JPS61233320A - 速度の無接触測定装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、２つの変換器が設けられておシ、該変換器の
検出領域は媒体の移動方向において相互にずらされてお
シかつ前記変換器はそれぞれ、移動する媒体の不均質性
が、その空間的な位置に依存して、種々異なった空間的
な重み付け関数に応じて一連付けられている電気信号を
送出し、かつ該両電気信号の相関的な結合によって測定
値を取シ出す丸めの装置が設けられている、移動する媒
体の速度を無接触に測定する装置に関する。

従来の技術 この形式の公知の測定装置において、両変換器の出力信
号の時間的な相関関数の最大値に相応する、媒体の不均
質性が第１変換器から第２変換器まで走行するのに要す
る時間に等しい移動時間が求められる。変゛換器間の距
離が周知であれば、上記走行時間から測定すべき速度を
導き出すことができる。

発明が解決しようとする問題点 この測定方法には数多くの用途において不確実性が伴な
う。その理由は、相互相関関数の最大値が顕著に現われ
ない場合が多く、その結果最大値の位置を正確に特定す
ることができない。

別の無接触測定方法では流れの方向が検出されずかつ速
度零の場合および非常に僅かな速度の場合には評価に値
する指示が生じない。

本発明の課題は、冒１４１／Ｃ述べた形式の測定装置に
おいて、速度がどんなであっても流れの断面形状に無関
係な正確な６１３定結果を提供し１〜かつその測定領域
には、速度零、非常に小さな速度および移動方向の反転
もが含まれるようにした測定装置を提供することである
。　・問題点を解決するための手段 本発明によればこのｌｌｊ［は次のようにして解決され
る。すなわち２つの変換器の検出領域は、空間的な重み
付け関数の空間的な相互相関関数の勾配が、空間的なず
れ零において零ベクトルとは異なっているように部分的
に重なっており、かつ測定値は、２つの信号の時間的な
相互相関関数の、時間的なずれ零における勾配からまた
は２つの信号の相互出力密度スペクトルの１次モーメン
トから導出されるようにする。

発明の作用 本発明は次の認識に基いている。すなわち所定の前提条
件下においては時間的な相互相関関数の最大値の位置の
みならず、その、時間的なずれ零における勾配もまた移
動する媒体の速度に対する尺度を表わす。この測定値、
は時間的なずれ零において求められるので、それは同じ
場所に存在する不均質性から生じる。これにより速度測
定の際の不確実性に対する重要な原因が取り除かれる。

さらに、本発明の無接触な相関速度測定は、相互相関関
数の最大値の検出に速度測定が上手くいかない場合でも
可能である。

殊に、緩衝流入区間を省略しかつ例えば測定個所を直接
−シ管の後方に設けることができる。

測定領域は原理的には限定されずかつ殊に非常に緩慢な
移動、停止状態および移動方向の反転を含んでいる。

この測定原理の適用に対して前提となるのは、時間的に
ずれていない２つの信号の統計学的な依存において消失
しない勾配が存在する信号対を発生する変換器を使用す
ることである。この条件は、２つの変換器の検出領域を
、空間的な重み付け関数の空間的な相互相関関数の、空
間的なずれ零における勾配が零ベクトルとは異なるよう
に部分的に重なるようにするとき満たされる。この定義
とは、おのおのの変換器対に対して特徴的である、・変
換器の構成によって規定される不変の幾何学上の特性で
ある。

２つの信号の時間的な相互相関関数の、時間的なずれ零
における勾配は、これら信号の相互出力密度スペクトル
の１次モーメントに数学的に等価である。したがってい
づれの値を計算するかに差異はない。

本発明の有利な実施例は、特許請求の範囲の実施態様環
に記載されている。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は、無接触の相関速度測定に対する使用例として
、速度■で導管１内を導管軸線２の方向において移動す
る媒体の流速を測定するための測定装置を示す。導管１
に、正確に知られた中心距離りにおいて２つの変換器Ｗ
１およびＷ２が配役されており、これら変換器は、移動
する媒体の不均質性によって影響される電気信号８ｚ　
（ｔ）ないし８ａ　（ｔ）　を送出する。移動する媒体
の種類および性質に応じて、利用可能な不均質性は非常
に１種々異なった形式をとる可能性があるのが、その最
終的な作用は必ず、不均質性によυ音場または電磁界が
影響を受けるかまたは発生されるということに基いてい
る。電磁界によって動作する方法に対して、高周波およ
びマイクロ波領域およびｒ線までの光線範囲にわたって
の静電界のスペクトル全体を利用することができる。音
場の場合有効な周波数範囲は、気体では数キロヘルツに
達しま・たけ液体の搬送媒体においては１Ｑ　ＭＨｚ以
上に達する。

通例のように、おのおのの変換器は、媒体の不均質性に
よって影響を受けるべきフィールドを発生する送信機お
よび不均質性によって影響され九フィール゛ｒに応答し
かつフィールドの時間変化を再現する電気信号を送出す
る受信機から成る。し九がって第１図において変換器Ｗ
ｌは送信機Ｔｌおよび受信機Ｒ１から成シ・かつ変換器
ＷＳは送信機ＴｓＩおよび受信機Ｒ２から成っている。

送信機および受信機の構成は、利用されるフィールドの
形式に応じて、当業者には公知である。すなわち例えば
光領域にある電気フィールドの使用の際おのおのの送信
機は光源とすることができ、おのおのの受信機はホト検
出器とすることができる。超音波領域にある音場の使用
の際、おのおのの送信機は超音波送波器であり、おのお
のの受信機は超音波受波器である。

容量センナは同時に静電界に対する送信機および受信機
を形成する。

不均質性が能動性でありかつそれ自体有効なフィールｒ
を発生するとき、送信機を省略することができ、その結
果おのおのの変換器は受信機からのみ成る。このことは
例えば、不均質性が放射性分子から成り、その放射線が
変換器の受信機によって捕捉されかつ電気信号に変換さ
れる場合である。

移動する媒体のそれぞれの不均質性は、それが変換器の
検出領域内にあるとき、前以って決められた空間的な重
み関数にしたがって変換器の出力信号に変換される。第
１図の使用例において変換器Ｗｌの検出領域は、２軸線
の方向において長さＬ□・を有しかり２軸線に対して垂
直の方向において導管１の横断面かまたはこの横断面の
、変換器に捕捉される部分を有する容積の測定範囲であ
る。変換器Ｗ２の検出領域は同様に、長さＬ２および相
応の横断面を有する容積の測定範囲である。一般に、管
の横断面にわたつて平均した速度を検出することが重要
であるので、変換器は出来るだけ変換器が管横断面の一
様な重み付けを実現するように、構成される。

第２図の波形図Ａは、座標軸２の関数として変換器Ｗ１
の空間的な重み付け関数ｇ１（ｚＬすなわち変換器Ｗ１
の、２軸に沿ったその空間位置に依存した出力（１１号
へ及ぼす、点状の不均質性の作用を理想化して示す。点
状の不均質性が変換器Ｗｌの検出領域の外部にあるとき
、不均質性は出力信号８１（ｔ）には一連付けられず、
かつ空間的な重み付け関数ｇｘ（ｉｆ）は値０を有する
。これに対して点状の不均質性が変換器Ｗｌの検出領域
内にあるとき、不均質性は前以って決められた、°零と
は異なる値によって出力信号８ｘ（ｔ）Ｋ変換され、そ
の結果空間的な重み付け関数ｇｘ（’）は、全体の検出
領域に対して零とは異なった値をとる。

第２図Ｂの波形図は相応の方法において変換器Ｗ２の空
間的な重み付け関数ｇａ　（Ｃ）、を示す。

２つの変換器Ｗ１およびＷ２は同様に構成されていると
き、空間的な重み付け関数ｇｇ（ｚ）は空間的な重み付
け関数ｇ１（ｚ）と同じ曲線経過を有するが％　　ｇ２
（ｚ）とｇ１（ｚ）とは座標軸２との関連において異な
った位置を有している点で相違している。第１図の変換
器の配置に相応して、空間的な重み付け関数ｇｘ　（ｚ
）およびｇａ（ｚ）は互いに値りだけずれておシ、かつ
それらの間には値Ｅの間隙がある。

第２図の波形Ｃは、空間的な重み付け関数ｇ１（ｚ）お
よびｇｇ（Ｚ）の空間的な相関関数Φｘｓ（１３）を示
す。この空間的な相関関数は、次の数式を有する ＋の Φ１２（ｕ）　＝　　Ｓ　　ｇ２（−）　ｇｌ（ｚ＋ｕ
）ｄｚ　　　（１）−０口 この式は、重み付け関数ｇａ（ｚ）の値が、空間的なず
れＵだけずれている、空間的な重み付け関数ｇ１（ｚ）
の値が乗算されかつ積の平均値が評価される領域２にわ
たって形成されることを意味する。空間的なずれＵのお
のおのの値に対しして空間的な相関関数の基準値が得ら
れる。空間的なずれ２＝０は、波形囚人およびＢに図示
されている、空間的な重み付け関数の出発位置、すなわ
ち第１図の変換器Ｗ１およびＷ２の空間位置に相応し、
かつＵの値の増加は、２つの空間的な重み付け関数の相
互の相関値の相互のずれの低減に相応する。ｕ　＝　Ｑ
の箋合相関関数は値０を有する。その理由は、常時おの
おのの値対の相互に乗算される２つの値の少なくとも１
つが零であるからである。ｕ　＝　Ｅにおいて、２つの
重み付け関数の零とは異なった区間の相互の重畳が始ま
り、かつ相関関数は上昇する。Ｕ＝Ｄの場合２つの重み
付け関数ｇ１（ｚ）およびｇ２（Ｚ）は完全に一致し、
かつ空間的な相関関数はその蛾大値に達する。

空間的な重み付け関数ｇｘ（Ｚ）、ｇ２（ｚ）並びにそ
の相関関数ΦＸＳ　（Ｕ）は、変換器の幾何学的構成に
よって規定されかつしたがってその特性を表わすのに適
している変換器Ｗ工およびＷ８の変化しない特性量であ
る。

既述のような、空間的な重み付け関数および空間的な相
関関数を用いた変換器の特性表示は、おのおのの変換器
の検出領域が立体的な測定範囲である場合に限定されな
い。それは、速度の測定のために利用される不均質性が
、移動する媒体の表面に存在しかつその都度媒体の所定
の表面領域を走査する場合にも同様当嵌る。このことは
例えば帽状の紙もしくは繊維または圧延ローラの列にお
ける薄板の速度の測定の場合である。その際おのおのの
変換器の検出領域は立体ではなくて、表面領域である。

これまで、空間的な重み付け関数およびその空間的な相
関関数について行なった考察はこの場合にも制限される
ことなく当嵌る。

第３図の波形ＡおよびＢはそれぞれ、変換器Ｗ１および
Ｗ２の出力信号８１（ｔ）および８２（ｔ）の時間的な
経過を示す。これら信号の変動は、変換器の検出領域を
介して進行する、移動する媒体の不均質性が原因で生じ
る。この不均質性が、第１変換器から第２変換器に至る
途上に少なくとも部分的に存在し続けることを前提とす
れば、この不均質性が原因で生じる、２つの変換器の出
力信号の変動は、第１変換器から第２変換器に至る不均
質性の走行時間に等しい時間間隔だけ相互にずれて現わ
れる類似性を有する。この事実は、２つの信号を相関的
に結合することによって速度の測定のために利用される
。

第３図の波形Ｃは、２つの信号８１（ｔ）および８２（
ｔ）の時間的な相関関数Ｒ１２（τ）を示す。この時間
的な相関関数は次の数式を有する。

この式は次のことを意味する。すなわち信号８２（ｔ）
の瞬時値は、信号８ｚ（ｔ）の、移動時間τだけずれた
瞬時値と乗算されかつ観察時間での領域にわたって積の
平均値が形成される。τのおのおのの値に対して、時間
的な相関関数の基準値が得られる。考察中の使用例にお
いて、相関関数は、 Ｄ（３） ７Ｍ＝７ が成立つとき、変換器Ｗｌから変換器ｗ２に至る媒体の
不均質性の走行時間に等しい所定のずれ時間τ工におい
て最大値を有する。

距離りが周知であれば、ずれ時間τ工から直接、通例は
媒体の速度に等しい、不均質性の速度Ｖが計算される。

相関関数を求めるために、信号８１（ｔ）および８ａ（
ｔ）は、信号処理回路２における必要な前処理後相関器
４に供給される。この相関器４に接続された評価回路５
が相関関数を最大値について検査しかつ走行時間に相応
するずれ時間τまたはそこから計算される速度Ｖを出力
する。

これら回路およびその動作については公知である。有利
には適当にプログラミングされたマイクロコンピュータ
が相関器４および評価回路５の機能を引受ける。この場
合信号処理回路２は、アナログ出力信号ａＸ（ｔ）およ
び５ｓ（ｔ）を、ｉイクロコンぎユータにおける処理の
ために適しているデジタル信号に変換するＡＤ変換器を
含んでいる。

第４図は、本発明の原理を実施する相関速度測定装置を
第１図に相応する回路略図において示す。第１図の装置
に相応する構成部分および寸法には第１図と同じ番号・
記号が使用される。

第１図の装置との重要な差異は、２つの変換器Ｗ１およ
びＷ２の検出領域が部分的に重畳される点にある。この
ことは、変換器の相応の構成によシ実現される゛が、こ
のことは第４図の略図において、２つの変換器の送信機
Ｔｌｙ　で２および受信機Ｒ１ｙＲ２も相互に部分的に
重畳されていることで示されている。

変換器ＷｌｓＷ２の検出領域の部分的な重畳の結果とし
て、第５図の波形ＡおよびＢに図示の空間的な重み関数
ｇｉ（ｚ）およびｇｚ（ｚ）も値Ｆだけ部分的に重畳さ
れる。したがって第５図の波形Ｃにおいて図示の空間的
な相互相関関数Φ１２＜ｕ＞は空間的なずれｕ　＝　Ｑ
において零とは異なっている値および零ベクトルとは異
なっている勾配を有する。空間的な相互相関関数は、負
の空間的なずれｕ−−Ｆにおいてようやく値零をとり、
かつ正の空間的なずれｕ　＝　Ｄにおいてその最大値に
達する。

第６図の波形ＡおよびＢは、Ｋ４図の変換器Ｗｌないし
Ｗ２から送出される信号８１（ｔ）および８２（ｔ）の
時間経過を示す。これら信号は基本的に、第１図の測定
装置の、第６図に図示の信号５１（ｔ）　ｔ　　５ｓ（
ｔ）と同じ特性を有する。

これに対して第６図の波形Ｃに図示の、信号５１（ｔ）
および８２（ｔ）の時間的な相互相関関数Ｒ１２（τ）
は、第３図の波形Ｃの相互相関関数とは次の点で異なっ
ている。第６図の場合ずれ時間τ＝０において零とは異
なった値を有しかつ時間的な相互相関関数における、時
点τ＝０において下された縦座標軸との交点にて描かれ
る接線と水平方向の線との間の角度αによって表わされ
る、零とは異なった勾配を有する。

この時間的な相互相関関数の最大値はと＼でもずれ時間
τ。＝　Ｄ　／　Ｖにあシかつ、第１図の装置の場合の
ように、移動する媒体の速度の測定のために求めること
もできる。しかし第４図の測定装置の特別な点は次の通
シである。すなわち速度の測定値は、時間的な相互相関
関数の最大値に相応するずれ時間τ。からでｉなくて、
時間的な相互相関関数の、ずれ時間τ；０における勾配
から導出されるａ第７図は、媒体の種々異なった速度ｖ
１．■２．■３に対して同じ測定装置によって求められ
た時間的な相互相関関数を示す。相互相関関数はすべて
、τ。＝０を通る縦座標軸を同じ点で、しかし異なって
勾配において交差していることがわかる。その際勾配は
、速度が大きくなればなる程太き・くなる。

わかシ易く言うと、速度変化において相互相関関数はア
コーデオンの蛇腹のように伸び縮みする。

速度Ｖを時間的な相互相関関数の勾配との間の数学的な
関係は次の式で表わすことができる：その際： φ１ｌｌｌ（０）：空間的な相互相関関数の、空間的な
ずれｕ　＝　Ｑにおける値； Ｒｌｇ（０）：時間的な相互相関関数の、ずれ時間τ；
０における勾配； Ｒｘａ（０）：ずれ時間τ＋０における時間的な相互。

相関関数： μｍ、μ２＝信号８１（ｔ）および５ｓ（ｔ）の平均値
式（４）の右辺における第１係数は、第４図および第５
図に基いて説明したように、変換器の構成および配置か
ら生じる、最初に定めるべき幾何学的環である。第２の
係数は、時間的な相互相関関数の勾配を表わし、その＠
Ｒｘ５（０）−μｍμ２による割算は正規化のために用
いられる。

この項Ｒｘａ　（０）−μｍμ黛が零であるとき、正規
化は、２つの信号８１（ｔ）　ｔ　　８ｇ（’）の一方
の出力に基いて自動的に行なうかまたは２つの信号の出
力の積の平方根に基いて自動的に行なうことができる。

式（４）から、空間的な相互相関関数の勾配が消失して
はならないことがわかる。というのはそれは分母にある
からである。この条件は、変換器の検出領域が第４図お
よび第５図に基いて説明したように重畳されているとき
にしか満足されない。

時間的な相互相関関数の勾配を求めるために、第４図の
測定装置において出力信号８ｘ（ｔ）および８ａ（ｔ）
はと＼でも信号処理回路２における前処理後相関器４に
供給され、そこで時間的な相互相関関数が計算される。

しかし相関器４にはと＼では、時間的な相互相関関数の
、ずれ時間τ＝０における勾配を求めかつそこから媒体
の速度を導出する評価回路６が後置接続されている。

相関器４および評価回路６は勿論この場合も、適当にプ
ログラミングされたマイク賞コンをニー５りによって形
成することができる。

変換器を、その検出領域が重畳されるように構成するに
は数多くの可能性がある。第８図および第９図は、プレ
キシグラス管１０を通って流れる媒体の流れ速度を測定
するための光学測定装置の実施例を示す。変換器Ｗ１は
送信機として光源１１を有しており、受信機としてホト
ダイオード１２を有している。変換器Ｗ２は送信機とし
て光源１３を有し、受信機としてホトダイオ−１４を有
する。おのおのの変換器は、プレキシガラス管１０のレ
ンズ作用を考慮して管横断面において出来るだけ均質な
重み付けが実現されるように１構成されている。２つの
変換器の光軸は直角に交わっている。第９図が示すよう
に、２つの変換器の光源１１，１３およびホトダイオー
ド１２．１４は管軸線２に沿って相互に多少ずれておシ
、その結果２つの変換器の検出領域はほぼ半分だけ重畳
している。わかり易くするために、光源１１．１３およ
びホトダイオ−Ｆ１２．１４は第９図の管軸線２の方向
において誇張して拡げて図示されている。

検出領域の重畳はこの場合変換器の交差状の配置によっ
て可能になる。

第８図は、変換器Ｗ１およびｗ２の出力信号５１（１）
およびＢＳ（ｔ）が供給される２つの信号処理回路の構
成も示している。おのおのの信号処理回路において、所
属の変換器の出力信号はまず前置増幅器１５において増
幅されかつそれからバイパスフィルタ１６においてろ波
され、これによシ信号の平均値が抑圧される。増幅器１
７において改めて増幅された後おのおのの信号は、平均
値のない出力信号を、マイクロコンぎユータにおける処
理のために適しているデジタル信号に変換するＡＤ変換
器１８に供給される。

ＡＤ変換器１８に、第４図の相関器４および評価回路６
の機能を実行するマイクロコンピュータ１９が接続され
ている。

部分的に重畳される検出領域を実現するための別の可能
性は、おのおのの変換器を複数の変換器素子から構成し
、かつそれらを別の変−器の変換器素子に交互に接続す
ることである。第１０図はこの丸めの実施例として、管
２０を通って流れる媒体の速度を測定するための容量的
な変換器を有する測定装置を示す。変換器Ｗｌは、５つ
の変換器素子２１，２２，２３，２４゜２５から成り、
それらはそれぞれ従来通シ管２０の局面に互いに同一直
径上に相対する２つの電極によって形成されている。こ
れら変換器素子２１，２２，２３，２４は管軸線に沿っ
て間隔をおいて配置されており、その結果それらの間に
は間隙が生じる。変換器Ｗ、は同様に、管軸線に沿って
間隔をおいて配置されている５つの変換器素子３１，３
２，３３，３４，３５から成り、それらの間にもそれぞ
れ間隙がある。

変換器Ｗ２の変換器素子３１および３２は、変換器Ｗ１
の変換器素子２３および２４ないし２４および２５の間
の間隙内に位置し、これにより２つの変換器Ｗ１および
Ｗ２の検出領域の所望の重畳が実現される。

それぞれ固有の変換器素子を有する２つの変換器を使用
する代わりに、同じ変換器素子の出力信号を、２つの変
換器の重畳された検出領域を実現するために、種々異な
った方法で合成することもできる。第１１図は、移動す
る媒体の移動方向２に沿って配設されておシかつ共通の
光源４０の光を受信するホトダイオード４１゜４２．４
３，４４，４５，４６，４７，４８のアレイを有する測
定装置を示す。ホトダイオ−ｒはそれぞれ光源と接続さ
れていて変換器素子を形成しかつ移動する媒体の不均質
性によって影響を受ける電気的な出力信号Ｓ４□、８４
．・・・・・・８４８を送出する。ホトダイオ−Ｐの出
力側は、２つの加算回路５１および５２の入力側に接続
されている。加算回路は、相関すべき２つの信号ａＸ（
ｔ）および８２（ｔ）を形成するためにホトダイオ−ｒ
の出力信号を異なった正負極性で評価することによって
合成する。例えば信号ａＸ（ｔ）およびＳｇ（ｔ）は次
のようにして形成することができる： ｓ　１（ｔ）　　＝　　＋ｓ４　ｌ＋ｓ、　２−ｓ４．
ｓ４４＋ｓ４　、、＋８４６−ｓ、〒−８４８ｓ　２（
ｔ）　　＝　　−ｓ、　ｌ＋ｓ　４２＋ｓ４３−８４４
−ｓ　４ａ−１−８４６＋８　、ツー８４８重畳された
検出領域をこのように実現する場合、信号８１（ｔ）お
よび８２（ｔ）が平均値がなく、その結果バイパスフィ
ルタにかける必要がなくなるという利点を有する。さら
に測定結果に及ぼす集中変動が抑圧される。ホトダイオ
ードではなくて音響的、容量的またーは別の変換器素子
を用いても勿論上記と同様の構成が実現される。

２つの加算回路を用いて同時に信号結合を行なう代わり
に、同じ加算回路を用いて時分割多重において行なうこ
ともできる。　□ 第１０図または第１１図の装置を用いて得られる信号ａ
Ｘ（ｔ）および８２（ｔ）は、既述の方法において引続
いて処理し、時間的な相互相関関数を形成し、ずれ時間
τ＝０におけるその勾配を求めかつそこから速度Ｖの測
定値を導出することができる。

この演算をマイクロコンピュータにおいて実施する代わ
りに、ハ〒ｒウェア回路において電気信号を直接処理す
ることによって結果を出すこともできる。

第１２図は、このために適した、２つの入力側６１およ
び６２を有するアナログ信号処理回路６０を示す。この
回路には、既述の変換器系の出力信号８１（ｔ）ないし
８２（ｔ）が供給される。

入力側６１に供給されるアナ四グ信号ａ１（ｔ）は微分
回路６３において時間により微分される。

微分回路６３の出力側は乗算回路６４０入力側に接続さ
れている。乗算回路の別の入力側には信号８２（ｔ）が
供給される。乗算回路６４の出力信号は、ローパスフィ
ルタ６５を介して割算回路６６の一方の入力側に供給さ
れる。入力側６２に加わる信号８２（ｔ）は、第２乗算
回路６γの２つの入力側に供給される。し九がってこの
回路はその出力側から信号５ｓ（ｔ）の自乗に相応する
信号を送出する。この信号は第２０−パスフィルタ６８
を介して割算回路６６の他方の入力側に供給される。

乗算回路６４における信号の乗算は、ずれ時間τ＝０に
おける相互相関関数の形成に相応し、その際結果は信号
ａＸ（ｔ）の先行する微分に基いて直接、相互相関関数
の勾配に相応する。引続く、信号５２（ｔ）の自乗によ
る割算の結果、この信号の出力の正規化が自動的に行な
われる。したがって微分回路６６の出力信号は、ずれ時
間τ＝０における正規化された相互相関関数の勾配を表
わしかつ例えば相応に較正された指示装置６９において
直接、測定すべき速度Ｖを指示するために用いることが
できる。

従来の相関測定方法におけるように、相互相関関数の形
成および評価のために変換器のアナログ出力信号の情報
内容を全部使用することは必要でない。アナログ入力量
が２ａ化される、すなわちビットによって量子化される
いわいる極性相関で十分である場合が多い。この２進化
は、マイク四コンピュータによる信号処理の場合も、ハ
ードウェア回路による信号処理の場合にも使用すること
ができるＣ第１６図には、ノー−ケラエア回路７０の実
施例を示す。この回路は、第１２図のアナログ信号処理
回路６０と同じ原理にしたがって動作するが、２進化さ
れた信号の処理のために構成されている。

回路７０は、入力側７１においてアナログ信号８１（ｔ
）が受信され、入力側７２においてアナログ信号８２（
ｔ）が受信される。アナログ信号８１（ｔ）はまず微分
回路７３において微分され、その出力信号はデジタル化
回路７４において２進化される。デジタル化回路Ｔ４の
２進化された出力信号性、排他的ＯＲ回路７５の一方の
入力側に供給される。入力ｌ１１１７２に供給されるア
ナログ信号８２（ｔ）は、バイパスフィルタ７６におけ
る高域ろ波後＠２のデジタル化回路７７において２゛進
化される。デジタル化回路１７の２進化された出力信号
は、排他的ＯＲ巴１１７５の第２入力端に供給される。

２通信号の、排他的ＯＲ回路７５における論理結合は、
公知のように、相関的な乗算に相応する。自己出力（Ａ
ｌｕｔｏｌｅｉｓｔａａｇ）に対する正規化は必要でな
い。

というのは２進化により両信号の゛自己出力の積の平方
根に対する正規化が自動的に行なわれるからである。排
他的ＯＲ回路７５の出力信号は、ローパスフィルタ７８
におけるる波後、ずれ時間τ＝０における正規化された
相互相関関数の勾配を表わしかつ測定すべき速度を直接
指示するために相応に較正された指示装置７Ｓに供給す
ることができる。

正規化された相互相関関数の、ずれ時間τ＝０における
勾配は、信号８１（ｔ）および８２（ｔ）の相互出力密
度スペクトラムの１次モーメントと数学的に等価である
。したがって相互出力密度スペクトラムの１次モーメン
トに相応する結果が得られるように、マイク四コンぎユ
ータをプログラミングするかないしそれに代わって使用
されるハードウェア回路を構成することもできる。それ
からこの値から測定すべき速度Ｖを、ずれ時間τ＝０に
おける正規化された相互相関関数の勾配からと同じ方法
において導き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、導管における流れの速度を無接触に相関測定
するための公知の形式の測定装置の概略を示すブロック
回路図であシ、第２図は第１図の測定＊［の構成に対し
て特徴的である空間的な関数を示す波形図であり、第６
図は第１図の測定装置の動作に対して特徴的である、時
間的な関数を示す波形図であり、第４図は、本発明の原
理を実現する、Ｍ１図の測定装置を変形した実施例の概
略を示すブロック回路図であり、ｉ４５図は、第２図に
相応する、第４図の測定装置に対する空間的な関数の波
形図であり、第６図は、第６図に相応する、第４図の測
定装置に対する時間的な関数の波形図であシ、第７図は
、本発明の同じ測定装置を用いて、種々異なった速度に
対して検出された、複数の時間的な相互相関関数を示す
波形図であシ、第８図は、本発明の光学的な測定装置の
概略を示すブロック回路図であり、第９図は、第８図の
光学的な測定装置の側面図であシ、第１０図は本発明の
容量的な測定装置の概略図であシ、第１１図はホトダイ
オ−ｆアレイを有する本発明の光学的な測定装置の概略
を示すブロック図であシ、第１２図は、本発明の測定装
置において測定値を取り出すためのアナログ信号処理回
路のプロツり図であシ、第１６図は本発明の測定装置に
おいて測定値を取り出すためのデジタル信号処理１” 理回路、４・・・相関器、５・・・評価回路、１５・・
・前置増幅器、１６．７６・・・バイパスフィルタ、１
Ｔ・・・増幅器、１８・・・ＡＤ変換器、１９・・・マ
イクロコンピュータ、ｚｌ−；ｚｓ、３１〜３５゜４１
〜４８・・・変換器素子、４０・・・光源、５１゜５２
・・・加算回路、６０・・・アナログ信号処理回路、６
３．７３・・・微分回路、６４．６７・・・乗算回路、
６５．６８・・・ローパスフィルタ、６６・・・割算回
路、７０・・・ハードウェア回路、ｒ４．ｒｒ・・・デ
ジタル化回路 ＦＩＧ。３ Ｎ　　　　　　　　　　　Ｎ ＦＩＧ、６ エーーー→− ＦＩＧ、８　　　　　　　　　ＦＩＧ、９ＦＩＧ、１０ ＦＩＧ、１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２つの変換器が設けられており、該変換器の検出領
   域は媒体の移動方向において相互にずらされておりかつ
   前記変換器はそれぞれ、移動する媒体の不均質性が、そ
   の空間的な位置に依存して、種々異なつた空間的な重み
   付け関数に応じて一連付けられている電気信号を送出し
   、かつ該両電気信号の相関的な結合によつて測定値を取
   り出すための装置が設けられている、移動する媒体の速
   度を無接触に測定する装置において、前記２つの変換器 （Ｗ＿１、Ｗ＿２）の検出領域は、空間的な重み付け関
   数（ｇ＿１（ｚ）、ｇ＿２（ｚ））の空間的な相互相関
   関数（φ＿１＿２（ｕ））の勾配が、空間的なずれ零に
   おいて零ベクトルとは異なつているように部分的に重な
   つており、かつ測定値は、前記両信号（Ｓ＿１（ｔ）、
   Ｓ＿２（ｔ））の時間的な相互相関関数（Ｒ＿１＿２（
   ｒ））の、時間的なずれ零における勾配からまたは前記
   両信号（Ｓ＿１（ｔ）、Ｓ＿２（ｔ））の相互出力密度
   スペクトルの１次モーメントから導出するようにしたこ
   とを特徴とする速度の無接触測定装置。 ２、両変換器（１１、１２；１３、１４）は、その軸線
   が交差するようにして相互に重なり合い、移動方向にお
   いて相互にずれて配設されている特許請求の範囲第１項
   記載の速度の無接触測定装置。 ３、おのおのの変換器（Ｗ＿１、Ｗ＿２）は、移動方向
   に沿つて配設されている複数の変換器素子（２１ないし
   ２５；３１ないし３５）から成り、かつ重なつた検出領
   域を形成するために、両変換器の変換、素子（２４、２
   ５；３１、３２）は相互に交互接続されている特許請求
   の範囲第１項記載の速度の無接触測定装置。 ４、両変換器（Ｗ＿１、Ｗ＿２）の重なつた検出領域は
   、移動方向に沿つて配設されている複数の変換器素子（
   ４１ないし４８）の出力信号の種々の合成によつて実現
   されるようにした特許請求の範囲第１項記載の速度の無
   接触測定装置。