JPS6133532Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は相関式流量計に関するものである。

相関式流量計は、被測定流体中に含まれる雑音
性の信号を、一定距離離れた２ケ所で検出し、こ
の２つの信号の相関から被測定流体の流速または
流量を知るようにしている。

第１図および第２図は、相関式流量計において
相関関数演算信号から流速ｖを求める場合の説明
図である。

第１図は２つの信号の相互相関Φxy（γ）の
場合であり、第２図は２つの信号の差信号の自己
相関Φzz（γ）の場合で、いずれもｘ軸は遅延
時間γ，ｙ軸は相関関数値を示す。これらの図に
おいて、相関関数値が最大となる位置の遅延時間
γ_０を求め、これから、(1)式を演算し、流速ｖを
知る。

Ｖ＝Ｌ／γ_Ｏ ただし、Ｌ：２つの信号の検出端間距離 ここで、２つの信号のサンプリング周期を一定
に保つたまま、被測定流体の流速ｖが大きくなつ
たと仮定すると、相関関数値のピーク位置は、破
線で示すように原点側に移動すると共に、サンプ
リング誤差のため波形情報が正しく得られなくな
り、相関関数のピークが歪んで測定精度が悪くな
る欠点がある。

ここにおいて、本考案は広い流速範囲に亘つて
高い測定精度を維持できる相関式流量計を実現し
ようとするものである。

第３図は本考案の一実施例を示す構成ブロツク
図である。図において、１は被測定流体が流れて
いる管路、２１，２２は超音波送信器、２３，２
４は超音波受信器で、これらは互に対峙するよう
に管路１に取付けられており、各超音波送信器と
超音波受信器とは被測定流体中の雑音性信号を流
れ方向の距離Ｌだけ離れた２点で検出する検出手
段を構成している。なお、この検出手段として
は、超音波信号を利用する場合の外、他の検出手
段、例えば熱線やサーミスタ、光信号等を利用し
たものでもよい。３は差動増幅器で、超音波受信
器２３，２４からの信号をそれぞれ復調して得ら
れた信号e₁，e₂を入力し、その差信号εを得る。
４はサンプルホールド回路で、一定のサンプリン
グ周期で差信号εをサンプリングする。５１，５
２は互に直列に接続した第１、第２のデイレイ回
路で、ｎ個のシフトレジスタにより差信号εをＮ
個の時系列データとして記憶する。このデイレイ
回路５１，５２は、サンプルホールド回路４でサ
ンプリングしたデータを入力する場合と、この回
路が出力した信号を再入力してデータとする場合
とを切換えるマルチプレクサを内蔵している。６
は第１のデイレイ回路５１の出力信号と、第２の
デイレイ回路５２の出力信号とを切換えるマルチ
プレクサで、通常は第１のデイレイ回路５１を選
択し、必要に応じて第２のデイレイ回路５２に切
換える。７はマルチプレクサ６で選択された信号
と、サンプルホールド回路４からの信号とを入力
し、両信号の掛算演算を行なう乗算回路、８は乗
算回路７の結果を加算する加算回路で所定のデー
タ数で移動平均を求める。９は加算回路８からの
相関関数値信号Φzzを入力しており、このピー
ク位置を検出し、これから流速を演算によつて求
める動作をする。１０はクロツクジエネレータ
で、マイクロプロセツサ９によつて制御され、サ
ンプルホールド回路４と、第１、第２のデイレイ
回路にクロツクパルスを供給する。

このように構成した装置において、第１、第２
のデイレイ回路５１，５２の遅延段数をそれぞれ
ｎとする。はじめに、マルチプレクサ６は、第１
のデイレイ回路５１の出力ｅ_aを選択しており、
この状態においてサンプルホールド回路４のサン
プリング周期Δγ_１とすれば、第１のデイレイ回
路５１の出力ｅ_aは、サンプルホールド回路４の
出力ｅに対してΔγ_１〜ｎ・Δγ_１だけ遅延した
信号となる。乗算回路７は、はじめに、マルチプ
レクサ６を介して印加される第１のデイレイ回路
５１の遅延出力ｅ_aと、サンプルホールド回路４
の出力ｅとを入力し、両信号を掛算演算すること
によつて差動増幅器３の出力信号（e₁−e₂）の自
己相関演算を行なう。ここで、この状態における
サンプリング周期Δγ_１は、被測定流体の流速の
検出範囲をカバーできるように選定することが望
ましく、ひとつの種類のサンプリング周期ではカ
バーできない場合には、いくつかの種類のサンプ
リング周期を組合せることとなる。このようにし
て、（e₁−e₂）の自己相関関数Φzzを得て、マイク
ロプロセツサ８はΦzzのピークの大略な位置を
検出する。

次にマルチプレクサ６は、ピーク位置における
遅延時間γ^０の読みとり分解能を向上させるため
に、第２のデイレイ回路５２の出力ｅ_bを選択す
る。また、このとき、サンプルホールド回路４の
サンプリング周期を、Δγ_２（Δγ_２＜Δγ_１）
とする。これら、マルチプレクサ６の動作、サン
プリング周期の切換等は、マイクロプロセツサ９
からの信号によつて制御される。このような状態
では、第２のデイレイ回路５２の出力ｅ_bは、第
１のデイレイ回路５１を通過した信号を用いるの
で、サンプリング時間がΔγ_２に変化した後定常
状態になると、（ｎ＋１）・Δγ_２〜2n・Δγ_２
の遅延時間をもつこととなり、乗算回路７はこの
第２のデイレイ回路の出力ｅ_bとサンプルホール
ド回路４の出力ｅとの掛算を行なう。

第４図はデイレイ回路５１，５２を切換えた場
合の自己相関関数Φzzの状態の説明図である。
デイレイ回路５１を用いると、第４図Ａに示す如
く時間Δγ_１からｎ・Δγ_１の間をｎ個で自己相
関関数Φzzをあらわす。ピーク位置の遅延時間
γ_０はΔγ_１で定まる分解能で求めている。

デイレイ回路５２に切換えると、第４図Ｂに示
す如く時間ｎ・Δγ_２から2n・Δγ_２の間をｎ
個で自己相関関数Φzzをあらわす。ピーク位置
γ_０はΔγ_２で定まる分解能で求められる。例え
ば、Δγ_２＝1/2・Δγ_１即ちサンプリング時間
を半分にすると、分解能は倍になる。自己相関関
数を求める個数はｎ個なので、乗算回路７及び加
算回路８はそのまま用いることができる。乗算回
路７及び加算回路８の演算速度は早いので、クロ
ツク１０のクロツクを早くしても演算は確実にさ
れれ、１回のサンプリング時間Δγ_１の間に、ｎ
回の乗算を行なう。

ここで、サンプリング周期Δγ_２は、サンプリ
ング周期Δγ_１のときに検出した大まかなΦzz
のピーク位置に基づいて、選定されるもので、サ
ンプリング周期Δγ_２のときのΦzzのピーク位
置が、遅延時間ｎ＋１・Δγ_２〜2n・Δγ_２の
範囲のほぼ中央に入るように選ばれる。このΔγ
_２は、γ_０＝n₀Δγ_１としたとき、例えば Δγ_２＝（2n₀／3n）Δγ_１ となる関係式を満足する。そして、マイクロプロ
セツサ９は、このようにして得られた自己相関関
数Φzzのピーク位置を今度は正確に検出する。
この場合、自己相関関数のＸ軸は、サンプリング
周期がΔγ_１の場合に比べて拡大されたものとな
るため、精度良くΦzzのピーク位置の検出を行
なうことができる。ピーク位置の検出分解能は、
最大１／２ｎとなる。

ここに分解能の定義は、計測している遅延時間
範囲の１／2nという意味で、従来のようにデイ
レイ回路が単数であると１／ｎ（ｎは遅延段数）
であるが、本実施例のようにデイレイ回路を複数
直列にすると分解能が２倍向上する。最大とは入
力信号の帯域が良好でピークが明瞭に生じた場合
を考慮したもので、ピークがなだらかとなつて真
のピーク位置が不明瞭になつた場合には等価的に
分解能が低くなり、１／2nとならない。

なお、サンプリング周期Δγ_１のときとサンプ
リング周期Δγ_２のときとで被測定流体の流速が
急激に変化するような場合には、サンプリング周
期Δγ_２のときにピーク位置が（ｎ＋１）・Δγ
_２〜2n・Δγ_２の範囲の一方の端に寄るか、あ
るいは範囲外に出てしまうこととなるので、これ
らのサンプリング周期Δγ_１，Δγ_２は被測定流
体の流速変化に追従できるように、あらかじめプ
ロセスの性質を理解したうえで選定することが望
ましい。

またサンプリング周期Δγ_２のときに、ピーク
位置が移動して範囲外に出た場合には、相関々数
のピークがみつからないのでこれをチエツクし、
再びサンプリング周期Δγ_１にしてデイレイ回路
５１のみを用いてピークを探す。

なお、第３図の実施例では２つの信号の差信号
の自己相関関数を演算する場合を例示したが、２
つの信号e₁，e₂の相互相関関数を演算する場合に
も適用できる。

以上説明したように、本考案にかかわる装置
は、相関関数演算をするための信号のサンプリン
グ周期を固定周期とせず、はじめは長くして大ま
かなピーク位置を検出し、次にこのピーク位置に
対応して制御された短かいサンプリング周期とす
るもので、広い流速範囲に亘つて測定精度の高い
流速測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、相関式流量計において
相関関数演算信号から流速を求める場合の説明
図、第３図は本考案装置の一実施例を示す構成ブ
ロツク図、第４図はデイレイ回路を切換えた場合
の自己相関関数の説明図である。 １……管路、３……差動増幅器、４……サンプ
ルホールド回路、５１，５２……デイレイ回路、
６……マルチプレクサ、７，８……演算回路、９
……マイクロプロセツサ、１０……クロツクジエ
ネレータ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 被測定流体中に含まれる雑音性の信号を一定距
   離離れた２点で検出する検出手段と、 これら２ケ所からの信号の相互相関または２ケ
   所からの信号の差信号の自己相関を求める演算手
   段 とを備え、演算手段の結果より被測定流体の流
   速または流量を知るようにした装置において、 前記検出手段からの信号をクロツクジエネレー
   タからのサンプリングパルスでサンプリングする
   サンプルホールド回路と、 このサンプルホールド回路でサンプルされた信
   号を時系列で読込む第１のデイレイ回路と、 この第１のデイレイ回路と直列に接続され、第
   １のデイレイ回路を通過した信号を時系列で読込
   む第２のデイレイ回路と、 前記演算手段が演算する信号を、第１のデイレ
   イ回路の時系列データと第２のデイレイ回路の時
   系列データとで切換えるマルチプレクサと、 前記サンプルホールド回路に第１の周期のサン
   プリングパルスと、これより短い第２の周期のサ
   ンプリングパルスとを切換えて供給する前記クロ
   ツクジエネレータと、 第１のデイレイ回路の時系列データを演算する
   場合は第１のサンプリング周期を選択し、第２の
   デイレイ回路の時系列データを演算する場合は第
   ２のサンプリング周期を選択するようにマルチプ
   レクサとクロツクジエネレータを制御し、第１の
   デイレイ回路のピーク位置に応じて前記第２のサ
   ンプリング周期を制御して第２のデイレイ回路に
   対応する遅延時間範囲に相関関数のピークがある
   ようにした制御手段 とを設けたことを特徴とする相関式流量計。