JPS5910503B2 - 速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、相対的に移動する物体から得られる雑音性の
信号（例えば移動する物体が流体であればこの流体中に
含まれる渦による雑音であり、移動する物体が紙や鉄板
であればこれらの物体の表面の凹凸や濃淡による雑音）
を移動方向に距離を隔てて位置する少なくとも２ケ所で
検出し、両信号の相関関係から相対的な速度を検出する
速度検出装置に関するものである。

本発明の目的は例えば管路振動あるいは検出手段が設け
られた物体の振動等にもとずく雑音、電気回路からの雑
音の影響を受けないこの種の装置を実現しようとするも
のである。

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図で、こ
こでは管路内を流れる流体の流速、流量を測定する場合
について例示する。

図において、１は被測定流体が流れている管路、２１、
２２は管路１に取付けた超音波発信子、３１、３２は超
音波受信子でそれぞれ超音波発信子２１、２２に対向す
るように管路１に取付けられている。４は超音波発信子
２１、２２に駆動信号を与える発振器、５１、５２は超
音波受信器３１、３２からの信号をそれぞれ復調する復
調器、６１、６２は復調器５１、５２からの信号をそれ
ぞれ入力とするトラッキング・ローパスフィルタ回路で
ある。

このフィルタ回路６１、６２は、第２図にその特性を述
すようにそれぞれ後述する流速演算手段８の出力信号に
よつて、そのコーナ匍波数ｆｃが矢印に示すように移動
するように制御される。Ｔはローパスフィルタ回路６１
、６２からの信号を入力とし、この２つの信号の相互相
関をとるための相関計である。このように構成された装
置の動作は次の通りである。

いま、発振器４からの信号によつて、超音波発信子２１
、２２を駆動する。超音波発信子２１、２２からの超音
波信号は、被測定流体中を伝播し、超音波受信子３１、
３２に到達する。ここで超音波信号の伝播経路Ｐ０、Ｐ
２において、超音波信号は被測定流体中に含まれる固有
のゆらぎや小満等、雑音性の流れの影響を受ける。この
ため超音波受信子３１、３２から得られる信号は、被測
定流体中に含まれる雑音性の流れによつて変調（ここで
いう変調とは、周波数変調、振幅変調、位相変調等を総
括して指称する）されたものとなる。復調器５１，５２
は、超音波受信子３１，３２から得られた変調信号を復
調するもので、もし、流れの中の雑音性信号のパターン
が、２つの受信子３１，３２間で変化しないとすると復
調器５１から第３図イに示すような信号ｘ（ｔ）が、ま
た復調器５２から第３図口に示すようにｘ（ｔ）からτ
ｏだけ遅れた信号ｙ（ｔ）が得られる。ところで、この
信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）について詳細に分析してみると
、ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）は帯域制限された白色雑音のスペ
クトラムを持つており、これら信号の帯域幅が被測定流
体の流速に比例して変化することが認められた。

更にまた、ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）の信号周波数において、
比較的高い部分は流れの中の小さな乱れに対応し、比較
的低い部分は流れの中の大きな乱れや渦に対応しており
、大きな乱れや渦は比較的そのままのパターンを維持し
なが流れて行くのに対し、小さい乱れは変形、減衰しや
すいことが判明した。このことから、信号ｘ（ｔ），ｙ
（ｔ）において、比較的低い周波数の雑音性信号が相関
係によつて流速検出をする場合により有効であることが
判つた。ローパスフイルタ回路６１，６２は、復調器Ｈ
５ｌ，５２からの信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）のなかから流
速検出のために有効となる比較的低い周波数の雑音信号
を通過させる役目をもつており、ここを通過した信号を
相関計７に印加する。

ここで、超音波信号の伝播経路Ｐ１とＰ２とは被測定流
体の流れ方向に距離Ｌだけ離れており、伝播経路Ｐ１を
通過した被測定流体はτ。時間後に伝播経路Ｐ２を通過
する。したがつて、フイルタ回路６１，６２を介して得
られる信号Ｘ，（ｔ），ｙ１（ｔ）は（１）式で示すこ
とができる。また、被測定流体の流速ｖと時間τ。

および伝播経路Ｐ，，Ｐ２間の距離Ｌは（２）式で示す
ような関係にある。相関計７はフイルタ回路６１，６２
からの信号Ｘ，（ｔ），ｙ１（ｔ）の相互相関をとるも
ので、その出力端に第４図に示すような相関信号Φｖを
得ることができる。

また、この相互相関信号Φｖは（３）式で示すことがで
きる。（３）式は、ｘ（ｔ）の自己相関を表わすもので
あつて、τ−ー一０のとき最大、即ち、Φｖはｘ一＝τ
ｏ）のとき最大値をもつ。

したがつて、第４図において、Φマ が最大となるτ。
が得られれば、（４）式から被測定流体の流速ｖは（４
）式で求めることができる。流速演算手段８は例えばプ
ロセツサが用いられており、相関計７からの第４図に示
すような信号を入力とし、相関信号ΦＮのピーク位置τ
。

を検出するとともに、（４）式のような演算を行なうこ
とによつて流速ｖを求める。そして、このようにして得
られた流速信号ｖは、ローパスフイルタ回路６１，６２
に印加され、そのコーナ周波数Ｆｃを流速ｖに応じて制
御する。したがつて、相関計７には、流速ｖに応じてこ
の流速ｖの検出に有効な低い周波数の雑音性信号だけが
印加されることとなり、ＦＯより高い管路１の振動ノイ
ズや電気回路が拾う種々の雑音の影響を受けず流速検出
を行なうことができる。第５図は本発明の他の実施例を
示す構成プロツク図である。

この実施例では、復調器５１，５２からの復調信号ｘ（
ｔ），ｙ（ｔ）を両信号の差を演算する演算器９に印加
し、この演算器９の出力信号ｚ（ｔ）をローパスフイル
タ回路６０を通して自己相関計７０に印加するようにし
たものである。

このように構成した装置においては、管路１の振動等に
よるノイズが、超音波受信子３１，３２で同相で検出さ
れるので、両信号の差を演算することによつてこれらの
同相成分がここで相殺されるという効果がある。

そして、自己相関計７０は、差演算器９からの差信号ｚ
（ｔ）の自己相関をとるもので、この自己相関信号ΦＺ
ｚは（５）式の通りとなる。

（５）式において、右辺の１項目、２項目はそれぞれｘ
（ｔ），ｙ（ｔ）の自己相関関数Φ０，Φがであつて、
白色雑音に近い信号成分であればτ＝０において鋭いピ
ークとなる。

４項目はｘ（ｔ）を更に時間をすすめることになるので
、τ〉Ｏの範囲では相関値のピークはでない。

３項目はｘ（ｔ），ｙ（ｔ）の相互相関信号成分である
。

したがつて、相関計６からの自己相関信号ΦＺｚは第６
図の通りΦ双＋Φ胃において正のピークが、ΦＸｙ，Φ
μにおいて負のピークが表われる信号波形となる。

そして、第６図の信号波形において、流速演算手段８は
そのピーク位置τｏを求め、（４）式の演算を行なうこ
とによつて流速ｖを得る。なお、上記の各実施例では、
いずれも移動物体たる被測定流体から得られる雑音性の
信号を検出するのに超音波信号を利用したものであるが
、レーザや光信号を利用するようにしてもよいし、また
移動物体が磁性体であれば磁気を利用したものでもよい
。

本発明によれば、速度検出に有害となる種々の雑音を効
果的に除去できるもので、Ｓ／Ｎの良好な速度検出装置
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成プロツク図、第２
図は第１図装置に用いられているローパスフイルタ回路
の特性図、第３図は第１図装置における復調器から得ら
れる信号の波形図、第４図は第１図装置における相関計
からの出力信号波形、第５図は本発明の他の実施例を示
す構成プロツク図、第６図は第５図装置における自己相
関計からｌの信号波形図である。 １・・・・・・管路、２１，２２・・・・・・超音波送
信子、３１，３２・・・・・・超音波受信子、４・・・
・・・発振器、５１，５２・・・・・・復調器、６１，
６２・・・・・・ローパスフイルタ、７・・・・・・相
関計、８・・・・・・流速演算手段、１９・・・・・・
差演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相対的に移動する物体から得られる雑音性の信号を
   前記移動物体の移動方向にある距離を隔てて位置する２
   ケ所で検出し、これらの信号をそれぞれ又は両信号の差
   信号をローパスフィルタ回路を介した後それぞれの信号
   の相互相関又は差信号の自己相関をとり、前記相互相関
   又は自己相関のピーク位置から前記移動物体の速度を演
   算するとともに、前記ローパスフィルタ回路のコーナ周
   波数を前記移動物体の速度に応じて制御するようにした
   速度検出装置。 ２ 雑音性の信号を検出する手段として超音波信号を用
   いた特許請求の範囲第１項記載の速度検出装置。 ３ 相対的に移動する物体の一方は流体であつて、この
   流体の流速を検出するようにした特許請求の範囲第１項
   記載の速度検出装置。