JPS6140050B2 - - Google Patents
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- JPS6140050B2 JPS6140050B2 JP54020222A JP2022279A JPS6140050B2 JP S6140050 B2 JPS6140050 B2 JP S6140050B2 JP 54020222 A JP54020222 A JP 54020222A JP 2022279 A JP2022279 A JP 2022279A JP S6140050 B2 JPS6140050 B2 JP S6140050B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/241—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect
- G01P5/242—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect involving continuous, e.g. modulated or unmodulated, waves
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発発明は、ドツプラーシフトを利用した超
音波流速流量計に関するものであり、特に、被測
定流体の低流速領域にける、流速、流量の測定感
度向上を図るとともに、乱流状態の被測定流体で
も雑音成分の影響を排除して、流速、流量の正確
な測定を可能とする超音波流速流量計に係わるも
のである。
音波流速流量計に関するものであり、特に、被測
定流体の低流速領域にける、流速、流量の測定感
度向上を図るとともに、乱流状態の被測定流体で
も雑音成分の影響を排除して、流速、流量の正確
な測定を可能とする超音波流速流量計に係わるも
のである。
従来の超音波流速流量計としては、例えば、第
１図に示すように、一組の送信用トランスジユー
サ２と受信用トランスジユーサ１１とを、管路４
の管壁上に装着されたプラスチツクくさび３の傾
斜面に、隣接して配設したものがある。
１図に示すように、一組の送信用トランスジユー
サ２と受信用トランスジユーサ１１とを、管路４
の管壁上に装着されたプラスチツクくさび３の傾
斜面に、隣接して配設したものがある。
いま、発振器１から周波数tを持つ送信信号
が、送信用トランスジユーサ２に供給されると、
該送信信号は、周波数tの超音波信号に変換さ
れて、超音波信号ビームとして送信される。この
超音波信号ビームは、プラスチツクくさび３を通
じて管路４の中心軸６に対して、鋭角αで斜交す
る軸７を有するビームに形成される。送信された
超音波信号ビームは、管路４の管壁付近を通過す
る固体粒子８に当り、その一部は反射して、その
反射波に対する受信指向性の中心軸が、送信用ト
ランスジユーサ２から送信される超音波信号ビー
ムの軸７と略々共通になるように配設さた受信用
トランスジユーサ１１により受信される。受信さ
れた超音波信号は、固体粒子８の速度ベクトル
の、中心軸６に向う成分のベクトル軸７ａ（超音
波信号ビームの軸７と共通する）に沿つて、該成
分によるドツプラーシフト効果を受けるので、送
信された超音波信号の周波数tよりも低い周波
数rを持つようになる。
が、送信用トランスジユーサ２に供給されると、
該送信信号は、周波数tの超音波信号に変換さ
れて、超音波信号ビームとして送信される。この
超音波信号ビームは、プラスチツクくさび３を通
じて管路４の中心軸６に対して、鋭角αで斜交す
る軸７を有するビームに形成される。送信された
超音波信号ビームは、管路４の管壁付近を通過す
る固体粒子８に当り、その一部は反射して、その
反射波に対する受信指向性の中心軸が、送信用ト
ランスジユーサ２から送信される超音波信号ビー
ムの軸７と略々共通になるように配設さた受信用
トランスジユーサ１１により受信される。受信さ
れた超音波信号は、固体粒子８の速度ベクトル
の、中心軸６に向う成分のベクトル軸７ａ（超音
波信号ビームの軸７と共通する）に沿つて、該成
分によるドツプラーシフト効果を受けるので、送
信された超音波信号の周波数tよりも低い周波
数rを持つようになる。
受信用トランスジユーサ１１によつて受信され
た反射波は、周波数rの電気信号に変換されて
ミキサ１２に供給される。ミキサ１２は、さら
に、発振器１から、送信信号としての、周波数
tの電気信号の供給を受けているので、両信号の
周波数t，rの周波数（t−r）を持つ出力
信号を、低域通過フイルタ１３に供給する。この
低域通過フイルタ１３は、周波数t，rに比べ
てはるかに低い周波数（t−r）の信号成分を
選択して、ドツプラーシフト周波数成分信号を出
力する。
た反射波は、周波数rの電気信号に変換されて
ミキサ１２に供給される。ミキサ１２は、さら
に、発振器１から、送信信号としての、周波数
tの電気信号の供給を受けているので、両信号の
周波数t，rの周波数（t−r）を持つ出力
信号を、低域通過フイルタ１３に供給する。この
低域通過フイルタ１３は、周波数t，rに比べ
てはるかに低い周波数（t−r）の信号成分を
選択して、ドツプラーシフト周波数成分信号を出
力する。
そして、低域通過フイルタ１３からのドツプラ
ーシフト周波数成分信号を、周波数弁別器１４に
供給すると、該成分信号により表わされる差の周
波数（t−r）に比例する出力電圧がドツプラ
ーシフト信号として得られる。
ーシフト周波数成分信号を、周波数弁別器１４に
供給すると、該成分信号により表わされる差の周
波数（t−r）に比例する出力電圧がドツプラ
ーシフト信号として得られる。
なお、図中１５は周波数弁別器１４に後続する
補正器であつて、被測定流体５の平均流速を表わ
す出力信号あるいは、被測定流体５の流量を表わ
す出力信号を得べく、該周波数弁別器１４４から
のドツプラーシフト信号を補正するためのもので
ある。
補正器であつて、被測定流体５の平均流速を表わ
す出力信号あるいは、被測定流体５の流量を表わ
す出力信号を得べく、該周波数弁別器１４４から
のドツプラーシフト信号を補正するためのもので
ある。
しかしながら、かかる超音波流速流量計では、
送信用及び受信用トランスジユーサ２，１１が唯
一組であるので、送信用トランスジユーサ２から
送信される超音波信号ビームの周波数tと、受
信用トランスジユーサ１１によつて受信される反
射波としての超音波信号の周波数rとの差の周
波数（t−r）が利用でる唯一のドツプラーシ
フトであつた。
送信用及び受信用トランスジユーサ２，１１が唯
一組であるので、送信用トランスジユーサ２から
送信される超音波信号ビームの周波数tと、受
信用トランスジユーサ１１によつて受信される反
射波としての超音波信号の周波数rとの差の周
波数（t−r）が利用でる唯一のドツプラーシ
フトであつた。
したがつて、被測定流体５の流速が小さくなる
と、差の周波数（t−r）もまた小さくなり、
流速即ち流量を正確に測定することが困難になる
という欠点があつた。
と、差の周波数（t−r）もまた小さくなり、
流速即ち流量を正確に測定することが困難になる
という欠点があつた。
さらに、超音波信号ビームを反射する固体粒子
８は、平均的には、管壁即ち中心軸６に平行に移
動するものであるが、直線的に乱れもなく移動す
るわけではなく、蛇行運動を伴うので、その蛇行
運動に起因する速度ベクトルの軸７ａ方向の成分
が、該固体粒子８から反射する超音波信号の周波
数領域における誤差要因となり、受信用トランス
ジユーサ１１から出力される受信信号の周波数
は、rを中心にして変動する。したがつて、流
速即ち流量の測定値も変動することとなり、測定
値が多大の誤差を含むという欠点もあつた。
８は、平均的には、管壁即ち中心軸６に平行に移
動するものであるが、直線的に乱れもなく移動す
るわけではなく、蛇行運動を伴うので、その蛇行
運動に起因する速度ベクトルの軸７ａ方向の成分
が、該固体粒子８から反射する超音波信号の周波
数領域における誤差要因となり、受信用トランス
ジユーサ１１から出力される受信信号の周波数
は、rを中心にして変動する。したがつて、流
速即ち流量の測定値も変動することとなり、測定
値が多大の誤差を含むという欠点もあつた。
この発明は、上記従来技術に基づく、低流速領
域あるいは乱流状態における被測定流体の、正確
な流速、流量測定の困難性の問題点に鑑み、二組
の送信用及び受信用トランスジユーサを用いて、
各々の受信用トランスジユーサから得られる二つ
の受信信号の差を求めることによつて、上記欠点
を除去し、実質的にドツプラーシフトによる周波
数の偏移幅を倍増させるとともに、固体粒子の蛇
行運動等に起因する周波数領域における雑音成分
を相殺するようにした超音波流速流量計を提供せ
んとするものである。
域あるいは乱流状態における被測定流体の、正確
な流速、流量測定の困難性の問題点に鑑み、二組
の送信用及び受信用トランスジユーサを用いて、
各々の受信用トランスジユーサから得られる二つ
の受信信号の差を求めることによつて、上記欠点
を除去し、実質的にドツプラーシフトによる周波
数の偏移幅を倍増させるとともに、固体粒子の蛇
行運動等に起因する周波数領域における雑音成分
を相殺するようにした超音波流速流量計を提供せ
んとするものである。
上記目的に沿う第一の発明の構成は、管路の管
壁上に被測定流体を介して、二組の送信及び受信
用トランスジユーサを対向配置し、その一組の送
信及受信用トランスジユーサのうちの、第一の送
信用トランスジユーサを、該トランスジユーサか
ら送信される第一の超音波信号ビームの軸が、管
路の中心軸上流側に対して鋭角で斜交するような
姿勢で、該管路の管壁上に配設すると共に、該一
組のトランスジユーサのうちの、第一の受信用ト
ランスジユーサを、該トランスジユーサにより受
信される第一の反射波に対する受信指向性の中心
軸が、第一の超音波信号ビームの軸と略々共通に
なるような姿勢で、第一の送信用トランスジユー
サに隣接して配設し、一方、もう一組の送信及び
受信用トランスジユーサのうちの、第二の送信用
トランスジユーサを、該トランスジユーサから送
信され第二の超音波信号ビームの軸が、管路の中
心軸下流側に対して鋭角で斜交するような姿勢
で、管路の管壁上に配設すると共に、該もう一組
のトランスジユーサのうちの、第二の受信用トラ
ンスジユーサを、該トランスジユーサにより受信
される第二の反射波に対する受信指向性の中心軸
が、第二の超音波信号ビームの軸と略々共通にな
るような姿勢で、第二の送信用トランスジユーサ
に隣接して配設し、さらに、第一、第二の受信用
トランスジユーサからの第一、第二の受信信号の
各々に基づいて、第一、第二のドツプラーシフト
検出手段にて生成される第一、第二のドツプラー
シフト信号を、後続のドツプラーシフト信号減算
手段に供給して、両ドツプラーシフト信号の差を
表わす出力信号を得るようにしたことを要旨とす
るものである。
壁上に被測定流体を介して、二組の送信及び受信
用トランスジユーサを対向配置し、その一組の送
信及受信用トランスジユーサのうちの、第一の送
信用トランスジユーサを、該トランスジユーサか
ら送信される第一の超音波信号ビームの軸が、管
路の中心軸上流側に対して鋭角で斜交するような
姿勢で、該管路の管壁上に配設すると共に、該一
組のトランスジユーサのうちの、第一の受信用ト
ランスジユーサを、該トランスジユーサにより受
信される第一の反射波に対する受信指向性の中心
軸が、第一の超音波信号ビームの軸と略々共通に
なるような姿勢で、第一の送信用トランスジユー
サに隣接して配設し、一方、もう一組の送信及び
受信用トランスジユーサのうちの、第二の送信用
トランスジユーサを、該トランスジユーサから送
信され第二の超音波信号ビームの軸が、管路の中
心軸下流側に対して鋭角で斜交するような姿勢
で、管路の管壁上に配設すると共に、該もう一組
のトランスジユーサのうちの、第二の受信用トラ
ンスジユーサを、該トランスジユーサにより受信
される第二の反射波に対する受信指向性の中心軸
が、第二の超音波信号ビームの軸と略々共通にな
るような姿勢で、第二の送信用トランスジユーサ
に隣接して配設し、さらに、第一、第二の受信用
トランスジユーサからの第一、第二の受信信号の
各々に基づいて、第一、第二のドツプラーシフト
検出手段にて生成される第一、第二のドツプラー
シフト信号を、後続のドツプラーシフト信号減算
手段に供給して、両ドツプラーシフト信号の差を
表わす出力信号を得るようにしたことを要旨とす
るものである。
さらに、上記目的に沿う第二の発明の構成は、
上記第一の発明の構成中のそれと同様に構成され
た第一の送信及び受信用トランスジユーサと、第
二の送信及び受信用トランスジユーサとを含み、
第一、第二の受信用トランスジユーサからの、第
一、第二の受信信号を信号切換手段にて切換え
て、択一的に交互に唯一のドツプラーシフト検出
手段に供給し、該ドツプラーシフト検出手段から
択一的に交互に出力される第一、第二のドツプラ
ーシフト信号を、ドツプラーシフト信号記憶手段
に一旦記憶させてから、これを読み出し、そし
て、ドツプラーシフト信号減算手段にて、両ドツ
プラーシフト信号の差を算出するようにしたこと
を要旨とするものである。
上記第一の発明の構成中のそれと同様に構成され
た第一の送信及び受信用トランスジユーサと、第
二の送信及び受信用トランスジユーサとを含み、
第一、第二の受信用トランスジユーサからの、第
一、第二の受信信号を信号切換手段にて切換え
て、択一的に交互に唯一のドツプラーシフト検出
手段に供給し、該ドツプラーシフト検出手段から
択一的に交互に出力される第一、第二のドツプラ
ーシフト信号を、ドツプラーシフト信号記憶手段
に一旦記憶させてから、これを読み出し、そし
て、ドツプラーシフト信号減算手段にて、両ドツ
プラーシフト信号の差を算出するようにしたこと
を要旨とするものである。
次に、この発明の実施例を第２図〜第４図に基
づいて説明すれば以下の通りである。
づいて説明すれば以下の通りである。
第２図は第一の発明の一実施例をブロツク図で
示すものであり、第二の送信用トランスジユーサ
２′は、管路４の管壁上に固着されたプラスチツ
クくさび１０の傾斜面上に、該トランスジユーサ
から送信される第二の超音波信号ビームの軸７′
が管路４の中心軸６下流側に対して鋭角αで斜交
するような姿勢で、配設される。一方、第二の受
信用トランスジユーサ１１′は、該トランスジユ
ーサにより受信される第二の反射波に対する受信
指向性の中心軸が、第二の送信用トランスジユー
サ２′から送信される第二の超音波信号ビームの
軸７′と略々共通になるように、第二の送信用ト
ランスジユーサ２′に隣接して配設される。
示すものであり、第二の送信用トランスジユーサ
２′は、管路４の管壁上に固着されたプラスチツ
クくさび１０の傾斜面上に、該トランスジユーサ
から送信される第二の超音波信号ビームの軸７′
が管路４の中心軸６下流側に対して鋭角αで斜交
するような姿勢で、配設される。一方、第二の受
信用トランスジユーサ１１′は、該トランスジユ
ーサにより受信される第二の反射波に対する受信
指向性の中心軸が、第二の送信用トランスジユー
サ２′から送信される第二の超音波信号ビームの
軸７′と略々共通になるように、第二の送信用ト
ランスジユーサ２′に隣接して配設される。
一方、第一及び第二の送信用トランスジユーサ
２，２′には、発振器１が接続されており、この
発振器１には、ミキサ１２，１２′がそれぞれ接
続されている。そして、各ミキサ１２，１２′
は、それぞれ自動振幅調整器１７，１７′を有す
る増幅器１６，１６′に後続しており、各自動振
幅調整器１７，１７′は、それぞ第一及び第二の
受信用トランスジユーサ１１，１１′に後続して
いる。さらに、各ミキサ１２，１２′には、それ
ぞれ低域通過フイルタ１３，１３′が接続されて
おり、各低域通過フイルタ１３，１３′には、そ
れぞれ周波数弁別器１４，１４′が後続してい
る。また、各周波数弁別器１４，１４′には、差
動増幅器１８が接続されており、この差動増幅器
１８には、補正器１５が後続している。
２，２′には、発振器１が接続されており、この
発振器１には、ミキサ１２，１２′がそれぞれ接
続されている。そして、各ミキサ１２，１２′
は、それぞれ自動振幅調整器１７，１７′を有す
る増幅器１６，１６′に後続しており、各自動振
幅調整器１７，１７′は、それぞ第一及び第二の
受信用トランスジユーサ１１，１１′に後続して
いる。さらに、各ミキサ１２，１２′には、それ
ぞれ低域通過フイルタ１３，１３′が接続されて
おり、各低域通過フイルタ１３，１３′には、そ
れぞれ周波数弁別器１４，１４′が後続してい
る。また、各周波数弁別器１４，１４′には、差
動増幅器１８が接続されており、この差動増幅器
１８には、補正器１５が後続している。
いま、第一の送信用トランスジユーサ２から送
信された周波数tの第一の超音波信号ビーム
は、固体粒子８に当つて反射し、その際に生ずる
第一の反射波が、第一の受信用トランスジユーサ
１１によつて受信されて、第一の受信信号に変換
される。このとき、被測定流体５の速度ベクトル
の軸７ａ方向の成分が、中心軸６に向うような角
度に第一の超音波信号ビームの軸７が形成されて
いるので、固体粒子８の中心軸６方向の移動によ
るドツプラーシフトを伴つた第一の反射波の周波
数rは、送信された第一の超音波信号の周波数
tよりも低くなる。
信された周波数tの第一の超音波信号ビーム
は、固体粒子８に当つて反射し、その際に生ずる
第一の反射波が、第一の受信用トランスジユーサ
１１によつて受信されて、第一の受信信号に変換
される。このとき、被測定流体５の速度ベクトル
の軸７ａ方向の成分が、中心軸６に向うような角
度に第一の超音波信号ビームの軸７が形成されて
いるので、固体粒子８の中心軸６方向の移動によ
るドツプラーシフトを伴つた第一の反射波の周波
数rは、送信された第一の超音波信号の周波数
tよりも低くなる。
したがつて、第一の送信用トランスジユーサ２
から周波数tの正弦波を送信すると、第一の受
信用トランスジユーサ１１からは第３図Ａに示す
ように周波数rの正弦波信号が第一の受信信号
として得られる。
から周波数tの正弦波を送信すると、第一の受
信用トランスジユーサ１１からは第３図Ａに示す
ように周波数rの正弦波信号が第一の受信信号
として得られる。
しかし、実際には、固体粒子８の蛇行運動に起
因する軸７方向の速度ベクトルの成分の影響を受
けて第一の受信用トランスジユーサ１１によつて
受信される第一の反射波の周波数、即ち、第一の
受信用トランスジユーサ１１が出力する第一の受
信信号の周波数はrを中心にしてΔNだけ変動
する。
因する軸７方向の速度ベクトルの成分の影響を受
けて第一の受信用トランスジユーサ１１によつて
受信される第一の反射波の周波数、即ち、第一の
受信用トランスジユーサ１１が出力する第一の受
信信号の周波数はrを中心にしてΔNだけ変動
する。
増幅器１６はこの受信信号を受けてこれを増幅
してその出力信号をミキサ１２に供給する。この
とき、増幅器１６は自動振幅調整器１７によつて
出力信号の振幅が常に一定になるように、その利
得が調整されるので、増幅器１６の出力信号は一
定の振幅に維持される。このように構成すると、
第一の送信用及び受信用トランスジユーサ２，１
１の装着状況若しくは被測定流体に含まれる固体
粒子８の性質などが変化しても、ミキサ１２に供
給される周波数rの受信信号の振幅が一定値に
維持されるので、周波数弁別器１４の入力信号の
振幅変化に起因する測定誤差を小さくすることが
できる。
してその出力信号をミキサ１２に供給する。この
とき、増幅器１６は自動振幅調整器１７によつて
出力信号の振幅が常に一定になるように、その利
得が調整されるので、増幅器１６の出力信号は一
定の振幅に維持される。このように構成すると、
第一の送信用及び受信用トランスジユーサ２，１
１の装着状況若しくは被測定流体に含まれる固体
粒子８の性質などが変化しても、ミキサ１２に供
給される周波数rの受信信号の振幅が一定値に
維持されるので、周波数弁別器１４の入力信号の
振幅変化に起因する測定誤差を小さくすることが
できる。
さて、ミキサ１２及び低域通過フイルタ１３は
第１図を参照して説明した従来例の場合と同様に
作動し、第３図Ｂに示すような周波数t−（r
±ΔN）の低周波数信号を、第一のドツプラー
シフト周波数成分信号として周波数弁別器１４に
供給する。周波数弁別器１４は、該周波数成分信
号の周波数に応答して、第３図Ｃに示すような第
一のドツプラーシフト信号を出力する。
第１図を参照して説明した従来例の場合と同様に
作動し、第３図Ｂに示すような周波数t−（r
±ΔN）の低周波数信号を、第一のドツプラー
シフト周波数成分信号として周波数弁別器１４に
供給する。周波数弁別器１４は、該周波数成分信
号の周波数に応答して、第３図Ｃに示すような第
一のドツプラーシフト信号を出力する。
同図において、ΔＥは第一の送信用及び受信用
トランスジユーサ２，１１でもつて検出される固
体粒子８の中心軸方向の移動によるドツプラーシ
フト（t−r）に対応して出力されるドツプラ
ーシフト信号であり、ΔＥoは蛇行運動に起因す
る、固体粒子８の速度ベクトルの軸７方向の成分
に基づく周波数の変動分ΔNに対応して出力さ
れるドツプラーシフト信号中の脈流成分の実効値
である。
トランスジユーサ２，１１でもつて検出される固
体粒子８の中心軸方向の移動によるドツプラーシ
フト（t−r）に対応して出力されるドツプラ
ーシフト信号であり、ΔＥoは蛇行運動に起因す
る、固体粒子８の速度ベクトルの軸７方向の成分
に基づく周波数の変動分ΔNに対応して出力さ
れるドツプラーシフト信号中の脈流成分の実効値
である。
一方、第二の送信用及び受信用トランスジユー
サ２′，１１′も第一の送信用及び受信用トランス
ジユーサ２，１１と同様に作動して第二の受信用
トランスジユーサ１１′は周波数r′の第二の受
信信号を出力する。
サ２′，１１′も第一の送信用及び受信用トランス
ジユーサ２，１１と同様に作動して第二の受信用
トランスジユーサ１１′は周波数r′の第二の受
信信号を出力する。
しかし、第二の送信用及び受信用トランスジユ
ーサ２′，１１′では、被測定流体５の速度ベクト
ルの軸７a′方向の成分が中心軸６と反対の方向に
向うような角度に、第二の超音波信号ビームの軸
７′が形成されているので、固体粒子８″の移動に
よるドツプラーシフトを伴つた第二の反射波の周
波数r′は、送信された第一の超音波信号ビーム
の周波数、即ち、送信信号の周波数tよりも高
くなる。
ーサ２′，１１′では、被測定流体５の速度ベクト
ルの軸７a′方向の成分が中心軸６と反対の方向に
向うような角度に、第二の超音波信号ビームの軸
７′が形成されているので、固体粒子８″の移動に
よるドツプラーシフトを伴つた第二の反射波の周
波数r′は、送信された第一の超音波信号ビーム
の周波数、即ち、送信信号の周波数tよりも高
くなる。
したがつて、第二の受信用トランスジユーサ１
１′からは第２図Ｄに示すように周波数r′を中
心にして、ΔN′だけその周波数が変動する正弦
波信号が第二の受信信号として得られる。
１′からは第２図Ｄに示すように周波数r′を中
心にして、ΔN′だけその周波数が変動する正弦
波信号が第二の受信信号として得られる。
この受信信号に応答して第二の増幅器１６′、
自動振幅調整器１７′、ミキサ１２′、低域通過フ
イルタ１３′及び周波数弁別器１４′が第一の受信
用トランスジユーサ１１からの第一の受信信号を
処理する場合と全く同様に作用して第二の周波数
弁別器１４′には第３図Ｅに示すように周波数
（r′±ΔN′−tの低周波信号が第二のドツプ
ラーシフト周波数成分信号として供給され、同図
Ｆに示すような第二のドツプラーシフト信号が得
られる。同図ＦにおいてΔE′は第二の送信用及
び受信用トランスジユーサ２′，１１′で検出され
るドツプラーシフト（r′−t）に対応して出
力されるドツプラーシフト信号であり、ΔＥN′は
固体粒子８″の蛇行運動に起因する周波数の変動
分ΔN′に対応して出力されるドツプラーシフト
信号中の脈流成分の実効値である。通常の管路を
均一の被測定流体が通過する場合には、流速分布
が中心軸６に対して対称となるので、ΔＥとΔ
E′、また、ΔＥNとΔＥN′の絶対値は相互にほぼ
等しい値となる。
自動振幅調整器１７′、ミキサ１２′、低域通過フ
イルタ１３′及び周波数弁別器１４′が第一の受信
用トランスジユーサ１１からの第一の受信信号を
処理する場合と全く同様に作用して第二の周波数
弁別器１４′には第３図Ｅに示すように周波数
（r′±ΔN′−tの低周波信号が第二のドツプ
ラーシフト周波数成分信号として供給され、同図
Ｆに示すような第二のドツプラーシフト信号が得
られる。同図ＦにおいてΔE′は第二の送信用及
び受信用トランスジユーサ２′，１１′で検出され
るドツプラーシフト（r′−t）に対応して出
力されるドツプラーシフト信号であり、ΔＥN′は
固体粒子８″の蛇行運動に起因する周波数の変動
分ΔN′に対応して出力されるドツプラーシフト
信号中の脈流成分の実効値である。通常の管路を
均一の被測定流体が通過する場合には、流速分布
が中心軸６に対して対称となるので、ΔＥとΔ
E′、また、ΔＥNとΔＥN′の絶対値は相互にほぼ
等しい値となる。
次に、差動増幅器１８は第一の周波数弁別器１
４から出力される第３図Ｃに示すような第一のド
ツプラーシフト信号と第二の周波数弁別器１４′
から出力される同図Ｆに示すような第二のドツプ
ラーシフト信号とを受けて前者から後者を減ずる
ことによつて同図Ｇに示すような出力信号を補正
器１５に供給する。即ち、第一及び第二の受信用
トランスジユーサ１１，１１′は固体粒子８，
８″の中心軸６方向の移動によつて、相互に逆方
向のドツプラーシフトを受けるような角度に配置
されているので、第３図ＣにおいてΔＥ、同図Ｆ
において−ΔE′に示すように固体粒子８，８″の
中心軸６方向の移動速度に対応する二つのドツプ
ラーシフト信号は相互に逆極性となり、移動速度
の変化に応じて相互に逆方向に変化する。したが
つて、両信号の差信号である出力信号は、第３図
Ｇに示すように、ΔＥ＋ΔE′の電圧値となり、
第一の受信用トランスジユーサ１１のみを使用す
る場合に比べてほぼ２倍の出力電圧を得ることが
できる。
４から出力される第３図Ｃに示すような第一のド
ツプラーシフト信号と第二の周波数弁別器１４′
から出力される同図Ｆに示すような第二のドツプ
ラーシフト信号とを受けて前者から後者を減ずる
ことによつて同図Ｇに示すような出力信号を補正
器１５に供給する。即ち、第一及び第二の受信用
トランスジユーサ１１，１１′は固体粒子８，
８″の中心軸６方向の移動によつて、相互に逆方
向のドツプラーシフトを受けるような角度に配置
されているので、第３図ＣにおいてΔＥ、同図Ｆ
において−ΔE′に示すように固体粒子８，８″の
中心軸６方向の移動速度に対応する二つのドツプ
ラーシフト信号は相互に逆極性となり、移動速度
の変化に応じて相互に逆方向に変化する。したが
つて、両信号の差信号である出力信号は、第３図
Ｇに示すように、ΔＥ＋ΔE′の電圧値となり、
第一の受信用トランスジユーサ１１のみを使用す
る場合に比べてほぼ２倍の出力電圧を得ることが
できる。
一方、固体粒子８，８″の中心軸６に対称な蛇
行運動に関しては、第一及び第二の受信用トラン
スジユーサ１１，１１″が相互に同一方向のドツ
プラーシフトを受けるように配置されていて、し
かも、管路４を通過する被測定流体５の対向する
管壁付近に含まれる固体粒子８及び８″の蛇行運
動は中心軸６に対称な速度成分を多く持ち、互に
相関性があるので、例えば、第３図Ｃにおいてａ
に示すように第一の周波数弁別器１４からの第一
のドツプラーシフト信号の脈流成分が増加する
と、同図Ｆにおいてa′に示すように第二の周波数
弁別器１４′からの第二のドツプラーシフト信号
も同じ方向に変化する確率が高い。
行運動に関しては、第一及び第二の受信用トラン
スジユーサ１１，１１″が相互に同一方向のドツ
プラーシフトを受けるように配置されていて、し
かも、管路４を通過する被測定流体５の対向する
管壁付近に含まれる固体粒子８及び８″の蛇行運
動は中心軸６に対称な速度成分を多く持ち、互に
相関性があるので、例えば、第３図Ｃにおいてａ
に示すように第一の周波数弁別器１４からの第一
のドツプラーシフト信号の脈流成分が増加する
と、同図Ｆにおいてa′に示すように第二の周波数
弁別器１４′からの第二のドツプラーシフト信号
も同じ方向に変化する確率が高い。
したがつて、第３図Ｇに示すような両信号の差
信号である出力信号に関しては、第一、第二のド
ツプラーシフト信号中の脈流成分ΔＥN，ΔＥ
N′、即ち、固体粒子８，８″の蛇行運動に起因す
る周波数領域における二つの雑音成分が相殺され
る。
信号である出力信号に関しては、第一、第二のド
ツプラーシフト信号中の脈流成分ΔＥN，ΔＥ
N′、即ち、固体粒子８，８″の蛇行運動に起因す
る周波数領域における二つの雑音成分が相殺され
る。
上記の作用を式で表わすと以下のようになる。
先ず、固体粒子８の中心軸６方向の速度ベクト
ルをV1、同じく、固体粒子８″のそれをV2とする
と、 V1＝u1＋Δu1 V2＝u2−Δu2 ここにu1，u2はそれぞれ固体粒子８，８″の中
心軸６方向の平均流速のベクトルであり、Δu1，
Δu2はそれぞれ固体粒子８，８″の蛇行運動によ
り生ずる速度変動分の中心軸６方向の成分のベク
トルである。
ルをV1、同じく、固体粒子８″のそれをV2とする
と、 V1＝u1＋Δu1 V2＝u2−Δu2 ここにu1，u2はそれぞれ固体粒子８，８″の中
心軸６方向の平均流速のベクトルであり、Δu1，
Δu2はそれぞれ固体粒子８，８″の蛇行運動によ
り生ずる速度変動分の中心軸６方向の成分のベク
トルである。
一方、ドツプラーシフトと被測定対象の速度と
の関係は以下の式で表わされることが知られてい
る。
の関係は以下の式で表わされることが知られてい
る。
Δ＝t−r＝２ｔＶ／Ｃcosα
ここに
Δ……ドツプラーシフト
t……送信信号の周波数
r……受信信号の周波数
Ｃ……送受信信号の伝ぱん速度
Ｖ……被測定対象の速度
α……送受信信号の伝ぱん路の方向と被測定
対象の移動方向とのなす角度
したがつて、第２図における第一の送受信用ト
ランスジユーサ２，１１によつて検出される第一
のドツプラーシフト周波数成分Δ１は Δ１＝t−（r〓ΔN） ＝２ｔ／Ｃ（u1＋Δu1）cosα となり、同様に第二の送受信用トランスジユーサ
２′，１１′によつて検出される第二のドツプラー
シフト周波数成分Δ２は Δ２＝（t′±ΔN′）−t ＝２ｔ／Ｃ（u2−Δu2）cosα となる。
ランスジユーサ２，１１によつて検出される第一
のドツプラーシフト周波数成分Δ１は Δ１＝t−（r〓ΔN） ＝２ｔ／Ｃ（u1＋Δu1）cosα となり、同様に第二の送受信用トランスジユーサ
２′，１１′によつて検出される第二のドツプラー
シフト周波数成分Δ２は Δ２＝（t′±ΔN′）−t ＝２ｔ／Ｃ（u2−Δu2）cosα となる。
そこで、差動増幅器１８を用いて上記の両ドツ
プラーシフト周波数成分の差を求めると Δ１−Δ２ ＝｛（t−r）＋（t−r′）｝ ＋（ΔN−ΔN′） ＝２ｔ／Ｃ（u1＋u2）cosα ＋２ｔ／Ｃ（Δu1−Δ２）cosα となる。上式において右辺第一項は平均流速に基
づくドツプラーシフトを表わし、同第二項は蛇行
運動に起因するドツプラーシフトを表わしてい
る。
プラーシフト周波数成分の差を求めると Δ１−Δ２ ＝｛（t−r）＋（t−r′）｝ ＋（ΔN−ΔN′） ＝２ｔ／Ｃ（u1＋u2）cosα ＋２ｔ／Ｃ（Δu1−Δ２）cosα となる。上式において右辺第一項は平均流速に基
づくドツプラーシフトを表わし、同第二項は蛇行
運動に起因するドツプラーシフトを表わしてい
る。
したがつて、固体粒子８，８″が完全に軸対称
に蛇行するときは、上式において、 Δu1＝Δu2 となるので、右辺第二項は０となり、周波数領域
での雑音成分が完全に相殺されることを示してい
る。
に蛇行するときは、上式において、 Δu1＝Δu2 となるので、右辺第二項は０となり、周波数領域
での雑音成分が完全に相殺されることを示してい
る。
一方、固体粒子８，８″の中心軸６方向の平均
速度が等しいときは、上式において u1＝u2 となるので、右辺第一項は４ｔ／Ｃu1cosαとなり、 中心軸６方向の平均流速に基づくドツプラーシフ
トが２倍になることを示している。
速度が等しいときは、上式において u1＝u2 となるので、右辺第一項は４ｔ／Ｃu1cosαとなり、 中心軸６方向の平均流速に基づくドツプラーシフ
トが２倍になることを示している。
第４図は、第２の発明の一実施例をブロツク図
で示すものであり、第一及び第二の送信用トラン
スジユーサ２，２′に接続された発振器１には、
上記第１の発明の実施例におけるミキサ１２のみ
が後続している。
で示すものであり、第一及び第二の送信用トラン
スジユーサ２，２′に接続された発振器１には、
上記第１の発明の実施例におけるミキサ１２のみ
が後続している。
このミキサ１２にさらに後続する、低域通過フ
イルタ１３及び周波数弁別器１４は、上記第１の
発明の実施例と同様であるが、該周波数弁別器１
４には、アナログデイジタル変換器１９が接続さ
れている。さらに、このアナログデイジタル変換
器１９には、メモリ２０が接続されており、この
メモリ２０は、演算装置２１に接続されている。
イルタ１３及び周波数弁別器１４は、上記第１の
発明の実施例と同様であるが、該周波数弁別器１
４には、アナログデイジタル変換器１９が接続さ
れている。さらに、このアナログデイジタル変換
器１９には、メモリ２０が接続されており、この
メモリ２０は、演算装置２１に接続されている。
一方、第一及び第二の受信用トランスジユーサ
１１，１１′は、切換器２３に接続されており、
この切換器２３には、自動振幅調整器１７を有す
る増幅器１６が後続している。さらに、この切換
器２３には、制御器２２が接続されており、該制
御器２２には、上記演算装置２１が接続されてい
て、該演算装置２１には、補正器１５が後続して
いる。
１１，１１′は、切換器２３に接続されており、
この切換器２３には、自動振幅調整器１７を有す
る増幅器１６が後続している。さらに、この切換
器２３には、制御器２２が接続されており、該制
御器２２には、上記演算装置２１が接続されてい
て、該演算装置２１には、補正器１５が後続して
いる。
いま、制御器２２から制御信号を送り、切換器
２３を操作して第一の受信用トランスジユーサ１
１からの第一の受信信号を増幅器１６に供給する
と、前記第１の発明の実施例の場合と同様に作動
して周波数弁別器１４から、第３図Ｃに示すよう
な第一のドツプラーシフト信号が得られる。アナ
ログデイジタル変換器１９はこのドツプラーシフ
ト信号をデイジタル信号に変換してメモリ２０に
供給する。
２３を操作して第一の受信用トランスジユーサ１
１からの第一の受信信号を増幅器１６に供給する
と、前記第１の発明の実施例の場合と同様に作動
して周波数弁別器１４から、第３図Ｃに示すよう
な第一のドツプラーシフト信号が得られる。アナ
ログデイジタル変換器１９はこのドツプラーシフ
ト信号をデイジタル信号に変換してメモリ２０に
供給する。
この処理が終了すると、制御器２２は再度、制
御信号を送り、切換器２３を操作して、今度は、
第二の受信用トランスジユーサ１１′からの第二
の受信信号を増幅器１６に供給する。前記同様に
周波数弁別器１４は第３図Ｆに示すような第二の
ドツプラーシフト信号をアナログデイジタル変換
器１９に供給し、アナログデイジタル変換器１９
はそれをデイジタル信号に変換して、メモリ２０
に記憶させる。この処理が終了すると、制御器２
２は演算装置２１に指令を送り、メモリ２０に記
憶された第一の受信用トランスジユーサ１１から
の第一の受信信号に対応するデイジタル信号と第
二の受信用トランスジユーサ１１′からの第二の
受信信号に対応するデイジタル信号とをメモリ２
０から読み出して前者から後者を減算する。この
ようにして、第３図Ｇに示すような出力信号に相
当するデイジタル信号がデイジタル演算処理によ
つて得られる。補正器１５は、演算装置２１から
デイジタル信号を受けて流速分布に基づく補正及
び流量表示のための系数補正をデイジタル信号の
処理によつて行う。
御信号を送り、切換器２３を操作して、今度は、
第二の受信用トランスジユーサ１１′からの第二
の受信信号を増幅器１６に供給する。前記同様に
周波数弁別器１４は第３図Ｆに示すような第二の
ドツプラーシフト信号をアナログデイジタル変換
器１９に供給し、アナログデイジタル変換器１９
はそれをデイジタル信号に変換して、メモリ２０
に記憶させる。この処理が終了すると、制御器２
２は演算装置２１に指令を送り、メモリ２０に記
憶された第一の受信用トランスジユーサ１１から
の第一の受信信号に対応するデイジタル信号と第
二の受信用トランスジユーサ１１′からの第二の
受信信号に対応するデイジタル信号とをメモリ２
０から読み出して前者から後者を減算する。この
ようにして、第３図Ｇに示すような出力信号に相
当するデイジタル信号がデイジタル演算処理によ
つて得られる。補正器１５は、演算装置２１から
デイジタル信号を受けて流速分布に基づく補正及
び流量表示のための系数補正をデイジタル信号の
処理によつて行う。
このような構成では、増幅器１６、ミキサ１
２、周波数弁別器１４を時分割で使用するので、
これらの構成要素の台数を半減させることができ
る。
２、周波数弁別器１４を時分割で使用するので、
これらの構成要素の台数を半減させることができ
る。
なお、第１及び第２の発明の各実施例では、第
二の送信用トランスジユーサ２′からの第二の超
音波信号ビームの軸７′を第一の送信用トランス
ジユーサ２からの第一の超音波信号ビームの軸７
の延長線上に位置させているが、第二の送信用及
び受信用トランスジユーサ２′，１１′をこのよう
な位置に装着しなければならないものではなく、
第一の超音波信号ビームの軸７が、管路４の中心
軸６上流側に対して鋭角で斜交するとき、第二の
超音波信号ビームの軸７′が、管路４の中心軸６
下流側に対して鋭角で斜交する関係にあれば足り
るので、例えば、中心軸６と直交する線上に被測
定流体５を隔てて第一の送信及び受信用トランス
ジユーサ２，１１と、第二の送信及び受信用トラ
ンスジユーサ２′，１１′とを対向させるように配
置してもよい。このようにすると固体粒子８，
８″が超音波信号ビームを反射する位置が中心軸
６に対して軸対称となるので、固体粒子８，８″
の蛇行運動による周波数変動をより完全に相殺す
ることができる。
二の送信用トランスジユーサ２′からの第二の超
音波信号ビームの軸７′を第一の送信用トランス
ジユーサ２からの第一の超音波信号ビームの軸７
の延長線上に位置させているが、第二の送信用及
び受信用トランスジユーサ２′，１１′をこのよう
な位置に装着しなければならないものではなく、
第一の超音波信号ビームの軸７が、管路４の中心
軸６上流側に対して鋭角で斜交するとき、第二の
超音波信号ビームの軸７′が、管路４の中心軸６
下流側に対して鋭角で斜交する関係にあれば足り
るので、例えば、中心軸６と直交する線上に被測
定流体５を隔てて第一の送信及び受信用トランス
ジユーサ２，１１と、第二の送信及び受信用トラ
ンスジユーサ２′，１１′とを対向させるように配
置してもよい。このようにすると固体粒子８，
８″が超音波信号ビームを反射する位置が中心軸
６に対して軸対称となるので、固体粒子８，８″
の蛇行運動による周波数変動をより完全に相殺す
ることができる。
また、第一の超音波信号ビームの軸７が中心軸
６と上流側と斜交する鋭角を、第二の超音波信号
ビームの軸７′が中心軸６下流側を斜交する鋭角
に等しく選定しているが、これらの鋭角は、相互
に相違していてもよい。このように構成した場合
でも差動増幅器１８の各入力信号に対する利得を
調整することによつて固体粒子８，８″の蛇行に
起因するドツプラーシフト信号中の脈流成分を十
分に相殺することができるとともに固体粒子８，
８″の中心軸６方向の移動によるドツプラーシフ
トに対応するドツプラーシフト信号をほぼ２倍に
保つことができる。
６と上流側と斜交する鋭角を、第二の超音波信号
ビームの軸７′が中心軸６下流側を斜交する鋭角
に等しく選定しているが、これらの鋭角は、相互
に相違していてもよい。このように構成した場合
でも差動増幅器１８の各入力信号に対する利得を
調整することによつて固体粒子８，８″の蛇行に
起因するドツプラーシフト信号中の脈流成分を十
分に相殺することができるとともに固体粒子８，
８″の中心軸６方向の移動によるドツプラーシフ
トに対応するドツプラーシフト信号をほぼ２倍に
保つことができる。
以上のように第１の発明によれば、管路４の管
壁上の被測定流体５を介して二組の送信及び受信
用トランスジユーサを対向配置し、その一組の送
信及受信用トランスジユーサのうちの、第一の送
信用トランスジユーサ２を、該トランスジユーサ
から送信される第一の超音波信号ビームの軸７が
管路４の中心軸６上流側に対して鋭角で斜交する
ような姿勢で、該管路の管壁上に配設すると共
に、該一組のトランスジユーサのうちの、第一の
受信用トランスジユーサ１１を、該トランスジユ
ーサにより受信される第一の反射波に対する受信
指向性の中心軸が、第一の超音波信号ビームの軸
７と略々共通になるような姿勢で、第一の送信用
トランスジユーサ２に隣接して配設する構成と
し、一方、もう一組の送信及び受信用トランスジ
ユーサのうちの、第二の送信用トランスジユーサ
２′を、該トランジスジユーサから送信される第
二の超音波信号ビームの軸７′が管路４の中心軸
６下流側に対して鋭角で斜交するような姿勢で、
該管路の管壁上に配設すると共に、該もう一組の
トランスジユーサのうちの、第二の受信用トラン
スジユーサ１１′を、該トランスジユーサにより
受信される第二の反射波に対する受信指向性の中
心軸が、第二の超音波信号ビームの軸７′と略々
共通になるような姿勢で、第二の送信用トランス
ジユーサ２′に隣接して配設する構成とし、更
に、第一、第二の受信用トランスジユーサ１１，
１１′からの第一、第二の受信信号の各々に基づ
いて、第一、第二のドツプラーシフト検出手段１
２，１３，１４，１２′，１３′，１４′にて生成
される第一，第二のドツプラーシフト信号を後続
のドツプラーシフト信号減算手段１８に供給し
て、両ドツプラーシフト信号の差を表わす出力信
号を得るように構成したことにより、被測定流体
５の、中心軸６方向の流速ベクトル成分に関して
は、第一、第二の超音波信号ビームの各軸７，
７′上に、互いに同一方向成分として分配される
ことから、第一、第二のドツプラーシフト信号の
差を表わす出力信号は、略々倍増し、一方、被測
定流体５の、中心軸６に直交し、かつ、該軸６に
対して対称方向の流速ベクトル成分、換言すれ
ば、管路内を進行する流体について通常的に発生
する蛇行運動に起因する管路の中心軸に対称方向
の、流体の動揺に関しては、各軸７，７′上に、
互いに逆方向の流速ベクトル成分として、即ち、
被測定流体５の中心軸６方向の流速ベクトル成分
の、該各軸７，７′上に分配される二つの成分の
うち、一方の成分に対しては同方向となり、他の
一方の成分に対しては逆方向となる流速ベクトル
成分として、該各軸７，７′上に分配されること
から、第一、第二のドツプラーシフト信号の差を
表わす出力信号は相当に抑制され、これにより、
Ｓ／Ｎ比を大幅に改善し、もつて、低流速領域で
の測定範囲を拡大することができるばかりか、被
測定流体が蛇行運動を伴つていても、その流速、
流量を正確に測定できるという優れた効果があ
る。
壁上の被測定流体５を介して二組の送信及び受信
用トランスジユーサを対向配置し、その一組の送
信及受信用トランスジユーサのうちの、第一の送
信用トランスジユーサ２を、該トランスジユーサ
から送信される第一の超音波信号ビームの軸７が
管路４の中心軸６上流側に対して鋭角で斜交する
ような姿勢で、該管路の管壁上に配設すると共
に、該一組のトランスジユーサのうちの、第一の
受信用トランスジユーサ１１を、該トランスジユ
ーサにより受信される第一の反射波に対する受信
指向性の中心軸が、第一の超音波信号ビームの軸
７と略々共通になるような姿勢で、第一の送信用
トランスジユーサ２に隣接して配設する構成と
し、一方、もう一組の送信及び受信用トランスジ
ユーサのうちの、第二の送信用トランスジユーサ
２′を、該トランジスジユーサから送信される第
二の超音波信号ビームの軸７′が管路４の中心軸
６下流側に対して鋭角で斜交するような姿勢で、
該管路の管壁上に配設すると共に、該もう一組の
トランスジユーサのうちの、第二の受信用トラン
スジユーサ１１′を、該トランスジユーサにより
受信される第二の反射波に対する受信指向性の中
心軸が、第二の超音波信号ビームの軸７′と略々
共通になるような姿勢で、第二の送信用トランス
ジユーサ２′に隣接して配設する構成とし、更
に、第一、第二の受信用トランスジユーサ１１，
１１′からの第一、第二の受信信号の各々に基づ
いて、第一、第二のドツプラーシフト検出手段１
２，１３，１４，１２′，１３′，１４′にて生成
される第一，第二のドツプラーシフト信号を後続
のドツプラーシフト信号減算手段１８に供給し
て、両ドツプラーシフト信号の差を表わす出力信
号を得るように構成したことにより、被測定流体
５の、中心軸６方向の流速ベクトル成分に関して
は、第一、第二の超音波信号ビームの各軸７，
７′上に、互いに同一方向成分として分配される
ことから、第一、第二のドツプラーシフト信号の
差を表わす出力信号は、略々倍増し、一方、被測
定流体５の、中心軸６に直交し、かつ、該軸６に
対して対称方向の流速ベクトル成分、換言すれ
ば、管路内を進行する流体について通常的に発生
する蛇行運動に起因する管路の中心軸に対称方向
の、流体の動揺に関しては、各軸７，７′上に、
互いに逆方向の流速ベクトル成分として、即ち、
被測定流体５の中心軸６方向の流速ベクトル成分
の、該各軸７，７′上に分配される二つの成分の
うち、一方の成分に対しては同方向となり、他の
一方の成分に対しては逆方向となる流速ベクトル
成分として、該各軸７，７′上に分配されること
から、第一、第二のドツプラーシフト信号の差を
表わす出力信号は相当に抑制され、これにより、
Ｓ／Ｎ比を大幅に改善し、もつて、低流速領域で
の測定範囲を拡大することができるばかりか、被
測定流体が蛇行運動を伴つていても、その流速、
流量を正確に測定できるという優れた効果があ
る。
そして、より詳細には、ドツプラーシフト信号
中の脈流成分の相殺に際しては、被測定流体５
の、中心軸６に直交し、かつ、該軸６に対して対
称方向の流速ベクトル成分を、第一、第二の超音
波信号ビームの軸７，７′上に、互いに逆方向の
ベクトル成分として分配し、該逆方向の二つの流
速ベクトル成分を、該軸７，７′の各反対端に対
向配置された第一、第二の受信用トランスジユー
サ１１，１１′にて、互いに同一方向に変化する
第一、第二のドツプラーシフト信号として、検出
して、両ドツプラーシフト信号に減算処理を施す
ことにより、これを相殺することから、例えば、
山本の米国特許第3555899号明細書に開示されて
いる従来装置のような、管路の中心軸に対して、
鋭角θと鈍角（180゜−θ）にて斜交する各伝ぱ
ん路を有する二組のトランスジユーサから得られ
る二つのシングアラウンド信号に加算処理を施す
ことにより、管路の中心軸に直交し、かつ、同一
方向の流速ベクトル成分、換言すれば、二つの伝
ぱん路の各々を被測定流体が横切る際、管路の中
心軸に対して同一方向に傾斜した流線に沿つて、
該二つの伝ぱん路を横切ることに起因して発生す
る流速ベクトルの、該二つの伝ぱん路方向のベク
トル成分を相殺するものとは相違して、管路を通
過する流体の流速、流量の測定に際して、圧到的
多数の事例にて遭遇する、管路の中心軸に直交
し、かつ、該軸に対称方向の流速ベクトル成分を
多く含有する流体の蛇行運動に起因する誤差を相
殺し、これにより、種々の条件下での、多くの測
定事例にて、高精度の測定を可能にするという効
果がある。
中の脈流成分の相殺に際しては、被測定流体５
の、中心軸６に直交し、かつ、該軸６に対して対
称方向の流速ベクトル成分を、第一、第二の超音
波信号ビームの軸７，７′上に、互いに逆方向の
ベクトル成分として分配し、該逆方向の二つの流
速ベクトル成分を、該軸７，７′の各反対端に対
向配置された第一、第二の受信用トランスジユー
サ１１，１１′にて、互いに同一方向に変化する
第一、第二のドツプラーシフト信号として、検出
して、両ドツプラーシフト信号に減算処理を施す
ことにより、これを相殺することから、例えば、
山本の米国特許第3555899号明細書に開示されて
いる従来装置のような、管路の中心軸に対して、
鋭角θと鈍角（180゜−θ）にて斜交する各伝ぱ
ん路を有する二組のトランスジユーサから得られ
る二つのシングアラウンド信号に加算処理を施す
ことにより、管路の中心軸に直交し、かつ、同一
方向の流速ベクトル成分、換言すれば、二つの伝
ぱん路の各々を被測定流体が横切る際、管路の中
心軸に対して同一方向に傾斜した流線に沿つて、
該二つの伝ぱん路を横切ることに起因して発生す
る流速ベクトルの、該二つの伝ぱん路方向のベク
トル成分を相殺するものとは相違して、管路を通
過する流体の流速、流量の測定に際して、圧到的
多数の事例にて遭遇する、管路の中心軸に直交
し、かつ、該軸に対称方向の流速ベクトル成分を
多く含有する流体の蛇行運動に起因する誤差を相
殺し、これにより、種々の条件下での、多くの測
定事例にて、高精度の測定を可能にするという効
果がある。
更に、第２の発明によれば、前記第１の発明の
構成中のそれと同様に構成された第一の送信及び
受信用トランスジユーサ２，１１と、第二の送信
及び受信用トランスジユーサ２′，１１′とを含
み、第一、第二の受信用トランスジユーサ１１，
１１′からの第一、第二の受信信号を信号切換手
段２３にて、切換えて、択一的に交互に、唯一の
ドツプラーシフト検出手段１２，１３，１４に対
して供給し、該ドツプラーシフト検出手段から択
一的に交互に出力される第一、第二のドツプラー
シフト信号をドツプラーシフト信号記憶手段２０
に、一旦、記憶させてから、これを読み出して、
ドツプラーシフト信号減算手段２１にて、両ドツ
プラーシフト信号の差を算出するように構成した
ことにより、前記第１の発明の効果に加えて、第
一、第二の受信信号からの第一、第二のドツプラ
ーシフト信号の検出に際して、唯一のドツプラー
シフト検出手段１２，１３，１４を時分割で共用
できるので、回路構成が簡潔になるという優れた
効果がある。
構成中のそれと同様に構成された第一の送信及び
受信用トランスジユーサ２，１１と、第二の送信
及び受信用トランスジユーサ２′，１１′とを含
み、第一、第二の受信用トランスジユーサ１１，
１１′からの第一、第二の受信信号を信号切換手
段２３にて、切換えて、択一的に交互に、唯一の
ドツプラーシフト検出手段１２，１３，１４に対
して供給し、該ドツプラーシフト検出手段から択
一的に交互に出力される第一、第二のドツプラー
シフト信号をドツプラーシフト信号記憶手段２０
に、一旦、記憶させてから、これを読み出して、
ドツプラーシフト信号減算手段２１にて、両ドツ
プラーシフト信号の差を算出するように構成した
ことにより、前記第１の発明の効果に加えて、第
一、第二の受信信号からの第一、第二のドツプラ
ーシフト信号の検出に際して、唯一のドツプラー
シフト検出手段１２，１３，１４を時分割で共用
できるので、回路構成が簡潔になるという優れた
効果がある。
第１図は従前のドツプラーシフトを利用した超
音波流速流量計の構成を示すブロツク図である。
第２図は第１の発明の一実施例であるドツプラー
シフトを利用した超音波流速流量計の構成を示す
ブロツク図である。第３図は第２図に示す構成の
主要部の波形を示す。第４図は第２の発明の一実
施例の構成を示すブロツク図である。 １……発振器、２，２′……送信用トランスジ
ユーサ、３，１０……プラスチツクくさび、４…
…管路、５……被測定流体、６……管路の中心
軸、７……超音波信号ビームの軸、８，８′，
８″……固体粒子、１１，１１′……受信用トラン
スジユーサ、１２，１２′……ミキサ、１３，１
３′……低域通過フイルタ、１４，１４′……周波
数弁別器、１５……補正器、１６，１６′……増
幅器、１７，１７′……自動振幅調整器、１８…
…差動増幅器。
音波流速流量計の構成を示すブロツク図である。
第２図は第１の発明の一実施例であるドツプラー
シフトを利用した超音波流速流量計の構成を示す
ブロツク図である。第３図は第２図に示す構成の
主要部の波形を示す。第４図は第２の発明の一実
施例の構成を示すブロツク図である。 １……発振器、２，２′……送信用トランスジ
ユーサ、３，１０……プラスチツクくさび、４…
…管路、５……被測定流体、６……管路の中心
軸、７……超音波信号ビームの軸、８，８′，
８″……固体粒子、１１，１１′……受信用トラン
スジユーサ、１２，１２′……ミキサ、１３，１
３′……低域通過フイルタ、１４，１４′……周波
数弁別器、１５……補正器、１６，１６′……増
幅器、１７，１７′……自動振幅調整器、１８…
…差動増幅器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 送信信号としての、特定周波数の電気信号を
発生させて、送信用トランスジユーサ２に対して
供給する信号発振手段１と、 信号発振手段１からの送信信号を超音波信号に
変換して、管路４内の被測定流体５中に第一の超
音波信号ビームとして送信する第一の送信用トラ
ンスジユーサ２と、 被測定流体５中に存在する固体粒子８からの、
該第一の超音波信号ビームの第一の反射波を受信
し、第一の受信信号としての電気信号に変換して
出力する第一の受信用トランスジユーサ１１と、 信号発振手段１からの送信信号の周波数と第一
の受信用トランスジユーサ１１からの第一の受信
信号の周波数と第一の差の周波数を検出して、該
周波数を表わす第一のドツプラーシフト信号を出
力する第一のドツプラーシフト検出手段１２，１
３，１４とを含み、 上記第一の送信用トランスジユーサ２は、該ト
ランスジユーサから送信される第一の超音波信号
ビームの軸７が管路４の中心軸６上流側に対して
鋭角で斜交するように、管路４の管壁上に配設さ
れ、 上記第一の受信用トランスジユーサ１１は、該
トランスジユーサにより受信される第一の反射波
に対する指向性の中心軸が、第一の送信用トラン
スジユーサ２から送信される第一の超音波信号ビ
ームの軸７と略々共通になるように、第一の送信
用トランスジユーサ２に隣接して配設された超音
波流速流量計において、 信号発振手段１からの送信信号を超音波信号に
変換して、管路４内の被測定流体５中に第二の超
音波信号ビームとして送信する第二の送信用トラ
ンスジユーサ２′と、 被測定流体５中に存在する固体粒子８からの、
該第二の超音波信号ビームの第二の反射波を受信
し、第二の受信信号としての電気信号に変換して
出力する第二の受信用トランスジユーサ１１′
と、 信号発振手段１からの送信信号の周波数と第二
の受信用トランスジユーサ１１′からの第二の受
信信号の周波数との第二の差の周波数を検出し
て、該周波数を表わす第二のドツプラーシフト信
号を出力する第二のドツプラーシフト検出手段１
２′，１３′，１４′と、 第一のドツプラーシフト検出手段１２，１３，
１４からの第一のドツプラーシフト信号と第二の
ドツプラーシフト検出手段１２′，１３′，１４′
からの第二のドツプラーシフト信号との差を算出
するドツプラーシフト信号減算手段１８とを付設
して成り、 上記第二の送信用トランスジユーサ２′は、該
トランスジユーサから送信される第二の超音波信
号ビームの軸７′が管路４の中心軸６下流側に対
して鋭角で斜交するように、管路４の管路上に配
設され、 上記第二の受信用トランスジユーサ１１′は、
該トランスジユーサにより受信される第二の反射
波に対する指向性の中心軸が、第二の送信用トラ
ンスジユーサ２′から送信される第二の超音波信
号ビームの軸７′と略々共通になるように、第二
の送信用トランスジユーサ２′に隣接して配設さ
れたことを特徴とする超音波流速流量計。 ２ 送信信号としての、特定周波数の電気信号を
発生させて、送信用トランスジユーサ２に対して
供給する信号発振手段１と、 信号発振手段１からの送信信号を超音波信号に
変換して、管路４内の被測定流体５中に第一の超
音波信号ビームとして送信する第一の送信用トラ
ンスジユーサ２と、 被測定流体５中に存在する固体粒子８からの、
該第一の超音波信号ビームの第一の反射波を受信
し、第一の受信信号としての電気信号に変換して
出力する第一の受信用トランスジユーサ１１とを
含み、 上記第一の送信用トランスジユーサ２は、該ト
ランスジユーサから送信される第一の超音波信号
ビームの軸７が管路４の中心軸６上流側に対して
鋭角で斜交するように、管路４の管壁上に配設さ
れ、 上記第一の受信用トランスジユーサ１１は、該
トランスジユーサにより受信される第一の反射波
に対する指向性の中心軸が、第一の送信用トラン
スジユーサ２から送信される第一の超音波信号ビ
ームの軸７と略々共通になるように、第一の送信
用トランスジユーサ２に隣接して配設され、更
に、 信号発振手段１からの送信信号を超音波信号に
変換して、管路４内の被測定流体５中に第二の超
音波信号ビームとして送信する第二の送信用トラ
ンスジユーサ２′と、 被測定流体５中に存在する固体粒子８からの、
該第二の超音波信号ビームの第二の反射波を受信
し、第二の受信信号としての電気信号に変換して
出力する第二の受信用トランスジユーサ１１′と
を含み、 上記第二の送信用トランスジユーサ２′は、該
トランスジユーサから送信される第二の超音波信
号ビームの軸７′が管路４の中心軸６下流側に対
して鋭角で斜交するように、管路４の管壁上に配
設され、 上記第二の受信用トランスジユーサ１１′は、
該トランスジユーサにより受信される第二の反射
波に対する指向性の中心軸が第二の送信用トラン
スジユーサ２′から送信される第二の超音波信号
ビームの軸７′と略々共通になるように、第二の
送信用トランスジユーサ２′に隣接して配設され
た超音波流速流量計において、 ドツプラーシフト検出手段１２，１３，１４に
対して、第一、第二の受信用トランスジユーサ１
１，１１′からの第一、第二の受信信号を択一的
に交互に供給する信号切換手段２３と、 信号発振手段１からの送信信号と、信号切換手
段２３からの第一、第二の受信信号のいずれか一
方とに応答して、該送信信号の周波数と該第一の
受信信号の周波数との第一の差の周波数、又は、
該送信信号の周波数と該第二の受信信号の周波数
との第二の差の周波数を択一的に検出して、該第
一、第二の周波数の各々を表わす第一、第二のド
ツプラーシフト信号を択一的に交互に出力するド
ツプラーシフト検出手段１２，１３，１４と、 ドツプラーシフト検出手段１２，１３，１４か
ら択一的に交互に出力される第一、第二のドツプ
ラーシフト信号を記憶するドツプラーシフト信号
記憶手段２０と、 ドツプラーシフト検出手段１２，１３，１４、
又は、ドツプラーシフト信号記憶手段２０からの
第一のドツプラーシフト信号と、ドツプラーシフ
ト検出手段１２，，１３，１４、又は、ドツプラ
ーシフト信号記憶手段２０からの第二のドツプラ
ーシフト信号との差を算出するドツプラーシフト
信号減算手段２１とを付設したことを特徴とする
超音波流速流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022279A JPS55113974A (en) | 1979-02-24 | 1979-02-24 | Ultrasonic current and flow meter utilizing doppler's shift |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022279A JPS55113974A (en) | 1979-02-24 | 1979-02-24 | Ultrasonic current and flow meter utilizing doppler's shift |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59271496A Division JPS617417A (ja) | 1984-12-22 | 1984-12-22 | ドツプラ−シフトを利用した超音波流速流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55113974A JPS55113974A (en) | 1980-09-02 |
| JPS6140050B2 true JPS6140050B2 (ja) | 1986-09-06 |
Family
ID=12021130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022279A Granted JPS55113974A (en) | 1979-02-24 | 1979-02-24 | Ultrasonic current and flow meter utilizing doppler's shift |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS55113974A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006226904A (ja) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Water Resources Environment Technology Center | 音響式懸濁物質濃度測定装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6018005B2 (ja) * | 1979-12-16 | 1985-05-08 | 株式会社荏原製作所 | 透過形測定モ−ドと反射形測定モ−ドとを自動切換可能な超音波流速流量計 |
| JPS57147013A (en) * | 1981-03-06 | 1982-09-10 | Hitachi Ltd | Ultrasonic doppler flow meter |
| DE4118810C2 (de) * | 1991-06-07 | 1993-11-18 | Wagner Louise | Vorrichtung zur Messung kleiner Partikel in einem in einem Meßrohr strömenden Medium |
| ATE135825T1 (de) * | 1991-06-07 | 1996-04-15 | Wagner Louise | Vorrichtung zur messung kleiner flüssigkeits- und partikelströme |
| JP4334899B2 (ja) | 2003-02-25 | 2009-09-30 | 大塚電子株式会社 | 電気泳動速度測定装置 |
| CN110850415A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-02-28 | 自然资源部第一海洋研究所 | 一种利用船载多普勒海流计寻找微塑料的方法 |
-
1979
- 1979-02-24 JP JP2022279A patent/JPS55113974A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006226904A (ja) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Water Resources Environment Technology Center | 音響式懸濁物質濃度測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55113974A (en) | 1980-09-02 |
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