JPS593583A - 流量計及び流量測定方法 - 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、流量計に関し、特定すると、流体の流れから
到来する雑音信号を感知する離間して設けられた２つの
センナから供給される遅延および非遅延の信号間に最大
の相関関係を設定するように動作する新規かつ有用な専
用の相関器に関する。

流体流れパラメータおよびその他の動作パラメータを設
定するため相関技術を使用することは、Ｇｒｉｔｔｅｎ
等の米国特許第４．０１９．０３８号に記載されている
。この特許にしたがえば、流れ方向に沿う離間した２位
置において、流体の流れ中に超音波信号が通される。一
方の信号が回路において他、方の信号に関して遅延され
る場合、両信号間の相関量が測定され、両流体が両セン
サを横切るに要する時間の測定値として使用される。こ
のＧｒｉｔｔｅｎ等の特許に記載される方法は、各セン
サ領域で超音波信号を供給する余計な必要がある上、回
路が相当ｔ１ｊ雑である。

相関技術を使って流れ信号を引き出すためにし１、いわ
ゆるＳＡ、１００］Ｌ機器のような汎用信号相関器カー
使用されてきた。しカルながら、これらし１、研究室機
器であり、相当に高価である。これらの１１袴は、経済
的に実行できるようにするために）１、大設備において
数台の流ｙｒ計間で共有され１２Ｖ″ｆ、ならｔ［い０ 本発明は、流１１：引への利用を企むものであり、個々
の流量計への利用に十分廉価な装置を操影（するもので
ある。より高価な装置で利用できる％徴のうちの多くの
もの（工、流量計への応用にお〜・では不必要であり、
したがって本発明にｔｄ　Ｘ、・て１１包含されない。

本装置は、全相関関数を目算してそれを表示するのでな
く、相関関数の最大値を測定し、それに固定される。

ワ、下に説明する好ましい具体例は、主として流１５を
羽への応用に向けられるものであろ力ｔ、本発す］は、
自己相関または相互相関のようなすべての時間依存性の
変動的応用例に等しく応用し得るものいことを認められ
たい。

本発明にしたがえば、測定されるべき流体流またはその
他の現象内で発生される自然雑音が詑音信号として利用
される。この種の雑ａ信号は、例えば、粒状石炭流の静
電荷パターンや、ベーパの製造の際パルプの流れからの
光の反射の変動に対応する信号を発生する光−ホトセル
センザ組合せから受信される信号とし得る。

したがって、本発明の目的は、正および負極性成分を有
する２つの雑音信号の相関を設定する相関器であって、
各信号に対して、正および負極性成分の一方の成分の発
生の際高レベルを有し、他方の成分の発生の際負極性成
分を有するパルス波を発生する入力極性コンパレークと
、パルス波の一方に結合されてそのパルス波を特定の可
変遅延量だけ遅延させる可変遅延手段と、遅延波と非遅
延波“とを比較し、遅延信号と非遅延信号の間に十分の
相関があるとき高レベルで、相関が不十分のとき低レベ
ルの相関信号を設定する相関手段と、ＴｉＪ変１ｌ−７
ｊ延手段の遅延Ｊ■を増大方向および減少方向で変化さ
せるスイープ手段と、該スイープ手段および相関手段に
接続され、相関信号の減少を判断し、相関信号の減少を
判断した際、スイープ手段を制御して、最大相関信号に
対応する特定の遅延Ｙδが設定されるようにその方向を
制御するピーク固定制御手段と、該ピーク固定手段ｆＣ
接続され、％定のＸ！■九邦を読取り可能な信号に変換
するスケール手段とを含む相関器を提供することである
。

しかして、この読取り可能な（ｉ号は、流量計の場合、
２つの雑音信号を発生する離間されたセンナを通る流体
の流速に対応する。

本発明の他の目的（↓１．単一の流−Ｍ・ｎ（または他
の測定装置に専用的に使用されるように十分簡単で廉価
１！相関器を提供することである。

本発明の他の目的は、設計が簡単で、構造ｆＩ’−頑丈
で、経済的に製造できる専用の相関器を提供することで
ある。

本発明のこれらおよびその他の目的および利点け１、図
面をと照し、て行１よった以下の具体例についての説明
から明らかとなろう。

図面を参照すると、第１図に示される本発明の具体例は
、参照番号１０で指示される専用の相関器より成る。相
関器１０は、離間されたセンサ１６．１８から線１２お
よび１４を介して２つの信号を受信する。セ／す１６．
１８は、導管２２内の流体流２０により発生される雑音
を感知する。

センサ１６および１８は、例えば、流れ２０内の静電荷
パターンを感知する形式とし得る。これは、流れが粉状
石炭流であるとき特に有用である。流れが例えばペーパ
の製造の際のパルプ流の場合には、センサ１６および１
８は、光検出器の光源を含むことができる。２つの光検
出器により発生される信号は、パルプ流から反射される
赤帽の変化にしたがって変わる。

第２図に示されるように、入力極性コンパレータ２４は
、センサ１６および１８から人力信号Ａおよ゛びＢを受
信する。各入力信号（１、正およびＳ’を極性の成分を
含む。この入力成分コンパレータけ１、入力雑音信号を
、２雑音信号の極ＶＬに対応する方形波に変換する。コ
ンパレータは、各信号で動、作し、入力が零以上のとき
（すなわち正極性のとき）高レベルを生じ、入力が零以
下のとき（すなわち負極性のとき）低レベルを出す。こ
のように、各入力雑音信号に対して１つずつ２つのパル
ス波が発生されるのであるが、信号の極性のみが利用さ
れ、振幅は無視される。

雑音信号Ａから得られるパルス波は、線２８を介して可
変遅延回路２６に供給され、雑音信号Ｂに対するパルス
波は、線３０を介して直接相関関数決定回路３２に供給
される。

可変遅延回路は、可変の決定された遅延量だけパルス波
を遅延させる働きをする。可変遅延回路は、２５６ビツ
トのディジタルシフトレジスタを含んでおり、該レジス
タは、可変遅延回路２６に入って来る信号に対して２５
６単位の遅延を提供するのに利用される。シフトレジス
タに対するクロック関数は、可変遅延回路２６に接続さ
れたＶＣＯ（電圧制御発振器）３４により変えられる。

相関関数決定回路３２においては、可変遅延回路２６に
おいてシフトレジスタおよびクロックにより決定される
遅延が、２つの信号が同じ極性である時間を平均化する
ことにより測定される。これは、排他的ＯＲゲートの使
用により行なわれる。

排他的ＯＲゲートは、遅延および非遅延パルス波を受信
し、２つの波が等しいときは高出力信号を発生し、両者
が等しくないときは低信号を発生する。

排他的ＯＲゲートにはインバータが接続されており、こ
のインバータが排他的ＯＲゲートの出力を反転する。こ
の出力は、「等」および「不等」の決定信号の瞬間値を
平均化する凹フィルタによりｐ波される。それゆえ、す
べての特定の遅延量に対する相関信号が設定される。

雑音信号それ自体の特性に起因して起こり得る低レベル
相関の問題を除去するため、誤読取りを除去するための
相関関数スレッショルド回路３６が設けられている。

ま°た、最大相関信号に固定されるピーク固定制御回路
３８が設けられている。ピーク固定制御回路３８は、相
関関数スレッショルド回路３６により低レベル相関を無
視するように制御される。

ピーク固定制御回路３８は、追って詳細に説明されるよ
うにスイープ電圧発生器４ｏの動作を制御するように機
能する。

スイープ電圧発生器４０は、緩やかなのこぎり波電圧を
発生し、電圧制御発振器３４を介して可変遅延回路２６
のシフトレジスタのクロック周波数を制御する。これは
、回路がピーク固定制御回路３８により固定されないと
き相関信号ピークの探索を行なう。ピーク固定制御装置
３８が相関信号ピークを見つけると、スイープ電圧発生
器４゜ののこぎり波形の変化の方向が逆転され、相関信
号ピークをスイープバックする。のこぎり波の速度は、
緩および速の２つの値を有する。緩速値は、主ピークを
追跡するのに使用され（ピークが固定されているとき）
、迅速値は、主ピーク値を迅速に見つけるのに使用され
る（相関関数スレッショルドを通り越すため）。緩速／
迅速は、相関関数スレッショルド回路により制御される
。

ピーク固定制御回路３８は、相関器すなわち相関関数決
定回路がピークから離れつつあることを判断する。すな
わち、相関信号が減じ始めると、これによって相関信号
ピークから遠ざかりつつあることが指示される。この指
示が起こると、ピーク固定制御回路は、スイープ電圧発
生器にスイープの方向を変化させるべき命令を発生する
。これは、遅延量の変化の方向を逆転し、遅延量を、相
関信号ピークに対応する特定の遅延量を越えるように、
逆に動かす。ついで回路は固定状態となり、相関信号ピ
ーク上を前後に動く。

詳しく説明すると、ピーク固定制御装置は、相関信号振
幅をサンプルし、この情報を記憶する。

短い時間の後、相関信号が再度サンプルされる。

新しいサンプルおよび記憶されたサンプルが比較される
。両者が特定の電圧内にあれば、両者は等しいと判断さ
れる。この場合、第２のサンプラーが再度作動される。

これは、第２のサンプルが最初の記憶された値よりも高
（なるか低くなるまで継続する。最後のサンプルの値が
記憶された値より高いと、サイクルは更新された記憶値
で再度始まり、その後それと比較のためサンプルを行な
う。

一方もしも、後者のサンプルの値が記憶された値よりも
低いと、回路が相関信号ピークから移動しつつあるとい
う判断がなされ、スィーブ電圧発生器４０に方向変化命
令が発生される。この命令は、ディジタル読出し値４２
を更新せしめる。

ピーク固定制御回路３８は、回路３６により設定された
相関関数スレッショルド規準が満足されないときは働か
ない。

電圧制御発振器３４は、集積回路の関数発生器を備えて
おり、可変遅延回路２６に対するクロック信号としてス
イープされた周波数の信号を発生する。

特定の遅延量に対応する信号を供給する電圧制御発振器
の出力とディジタル読出し装置４２０間にはスケールフ
ァクタまたはスケール手段４４が設けられる。スケール
ファクタ手段は下記のように働く。

回路２６においてシフトレジスタにより提供される遅延
りは次のようになる。

Ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔｔへｆに こで、Ｎはレジスタにおける段階の数に等しく、ｆｏは
クロックの周波数である。遅延は、下式により流速Ｖに
関係づけられる。

Ｄ＝−（２１ ■ ここで、Ｘは流れの方向におけるセンサ距離である。両
者を結合すると、次式が成立する。

ｆｏ”　ｘ　Ｖ　　　　　　　　　　（３１このように
、流速はクロック周波数に直接関係づけられる。適当な
定数Ｋにより分割されたクロック周波数を計数すると、
所望の工学装置における速度に等しい数が得られる。

ディジタル読出し値は、１ｘ２秒間計数するカウンタを
含む。これは、そのようにして測定された数が゛、ディ
ジタル読出し部の入力における信号の周波数の１／２に
等しいことを意味する。すなわち、出力数−寸　　　　
　　　　（４） 式（３）と結合すると Ｖ 出力数ニパ　　　　　　　　（５） Ｎは２５６であるから ５６ｖ 出力数−２ｘ（６） ＶＫ等しくなるような出力を得るには、定数にで割って
必要とされる較正値を得ることを必要とする。

等式は、ファクタ ４０　　　　　　　　　　（７） ＸＫ が大きさが１であり、必要とされる速度単位にニタン　
　　　　　　　　　（８） を供給することを必要とする。

Ｘに長さの単位を入れると、速度に対して同じ単位が与
えられる（フィート、メータ等）。

ディジタル読出し部は、その出力（スケールファクタ部
の出力）の周波数を計数し、それを使用者に表示する。

第２図に示されるブロック回路の詳細は第３Ａ〜３１ｉ
ｔ図に示されている。

第３人図は、入力極性コンパレータ２４、可変遅延回路
２６、相関関数決定回路３２および相関関数スレッショ
ルド回路３６のための回路を示す。

雑音信号ＡおよびＢのパルス波は、それぞれ線２８およ
び３０を介して供給される。線２８上のパルス波は、ク
ロックレジスタ５０で決定される量だけ遅矩される。遅
延および非遅延信号は、相関関数決定部３２の排他的Ｏ
Ｒゲート５２に供給される。

この回路の出力は、後続のｐ波および平均化回路により
平均化され、線５４を介して第３０図に示されるピーク
固定制御回路に供給される。相関信号はまた、相関関数
スレッショルド回路３６に供給され、そして該回路は線
５６を介してピーク固定制′御回路３８に接続される。

相関関数スレッショルド３６の信号はまた、線５８を経
、反転後、第３Ｂ図に示されるスィーブ電圧発生器４０
に供給される。

緩速および迅速のスイープされたのこぎす波は、スイー
プ電圧発生器４０を例示する第３Ｂ図に示される回路に
より発生される。

第３Ｃ図は、ピーク固定制御回路３８を示している。

第３Ｄ図は、レジスタ６０を有する電圧制御発振器およ
びスケールファクタ回路４４を示している。しかして、
スケールファクタ回路４４は、線６２を介して第３ｒ図
のディジタル読出し回路に接続されている。

ＶＯＯ３４は、線６４を介してスイープ電圧発生器４０
に、また線６６を介してスケールファクタ回路４４に接
続されている。

ディジタル読出し回路は第３１図に示されており、また
、電源装置６８および第３五〜３Ｅ図の回路の＋１５ｖ
タツプに利用される記号もこの図に示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は流量系として使用される本発明の専用の相関器
の概略図、第２図は本発明の専用相関器を例示するブロ
ック図、第３Ａ〜３１図は第２図に示される専用相関器
の種々の要素の概略回路図である。 １０：専用相関器 １２．１４：線 １６．１８：センサ ２０：流体 ２２：導管 ２４：入力極性コンパレータ ２６：可変遅延回路 ３２：相関関数決定回路 ３４：電圧制御発振器 ３６：相関関数スレッショルド回路 ３８：ビーク固定制御回路 ４０：スイープ電圧発生器 ４°４；スケールファクタ回路 ４２：ディジタル読出し回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１正および負極性成分を有量、ζン２　）の雑音信
   号の相関を設定する相関器において、各信号に対して、
   正および負極性成分の一方の成分の発生の際高レベルを
   有し、他方の極性の発生の際低レベルを有するパルス波
   を発生する入力コンパレータト、該パルス波の一方を受
   信し、そのパルス波を可変遅延−Ｋ１．’だけ遅延させ
   る可変遅延手段と、パルス波の他方と遅延されたパルス
   波を受信して、遅延パルス波と他方のパルス波との間に
   高度の相し〜があるとき高レベルで、低度の相関がある
   とき低レベルの相関信号を発生する手段と、前記可変遅
   延子、段に接続されて、遅延量を増大および減少方向を
   変化させるスイープ手段と、該スイープ手段および前記
   相関手段に接続され、相関信号が増大しつつあるか減少
   しつつあるかを判断し７、減少相関信号の場庁、前記ス
   イープ手段を制御して、最大相関信号に対応する特定の
   遅延量が得られるようにその変化方向を変化させるピー
   ク固定手段と、前記スイープ手段に接続されて、特定の
   遅延■を受信し、読取可能な信号を発生するスケール手
   段とを含む相関器。 （２１流体の流路に沿って取り付けられろように適合さ
   れ、２つの雑音信号を発生する第１および第２の離間さ
   れたセンサを備える９　ＦＦ請求の範囲第１項記載の相
   関器。 （３）前記センサが、流れ中の静電荷の変動を感知する
   静ｔｒｉ荷パターンセンザより成る特許請求の範囲第２
   項記載の相関器。 （４゛　　前記センサが、光検出器と光源とより成り、
   光を流れから光検出器に反射させ、２つの雑音信号を発
   生する特許請求の範囲第２項記載の相関器。 （５）　　前記スケール手段が、特定の遅延量を、前記
   センサ間の流速を表わす速度讃１に変換する回路より成
   る特許請求の範囲第２項記載の相関器。 （６）　　前記相関手段とピーク固定手段間に接続され
   、前記相関信号が選択されたレベル以上に上昇するとき
   のみ前記ピーク固定手段の動作を許容する相関信号スレ
   ッショルド手段を含む特許請求の範囲第１項記載の相関
   器。 （７）　　前記スイープ手段が、増大側および減少側を
   もつのこぎり波を発生するスイープ電圧発生器と、該ス
   イープ電圧発生器に接続されて、前記のこぎり波にした
   がって周波数を増減させる電圧制御発振器を含み、該電
   圧制御発振器が前記可変遅延手段に接続されて、前記電
   圧制御発振器の周波数の変化にしたがって遅延量を変化
   させる特許請求の範囲第６項記載の相関器。 （８）　　前記相関手段が、遅延パルス波および他方の
   パルス波を受信して、両者間に相関がある場合高出力を
   発生し、両者間に相関が欠如する場合低出力を発生する
   排他的ＯＲゲートと、該ＯＲゲートに接続されて、相関
   および非相関の瞬間値を平均化して前記相関信号を発生
   する平均化手段を備える特許請求の範囲第７項記載の相
   関器。 （９）　　前記スケール手段に接続されて、前記の読取
   り可能な信号をディジタル表示に変換するディジタル読
   出し手段を備える特許請求の範囲第８項記載の相関器。 輪　前記入力極性コンパレータが、前記２雑音化号の各
   々に対応する方形波信号を発生する手段を備え、該方形
   波が、正極性成分の発生の際高レベルを有し、負極性成
   分の発生の際低レベルを有し、各方形波が前記パルス波
   の各々に対応する特許請求の範囲第１項記載の相関器。 ０υ　前記可変遅延手段が、多数の遅延量に対応する複
   数の位置を有するディジタルシフトレジスタより成り、
   前記スイープ手段が、スイープ電圧発生器と該スイープ
   電圧発生器に接続された電圧制御発振器を含み、前記ス
   イープ電圧発生器が増加および減少側を有するのこぎり
   波を発生するように動作し、前記電圧制御発振器が該の
   こぎり波の増加および減少側にしたがって周波数を増減
   するよう′に動作し、前記電圧制御発振器が、ディジタ
   ルシフトレジスタに接続され、電圧制御発振器周波数の
   変化にしたがってその位置を変える特許請求の範囲第１
   項記載の相関器。 （財）前記スイープ手段が、２つの速度、すなわち前記
   ピーク固定手段により最大相関信号が決定されるまで前
   記遅延量の変化を迅速に増減する迅速速度と、ピーク固
   定手段が前記最大相関信号を決定した後の緩速速度を有
   する特許請求の範囲第１項記載の相関器。 に）各々正および負極性成分を有する２つの雑音信号を
   相関づける方法において、前記２つの雑音信号の各々に
   対して、各正極性成分の発生の際高レベルを有する方形
   波を発生し、前記方形波の一方を他方に関して可変的に
   遅延させ、この遅延方形波および非遅延方形波を比較し
   て、その相関性を判断し、前記遅延および非遅延方形波
   の相関性が高い場合高レベルであり、相関性が低い場合
   低レベルの相関信号を発生し、該相関信号の減少を検出
   して、前記相関信号の減少の発生の際、前記方形波の前
   記一方の方形波が遅延される時間遅延量の変化の方向を
   変えて前記相関信号を増大させ、最大の相関信号に対応
   し、かつ前記２雑音化号間の相関に対応する特定の遅延
   量を決定することを特徴とする２雑音化号の相関方法。