JPS5931411A - 超音波流速計及流速測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、一対の対向して設けた変換器間で交互に送信
および受信される超音波信号の伝播時間を６１１１定す
る形式の超廿彼りＡｔ速肘に関するものである。 従来、（ボ々の形式の流速ｉｔが診療の分野で、例えば
１，告者に酸素、亜酸化側木および麻酔剤を与える流れ
システム内を流れるガスの流速を測定するために利用さ
れている。正確な流速金側Ｗした後、呼吸址呼吸速１封
等を含む患者へのガスを正しくモニターするために必硬
な捕々のパラメータが容易にηトＡされる。 かかる流速計は渦＃　ｉ　ａ’＋の独々の形状の回転羽
根を特徴とｊる回転計、熱線風速Ｂｔを含んでいるが、
しかし、これらの全てが袖々のり＋ｃｉｔ＋軛囲にわた
って、普た特殊な環境の存在下においての梢度に対する
特殊な砂水があるのである柚の欠点を有している。 患者の呼吸気系においては相対的に低い圧力が経験され
るから、呼吸に対する抵抗を最小にするとともに流れシ
ステムに生ずる圧力降下を最小にするよう流速計を措成
する８壺がある。かかる流速側にさらに倭求される性〕
ｕとして容易に洗浄が可能であり、あるいｔｉまた、他
の問題と［２て、患者相互間での汚染を防止するための
患者の呼吸銖糸におけるがスの流れＺ為ら完全に絶縁さ
せることが８侠である。？Ａ者に贅たは患者から供給さ
れるガスの状態の正確かつ瞬間的配録を使用者が保持し
俸るように応答時間が相対的に迅速であることが９求ざ
九る。したがって、か−る流速計は二方向の測定能力を
有することも−まだ必要である。 思考の呼吸気系における）！１１々の状態もまたかかる
流速計のＩｉ＃１題を困舖にしており、麻酔ガスの織度
か変化するとガス流の密１ｒｆが亥化し、また、準備き
れた実際のＩス匪は佃々に震化し侍るもので、すなわち
、稙々の化学物質およびガスが存在する場合および存在
しない場合の双方におｈて流速を測定する必要がある。 神々の作動条件下における一■一連し７た種々の問題を
美行可能に解決する一つの方法ｔｄ流速＝ｆｌｔｃ超音
波を用いることであった。超音波パルスは市販きれてい
て入手が容易であり、送信器および受信器と１７で両方
の拗きケすることが可能である。かかるびＬ連台１ｆま
ドツプラー周波数シフトｆｌｌ１１定を利用する単一λ
・換器形式のものとするか、まｆｃ＃ｊ、、１個より多
くの変換器を利用して１個の変換器から他の変換器への
送信信号の移動にかかった央際の時間を６：１１定する
伝浦時１１ｊ１測定形式のものとすることができる。前
者はいくつかのｂ１有の欠点を翁し、時間平均速度を測
定するものではないが、ピーク速度を判断することがで
きる。また、ドツゾラー技法は廿響エネルイーの遅効な
反射体であるＵ１ｃ動媒質を必％とし、かかることは通
常患者の呼吸気糸の場合とけ！１４なる。 したがって、イ凝省の原理が思考の呼吸気系における匠
速を測定するために提案され、かつ用いられている。例
えば、ブラウトおよびウェブスターによる［ＬＪｌｔｒ
ａＳｏｎｌｃ　　（呼吸の流れのｍ　ｆ　＊＆　Ｋよる
測定）　Ｍｅａｓｕｒｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｒｅ５ｐｉｒａ
ｔｏｒｙ’　Ｆｌｏｗ　ＪＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔ
ｌｏｎｓ　ｏｎ　Ｂｉｏｗｅｄｌｃａｌεｎｇｉｎｅｅ
ｒｌｎｇ　。 ＶＯＩ、　ＢＭＥ　−２７，Ｎｏ、　１０．　１９８　
［１年１０月発行参照、その流速計は流体媒体自身の速
度が超音波パルスの伝播時間に影＋ｊ）を有するという
原理に基づｂているｏｆ彼は媒体の流れる方向の上ＯＩ
Ｃへ伝播する肩付に、下九へ伝播する場合よりも送信器
から・ν・１Ｊ器までに１ぐい時間ｆ快し、したがって
、狙１カｆすべきガスの流通路の近くに変換器を互に対
向して、かつ、平均６＋＋、れ賄賂に対してめる角度で
ｆｌＪｌ　ｎＦＬ　廷せて設値することによって、上匠
１ＬＩ１１成分と下流１１１１成１分との両方を尋き出
すことができる。 上述の出ｒＩｉ、９９／Ｉにおいてｌラウドおよびウェ
ブスターによって専用ざ九た式 において、送信ｔ１１１変換器によって送出された超祈
彼信号と受信側変換器によって検出されたイぎ号との間
の位相角ぜのずれ全？則定シ１、こノｒ、により両変換
器間の超音波ｆｒＴ′４＝Ｆの移動時間を正確に分析す
ることができる。 しかし、フ０ラウドおよびウェブスターによって告わさ
れているｔうに、位相角度差が３６０″を超える場合に
本′ａ的な不明確さがあると云う帷点がある。通常、位
相角度の゛シフトを測定するには、′４流Ｈにおける位
相２１ｊ鵡を宇め、受信側変換器によって認はされるシ
フト金測定する。位相角度のシフトが３６０′全超オる
場合には、θに通計は兵のイ）γ相角度シフ）′ｆＷ易
に区別−ｒることができず、したがって、測定結果が不
明イｒｔａとなる。 笑に６の例と［２て、ガス密度が廿速に影響を及ぼすこ
とが知られて卦り、診療分野においては、孕気およびＩ
Ｉ！酔化璧索の両方な含むガス流を分りテすることは普
通であるる。２０℃の全４ａ中でのｆ速ｉｊ　５４２　
ｍ／ｓｅｅであり、亜酸化２素がス中での月−速ｎ　２
７３　ｍ、／ｓｅｃである。送信１１１１　ｆ　換器と
受信１１＋１１ｆ換器との間隔を２５咽以上とすると、
１００にＨにおける４ａｍ、　縫位相シフ）Ｎ少なくと
も６６０□。であり、これがため、位相測定に用し）て
いる既存の超音波ｖｋ、速計通計テムの測定能力を超え
てｂる。 本発明による超音波流速針は、測定すべきガスを流す導
管の周りに対向して配置ａされた一対の変換器を利用す
る０従来技術に関して８

【；述したように、既存のηＬ
速通計上ｖ１ｒ、および下流方向の両方向における位相
シフトによって直接の伝送時間ｆ測定している。超背波
変換器は測定すべきガスの平均αＣれ方向にｉＩしてあ
る角度で１１．、／ｉｉＩＬ７て設けられ、これがため
、角度θはｌラウドおよびウェブスターの式を次式で示
すように傾斜声変の余弦関数の導入によって次式のよう
に幾分変える。 しかし、本発明においては、３６０°を超える位相シフ
トに際して位相が不ゆ１特になる問題は「浮動基準位相
」を利用することによって解決８れ、この浮動基準位相
方式においては、位相シフトを測定する士で基（ｖ４店
なるイ）７相基糖がマイクロコンピュータ−によって決
定および設定され、したがって、ガス成分によって有効
流れ位相シフトが３６０°を超える場合に、必臀ｔｒ応
じて基準位相を変化させることができる。 かかる方ｌＳ！−′！ｆ−綿成するため、Δφ０および
Δφ。 の平均ｌ１１ｋを決定することによってマイクロコンピ
ュータ−によって埃在の零流だ位相の状態をモニタし、
これにより位相をシフトすることによるガス速度への影
響をなくしている。これがため、マイクロコンピュータ
−は導管内のガス成分によって決定される苓Ｏ化州（＋
７相を知り、この零流Ｍ位相が子定の限界館、すなわち
、９０°捷たは２７０゜（′（近づく際に、マイクロコ
ンピュータ−が位相基準を絣し２い位１ａＫ食えて３６
０°を超えることにより不明確になるのを防止する７、
本発明による好誠実施（＋ＩＪにおいては、タイマーク
ロックが＋Ｎ　数の位相に分割され、マイクロコンピュ
ータ−が特定のがス織度に対する？　ｖｌｃ針位相を決
定する際の位相基準として用いるべき正し、い位相を選
択できると同時に位イ（１基準の変更を記憶して位相自
回の無制限のシフトに対１−で整数部分（２ｎπ）倉絶
えず修正し得るように構成している。 以下、本発明を図＝１ζつき説明する。 第１図は、測定すべき特定ガスかηＣれる導管１４の両
ｆｌａｉｌに対向Ｌ２て取付けられた一７ｔの超廿波変
夙器アツ七ンプリ１０よ？よび１２ｆ一部を困ｉ　ｉｆ
ｉとして・′Ｊ１１面図で示［２て因る。似１図におい
て、矢１６は専′ｄ１４に流れろ）ｆス流の方向を示す
。 変換器アッセンブリ１０および１２は円筒形壁１８およ
び２Ｇ内にそれぞれ取付けられてふ・す、これらの壁は
ス、１４管１４から外方に突出し、等管内のガスＩ／１
ｒ、に連間している。図示のように、円筒形壁１８およ
び２０は互に対向位尚′で同一軸線上に配置ｉイされ、
専管】４内に流れるガスの通路の主軸線と角ｌかθでｌ
ｊｌ科する！１１１１酬を崩する。好適笑施例において
は、約１　、０６−（ンチの変換器アッセンブＩＪ　］
　０および１２間の間隔に７１シて角度θが約６０°で
ある。円筒形壁１８ひよび２０は変換器アッセンブリ１
０および］　２　ｅ；、ｌ’ＬＶ　］　４内のガスの主
流より外１１１１１に保持するよう変換器アッセンブリ
Ｊ　］　ｎおよび１２を取付ける装置Ｒを構成して（・
）る。 円筒形壁１８．１＞よび２０を用いることによって僅か
な死窒団が生じ、これによ−って備かではあるが流速ｄ
（１１定を不明確にする。１１に１示のように変換器ア
ッセンブリ１０および１２をＥｌませることによって、
Ｌ’＋′１Ｍ１４内のガスの正常流に対する障害をなく
シ、シたがって、流れ抵抗を無視し刊φる程度にするこ
とができる。 俄撓七；アッセンブリ１０および１２を円筒形壁１８ｔ
・よび２０内に央際に取付ける方法は榴々あるが、しか
し、し１承の、１うに、一対の着瞬町馳のクリップ２２
　（１’２１面には各対の一方だけを示してい６）’ｉ
［Ｊ検器アッセンブリ］０および１２上に村ソ付け、各
円筒、１ト〉セ、！’１８および２０の外側表面に形成
された適尚な錫み２４内にクリップを掛合させることに
よって取灼けることができる。かように取付けることに
よって、′ｔｋ掃、変換その他の目的で、獲・４４５７
ツセンブリ１０および１２を円筒形壁】８および２０か
ら容易に取り伺ず丁ことができる。 第２図は、錫）換器アッセンブリの一方を分解して示し
ている。説明干、一方の変換器アッセンブリ１０につき
詳細に説明するが、しかし、″両汲俟器アッセンブリ１
０および１２は円筒形壁】８および２０内にｆ７　ｆｒ
ｔｌするためＪＩＹ１４偵に構成されている。 変換器アッセンブリＪＯけ変換器３０を緊締保持するた
めの円筒形開口２８を有する外１！Ｊ！２６を具えてい
る。変ｈ＋　Ｊａ３０　ｆｄ：市欺のものを用いること
ができ、例えば、約１．、Ｄ　Ｄ　ＫＨ２の共振周波数
を有し、−Ｉをさが約０．５インチで、的径が約０．３
７５インチのチャンネルインダストリーズＭｔ９　ｓ　
５ｎ　ｎ■のモデルが好嫡である。複数のシリコンゴノ
、レール３２（その−個だけを図示している）ヲ・円筒
形開口２８の全是に沿って延長して設け、変換器３０を
外匣２６から音響的に絶縁するよう背臀腐断作用を設け
ている・ 適尚々′中′気的リード線３４′ン・変換器３０の両表
面から外ｉＩ！２６の開口３６　？／１ｉｊ７２ｉ￥１
ｔｌ　（、−（外ｆｅｆｔ　ＶＣ電気的に拶続し得る、
しりにすることができる。更に音俯鯉断作用を（デュ・
１？ン社の商品名）シラスティック・パッド３８によっ
て設け、このパッドによって変換器３０を円筒形開口２
８の後面から分離している。アルミニウム製外１１■２
６を接地接続することによって本軸明に出力られる２　
＋：４１の変′４ＡＥ、；間にｉｄ伝的シールドをも設
けている。 外トＮ２６０外＋＋ｉ１１円筒形衣而の局り（・シフイ
ルレムヒーター４０を嵌７ｉＪ　Ｌ／　％　このヒータ
ーを儀峠に接電ｉ５するグこめのｌｌ７Ｍ＃Ｊ４２をヒ
ーターに１没けている。フィルムヒーター４（）は亥俣
′：ｓ　３０の節用５″ｖ！ｉｕｉに水が一稲するのτ
−ノｊ正゛１−るため変換器３０の篩度を約４０ｃｒ（
維持する。 フィルムヒーター４０ｉスリーブ４４によってカバーし
、これによりフィルムヒーター４　（１ｆ保麟するとと
もにフィルムヒーター４０と変換器３０とのｌｉｔに艮
好な黒伝９４接触を保持するように１−２°Ｃいる１、
川やてに際しては、外匣２６に形成されｌこ繍状栄ａ４
４３にスリーブ４４をＩＤζめ込み、電線４２を孔４５
から導出する０ 柚々のば気的接θτ行なうためのキャップ４６全ギヤツ
プねじ４８によって外匣２６に取付け、同軸コネクター
５０をキャップ４６に取付けて変換器；う０およびフィ
ルムヒーター４０？ζメ寸−ｉ−ル外部接続装置として
いる。 次に、第６図および第４図につき説明するに、第５図の
電気回路は第４区１に示す信号の鼓形によって例示しで
ある。 第３図は本兄明に用いられる′「Ｉ、気１す１路を線区
的に示しており、この図示の電気回路はＦ９ｆ定の尚波
数の矩形波を生ずる発振器５２を貝えている。病明すべ
き好迦寅す山伏では、水晶制御発振器か用いられ、これ
は、好擾しい超音波変換器を駆動するための定彫波イｓ
′号ケ１００にＦ目で）゛６生−ｒる０缶）振！５５２
は矩形波信＋トを送伝ト°ライバー５４に出力し、この
ドライバーは変換器′ｆｒ駆動するために必要なり「要
の振幅および’［１刀に矩形波百号を増幅する。発振器
５２け捷に矩形波１ぎ号を後述するｊうに一連のＵ＾１
時・Ｐルス全つ６−１ユする制御ロジック向路５６と分
相器５８との両刀に出力する・送信ドライバー５４から
の出力１８゛−吟は超す−ｔＭ、ｆ（央器アッセンブリ
１０および１２を作動する（第１図参照）。 第１図に示゛ｔように、俊Ｊ央詣アッセンブリ１０は超
音波？分析すべきガスの下υ「Ｃ方向に送り、他方、変
換器アッセンブリム２は・−音波を分析すべきガスの上
流方向に送る。スイッチ６０および６２は送信ト０ライ
バー５４から２４４ｉ稙器アソセン゛グリ１０おＩび１
２のそｉ］ぞれへの信号を７１１制御する。 変換器アッセンブリ１０および１２が受イ＾器とし、て
交互に作用する際に、これらの変換器アッセンブリの一
方からの１Ｂ鳴は増幅器６４およムロ６によってそハぞ
れＩｖ／幅され、４交差検出器６８おまひ７０に送られ
、これらの検出器において増１陥器＃６４および６６か
らの正弦波形状の信号波形は矩彰・ンルス列に円び整形
きれる。他の組のスイッチ７２および７４は各零交差検
出器６８および７０からの丁ぎ号を受ＩＫシ、スイッチ
７２−または７４の一方が閉止位置にある際、ｆｒｒ相
決定のために信号をデジタル６ｒ相使出器７６に送る。 このデジタル位相検出器７６は′４交差検出器６８およ
び７０からの信号の位相を後述する。

【うにマルチプレ
クサ７８によって与えられた６ｒ相基進とＩＬ較する。 、′４交差検川ン斥６８および７０からのイぎ号の位相
角ヲマルチデ１／クサ７８から゛の位相基準と比Ｑ＆す
ることによって、Δφが、ｒジグ１９位相検出器７６に
よって、係・換器アッセンブリ１（）が入力する除にお
ける下流方向とツヘ・便：１．′；アツセン７′″すＪ
２が入力する際における十ｒｌｌｆｉフ７向とのｊｉｌ
ｊ方向にＭ’４　ｌ。 で決定される。 これらのΔφ。イ１１ζおよび△φｄ１１ｒＩはいくつ
かのｍ　能ｔｗするマイクロ１０セツサ８０に迭〔、）
１２）。 先づ、△φｕ　ｍ：ｃおよびΔφ、イｌ”！、　？Ｉ’
知ン、（と１・（よツテ、マイクロ１０セツサ８０はと
、′式を利用し゛（流（ψ分法Ｗすることができる。上
式の他のパラメータは既知であり、このルア′侶・、’
　ｆ　ｉ（ＨＩＩｊ１作周ｅ数（１０１］にＨ２）、Δ
け有効各゛僕器分１離、θげ流通ガスの王ｎｌ＋線１１
（×・ｔする変換器アッセンブリ１０および１２のＩｌ
刹１線のＩＬ自擾［角１疋〔で、らるパかようにして、
流−肘Ｊ１．け７ｎｔ、　ｉｙｔ　ｔｆ＋砦、＾８２に
Ｌつて６１゛其され、得られた結果（・す・ｐ、　、’
ｉ４’出力装置８４のような院取り装置Ｈに送られ、こ
のＣ・・Ｌ寸出力装置にＪ＝＞いて、ω（−・の可祝的
表示會１山用者が各局に見ることができる。 しか１．なから、マイクロプロー廿ツサ８（）もまン４
使用すべきザ均Δφ。何およびΔφ、値を決定［２てテ
ノタル位相瑛出器７６にマルチプレクサ７８によって与
えられる位・相−ＬＩｒ込を変化をせる。を蛯坩が零の
ｉす合には、上流位イ！４安化および下流位相変化け１
６１じになり、倹１１１されるガスの月１Ｌｔｋに【っ
て左右ざ）しる。イにｖｊ（するように、？Ｉ′Ｉシれ
がある場合にｅよ、２つの叶ｘ数△φおよびΔφ、の平
ｙ−Ｊ１１１１がマイクロプロセッサ８０によって討算
され・平均（＋ａが所定の限界値に達する際に、位相限
界検出器８６によって検出され、位相制伺）器８８によ
って荀゛相＾（イｊｐｒがり側され、こｉＬによって、
マルチプレク１）７８がデジタル位相検出器７６に異な
る１′りｔ相基準を与え、苓交戸′検出器６８および７
０からのイぎ郵との位相シフト比較を行なう。 上述したようにして回路に生ずるｈ・々の信号の波形を
桓４図のタイミングチャートに示す。 枳４図はう６（辰ｉ’、ｒ’；　５２からの）？ルスか
ら’ｎａｉｌ　４４４１０シック回鮎５６によって８と
生される缶部゛Ａ％　Ｂ％Ｃ％ＤおよびＥの鼓形を示す
。 １例として、動作に啼し、１ｇ丹Ａが蛇隼延れ、このイ
Ｆｒ−月はスイッチ６（１’ｆｒ−，ｆｌｉ制御して閉
じ、これにｊ？変排器アッセンブリ１０を発信器として
作動して下流方向におけるガス？Ｉｎを紗て超音波を変
換器アッセンブリ１２に込り、この期間中、笑′ド【器
アッセンブリ１２は受信部・とり、て作用する。第４図
に示−１−，１１’うに、信号Ａの長さはイｉｉ）　１
０　ｎμ抄であり、これがため送信ドライバー５４から
の矩形波パルスｒｔ乍ｉ定の就換器の共ＪＣ周ｎ２般ま
たけその近くのｒｔ＋σに数で、この特定の）Ｓ初器を
作動する。 同１時に、スイッチ６２が開放され、これがため、変Ｂ
ｉ　Ｂアッセンブリ１２け音波を受１１１７るに適当々
状態にある。（ｉＡ刊・Ａの期間の終りで、す々わち１
００μ秒後、スイッチ６０は開力ｖされ、添：換器アッ
センブリ１０および１２間が１１）量的に結合されるの
を防止し７、かかる結合にｊ：つで受信器として作用す
るでに換器アッセンブリ１２の＠能がｉＴＥ　シ。 〈生じなくなるのを防止する。 ε＋ｔ４区に示す、Ｊ：うに、受信１７ｆｉｌ　１ｌｉ
Ｉ汁波変換器アツセンブリ１２のリンギング’Ｉ’′ｊ
ｌＱ：のため、波形「受信信号」は、変換器アン、セン
ブリＪ２が送イＭ　ｆｉｌ！Ｉ変侯器アツ七ンブリ】０
からの信号に児全に応答すルＡｉｌ　ｉｔ、１０〜１５
サイクルで振％ｌする。第４図の「受信信号」は振幅が
徐々に上昇している「波頭」を特徴とし、ている。上昇
する振幅は約＠１２裕目のサイクルでピーク値に達し、
その社・は、振幅が徐々に小ａ＜なっている。 変換した超廿θりから正確な信号をイｕるため、波頭区
埴における受イぎ（Ｆｔ号を分析することがＭＪ１８＋
であり、この坤由ｔｔ％波頭区域における−）ｆｌｌ＆
に送信側変換器からの直接フライ−オー７々−音彼が下
体となっているからである。信任の後の部分は導管１４
の内壁からの反射廿θｐ％変換器の残留リンギング効果
および俊枦、器ｔｉｌｌのエコー効果によって相当の干
渉を受ける０ 変換器アッセンブリ１２からの受信信舛は、次に、増幅
器６６によって増幅され、零交差検出器７０によって矩
形パルス列に整形される。 ′４交差検出器７０からの（ｊＪ号の帥−Ｊ妥フライ−
オーバ一つまり波頭部分だけを逆折するために、これら
の所定サイクルが得られる期間だけスイッチ７４を閉じ
る。これがため、ｆｌ＋ｌｌ俳ロジック１９１１１も５
６は信号Ｃ全ポリ、成るｔ＋！＋”ｉｆのサイクル、好
ましくはサイクル６々いしサイクル１００助問中のみス
イッチ７４ン・閉じ、とれによりＩｌｋ’（：定の時１
０１中に生ずる１ｇ号だけがデジタルイ＼″ｌ相倹１１
」器７６に人力され伊るようにする。 第４図の波形ＢおよびＯから明らかなよりに、変換器ア
ツセンブＩＪＩ、０お、ｌ：び１２は特定の時間で交代
する。これかため、９１Ｌ（ｉｔｌｌｌ　ｔ４ｋ　’Ｎ
４アッセンブリ１２がもはや叶裏゛１ｇ号を受イＭ　ｌ
〜なくなる際、所定時間々隔をおいて、市１１偵４１　
ｏシック回路°５６が信号８′ｆ与えてスイッチｔｉ　
２　ｉ７１；ｔ−）じ、１００　ＫＨｚの信号を送１ｇ
ドライバーり４から込り、ｆ＋、−２場器アツセンブリ
】２紮速ＩＪモー１に切換え、これとは逆に、スイッチ
６０が開いているから％　ｆｈｅ　？’Ｊアッセンブリ
１０？ｆ”４ｊ：何モードにする。かようにして、第１
図に示すように、超音波ノ母ルスは導音】４内のガス流
の方向に対して上流に送信される・再び、苓交差横ＩＢ
器６８からの信号の一部がスイッチ７２ｆ・閉じている
ｊ＋ｒ１１０１４１０シック回路５６からの信号りによ
って生じた窓によりデジタル位相検出器７６によって受
は取られる。 デジタル（１７相検出器７６は零交差検出器６８および
７０からの選択矩形波パルスを交２Ｅ　Ｋ受は取ってこ
れらの（ｇ号の位相角度ｆ位相基準と比較することＫよ
って△φｄおよび△φＵを決定する。へγ相基準ｄ最初
に分相器５８から送られ、この分相器は発七器５２から
の出力を互に３６０°／Ｎ位相で離れｆＣ２，Ｈしい・
やルスに分離する。ここでＮＵ分割数を示す。好適実施
例においては、分相器５８ｉｊ：発ハｉ器５２からの信
号を互に１８０°（＞１相が離れた２つの矩形波に分割
する。かようにして分相された分相器５８からの矩形波
の立上り端をデジタル位相検Ｕ」器７６によって位相基
準と１−で用いて零交差検出器７０および８０からそれ
ぞれ摺られる上流および下流位相信号と比較してΔφ０
および△・φｄを得てこれらの値をマイクロプロセッサ
８（）に供給する。 流速計ｎ器８２において、マイクロプロセッサ８０は上
述した式に用いるためのΔφおよびΔφ。 を表わす信号を受信してηＣ朗−を求める。制伺１ｏシ
ック回路５６からの他の倍量Ｅ　（１７λ４図参１（１
）は変換器アッセンブリ１２が送ｆλ゛単一ドである駅
１合に晶く、変換器アッセンブリ】２が受信モードであ
る場合に低い。これがため、マイクロ７０ロセツサ８０
はデノタルイ）ン相検出器７６からの信→）が上流から
ザンプルしたものか、下ｖＩｒ、からＩＪンゾルしたも
のかを知る。 前述しまたように、マイクロ７０ロセツサＳｏｄΔφｕ
２よびΔφ、を決定するためう゛ジタル位相検出器７６
によって用いられるｆ１γ相基７（ｊｊに対１−るシフ
ト機能をも与える。ｖｌすれがない場合、ΔφおよびΔ
φ６は等しいが、しかし、各ΔφＵおよびΔφ。値は分
析されまたは＋４Ｆ出されているがスの成分の関数であ
る・ガスのＩ＆りが変化する際、ガス中の音の伝播速度
もまた変化する。 例えば、耐初に、導′ｕ１４内にＱｐ気を充填し、１７
０°の零流゛Ｍ位相を与えるようマイクロプロセッサ８
０によって所一定の位相基準を適訳する。 次いで、纒％’内に酸＊を充填する場合、廿は酸素中を
９る之ｉ中より遅ぐ伝播し、デジタル位相検出器７６に
対する佇Ｉ相基９を・変えない場合には、４流量位相が
ＪｌＳ大する◇ 図示のシステムで←ｌ−・酸素中での零流量位相が約１
４５°増大し、これが／こめ、零流量位相は１７０’−
１−１４５°つまり約６１５°となる。この位相の１ツ
ｒ７ｉ−′位相限界値へ向かっての接近を検出すること
によって、位イｒＩ限ガｉ　４＋に検出器８６は位相制
御器８８を笈化さセ、新［、い零流虻イ〜′ｌ相から１
８０°差引いた、すなわち５１５°−１８０゜＝１３５
°の赤なる「を相シ（搭、らを新釈し、したかって、零
流量位相が６６００に接近するのを′帛に防止すること
ができる。 ｉ、ｑ、普Ｊ４内に巣際のｏｉすれがある状態におりて
をよ、△φの位相角度が増大し、他方、△φ、の位相角
度がりｉ少する。かかる流れかある状ｇｌにｐいても、
△φ−−、Ｌびムφ。の平均（ｉｉを１４４いて零流奮
位相を依然として近似的に計算することかでさ、この値
全用いてデジタル位相検出請７６によって用いられる位
相基？（八を決定する。 したがって、零ｔＡｔ足位相が３６０’に接近するとき
にけいつも：マイクρｆａ七ノ９８０がデノクルイ〜ｒ
８１検出器７６に対する位相基準を変化して３６０“に
おいて生ずる不明確を防ＩＥｆることができる。°例え
ば、零流量位相が３５８′であるとする（この位は実際
に流れがな、い場合または流れ状態下において成る△φ
１　および△φ、の平均値において生じ得る値である）
。かかる状態下で、６ｔｃれが牛じ、または流量が増大
する場合、零流電位相値から抑。値が増大し、イ山方、
”ｄ　＋ｌａが減少する。その増大と減少との差が約１
０′でめる場合、〜輻値は３６８°になり仝〜値は５　
’４８　’　＆でなり、ノｆ直ｔ−ｓ　’　ｈ＊ｔｔｓ
　Ｌ、　匈。−−ｄ＝　−３４０°とし、杵谷すること
のできない不正ｔｒｔａさを示すことになる。 かかる不正確を防止するため、マイクａ″ｆｏ　−ヒッ
プ８０け平均匈。および４ｄ値を自計算することによっ
てろらゆるデータサンプリング時における零流■位相を
目ト算する。次いで、この計ｎした零ｔＡｔ、鬼・位相
を、例えば、９０°および２７０°における位相限界値
検出器８６による所定の限界値と比較・する。計算して
得られた’４　？Ｉｅ　ｉｆ位相が所定の限界値を超え
る場合には必ず、位相制御器８８が分相器５８およびマ
ルチプレクサ７８により１８０’を加え゛または差引く
ことによりデジタル位相検出器７６によって用いられる
位相基準を変化させるｕＹイクロｆロセツ？８０け位相
の変更を記憶し、流速をき１算するために用いられる式
中の２ｎπ　の−値を決定する場合に修正を加え、すな
わち、各位相の修正け１８０°−またはπの関係に対応
し、これによりいかなる不正確をも完全に防止される。

【図面の簡単な説明】

ｍ１図は測定すべきがスがηすれる導管１Ｃ棺付けられ
た一対の変換器アッセンブリを示す部分断面側面図、 第２図は本発明に用いられる超音波変換器アッセンブリ
の分解断面図。 鎖３図は本発明装置Ｍ　ＩＣ用いられる電気回路のブロ
ック線図、 第４ａ〜４６図は第６図に示す電気反１貼の槓々の場所
で生ずる檜々の信号波形を示すタイミングチャートであ
る。 １０．１２・・・超音波変換器アッセンブリ％１４・・
・導管、２６・・・外匣、３ｏ・・・変換器、δ２・・
・発振器、５４・・・送信ドライバー、５６・・・制御
ロジック回路、６４，６６・・・増幅器、６８．７０・
・・零交差検出器、７６・・・デジタル位相検出器、７
８・・・マルチプレクサ、８０　用マイクログロセッサ
、８６・・・位相限界検出器、８８・・・刀相制呻器。 手続補正書（方式） ５８．９．−８ 昭和　　年　　月　　日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示　　　　昭和５８年特許願第８６４８４
号２、発明の名称　　　　超音波流速計及流速測定方法
３、補正をする者 事件との関係　　出願人 名称　　　　　エアコ　インコーホ１／−テ・７ド４、
代理人 ５、　？ｉｉ正命令の日付　　昭和５８年８月３０日６
、？＃正の対象　　　　明細書の図面の簡単な説明の欄
７、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ガスを通す導管の周りに所定の間隔で離間し−（
   ）ｆスＵｒｂの方向にゾ・ｔ　を−である角度で知糾し
   て回−ＩＩζハ（（−十に二帖列し７て取付けらｉｔだ
   一ズ・１の変換器と、 １ｉｉｆ　５ｒ２笈仲器の一方を７５ｒ定の周彼数で紐
   １作させてがス【ハＣの上流方向で前記変換器の他方に
   よって受１．（させる、１１：　′）、ＩＩＩ汗θに信
   号を生ぜしめる装置ａと、 Ｆｉｉｌ　ｍｌ、ｊ　；！ｆ侯器の１１Ｅ！ガｆｊ　Ｑ
   ｒ　５ｄの周ＵＫ　Ｍ”ｉで卵１作させて〃スｔ＋＋ｆ
   、の下ｖ１ｒ、方同で前ｈピ変換器の一方に工つ−Ｃ受
   １，８さ伊るよう超音波１ぎ号を生ぜしめる装置と１ ８廿ｕＫ　１＋’；°号のうら主動作に基づいてｆＸン
   相基早をＴめる装置ｃｉと・ ＋ｉｉｌ配鎚侯器のぞれぞ右、によって費イｇざノ１４
   ）趙ｆｒノＫ　１ｇ号の荀相角ＩＷ舌′イ尖出する装置
   と、十大出し／こ位相角１す゛をイ）ン相郊、準と比較
   して上ぴＣおよび下流方向の両方向に伝惰する超音波信
   号の位相角度シフトを決定し、検出した位相角厩差に基
   づきがスの流速を示す信号を生ずる装置と１ 上ｖｉｃおよび下流の両方向に伝偵する超廿波低刈の横
   用もｒ相角（ｕ′の平均１１１１をＨｌ−する装置ｄと
   、平均位相角度値の１９ｒ＞＆限界餉への接近を挾出し
   、平均位相角度値がｎ「″Ｉｉ′限界値に諦するのを防
   止するよう位相−１に期を１「Ｌ２い値にシフトする装
   置と、 ６ン相基準のシフト−ｈ誓をバピｔＯシ、このシフト粉
   ；を用いて流速を示す１６号を生ゼ］−める装−”とを
   具えることを特徴とする超音波流速側１゜（２）　　前
   ｈビ位相角度倹１１＋装鍮“が貨１＝超會波１ｇ号の所
   定部分だけをザンゾリングするよう構成ｌまた特許ｊｒ
   １求の卸１７４１第１８１に６ピ載の超音波流速１１゜
   （３）　前ｉピｔｙｊ定部分が前ｎｒ＋受１ぎ超音波イ
   ぎ号の波頭を會んでなる特Ｉｒ′ｌ：ａ々求の１ｉｌｌ
   ’１題年２墳にＷ載の超廿波ｔＡｔ速Ｂｔ。 （４）　　固定の夕・ｆミングノ！ルス装瞳が前ｉピ駕
   換器を始動しかつ前Ｂ己もｌ相基準を確立するーも）な
   電気４ｇ号をつ″両生するようＭ成し５だ特許ｄ〜求の
   牟１ミ囲似１墳に１社の超Ｂ彼流違Ｎｌ。 （５）（ａ）　　第１超音調信号をがス中を経て編１賞
   俟器から第°２変侯器にガス流の土び１１の方向に、ガ
   スかしにズ・ｊし、である角度をなす通路に沿って伝送
   し、 （Ｌ））　　第２超廿鼓１汀号を第２変換器から紀１変
   侯器に１５１し通路に沿って、しかし、第１超廿？ノに
   イｇ−号とは反対方向に伝送し、 （ｃ）　　＋Ｉ＜ｉ音波信号の送信に基づいて６γ相基
   準を確立し、 （ｄ）　　褐２および第１変トさ器によってそれぞれ受
   信された第１および第２超音波信号の６７相角朋を侠ｍ
   し、 （６）　　検出６ｒ相信号を（ｆｆ相基準と比較し、覇
   １および綿２超酢ηぐ信号の位相角度シフトを６１１１
   定して躯１および第２超廿彼ｔｄ号の構出位相角度の差
   に基づめでガスの誠球を示す信号を発生させ、 （ｆ）　　相１および第２１１１（廿波１パ号。）平物
   １Ｙ″ｌ相角ノ■゛ｒ数学計４１Ｌ７、 （ｇ）−′Ｆｌ−均イ１均相１１相角ｒし、平均イ）ン
   相角吸がＩツｒ定限界１−に達するのを防止するよう位
   ″相基バ４！（ｉ７々Ｊ「シい顧にシフ！・［７、（ｈ
   ）　　ガスの（ｊｌ．、ｉＩｌ，ｉを示す・展刊をう′
   ６生させるためにイ）ｒ相基準のシフト１１１倉Ｄｒ＋
   　（’Ｊよおよび蓄積することを！侍像とするガスの流
   速を６１１１宇する方法・