JPS60219513A - 超音波検出 - 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】 発明の分野 この発明は不連続体及び質量流量情報をｆ４るための方
法及び装置に関する。

発明の背景 流体の流れに関する多くのプロセス、例えば二次油回１
又又はある種の医療における血液ボンフの使用において
は、プロセスを連続的に又はでさるだけ連続に近い状態
で継続することがＭ要である。

しかしながら同時に、プロセス、関連の磯、：５、又は
医療の場合には患者に悪影響を与えるような不連続体が
流れに含まれている場合にはプロセスを停止させること
も同様に重要である。

しかしながら、そのようなシステムを停止させるか否か
を決定するさいには二つの重要な問題がある。第一に、
流れが多くの異なった形式の不連続体を含んでいて一形
式のものだけが有害である場合がある。そ扛ゆえ、種種
の不連続体を正確に識別できること、特に一つ以上の特
定形式のものの存在を確実に検出できることが必要であ
る。第二に、ある場合には、特定の連続体はある１恨界
より高い濃ｊ蔓で流れの中に存在するのでなければ有害
でないかもしれないｇそれゆえ、質量流量をも測定でき
ることが望まし℃・０ 発明の要約 簡単な電子回路によるドプラ方式の装置を用いて、不連
続体から周波数偏移信号を得て、次にこの信号からのス
ペクトル又はこれの近似物を既知のスペクトルと比較し
、これにより不連続体に関する情報を得るようにするこ
とによって不連続体を識別し、且つ質量流量を決定−Ｊ
−ることかできることを我我は見出した。

採択した実施例においては、その装置は一連の広帯域パ
ルスをある角度で流れの中に導くように配置された超音
波変換器を使用している。不連続体から反射したパルス
はこの変換器によって検出される。周波数偏移した検出
パルス（ｄ、周波数スペクトルに変換されるか又は基糸
信号と組み合わされてそれの近似物を発生するが、この
いずれかが次に既知の不連続体のスペクトルと比較され
て検出不連続体の識別が行われる。不連続体の計数又は
スペクトルの大きさは磯反情報を与えるが、これはやは
り反射パルスから得られた速度情報と組み合わされて質
量流量測定値を与える。

採択した実施例の説明 今度は採択した実施例の構造及び動作について説明する
。

構造 第１図を見ると、ドプラ装置か１０で示されている。装
置１０は超音波変換器１２を備えておりこれは主流体運
搬導管１６に接続された管延長部１４に取り付けられて
いる。延長部１４は主導管１６に対して約４５°の角度
に配置されているが、他の角度を使用することもできる
。変換器はこの出願と同じ譲受人に譲渡された、１９８
０年９月１５日出願のアブツ（Ａｂｔｓ　）の米１里特
許出願第１８７６１５号のものと概して同じものである
。

唯一の変史は、結晶が１９８２年６月２２日出ｊ如のア
ブソ（Ａｂｔｓ）の米国特許出願第３６０７７３号の広
帯域のものであることである。

採択した実施例に対する電子式パルス発生・検出回路２
０は第２図に示されている。信号発生器２２の出力は送
信ゲート２４を介して変換器１２に接続されている。変
換器１２は増幅器２６を辿して復調器２Ｂに接続さｎ、
この復調器は又距スＩＦゲート６２を通して１河号発生
器２２に接続されている。復調器２８の出力は帯域フィ
ルタ６０に接続され、それから標本化保持（サンプル及
びホールド）回路６４に接続されている。距離ゲート６
２Ｖｉフイルタと標本化保持回路６４との間又は増幅器
と復調器との間に配置してもよい。

動作 動作時には信号発生器２２は送信ゲート２４のタイミン
グによって決定されるところにより周ｊυ］的に変換器
１２にトリガ信号を送る。送信器１２はそこで集束した
超音波パルスを発生−ｊ−るが、これは第１図に示され
たように流れの中へ碑がれる。

超音波パルスの基本周波数は結晶形式を営む多数の要素
によって決定され、Ｉ　ＭＨｚと１５０　Ｍｌｌｚとの
間にある。しかしながら、パルス全体は広帯域のもので
あって広い周波数範囲に及ぶ周波、ｒＵｆｆ１分を持っ
ていることが望ましい。

パルスを受けると流れの中の不ノ里〃１本はこのパルス
の少なくとも一部分を変換器１２に反射し、変換器がそ
ｎを検出する。信号発生器２２及び送信ゲート２４のタ
イミンクによって、変換；缶は反射信号が検出されるか
もしれないような１υ」間中に信号発生器２２から別の
トリ力信号を受けないように確保さ九る。ドプラ形式の
装置にとっては臂通であるように、反射パルスは不連続
体の速さに部分的に依存する周波数偏移を持っている。

しかしながら、この偏移は不連続体の形式にも関係して
いるが、これは不連続体の形式（例えは固体粒子の形式
）が異なると到来パルスの異なった周波数成分が影響を
受けるためである。

この検出された周波数偏移パルスは次に増幅器２６に送
られ、それから復調器２８に送られ、そしてこの復調器
は検出パルスを基準信号で乗算する。距１ｌｆｉｌケー
トからの基準信号はトリガ信号から得られる。これはは
るかに短い持続時間の時間遅への距離ノミ４ルスでトリ
力パルスをゲートすること（ によって行われる。遅延時間自体は検出パルスが装置に
よって認識され且つ処理される関連距離・地間を選択す
るように単に選ばれる。この遅延時間は超音波パルスが
大抵の検出不連続体に行って矢って来るのに要する時間
にほぼ等しく、従って検出パルス及び基準パルスは同時
に１１調器２８に到達する。それゆえ、′この遅延時間
は装置が不連続体を検出づ−る距離を有効に決定する。

復調器２８からの合成出力は次に帯域フィルタ６０に送
られるが、これは装置１０の実際の出力信号である。標
本化１呆持回路ろ４は単に多数の反射パルスを組み合わ
せて単一のそのような出力を発生させるようにするもの
である。

フィルタ６０からの出力は不連続１本から反ｊ封したパ
ルスから得られるような周波数スペクトルの近似−であ
る。これは主として距離ケートパルスの狭い幅のためで
ある。しかしながら、ドブン効果のためにこの出力は幾
分圧縮され且つ下方へ周波数偏移していて通常１ないし
１０　Ｋｌ＋ｚの・記聞にある。（反射パルスの実際の
周波数スペクトルは圧縮されず、送信パルスの周波数孔
間、すなわち１Ｍ１ｌｚないし１５ｏＭ＋＋ｚにあるで
あろう。）そのような二つの出力が第６図及び第４図に
示されている。ここで、この二つの１０ノド図は二つの
異なった不連続体に対する装置出力が明イ１１［に区別
１］」能であることを示している。それゆえ、この実際
の出カスベクトルと既知の不連続体のスベタトルとの比
較によって特定の不連続体を識別することができる。

又は、周波数スペクトルは、１９８０年５月２１日出願
のアブソ（Ａｂｔｓ）の米国特許出願第１５１８３４号
に述べられたように、検出パルスに直接高速フーリエ変
換を行うことによって得ることもできる。しかしながら
、その場合、使用される電子回路がはるかに複雑になり
、しかも、採択した実施例の方法及び装置によって避け
られる高速アナログ・ディジタル変換を最初に行うこと
が必要である。

流れの中の不連続体の瀘は二つの方法のいずれかで決定
することができる。比較的少ない不連続体が存在する場
合には、これから反射したパルスの数を所与の単位の時
間、計数すれはよい。他方、多すぎて個別に計数できな
い場合には、装置の出力信号の振幅から平均ｄｋ度が決
定さｎる。すなわち、濃度が高いほど、スペクトルの振
幅が大きい。

この情報により、質量流量を測定することができる。

反射信号の周波数偏移は矢の方程式により決定される流
れの速度に関係している。

ｆｄ　ｃ Ｖ二 ｆｃｎｓｌ 但し、ｆは送信パルスの周波数、ｆｄは反射パルスの周
波数、Ｃは流体中の音の速さ、ｒは送信パルスが流れの
中へ送られる角度である。この速度測定値を前述の不連
続体の量と組み合わせると、質量流量値が得られる。

別個の受信用変換器を用いることによって、採択した実
施例におけるようなパルス式のものの代わりに持続彼氏
ドプラ装置を使用することもてきる。

その他の変−例は技術に通じた省の心に浮かぶであろう
。

【図面の簡単な説明】

第１図は採択した実施例の変換器及び２４管配列部の断
面図である。 第２図はこの発明の回路素子の構成図である。 第６図はある不連続体に対する周波数スペクトルのプロ
ット図である。 第４図は別の不連続体に対する周波数スペクトルのプロ
ット図である。 これらの図面において、１０はドプラ装置、１２は超音
波変換器、１６は主導管、１４は管延長部、２０は電子
式パルス発生・検出回路を示す。 ％作出１如人　マイクロ・ピュアー・システムス・イン
コーボレーテソド （外４名） ＩＧ　ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１９０°以外の角度で流れの中に超音波エイ、ルギ
   ーを送信すること、 流れの中の不連続体から反射した超音波エネルギーの部
   分を検出すること、 検出したエネルギーを周波数スペクトルに変換すること
   、及び 検出エネルギーの周波数スペクトルを既知の不連続体の
   スペクトルと比較すること からなる、流れの中の不連続体ｆ：識別する方法。 （２）検出エネルギーを変換することが、検出エネルギ
   ーを使用して検出エネルギーの周波数スペクトルに近似
   した圧縮された一層低い周波数の出力信号を発生するこ
   とからなっている、特許請求の範囲第１項１（記載の方
   法、 （３）送信すること及び検出することが単一の変換器に
   よって行わ八る、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （／Ｉ）不連続体からのエイ、ルキー反射の数を割数す
   ることによって不連続体の量を決定することを更に含ん
   でいる、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （５）検出エネルギーの周波θスペクトルの犬ささを測
   定することによって不連続体の量を決定することを更に
   含んでいる、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （６）検出エネルギーから検出不運杭体の速度を計算し
   且つこの速度を流れの中の不連続体の量と組み合わせる
   ことによって質量流量を決定゛ｒることを更に含んでい
   る、特許請求の範囲第４項又は第５項に記載の方法。 （力　前記の超音波エネルギーが一連の高周波パルスの
   形態をしている、特許請求のＩ：氾囲第１項に記載の方
   法。 （８）　前記の超音波エネルギーが持勅コ彼の形態であ
   る、％許請求の馳囲第１項に記ｉ成の方法。 （９）　前記の変換することが、検出エネルギーについ
   て高速アナロタ・ディジタル変換を行い且つこれにより
   得られたディジタル信号について高速フーリエ変換を行
   うことからなっている、特許請求の範囲第１項に記載の
   方法。 ＋１０）９０°以外の角度で流れの中に超音波エネルギ
   ーを導くように配列された変換器、流れの中の不連続体
   から反射した超音波エネルギーを検出するだめの装置、 検出したエネルギーを周波数スペクトルに変換するだめ
   の装置、及び 検出エネルギーの周波数スペクトルを既兄の不連続体の
   スペクトルと比較するための装置、を備えている、流ｎ
   の中の不連続体を識別するだめの装置。 （１１）検出するだめの装置が前記の変換器からなって
   いる、特許請求の範囲第１０項に記載の装置。 （１２１変換するだめの装置がドプラ検出回路からなっ
   ている、特許請求の範囲第１０項に記載の装置面。 ０３）前記の回路が、検出エネルギーの周波数スペクト
   ルに近似した圧縮された一層低い周波数の出力信号を特
   徴する特許請求の範囲第１２項に記載の装置。 ０４）流九の中の不連続体の道を決’Ｍ−ｆ’るための
   装置を更に備えている、特許請求の範囲第１０項に記載
   の装置。 （１５）流れの速度を決定するための製画、及び決定さ
   れた流れの速度と不連続体の量とを用いて質量流量を決
   定する装置を史に備えている、特許１．請求の範囲第１
   ４項に記載の装置。