媒体から超音波受信アナログ信号を受け取るための受信 手段と; 上記受信手段に接続されていて、上記超音波受信アナログ信号のピーク期間 が抽出されるように、上記超音波送信アナログ信号と超音波受信アナログ信号を 相関させるための手段と; を具備した装置。 35.上記超音波受信アナログ信号のピーク期間から上記気体または液体を通し て超音波送信アナログ信号の伝搬時間を決定することによって、上記容器中の上 記相界面の位置を決定することができる上記相関手段に接続された手段をさらに 具備した請求項34記載の装置。 36.液体または気体媒体からなる2成分混合物を伝搬する超音波パルスの伝搬 時間を測定することにより、該2成分混合物の中の超音波パルスの速度を測定し て、該2成分混合物の組成を決定するための装置において: 所定の時点で上記2成分混合物中に送入する超音波送信アナログ信号を得る ための送信手段と; 上記送信手段から離れた位置にあって、上記2成分混合物から超音波受信ア ナログ信号を受け取るための受信手段と; 上記受信手段に接続されていて、上記超音波受信アナログ信号のピーク期間 が抽出されるように、超音波送信アナログ信号と超音波受信アナログ信号を相関 させるための手段と; を具備した装置。 37.上記相関させるための手段に接続されていて、上記超音波受信アナログ信 号の上記ピーク期間から上記2成分混合物の各成分中の上記超音波送信アナログ 信号の伝搬時間を測定することによって該2成分混合物の速度を決定することが できる手段をさらに具備した請求項36記載の装置。
JP8528476A 1995-03-13 1996-03-12 低電力型信号処理及び測定装置 Pending JPH11506534A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/403,517 US5650571A (en) 1995-03-13 1995-03-13 Low power signal processing and measurement apparatus
US08/403,517 1995-03-13
PCT/US1996/003378 WO1996029575A2 (en) 1995-03-13 1996-03-12 Low power signal processing and measurement apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11506534A true JPH11506534A (ja) 1999-06-08

Family

ID=23596072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8528476A Pending JPH11506534A (ja) 1995-03-13 1996-03-12 低電力型信号処理及び測定装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5650571A (ja)
EP (1) EP0815414B1 (ja)
JP (1) JPH11506534A (ja)
CA (1) CA2213335A1 (ja)
DE (1) DE69623604T2 (ja)
WO (1) WO1996029575A2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005345362A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Jfe Advantech Co Ltd 超音波式流量測定装置

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080250869A1 (en) * 2002-06-11 2008-10-16 Intelligent Technologies International, Inc. Remote Monitoring of Fluid Pipelines
AUPN606095A0 (en) * 1995-10-19 1995-11-09 AGL Consultancy Pty. Limited Digital speed determination in ultrasonic flow measurements
NL1009485C2 (nl) * 1998-06-24 2000-01-11 Wilhelm Henricus Jurriaan Van Akoestische looptijdmeting.
JP3596364B2 (ja) * 1999-08-05 2004-12-02 松下電器産業株式会社 超音波送受波器および超音波流れ計測装置
US20020149379A1 (en) * 2000-01-12 2002-10-17 Winfried Rauer Electronic measuring device for detecting a process variable, in particular a radar or ultrasonic filling level measuring device, and a method for operating a measuring device of this type
DE10034684A1 (de) * 2000-07-17 2002-01-31 Endress Hauser Gmbh Co Meßeinrichtung zur Messung einer Prozeßvariablen
DE10034685B4 (de) * 2000-07-17 2010-07-08 Vega Grieshaber Kg Energiesparschaltung
US6826965B1 (en) * 2000-10-30 2004-12-07 Panametrics, Inc. Anti-parallel tag flow measurement system
JP4538163B2 (ja) * 2001-03-30 2010-09-08 サーパス工業株式会社 流速測定方法及び流速測定装置並びに流量測定方法及び流量測定装置
EP1306956B1 (en) * 2001-10-29 2006-09-06 Dialog Semiconductor GmbH Low power, high accuracy lithium battery protection circuit
FI20020579A (fi) * 2002-03-26 2003-09-27 Vaisala Oyj Ultraäänivirtausmittari ja menetelmä virtauksen mittaamiseksi
JP3669580B2 (ja) * 2002-05-24 2005-07-06 学校法人慶應義塾 超音波流速分布及び流量計
DE10254054A1 (de) 2002-11-19 2004-06-03 Endress + Hauser Flowtec Ag, Reinach Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder des Massendurchflusses eines Mediums
JP3669588B2 (ja) * 2003-05-06 2005-07-06 学校法人慶應義塾 超音波流速分布計及び流量計、超音波流速分布及び流量測定方法並びに超音波流速分布及び流量測定処理プログラム
AU2003902318A0 (en) * 2003-05-14 2003-05-29 Vision Fire And Security Pty Ltd Improved Sensing Apparatus And Method
US6745632B1 (en) * 2003-06-03 2004-06-08 Joseph Ernest Dryer Method for measuring ultrasonic transit times
US7194363B2 (en) * 2003-12-22 2007-03-20 Endress + Hauser Flowtec Ag Ultrasonic flowmeter
JP2006208360A (ja) * 2004-12-27 2006-08-10 Tokyo Keiso Co Ltd 伝達時間計測装置
GB0516752D0 (en) 2005-08-13 2005-09-21 Flownetix Ltd A method for ultra low power transit time ultrasonic flow measurement
AU2006281290B2 (en) * 2005-08-13 2011-03-31 Flownetix Limited Low power ultrasonic flow measurement
US7152490B1 (en) 2005-08-15 2006-12-26 Daniel Measurement And Control, Inc. Methods for determining transducer delay time and transducer separation in ultrasonic flow meters
DE102007008505A1 (de) * 2007-02-21 2008-08-28 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben eines piezoelektrischen Wandlers und Wandlervorrichtung
US7917321B2 (en) * 2008-02-25 2011-03-29 Daniel Measurement And Control, Inc. Method and system of determining a pattern of arrival time cycle skip in an acoustic flow meter
EP2228632B1 (de) * 2009-03-11 2018-10-03 VEGA Grieshaber KG Radiometrisches Messgerät mit Zweileiterversorgung
US9622701B2 (en) 2012-02-27 2017-04-18 Orthosensor Inc Muscular-skeletal joint stability detection and method therefor
US9259179B2 (en) 2012-02-27 2016-02-16 Orthosensor Inc. Prosthetic knee joint measurement system including energy harvesting and method therefor
US9839390B2 (en) 2009-06-30 2017-12-12 Orthosensor Inc. Prosthetic component having a compliant surface
US9271675B2 (en) 2012-02-27 2016-03-01 Orthosensor Inc. Muscular-skeletal joint stability detection and method therefor
US8714009B2 (en) 2010-06-29 2014-05-06 Orthosensor Inc. Shielded capacitor sensor system for medical applications and method
US8679186B2 (en) 2010-06-29 2014-03-25 Ortho Sensor Inc. Hermetically sealed prosthetic component and method therefor
US8707782B2 (en) 2009-06-30 2014-04-29 Orthosensor Inc Prosthetic component for monitoring synovial fluid and method
US8720270B2 (en) 2010-06-29 2014-05-13 Ortho Sensor Inc. Prosthetic component for monitoring joint health
US8826733B2 (en) 2009-06-30 2014-09-09 Orthosensor Inc Sensored prosthetic component and method
US8701484B2 (en) 2010-06-29 2014-04-22 Orthosensor Inc. Small form factor medical sensor structure and method therefor
US20100331733A1 (en) * 2009-06-30 2010-12-30 Orthosensor Sensing device and method for an orthopedic joint
US8427176B2 (en) * 2009-06-30 2013-04-23 Orthosensor Inc Pulsed waveguide sensing device and method for measuring a parameter
US9844335B2 (en) 2012-02-27 2017-12-19 Orthosensor Inc Measurement device for the muscular-skeletal system having load distribution plates
DE102011012992A1 (de) * 2011-03-03 2012-09-06 Continental Automotive Gmbh Anordnung und Verfahren zur Ermittlung einer Konzentration eines Bestandteils eines Fluidgemisches
US9462964B2 (en) 2011-09-23 2016-10-11 Orthosensor Inc Small form factor muscular-skeletal parameter measurement system
US9414940B2 (en) 2011-09-23 2016-08-16 Orthosensor Inc. Sensored head for a measurement tool for the muscular-skeletal system
US8926530B2 (en) 2011-09-23 2015-01-06 Orthosensor Inc Orthopedic insert measuring system for having a sterilized cavity
US8911448B2 (en) 2011-09-23 2014-12-16 Orthosensor, Inc Device and method for enabling an orthopedic tool for parameter measurement
US9839374B2 (en) 2011-09-23 2017-12-12 Orthosensor Inc. System and method for vertebral load and location sensing
US8544344B2 (en) * 2011-11-15 2013-10-01 Atsuden Co., Ltd. Ultrasonic type flow sensor
US20130152905A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-20 Continental Automotive Systems, Inc. Hydrocarbon sensor for purging canister of extended range electric vehicle
EP2626696A1 (en) * 2012-02-10 2013-08-14 Acosense AB Acoustic measurement system with circular buffer
US9237885B2 (en) 2012-11-09 2016-01-19 Orthosensor Inc. Muscular-skeletal tracking system and method
EP2936687A1 (en) * 2012-12-18 2015-10-28 Apator Miitors ApS Utility meter controlling the conversion range of an adc
US9408557B2 (en) 2013-03-18 2016-08-09 Orthosensor Inc. System and method to change a contact point of the muscular-skeletal system
DE102013019311A1 (de) * 2013-11-07 2015-05-07 eonas IT-Beratung und Entwicklung GmbH Ultraschallmessung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und Gasen unterweitgehender Kompensation von Jitter und Offset
CN104864923A (zh) * 2014-02-24 2015-08-26 通用电气公司 传送和接收超声信号的电路组件及使用该电路组件的系统和方法
ES2792857T3 (es) * 2014-07-29 2020-11-12 Gwf Messsysteme Ag Caudalímetro de tiempo de desplazamiento de señal mejorado
NL1040960B1 (en) * 2014-09-21 2016-09-29 Transus Instr Pty Ltd Method to control an ultrasonic flowmeter, ultrasonic flowmeter and flow system.
EP3194901B1 (en) * 2014-09-21 2020-04-15 Transus Instruments Pty Ltd. Method to control an ultrasonic flowmeter, ultrasonic flowmeter and flow system
US10830619B2 (en) * 2015-05-12 2020-11-10 Texas Instruments Incorporated Envelope based sample correction for digital flow metrology
US20170168158A1 (en) * 2015-10-02 2017-06-15 Sound Solutions International Co., Ltd. Ultrasonic noise based sonar
US10551406B2 (en) 2017-04-20 2020-02-04 Anemoment Llc Acoustic structural reflection interference mitigation systems, methods, and devices
GB201713895D0 (en) * 2017-08-30 2017-10-11 Sentec Ltd Transducer drive and damping technique
US20190076083A1 (en) 2017-09-14 2019-03-14 Orthosensor Inc. Insert sensing system with medial-lateral shims and method therefor
US10564016B2 (en) * 2017-12-06 2020-02-18 Honeywell International Inc. Ultrasonic transducers using adaptive multi-frequency hopping and coding
RU2676225C1 (ru) * 2018-02-07 2018-12-26 Юрий Александрович Борисов Контрольно-проверочный комплекс для проверки доплеровских измерителей скорости и сноса
US20210048329A1 (en) * 2019-08-13 2021-02-18 Badger Meter, Inc. Ultrasonic Flow Meter Calibration System and Method
US11137276B1 (en) * 2021-03-31 2021-10-05 Gwf Messsysteme Ag All digital travel time flow meter using time reversed acoustics

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3621221A (en) * 1968-12-11 1971-11-16 Sanders Associates Inc Correlator with equalization correction
GB1359151A (en) * 1970-07-06 1974-07-10 Coulthard J Measurement of fluid flow rates
GB1372724A (en) * 1971-02-05 1974-11-06 Ici Ltd Detection of velocities of fluids in conduits
US4019038A (en) * 1971-06-10 1977-04-19 Kent Instruments Limited Correlators
US3819919A (en) * 1972-12-08 1974-06-25 Gunigle R Mc Tracking system for time-displaced signals
US3946342A (en) * 1973-08-10 1976-03-23 Texas Instruments Incorporated Weighting surface wave filters by withdrawing electrodes
US4035628A (en) * 1975-10-24 1977-07-12 Westinghouse Electric Corporation Analog transversal filtering and correlation with progressive summation of analog signals
US4079238A (en) * 1975-10-24 1978-03-14 Westinghouse Electric Corporation Dual-CCD, real-time, fully-analog correlator
JPS544169A (en) * 1977-06-10 1979-01-12 Yokogawa Hokushin Electric Corp Corelation flow speed and rate meter
US4257275A (en) * 1977-06-10 1981-03-24 Yokogawa Electric Works, Ltd. Velocity detecting apparatus
DE2856032C2 (ja) * 1978-01-03 1990-02-08 Coulthard, John, Guisborough, Cleveland, Gb
US4223270A (en) * 1978-07-20 1980-09-16 General Dynamics Corporation Pomona Division Multiplexed CCD pulse width discriminator
US4267580A (en) * 1979-01-08 1981-05-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy CCD Analog and digital correlators
US4232548A (en) * 1979-03-01 1980-11-11 Joseph Baumoel Liquid flow meter
US4331025A (en) * 1980-10-14 1982-05-25 Mapco, Inc. Methods of measuring fluid viscosity and flow rate
US4478088A (en) * 1981-01-13 1984-10-23 The Perkin-Elmer Corporation Flowmeter system with ultrasonic energy improvement in equilibration
US4397193A (en) * 1981-04-07 1983-08-09 Fischer & Porter Company Transducer drive circuit for ultrasonic flowmeter
US4402230A (en) * 1981-07-17 1983-09-06 Raptis Apostolos C Method and apparatus for measuring flow velocity using matched filters
EP0105875A1 (en) * 1982-04-21 1984-04-25 Bestobell Sparling Limited Analog ultrasonic flowmeter
US4494213A (en) * 1982-06-11 1985-01-15 The Babcock & Wilcox Company Dedicated correlator
DE3235750C2 (de) * 1982-09-27 1984-12-13 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7867 Maulburg Sensor zur Detektion zufälliger, zur korrelativen Signalverarbeitung geeigneter Signale
US4480485A (en) * 1982-10-01 1984-11-06 Panametrics, Inc. Acoustic flowmeter with envelope midpoint tracking
US4507974A (en) * 1983-04-21 1985-04-02 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Jr. University Method and apparatus for measuring flow
US4515021A (en) * 1983-07-29 1985-05-07 Panametrics, Inc. Intervalometer time measurement apparatus and method
US4598593A (en) * 1984-05-14 1986-07-08 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Acoustic cross-correlation flowmeter for solid-gas flow
EP0179541A3 (en) * 1984-10-19 1987-08-26 Smith Meter Inc. Sonic flow meter
DE3504622C2 (ja) * 1985-02-11 1989-01-05 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7864 Maulburg, De
US4760743A (en) * 1985-07-02 1988-08-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Acoustic scintillation liquid flow measurement
USH609H (en) * 1986-01-21 1989-03-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force CCD transversal filter using weighted input
JPH0532734Y2 (ja) * 1986-05-16 1993-08-20
DE3627162C2 (ja) * 1986-08-11 1990-11-29 Endress U. Hauser Gmbh U. Co, 7864 Maulburg, De
DE3768897D1 (de) * 1986-09-30 1991-05-02 Siemens Ag Ultraschall-phasendifferenzverfahren zur messung hoher stroemungsgeschwindigkeiten.
US4930358A (en) * 1987-03-27 1990-06-05 Tokyo Keiki Co., Ltd. Method of and apparatus for measuring flow velocity by using ultrasonic waves
US4912519A (en) * 1987-06-19 1990-03-27 Omron Tateisi Electronics Co. Laser speckle velocity-measuring apparatus
US4787252A (en) * 1987-09-30 1988-11-29 Panametrics, Inc. Differential correlation analyzer
GB8817500D0 (en) * 1988-07-22 1988-08-24 B Kent Plc Ab Cross-correlation apparatus & methods
US5012449A (en) * 1989-06-30 1991-04-30 Ferranti O.R.E. Inc. Sonic flow meter
US5060506A (en) * 1989-10-23 1991-10-29 Douglas David W Method and apparatus for monitoring the content of binary gas mixtures
US5121639A (en) * 1990-03-05 1992-06-16 Westinghouse Electric Corp. Fluid flow measurement
US5224482A (en) * 1991-04-08 1993-07-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasound high velocity flow correlation measurement using coded pulses
JPH06260881A (ja) * 1992-07-24 1994-09-16 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 弾性表面波コンボルバ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005345362A (ja) * 2004-06-04 2005-12-15 Jfe Advantech Co Ltd 超音波式流量測定装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0815414B1 (en) 2002-09-11
EP0815414A2 (en) 1998-01-07
DE69623604T2 (de) 2003-07-31
DE69623604D1 (de) 2002-10-17
WO1996029575A2 (en) 1996-09-26
AU690450B2 (en) 1998-04-23
US5650571A (en) 1997-07-22
WO1996029575A3 (en) 1996-12-05
CA2213335A1 (en) 1996-09-26
AU5421796A (en) 1996-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH11506534A (ja) 低電力型信号処理及び測定装置
JP3839056B2 (ja) 2線式レベル送信機
US6305233B1 (en) Digital speed determination in ultrasonic flow measurements
US7672797B2 (en) Flow measurement in partially filled pipes using pulsed peak velocity doppler
JP2774270B2 (ja) パルス走行時間原理に従った距離測定の際の固定目標エコーの抑圧方法および装置
RU2186399C2 (ru) Ультразвуковое устройство для измерения скорости потока
KR20110095272A (ko) 주기적 진동신호응답의 스타팅 인스턴스를 결정하는 방법
JPS59197853A (en) Ultrasonic diagnostic device
JPH0980035A (ja) 溶液センサシステム
US3028749A (en) Ultrasonic fluid density measuring system
JP4266117B2 (ja) 超音波流量計
US8184503B2 (en) Process measurement instrument with target rejection
JP3169534B2 (ja) 浸水検出方法
JPH05209781A (ja) 超音波送受波装置
JP3782675B2 (ja) 超音波流量計
JPH0486525A (en) Ultrasonic level meter
WO2001063274A3 (en) Ultrasonic liquid level measurement with light-weight cabling
EP1798529A1 (en) Ultrasonic gas flow meter
JP4674007B2 (ja) 配管内の液位測定装置及び液位測定方法
JPH0434307A (en) Pulse type ultrasonic distance measuring apparatus
JPS61215908A (en) Piping inspecting instrument
JP2840656B2 (ja) ピーク検出形超音波厚さ計
JPS63221220A (en) Tube for measurement of fluid information
SU1117442A1 (ru) Устройство дл гидростатического нивелировани
SU1626146A1 (ru) Устройство дл определени газосодержани в жидкости