WO1995002815A1 - Procede et dispositif de mesure des dephasages - Google Patents

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WO1995002815A1 PCT/JP1994/001138 JP9401138W WO9502815A1 WO 1995002815 A1 WO1995002815 A1 WO 1995002815A1 JP 9401138 W JP9401138 W JP 9401138W WO 9502815 A1 WO9502815 A1 WO 9502815A1
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Seiji Yamaguchi
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Kabushiki Kaisha Toshiba
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Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring a physical quantity such as a concentration of a suspended substance contained in a measurement fluid, a distance to a target object, or a chemical quantity such as a concentration of a chemical substance dissolved in a measurement fluid, by using an electromagnetic wave such as a light wave or a radio wave, or an ultrasonic wave.
  • the present invention relates to an apparatus and a method for measuring a phase difference using sound waves.
  • microwaves have been used as a densitometer that can measure not only the concentration of suspended solids in the measurement fluid but also substances that dissolve in the measurement fluid without any suspended matter adhering to the inner wall of the concentration measurement tube.
  • a densitometer that measures the concentration.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 59-19864 discloses a microphone mouth wave densitometer of this kind.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of a microphone mouth wave densitometer described in the above-mentioned publication.
  • a microwave splicer of frequency f1 oscillated by a microwave oscillator 70 is separated by a splitter 71.
  • One of the microwaves is provided in a concentration measuring tube 73.
  • the light enters the concentration measuring tube 73 via the waveguide 72.
  • a microphone mouth wave propagating in the concentration measuring tube 73 is taken out through another waveguide 74 provided in the concentration measuring tube 73 and input to the mixer 75.
  • the other microwave separated by the splitter 71 is input to another mixer 77 via the phase shifter 76.
  • Both mixers 75 and 77 have the frequency oscillated by the microwave oscillator 78.
  • Micro mouth waves having a wave number of f 2 are input via the splitter 79, respectively.
  • phase delay of the microwave passing through the path B while the measurement fluid not containing the substance to be measured is flowing in the concentration measuring tube 73 is set so that the phase delay of the wave coincides with 6 i.
  • the phase difference between the phase of the microwave passing through the path B and the phase of the microwave passing through the path C in a state where the measurement fluid containing the substance to be measured is flowing in the concentration measuring tube 73 is obtained.
  • the phase lag of the microwave passing through the path B indicates a value proportional to the concentration of the measurement substance contained in the measurement fluid.
  • the concentration is measured by detecting the phase lag of the microphone mouth wave that changes according to the concentration state of the measurement fluid, the following problems may occur.
  • Fig. 15 shows the microwave (Ml) before the phase is delayed by the phase shifter 76, the microwave (M2) whose phase is delayed by the phase shifter 76, and the measurement fluid passing through the path B. It shows the relationship with microwaves (M3) that have a phase lag according to the concentration of.
  • the true phase delay 2 (called in this way to distinguish it from the apparent phase delay 0 2 ′) is zero. ⁇ 3 3 6 0.
  • the rotation speed n 1.
  • true phase lag If is the true phase delay 02 changes in the opposite direction (minus direction) on the corner of the range of 0 ° ⁇ 6 2 ⁇ - 3 6 0 ° , the rotational speed n - - referred to as l.
  • the rotation speed n is assumed to change in the same manner.
  • phase comparator 80 since the true phase delay ⁇ 2 is detected in an apparent phase delay of 6 ', the true phase delay 2 with respect to the concentration of the measured fluid exceeds 360 °. In such a case, the measurement result is apparently low concentration despite high concentration. On the contrary, true phase delay 0 2 is 0. In spite of the following, the measurement result is apparently higher than the actual concentration.
  • the concentration can be determined by detecting the phase delay of the microwave.
  • the above-described problem occurs when the measurement is performed.
  • a method for measuring the concentration that avoids this problem is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H2-223838.
  • the concentration of the measurement fluid can be detected by measuring the speed change that occurs when the microwave passes through the measurement fluid by frequency modulation.
  • the purpose is to provide a measuring device or a phase difference measuring method.
  • the present invention when the angle difference between the phase difference and the phase difference e 2 exceeds 3 6 0 °, or even derconnection if the angular difference becomes 0 ° or less, the precise object to be measured state ( It is an object of the present invention to provide a phase difference measuring device or a phase difference measuring method capable of measuring a physical quantity or a chemical quantity).
  • the present invention provides a phase difference that can accurately measure the concentration of a high-concentration measurement fluid and can easily realize a concentration meter that can accurately measure the concentration of a measurement fluid flowing through a large-diameter concentration measurement tube.
  • An object of the present invention is to provide a measuring apparatus or a phase difference measuring method that accurately measures a distance between a continuously moving object and a moving object.
  • An object of the present invention is to provide a phase difference measuring device or a phase difference measuring method which can easily realize a range finder capable of measuring.
  • the phase difference measuring apparatus of the present invention transmits and receives a signal wave to and from a device under test in a reference state to obtain a first received signal, and transmits and receives a signal wave to and from the device under test to be measured.
  • a signal wave detector that acquires a second received signal; a reference phase difference i that is a phase difference between a transmitted wave of the signal wave and the first received signal; and an apparent difference between the transmitted wave and the second received signal. of 'a phase detector for determining the. phase difference 0 2 of apparent the' phase difference 0 2 the number of times.
  • phase difference 2 'has passed over one reference point is an angle value apparent the within variation range of A phase difference correction unit for obtaining the true phase difference 2 by adding the apparent phase difference 0 2 ′ to the product of the rotation speed n and the angle 360 °
  • the trend detecting unit that continuously detects the increasing / decreasing direction of 0 2 ′, and the apparent phase difference 0 2 ′ detected by the trend detecting unit are:
  • the apparent phase difference 0 2 ′ between the transmission wave and the second reception signal when the signal wave is transmitted / received to / from the DUT in the measurement state while increasing Pass through the reference point
  • the rotation speed n determined in this way is multiplied by the angle 36 CT, and a value obtained by adding the apparent phase difference 2 ′ to the multiplication value nx 360 ° as the true phase difference 2 Desired.
  • the phase difference measuring apparatus of the present invention transmits and receives a signal wave to and from a device under test in a reference state to obtain a first received signal, and transmits and receives a signal wave to and from the device under test to be measured.
  • a signal wave detector that acquires a second received signal; a reference phase difference 0 i that is a phase difference between a transmitted wave of the signal wave and the first received signal; and an apparent difference between the transmitted wave and the second received signal.
  • phase difference correction unit for obtaining the true phase difference 2 by adding the apparent phase difference 0 2 ′ to the product of the rotation speed n and the angle 360 °, your 2 'and an input unit for taking in a predetermined time interval not continuous, the angle range corresponding to the range of one rotation from the reference point
  • Upper range corresponding to a predetermined range including the maximum angle of over the maximum angle to the minimum angle is set, the captured apparent phase difference on the 0 2 'determines whether or not entered the upper range Te
  • An upper range determination unit, and a lower range is set corresponding to a predetermined range including the minimum angle from the minimum angle to the maximum angle in the angle range, and the captured apparent phase difference 0 2 ′ is defined as Whether it is in the lower range Or a lower range determining unit that determines, wherein
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a densitometer according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flow chart showing an operation of a phase difference correction circuit provided in the densitometer of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing calibration curve data set in a signal conversion circuit provided in the densitometer of the first embodiment
  • Fig. 4A shows a state where tap water is flowing through the concentration detection tube.
  • Fig. 4B is a diagram showing a state in which the measurement fluid is flowing through the concentration detection tube.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a circuit device in which a phase difference correction circuit provided in the densitometer of the first embodiment is configured by hardware,
  • FIG. 6 is a flow chart showing the operation of the phase difference correction circuit provided in the densitometer of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of setting an upper range and a lower range in the second embodiment
  • FIG. 8 is a flow chart showing the operation of setting the rotation speed initial value of the rotation speed condition setting device provided in the second embodiment
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a circuit device in which a phase difference correction circuit provided in the densitometer of the second embodiment is configured by hardware,
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a distance meter according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a diagram showing a distance measurement operation of the distance meter according to the third embodiment
  • FIG. 12 is a diagram showing a phase difference between a transmitted wave and a reflected wave in the third embodiment
  • FIG. 13 is a diagram showing calibration curve data set in a distance calculation circuit provided in the distance meter according to the third embodiment
  • Fig. 14 is a block diagram of a densitometer to which the conventional phase difference measurement method is applied.
  • Fig. 15 shows the phase lag of the microphone mouth wave.
  • FIG. 16 is a diagram showing an apparent phase delay angle rotation operation.
  • phase difference measuring device of the present invention is applied to a microwave densitometer.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a microwave densitometer according to the present embodiment.
  • a concentration detection pipe 20 is interposed between upstream pipe 21 and downstream pipe 22 via gate valves 23, 24.
  • the concentration detecting pipe 20 is provided with a water supply valve 26 and a drain valve 27.
  • a water pipe 28 for guiding a reference fluid such as tap water is connected to the water supply valve 26, and a water distribution pipe 29 is connected to the drain valve 27.
  • Concentration detection tubes 20 are provided with aperture windows for the entrance and exit of microphone mouth waves, respectively, at positions facing each other with the tube axis interposed therebetween, and the window windows are provided with antennas via airtight seal packing.
  • Mounting plate is installed. The antenna mounting plate is attached with the transmitting antenna 31 and the receiving antenna 32 in close contact with each other via an insulator.
  • the transmission system of this densitometer is provided with a microphone mouth-wave oscillator 33 for generating a microwave, and the output of the microwave oscillator 33 is. Transmit antenna 3 1 via Worsplitter 3 4 Sent to
  • the receiving system of this densitometer includes a phase difference measurement circuit 35, a phase difference correction circuit 36, a rotation speed condition setting device 37, and a signal conversion circuit 38.
  • the phase difference measurement circuit 35 together with the microwave reception wave from the reception antenna 32, a part of the microphone mouth wave transmission wave is introduced from the power splitter 34 as a reference signal, and the Measure the apparent phase delay of the received wave with respect to the microphone mouth wave transmitted wave.
  • the phase difference correction circuit 36 obtains the true phase delay from the apparent phase delay by processing based on the flowchart shown in FIG. 2, and calculates the phase difference between the true phase delay and the reference phase delay. calculate.
  • the rotation speed condition setting device 37 is used to set the rotation speed n when the power of the densitometer is turned on.
  • the rotation speed operation mode is selected.
  • the number of revolutions and mode 2 can be set to 0) and the correct number of revolutions n can be set manually.
  • the calibration curve data shown in FIG. 3 is set, and the density value corresponding to the phase difference ⁇ 0 input from the phase difference correction circuit 36 is obtained based on the calibration curve data. It is converted into a current signal corresponding to the density value and output.
  • a reference fluid having zero concentration for example, tap water
  • the phase delay means the delay of the phase of the microphone mouth wave reception wave with respect to the microphone mouth wave transmission wave in the phase difference measurement circuit 35.
  • the drain valve 27 is opened to discharge the measuring fluid such as sludge in the pipe 20 and then the water supply valve 26 After opening the pipe and supplying tap water to clean the dirt in the pipe 20, the drain valve 27 is closed to fill the pipe 20 with the tap water.
  • a microwave signal is generated from the microwave oscillator 33
  • the microwave is converted into a power splitter 34. Is transmitted from the transmitting antenna 31, propagates through the tap water in the pipe 20, and is received by the receiving antenna 32.
  • the microwave mouth wave received by the receiving antenna 32 is sent to the phase difference measuring circuit 35. A part of the microphone mouth wave transmission wave is transmitted from the power splitter 34 to the phase difference measurement circuit 35.
  • phase difference measuring circuit 35 measures the reference phase delay 0 1 relates by connexion reference fluid on a comparison of the microwave transmission wave and microwave receiving wave, a phase difference correction circuitry the measured reference phase delay ⁇ 3 Send to 6 for storage.
  • phase difference correction circuit 36 0 is set as an initial value of the rotation speed from the rotation speed condition setting device 37.
  • the drain valve 27 is opened to drain the tap water in the pipe 20, and then the gate valves 23 and 24 are opened to flow the measurement fluid containing the substance to be measured.
  • a microwave signal is transmitted from the microwave oscillator 33.
  • This microwave signal is sent to the transmitting antenna 31 and the phase difference measuring circuit 35 via the power splitter 34 as described above.
  • Microwave emitted from transmitting antenna 31 When the wave propagates through the fluid to be measured in the concentration detection tube 20 and reaches the receiving antenna 32 as shown in FIG. 4B, the receiving antenna 32 changes the phase according to the concentration of the fluid to be measured. Outputs a microphone mouth wave signal with a delay.
  • the phase difference measurement circuit 35 measures the apparent phase delay 0 2 ′ of the microphone mouth wave signal having a phase delay according to the concentration of the fluid to be measured. Microwaves are transmitted momentarily while the measurement fluid containing the substance to be measured is flowing, and the apparent phase delay ′ is measured by the phase difference measurement circuit 35, and the phase difference is corrected to the phase difference correction circuit 36. Send out sequentially.
  • phase difference correction circuit 36 takes in the apparent phase delay ⁇ 2 ′ from the phase difference measurement circuit 35 at every minute time ⁇ t, and executes the following processing.
  • phase delay 0 If the differential value of 'is positive and the phase delay S' passes through 0 °, the apparent phase delay 0 2 'actually measured is 0. ⁇ ⁇ n 'is observed to be between 360 °, but the true phase delay 0 2 is actually 360. ⁇ 6 2 and 7 2 0. Change the number of revolutions from 0 to 1 because it is between
  • the signal conversion circuit 37 receives the phase difference ⁇ 0 from the phase difference correction circuit 36, the signal conversion circuit 37 calculates the density according to the calibration curve data representing the relationship between the density and the phase difference, converts the density into a signal corresponding to this density, and outputs it. I do. For example, if the concentration measurement range is 0 to 10%, the corresponding current signal of 4 to 20 mA is output.
  • the specified rotation speed is used as the initial value according to the mode set in the rotation speed condition setting device 37. If mode 1 is selected in the speed conditioner 37, the speed n before the power is turned off is set. If mode 2 is selected, the speed 0 is set.
  • the rotational speed to which the true phase delay 2 belongs is always grasped, and the product of the rotational speed ⁇ ⁇ 360 ° is added to the apparent phase delay ⁇ 2 ′. Since true phase delay 0 2 is calculated, true phase delay e 2 is 360. Less than An accurate true phase delay e 2 can be obtained even above or below 0 °. Therefore, it is possible to measure the concentration of a high-concentration fluid to be measured such that the true phase delay e 2 rotates many times, and it is also possible to measure the concentration using a large-diameter pipe.
  • One hundred and eighty From +1 to 80. In this case, it may be configured to determine whether or not the apparent phase delay 0 2 ′ has made one rotation.
  • One one eighty. Is defined as the reference point, the apparent phase delay 0 2 ′ depends on the polarity of the derivative of the apparent phase delay 0 2 ′ and whether the apparent phase delay 0 9 ′ has passed ⁇ 180 °. Judge rotation.
  • ⁇ ⁇ '/ dt is negative and apparent phase delay ⁇ ' is -180.
  • d 0 2 '/ dt is positive, and apparent phase delay 0 2 ' is -180.
  • the function of the phase difference correction circuit 36 is realized by software, but it can also be realized by a hardware circuit.
  • FIG. 5 is a diagram showing a circuit device in which the function of the phase difference correction circuit 36 is configured by hardware.
  • the apparent phase delay 0 2 ′ from the phase difference measuring circuit 35 is input to the differentiating circuit 41, the first comparator 42, and the second comparator 43.
  • a signal indicating the polarity (positive or negative) of the time differential value of the phase delay 2 ′ from the differentiating circuit 41 is input to the first and second AND circuits 44 and 45.
  • the first comparator 4 2 has an apparent phase delay of 0 2 ′ 360 ° is set as the threshold value for detecting that the temperature exceeds 360 °.
  • the apparent phase delay 0 2 ′ is 0.
  • 0 ° is set as the threshold for detecting the following.
  • the first comparator 42 has an apparent phase delay 0 2 ′ of 360. When it changes from, the rotation speed increase signal is output to the first AND circuit 44. In the second comparator 43, the apparent phase delay 0 2 ′ is 0. When it changes from, the rotation speed reduction signal is output to the second AND circuit 45.
  • the first AND circuit 44 has a phase lag. The condition is satisfied when the time derivative of is positive and the rotation speed increase signal is input, and the up signal is output to the up terminal of the up / down counter 46.
  • the second AND circuit 45 outputs the down signal to the down terminal of the up / down counter 46 when the time differential value of the phase delay 0 2 ′ is negative and the rotation speed reduction signal is input, and the condition is satisfied.
  • a true value operation circuit 48 is connected to the output terminal of the up counter 46.
  • the true value arithmetic circuit 48 calculates the true phase delay 2 by executing the calculation of the above equation (1).
  • the output of the true value calculation circuit 48 is input to the subtraction circuit 49, and the above equation (2) is calculated to calculate the phase difference ⁇ 0.
  • This embodiment is an example in which the functions of the phase difference correction circuit and the rotation speed condition setting device in the first embodiment are changed.
  • the components other than the phase difference correction circuit and the rotation speed condition setting device are the same as the corresponding components of the first embodiment.
  • the phase difference correction circuit 38 'of the present embodiment (the phase difference correction circuit of the present embodiment is denoted by reference numeral 38' to distinguish it from the phase difference correction circuit 38 of the first embodiment) is shown in the flow chart of FIG. Calculate the true phase lag 0 2 based on Further, the rotation speed condition setting device 37 ′ in the present embodiment (the phase difference correction circuit of the present embodiment is denoted by reference numeral 37 ′ to distinguish it from the rotation speed condition setting device 37 of the first embodiment)
  • the rotation speed n at the time of closing is determined based on the flow chart shown in FIG.
  • the fluctuation range of ' is 0 as shown in Fig. 7. ⁇ 360. It is. This 0. 0 in the angle range of ⁇ 360 °. From 360.
  • the predetermined range to the side is the lower range. Also 0. ⁇ 360. 360 in the angular range of. From 0.
  • the predetermined range to the side is the upper range.
  • a range of 240 ° to 360 ° can be set as the upper range, and a range of 260 ° to 360 ° is typically set as the upper range.
  • the range from 0 ° to 120 ° can be set as the lower range, and the range from 0 ° to 100 ° is set as the lower range as standard.
  • the upper range, the lower range, and an arbitrary rotation speed initial value n described above are manually set, and the high concentration threshold Xma ⁇ and the minus concentration threshold are manually set.
  • the high concentration threshold x max is a maximum value that can be expected as the concentration value of the measurement object, or a high value that cannot be taken by the measurement object.
  • the minus concentration threshold x min occurs even if the zero point drifts to the minus side when the reference phase difference is set to the zero point. It is a low value that cannot be stuck.
  • the microphone mouth wave is transmitted to the reference fluid composed of tap water, and the phase delay i of the received microwave wave is measured. And stored in the phase difference correction circuit 36 ′.
  • a microwave is transmitted to the measurement fluid containing the measurement substance, and the apparent phase delay 2 'is measured in a short period (for example, every 5 seconds). Every time the apparent delay 2 ′ is measured, the process based on the flowchart shown in FIG. 6 is executed to calculate the true phase delay 2 and the phase difference.
  • the rotation speed n is not changed.
  • the rotation speed condition setting unit 37 'always takes in the latest rotation speed n determined by the phase difference correction circuit 36' and stores it in a non-volatile memory (not shown).
  • the rotation speed condition setting device 37 ' holds the rotation speed n immediately before the power is turned off, even after the power of the densitometer is turned off or artificially turned off.
  • the phase difference correction circuit 36 'and the signal conversion circuit 38 rotate at the speed n (the hold value of the nonvolatile memory) immediately before the power is turned off. Is used to calculate the concentration.
  • the rotation speed condition setting device 37 captures the calculated concentration value X calculated using the rotation speed n immediately before the power is turned off.
  • the rotation speed condition setting device 3 7 Manually set the desired number of revolutions n from o
  • the rotation speed n determined as described above is input to the phase difference correction circuit 36 '.
  • the subsequent processing is changed from the rotational speed condition setting device 37' based on the reset rotational speed n.
  • the present embodiment 0.
  • the rotational speed of the apparent phase delay ⁇ ′ can be accurately grasped, and the accurate phase difference S can be calculated. Therefore, the phase delay is 360.
  • the concentration of the high-concentration measurement fluid can be measured accurately, and the concentration can be measured accurately even with a large-diameter concentration detection tube.
  • the high-concentration threshold value Xma ⁇ and the negative-concentration threshold value Xffli D are set in the rotation speed condition setting device 37 '.
  • the concentration of the current measured fluid is compared by comparing the calculated concentration value X calculated at the number of revolutions n immediately before turning off the power when the power of the densitometer is turned on, with the high concentration threshold X na ⁇ or the minus concentration threshold x miD Since the optimum rotation speed is determined according to the conditions, etc., the accurate rotation speed can be maintained even after the power of the concentration meter is turned on again.
  • the lower range and the upper range are set in the range of 0 ° to 360 °, but ⁇ 180 ° to 180 °.
  • the rotation speed n may be determined by setting a lower range and an upper range in the range described above. If the phase lag is measured in the range of 180 ° to 180 °, the angle will be 180 ° in the angle range of 180 ° to 180 °. From +1 to 80.
  • the predetermined range to the side is the lower range. Also-180. ⁇ + 180. In the above angle range, a predetermined range from + 180 ° to 180 ° is defined as an upper range.
  • the function of the phase difference correction circuit 36 ′ is realized by software, but it can also be realized by a hardware circuit.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a circuit device in which the function of the phase difference correction circuit 36 'in the second embodiment is realized by a hardware circuit.
  • the same parts as those of the circuit device shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
  • the apparent phase delay ⁇ 2 ′ from the phase difference measurement circuit 35 is input to the upper range determination unit 51 and the lower range determination unit 52.
  • the upper range determination unit 51 sets the above upper range (for example, 260 ° to 360 °). If the apparent phase delay 0 2 ′ is within the upper range, the upper range detection signal is output. Output You.
  • the lower range judging unit 52 is configured to output the lower range (for example, 0 ° to
  • the upper range detection signal and the lower range detection signal are input to the decoder 53.
  • the decoder 53 converts the upper range detection signal into data D1, the lower range detection signal into data D2, and inputs other than the upper range detection signal and lower range detection signal into data D3, and converts the data into FIFO D3.
  • the AND circuit 55 outputs a downcount signal when the AND condition between the upper range detection signal and the data D2 is satisfied. No.
  • the AND circuit 56 of 2 is used to connect the lower range detection signal and data D1.
  • the configuration from the up-down counter 46 to the subtractor 4 that outputs an up-count signal when the AND condition is satisfied is the same as the circuit device shown in FIG.
  • the concentration detection pipe 20 is arranged so as to be sandwiched between the upstream pipe 21 and the downstream pipe 22.
  • a fluid intake container is provided in the flow pipe of the fluid to be measured, or a bypass pipe is provided. Then, the above technique is applied to these containers and bypass pipes, and this is also included in the scope of the present invention.
  • the present invention relates to a lightwave distance meter that measures the distance between two points using electromagnetic waves such as light waves and radio waves, or signal waves such as ultrasonic waves. It can be applied to, radio rangefinder or ultrasonic rangefinder.
  • This embodiment is an example in which the present invention is applied to a lightwave distance meter.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of a lightwave distance meter according to the third embodiment.
  • the lightwave distance meter according to the present embodiment is configured such that an oscillation signal output from an oscillator 61 having a predetermined oscillation frequency is input to a transmitter 63 via a demultiplexer 62, and an object is transmitted from the transmitter 63. 6 Transmit the transmission wave toward 4.
  • the reflected wave from the object 64 on which the transmitted wave is incident is received by the receiver 65 and converted into an electrical reception signal.
  • the phase difference measuring circuit 66 is connected to the output terminal of the receiver 65.
  • the phase difference measurement circuit 66 receives the reception signal from the receiver 65, receives the transmission signal having the same phase as the transmission wave from the splitter 62, and detects the phase delay of the reception signal with respect to the transmission signal.
  • the phase difference correction circuit 67 connected to the output terminal of the phase difference measurement circuit 66 calculates the phase difference ⁇ S by performing the same processing as in FIG. 2 or FIG. Output to 8.
  • the distance calculation circuit 68 stores the calibration curve data shown in FIG. 14, calculates the movement distance X based on the phase difference ⁇ 0 from the phase difference correction circuit 67, and measures the movement distance X. The distance X is calculated by adding the distance b from the point to the target before movement.
  • the signal conversion circuit 69 outputs a current signal as a distance measurement signal corresponding to the distance.
  • an object 64 is arranged at the reference point B shown in FIG. 11, and a transmission wave is transmitted to the object 64 and a reflected wave is received.
  • the phase of the reflected wave with respect to the transmitted wave is shifted at an angle e ⁇ according to the distance b between A and B as shown in Fig. 12.
  • the reference phase difference ⁇ which is the phase difference between the transmitted wave and the received wave at the reference position B, is measured by the phase difference measuring circuit 66 and input to the phase difference correcting circuit 67.
  • the distance from the point B to the object 64 is changed by a predetermined distance, and the phase difference S 2 ′ between the transmitted wave and the received wave at each distance is measured by the phase difference measuring circuit 66.
  • -A phase difference of ⁇ j occurs.
  • the phase difference 0 2 ′ at each point C is input to the phase difference correction circuit 68.
  • the input to the distance calculating circuit 6 8 calculates the difference between the true phase difference 0 2 and the reference position phase difference Prefecture.
  • phase difference correction circuit 66 obtains the true phase difference 0 2 from the apparent phase difference 2 ′ input from the phase difference measurement circuit 66 by the processing based on FIG. Calculate ⁇ .
  • the distance X from the reference position ⁇ is obtained by calculating ⁇ 3 ⁇ 0. Further, the distance X from the point A to the object 64 is calculated by adding the distance b from the point ⁇ to the point ⁇ to the distance X.
  • the distance X calculated in this manner is converted into a current signal by the signal conversion circuit 69.
  • the distance X can be measured accurately.
  • the present invention can be applied to a radiowave distance meter or an ultrasonic distance meter with the same configuration principle as that of a lightwave distance meter.
  • the present invention is applied to a densitometer or a distance meter.
  • the present invention can be applied to other types of devices that measure a physical quantity or a stoichiometric quantity using a phase difference.

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Description

明 細 書 位相差測定装置及び方法
[技術分野]
本発明は、 測定流体に含まれた懸濁物質の濃度， 対象物ま での距離などの物理量、 又は測定流体に溶解した化学物質の 濃度などの化学量を、 光波や電波といった電磁波、 又は超音 波を用いて測定する位相差測定装置及び方法に関する。
[背景技術]
最近、 濃度測定用管の内壁に懸濁物質の付着がなく、 測定 流体中の懸濁物質の濃度のみならず測定流体中に溶解する物 質まで測定可能な濃度計として、 マイク ロ波を用いて濃度を 測定する濃度計がある。 特開昭 5 9 - 1 9 8 4 6号公報にこ の種のマイク口波濃度計が開示されている。
第 1 4図は、 上記公開公報に記載されているマイ ク口波濃 度計の構成図である。 この濃度計は、 マイ クロ波発振器 7 0 で発振された周波数 f 1のマイ ク 口波を分波器 7 1で分離し. その一方のマイ ク ロ波を濃度測定用管 7 3に設けた導波管 7 2を介して濃度測定用管 7 3に入射する。 濃度測定用管 7 3内を伝播するマイク口波を濃度測定用管 7 3に設けた他 の導波管 7 4を介して取り出し ミキサ 7 5に入力する。
—方、 分波器 7 1で分離したもう一方のマイクロ波を移相 器 7 6を介してもう一つの ミキサ 7 7に入力する。 双方の ミ キサ 7 5 , 7 7には、 マイ クロ波発振器 7 8で発振された周 波数 f 2のマイ ク 口波が分波器 79を介してそれぞれ入力さ れる。 各ミキサ 7 5, 77で周波数 と f 2のマイ ク ロ波 を混合して周波数 ί 3 = f 1— f 2の低周波信号を取出し、 それぞれ位相比較器 80に入力される。 そして、 位相比較器 80において、 一方の ミキサ 7 5からの低周波信号と他方の ミ キサ 77からの低周波信号との位相差を検出している。 ここで、 濃度測定用管 73に測定物質が含まれていない測 定流体が流れている状態で経路 Bを通過したマイ ク ロ波の位 相遅れが であったとすると、 経路 Cを通過するマイ クロ 波の位相遅れが 6 i と一致するように移相器 76の遅れ位相 を設定する。
これにより、 濃度測定用管 73に測定物質が含まれている 測定流体が流れている状態で経路 Bを通過したマイ ク ロ波の 位相と経路 Cを通過したマイ クロ波の位相との位相差を位相 比較器 80で測定すれば、 経路 Bを通過したマイ クロ波の位 相遅れが測定流体に含まれている測定物質の濃度に比例した 値を示すこ とになる。
ところが、 測定流体の濃度状態に応じて変化するマイ ク口 波の位相遅れを検出するこ とにより濃度を測定すると、 次の ように不具合が発生する可能性がある。
第 1 5図は、 移相器 76で位相を遅らせる前のマイ ク ロ波 (M l ) と、 移相器 76で位相を遅らせたマイクロ波 （M2) と、 経路 Bを通過して測定流体の濃度に応じた位相遅れを持 つたマイクロ波 （M3) との関係を示している。
測定流体の濃度が高く なるのに応じてマイクロ波 （M3) のマイ クロ波 （M l ) に対する位相遅れ 2 は大き く なる。 そのため、 測定流体の濃度が高濃度の場合、 第 1 6図に示す ように、 位相遅れ θ η が 3 6 0 ° を越える可能性がある。 位 相遅れ 02 が 36 0 ° を越えたと してもみかけ上の位相遅れ θ 2 ' は 0。 〜 36 0。 の間にあることになる。
なお、 真の位相遅れ 2 (みかけ上の位相遅れ 02 ' と区 別するためこのように呼ぶ） が、 0。 ≤ Θ く 3 6 0。 の角 度範囲にある場合は、 真の位相遅れ e2 が 1回転していない ので回転数 n = 0 と呼び、 真の位相遅れ りが 1 回転 し て 3 6 0。 ≤ 2 く 7 2 0。 の範囲にある場合は、 回転数 n = 1 と呼ぶ。 また、 真の位相遅れ 。 が逆方向 （マイナス方向） に変化して真の位相遅れ 02 が 0 ° < 62 ≤— 3 6 0 ° の角 度範囲にある場合は、 回転数 n - - l と呼ぶ。 回転数 nは同 様にして変化するものとする。
位相比較器 80では、 真の位相遅れ ^ 2 がみかけ上の位相 遅れ 6り ' の状態で検出されるので、 測定流体の濃度に対す る真の位相遅れ 2 が 3 6 0 ° を越えている場合には、 高濃 度であるにも拘らずみかけ上は低濃度であるような測定結果 となる。 また、 その逆に真の位相遅れ 02 が 0。 以下である のも拘らず、 みかけ上は現実より も高い濃度であるかのよう な測定結果となる。
また、 濃度測定用管 7 3におけるマイ ク口波の伝播距離が 長く なると、 その伝播距離の長さに応じて位相遅れ S。 が大 きく なり、 前記と同様な問題が生じる。
なお、 マイ ク ロ波の位相遅れを検出するこ とにより濃度を 測定すると以上のような問題が生じるが、 この問題を回避し た濃度測定方法が特開平 2 - 2 3 8 3 4 8号公報に開示され ている。 この公開公報に開示された技術によれば、 マイ クロ 波が測定流体を通過するときに起こる速度変化を周波数変調 によつて測定するこ とにより測定流体の濃度を検出すること ができる。
[発明の開示]
本発明は、 以上のような実情に鑑みてなされたもので、 基 準状態にある被測定物に信号波を送受波したときの送信波と 受信波との位相差 と、 測定状態にある被測定物に信号波 を送受波したときの送信波と受信波との位相差 0 2 とから、 その両者の差厶 = 2 - θ 1 から物理量または化学量を測 定するのに最適な位相差測定装置または位相差測定方法を提 供することを目的とする。
本発明は、 位相差 と位相差 e 2 との角度差が 3 6 0 ° を越えた場合、 又はその角度差が 0 ° 以下になった場合であ つても、 正確に被測定物の状態 （物理量または化学量） を測 定することのできる位相差測定装置または位相差測定方法を 提供することを目的とする。
本発明は、 高濃度の測定流体の濃度を正確に測定すること ができ、 また大口径の濃度測定管に流れる測定流体の濃度を 正確に測定することができる濃度計を容易に実現できる位相 差測定装置または位相差測定方法を提供することを目的とす 本発明は、 連続的に移動する対象物との間の距離を正確に 測定することができる距離計を容易に実現できる位相差測定 装置または位相差測定方法を提供することを目的とする。
本発明の位相差測定装置は、 基準状態にある被測定物に信 号波を送受波して第 1受信信号を取得し、 測定すべき状態に ある被測定物に信号波を送受波して第 2受信信号を取得する 信号波検出部と、 前記信号波の送信波と前記第 1受信信号と の位相差となる基準位相差 i 、 及び前記送信波と前記第 2 受信信号とのみかけ上の位相差 0 2 ' を求める位相検出部と. 前記みかけ上の位相差 0 2 ' の変動範囲内の 1つの角度値で ある基準点を前記みかけ上の.位相差 2 ' が通過した回数を 示す回転数 n と角度 3 6 0 ° との乗算値に、 前記みかけ上の 位相差 0 2 ' を加算して、 前記真の位相差 2 を求める位相 差補正部と、 前記みかけ上の位相差 0 2 ' の増加減少方向を 連続的に検出する傾向検出部と、 前記傾向検出部で検出され たみかけ上の位相差 0 2 ' が増加しながら前記基準点を通過 したことを検出したならば前記回転数 nを n = n + 1 に変更 する第 1の回転数変更部と、 前記傾向検出部で検出されたみ かけ上の位相差 0 2 ' が減少しながら前記基準点を通過した ことを検出したならば前記回転数 nを n = n — 1 に変更する 第 2の回転数変更部と、 前記真の位相差 2 と前記基準位相 差 0 j との角度差 に対応して前記被測定物の状態測定情 報を出力する測定情報出力部とを具備する。
以上のように構成された本発明では、 測定状態にある被測 定物に信号波を送受波したときの送信波と第 2受信信号との みかけ上の位相差 0 2 ' が、 増加しながら基準点を通過する 度に回転数 nが n = n + 1 に変更され、 またみかけ上の位相 差 2 ' が減少しながら基準点を通過する度に回転数 nが n = n— 1 に変更される。 そして、 このようにして決定された 回転数 nに角度 3 6 CT を掛け、 その乗算値 n x 3 6 0 ° に みかけ上の位相差 2 ' が加算された値が真の位相差 2 と して求められる。
本発明の位相差測定装置は、 基準状態にある被測定物に信 号波を送受波して第 1受信信号を取得し、 測定すべき状態に ある被測定物に信号波を送受波して第 2受信信号を取得する 信号波検出部と、 前記信号波の送信波と前記第 1受信信号と の位相差となる基準位相差 0 i 、 及び前記送信波と前記第 2 受信信号とのみかけ上の位相差 0 2 ' を求める位相検出部と 前記みかけ上の位相差 0 2 ' の変動範囲内の 1つの角度値で ある基準点を前記みかけ上の位相差 0 2 ' が通過した回数を 示す回転数 n と角度 3 6 0 ° との乗算値に、 前記みかけ上の 位相差 0 2 ' を加算して、 前記真の位相差 2 を求める位相 差補正部と、 前記みかけ上の位相差 2 ' を連続的ではなく 所定の時間間隔で取り込む入力部と、 基準点から 1回転の範 囲に相当する角度範囲において最大角度から最小角度にかけ ての前記最大角度を含む所定範囲に対応して上範囲が設定さ れ、 前記取り込まれたみかけ上の位相差 0 2 ' が前記上範囲 入っているか否か判断する上範囲判定部と、 角度範囲におい て前記最小角度から前記最大角度にかけての前記最小角度を 含む所定範囲に対応して下範囲が設定され、 前記取り込まれ たみかけ上の位相差 0 2 ' が前記下範囲内に入っているか否 か判断する下範囲判定部と、 前記上範囲判定部で前記みかけ 上の位相差 2 ' が前記上範囲に入っていると判断され、 且 つ次に取り込まれた前記みかけ上の位相差 2 が前記下範 囲判定部により前記下範囲に入っていると判断されたならば、 前記回転数 nを n = n 十 1 に変更する第 1 の回転数変更部と、 前記下範囲判定部で前記みかけ上の位相差 2 ' が前記下範 囲に入っていると判断され、 且つ次に取り込まれた前記みか け上の位相差 2 ' が前記上範囲判定部により前記上範囲に 入っていると判断されたならば、 前記回転数 nを n = n — 1 に変更する第 2の回転数変更部と、 前記真の位相差 2 と前 記基準位相差 0 との角度差 Δ Θに対応して前記被測定物の 状態測定情報を出力する測定情報出力部とを具備している。
以上のように構成された本発明では、 上範囲判定部でみか け上の位相差 0 2 ' が上範囲に入っていると判断され、 且つ 次に取り込まれたみかけ上の位相差 0 2 ' が下範囲判定部に より下範囲に入っていると判断されたならば、 回転数 ηが η = η + 1に変更される。 又、 下範囲判定部でみかけ上の位相 差 0 2 ' が下範囲に入っていると判断され、 且つ次に取り込 まれたみかけ上の位相差 0 2 ' が上範囲判定部により上範囲 に入っていると判断されたならば、 回転数 riが η = η — 1に 変更される。 そして、 このようにして決定された回転数 ηに 角度 3 6 0。 を掛け、 その乗算値 n x 3 6 0。 にみかけ上の 位相差 0 2 ' が加算された値が真の位相差 0 2 として求めら れる 0 [図面の簡単な説明]
第 1図は、 本発明の第 1実施例に係る濃度計の構成図、 第 2図は、 第 1実施例の濃度計に備えた位相差補正回路の 動作を示すフ ローチヤ 一 ト、
第 3図は、 第 1実施例の濃度計に備えた信号変換回路に設 定された検量線データを示す図、
第 4図 Aは、 濃度検出用管に水道水を流している状態を示 す図、
第 4図 Bは、 濃度検出用管に測定流体を流している状態を 示す図、
第 5図は、 第 1実施例の濃度計に備えた位相差補正回路を ハー ドウエアで構成した回路装置の構成図、
第 6図は、 第 2実施例の濃度計に備えた位相差補正回路の 動作を示すフ ローチヤ 一 ト、
第 7図は、 第 2実施例における上範囲及び下範囲の設定例 を示す図、
第 8図は、 第 2実施例に備えた回転数条件設定器の回転数 初期値設定動作を示すフ ローチャ ー ト、
第 9図は、 第 2実施例の濃度計に備えた位相差補正回路を ハー ドウエアで構成した回路装置の構成図、
第 1 0図は、 本発明の第 3実施例に係る距離計の構成図、 第 1 1図は、 第 3実施例に係る距離計の距離測定動作を示 す図、
第 1 2図は、 第 3実施例における送信波と反射波との位相 差を示す図、 第 1 3図は、 第 3実施例の距離計に備えた距離演算回路に 設定した検量線データを示す図、
第 1 4図は、 従来の位相差測定方式が適用された濃度計の 構成図、
第 1 5図は、 マイ ク口波の位相遅れを示す図、
第 1 6図は、 みかけ上の位相遅れ角の回転動作を示す図。
[実施の最良の形態]
以下、 本発明の位相差測定装置をマイ クロ波濃度計に適用 した第 1実施例について説明する。
第 1図は、 本実施例に係るマイクロ波濃度計の構成図であ る。 このマイクロ波濃度計は、 濃度検出用管 2 0が上流側配 管 2 1 と下流側配管 2 2との間に仕切り弁 2 3 , 2 4を介し て介在されている。 この濃度検出用管 2 0には、 給水バルブ 2 6及び排水バルブ 2 7が設けられている。 給水バルブ 2 6 には水道水等の基準流体を導く ための水道管 2 8が接続され、 また排水バルブ 2 7には配水管 2 9が接続されている。
濃度検出用管 2 0は、 管軸を挟んで相対向する位置にそれ ぞれマイク口波入射 · 出射用の開口窓部が形成され、 この開 口窓部に気密用シールパツキンを介してアンテナ取付け用板 が取付けられている。 このァンテナ取付け用板は絶縁物を介 して送信アンテナ 3 1及び受信アンテナ 3 2が密着して取付 けられる。
この濃度計の送信系には、 マイ クロ波を発生するためのマ イク口波発振器 3 3が設けられ、 このマイ クロ波発振器 3 3 の出力は、 ノ、。ワースプリ ッタ 3 4を介して送信アンテナ 3 1 へ送られる。
—方、 この濃度計の受信系は、 位相差測定回路 3 5.と、 位 相差補正回路 3 6と、 回転数条件設定器 3 7と、 .信号変換回 路 3 8とを備えている。 位相差測定回路 3 5は、 受信アンテ ナ 3 2からのマイクロ波の受信波と共に、 参照信号と して前 記パワースプリ ッタ 3 4からマイ ク口波送信波の一部が導入 され、 そのマイク口波送信波に対する受信波のみかけ上の位 相遅れを測定する。 位相差補正回路 3 6は、 第 2図に示すフ ローチャー トに基づいた処理により、 みかけ上の位相遅れか ら真の位相遅れを求め、 その真の位相遅れと基準位相遅れと の位相差 を算出する。 回転数条件設定器 3 7は、 濃度計 の電源を投入した時の回転数 nの設定を行うためのものであ り、 回転数動作モー ドの選択 （モー ド 1 は、 電源 0 F F直前 の回転数、 モー ド 2は回転数 0 ) と、 正しい回転数 nを手動 設定とを行う こ とができる。 信号変換回路 3 8は、 第 3図に 示す検量線データが設定されており、 位相差補正回路 3 6か ら入力する位相差 Δ 0に対応する濃度値を検量線データに基 づいて求め、 その濃度値に対応した電流信号に変換して出力 する。
次に、 以上のように構成された本実施例に係るマイ クロ波 を用いる濃度計の濃度測定動作について説明する。
先ず、 濃度検出用管 2 0内に濃度ゼロの基準流体 （例えば 水道水） を導入して基準位相遅れ 〗 を測定する。 こ こで、 位相遅れとは位相差測定回路 3 5でのマイ ク口波送信波に対 するマイク口波受信波の位相の遅れを意味する。 この基準位相遅れ 6 の測定に際し、 仕切弁 2 3 , 2 4を 閉成した後、 排水バルブ 2 7を開けて管 2 0内の汚泥など測 定流体を排出し、 しかる後、 給水バルブ 2 6を開けて水道水 を供給して管 2 0内の汚れを洗浄した後、 排水バルブ 2 7を 閉じて管 2 0内に水道水を満ぱい状態にする。
このようにして水道水を満ぱい状態にした後、 第 4図 Aに 示すように、 マイ クロ波発振器 3 3からマイ クロ波信号を発 生すると、 このマイ クロ波はパワースプリ ッタ 3 4を通って 送信アンテナ 3 1から送信され、 管 2 0内の水道水を伝播し て受信アンテナ 3 2によって受信される。 この受信アンテナ 3 2によるマイ ク口波受信波は位相差測定回路 3 5へ送られ る。 この位相差測定回路 3 5にはパワースプリ ッ タ 3 4から マイ ク口波送信波の一部が送られてきている。
位相差測定回路 3 5では、 マイクロ波送信波とマイ クロ波 受信波との比較によつて基準流体に関する基準位相遅れ 0 1 を測定し、 この測定された基準位相遅れ } を位相差補正回 路 3 6へ送出して記憶させる。 また、 位相差補正回路 3 6に は回転数条件設定器 3 7から回転数の初期値として 0が設定 される。
しかる後、 排水バルブ 2 7を開けて管 2 0内の水道水を排 出した後、 仕切弁 2 3 , 2 4を開けて測定物質を含む測定流 体を流す。 この状態でマイ クロ波発振器 3 3からマイ クロ波 信号を発信する。 このマイ クロ波信号は、 前述と同様に、 パ ワースプリ ッ タ 3 4を介して送信アンテナ 3 1 と位相差測定 回路 3 5に送られる。 送信アンテナ 3 1から発したマイ クロ 波が、 第 4図 Bに示すように、 濃度検出用管 2 0内の被測定 流体を伝播して受信アンテナ 3 2に到達すると、 受信アンテ ナ 3 2が被測定流体の濃度に応じた位相遅れを持ったマイ ク 口波信号を出力する。 位相差測定回路 3 5では、 被測定流体 の濃度に応じた位相遅れを持ったマイ ク 口波信号のみかけ上 の位相遅れ 0 2 ' を測定する。 このように測定物質を含む測 定流体を流した状態で時々刻々とマイ クロ波を送信して、 位 相差測定回路 3 5にてみかけ上の位相遅れ ' を測定し位 相差補正回路 3 6へ順次送出する。
ここで、 位相差補正回路 3 6での処理内容について第 2図 を参照して詳しく説明する。 位相差補正回路 3 6は、 微小時 間 Δ t 毎に、 位相差測定回路 3 5からみかけ上の位相遅れ θ 2 ' を取込み、 以下のような処理を実行する。
みかけ上の位相遅れ 0 2 ' を微分して 0 2 ' の増加 Z減少 方向を求める。 そして、 d 0 つ ' Z d tが正であれば、 位相 遅れ 0。 ' が増加して 1回転しているか否か判断する。 みか け上の位相遅れ 0。 ' の微分値が正で、 且つ位相遅れ Sつ ' が 0 ° を通過していれば、 現実に測定されるみかけ上の位相 遅れ 0 2 ' は 0。 ≤ θ n ' く 3 6 0 ° の間に入っている如く 観測されるが、 実際には真の位相遅れ 0 2 は 3 6 0。 ≤ 6 2 く 7 2 0。 の間に入っているので、 回転数を 0から 1に変更 する o
一方、 ά θ Ί ' d tが負であれば、 みかけ上の位相遅れ Θ 2 ' が減少して 0。 を通過したか否か判断する。 みかけ上 の位相遅れ 0 2 ' の微分値が負で、 且つ位相遅れ 0 2 ' が o。 を通過している場合、 みかけ上の位相遅れ e 2 ' は 0 °
≤ Θ 2 ' く 3 6 0 ° の間に入っている如く観測される力《、 実 際の位相遅れ 02 は一 36 0。 ≤ Θ 2 く 0 ° の間に入ってい るので、 回転数を 0から一 1 に変更する。 このようにして変 更された回転数は不図示の回転数メモリに記憶され、 回転数 の変更がある度に新しい回転数に更新される。
次に、 真の位相遅れ 02 を下式により計算する。
= 02 ' + η Χ 36 Ο。 ·'· （ 1 )
具体的には、 みかけ上の位相遅れ Θ の 時 間 微 分 値 d Θ 2 ' / d tが正で、 真の位相遅れ 2 が 3 6 0。 を越え て （ 1回転） 36 0 ° 〜7 2 0。 の間の角度となった時は、 Θ 2 = Θ 2 ' + 360。 とする。 また、 みかけ上の位相遅れ Θ 2 ' の時間微分値 d Θ 。 ' / d t が正で、 真の位相遅れ Θ 2 が 7 20。 を越えて （ 2回転） 7 2 0。 〜980。 の間 の角度となったときは、 Θ = Θ 2 ' + 7 2 0。 とする。 以下同様にして、 Θ の時間微分値 d 02 ' / d tが正 で Θ が 36 0。 を越える毎に、 36 0。 を加えて真の位 相遲れ角度 6。 を求めていく。
また、 逆に、 みかけ上の位相遅れ 0 。 ' の 時 間 微 分 値 ά Θ 2 ' / d tが負で、 真の位相遅れ 2 が 0。 より も小さ く なつて （一 1回転） 0。 〜一 3 6 0。 の間の角度となった 時は、 0 2 = 0 2 ' — 3 6 0。 とする。 以下同様に して、 Θ J ' の時間微分値 ά Θつ ' / d tが負で Θ が 0。 を下 回る毎に、 一 36 0 ° ずつを加えて真の位相遅れ角度 02 を 求めていく。 次に、 上述した基準流体の測定時に記憶した基準位相遅れ θ 1 と、 （ 1 ) 式より求めた真の位相遅れ 6り との差 を 下式により計算する。
位相差厶 θ = θ 2 - θ - (2)
以下、 同様にして上記条件が成立する度に回転数 nを変更 し、 真の位相遅れ 02 を求めると共に位相差 Δ 0を求める。 信号変換回路 37では、 位相差補正回路 36から位相差 △ 0を受け取ると、 濃度と位相差との関係を表す検量線デー 夕に従って濃度を求めると共に、 この濃度に対応する信号に 変換して出力する。 例えば、 濃度測定範囲が 0〜 1 0 %であ れば、 それに対応する電流信号 4〜 2 0 mAが出力される。
なお、 この濃度計の電源を一度オフ （含む停電） した後、 再度通電した時は、 回転数条件設定器 37に設定されている モー ドにより所定の回転数を初期値として使用する。 回転数 条件設定器 37でモー ド 1が選択されていれば電源オフ前の 回転数 nが設定され、 モー ド 2が選択されていれば回転数 0 が設定される。
他の濃度測定方法 （乾燥重量法等によるオフライ ン測定） による測定結果や、 この濃度計が設置されているブラ ン トの 運転状況から判断して、 真の位相遅れ角度 2 に対応した回 転数 nを手動設定するこ と もできる。
上述したように、 本実施例の濃度計においては、 真の位相 遅れ 2 が属する回転数を常に把握し、 みかけ上の位相遅れ Θ 2 ' に回転数 η Χ 360° の乗算値を加算して真の位相遅 れ 02 を計算しているので、 真の位相遅れ e 2 が 360。 以 上または 0 ° 未満になっても正確な真の位相遅れ e 2 を得る ことができる。 従って、 真の位相遅れ e2 が何回転もするよ うな高濃度被測定流体の濃度を測定でき、 大口径の管による 濃度測定も可能である。
なお、 一 1 80。 から + 1 80。 の間で、 みかけ上の位相 遅れ 02 ' が 1回転したか否かを判断するように構成しても よい。 一 1 80。 を基準点と し、 みかけ上の位相遅れ 02 ' の微分値の極性とみかけ上の位相遅れ 09 ' が- 1 80 ° を 通過したか否かにより、 みかけ上の位相遅れ 02 ' の回転を 判断する。
例えば、 ά Θ ' / d tが負で、 且つみかけ上の位相遅れ θ ' がー 1 80。 を通過したら回転数 nを n n — l と変 更する。 また、 d 02 ' / d tが正で、 且つみかけ上の位相 遅れ 02 ' がー 1 80。 を通過したら回転数 nを n - n + 1 と変更する。
ところで、 上述した第 1実施例では、 位相差補正回路 36 の機能をソフ トウエアにより実現しているが、 ハ ー ドウエア 回路で実現することもできる。
第 5図は、 位相差補正回路 36の機能をハー ドウェアで構 成した回路装置を示す図である。 この回路装置は、 位相差測 定回路 3 5からのみかけ上の位相遅れ 02 ' が微分回路 4 1 , 第 1の比較器 4 2及び第 2の比較器 4 3に入力される。 微分 回路 4 1から位相遅れ 2 ' の時間微分値の極性 （正負） を 表す信号が第 1 , 第 2の A N D回路 44 , 4 5に入力され る。 また、 第 1の比較器 4 2にはみかけ上の位相遅れ 02 ' が 36 0 ° を越えたこ とを検出するためのしきい値と して 360° が設定されている。 第 2の比較器 43にはみかけ上 の位相遅れ 02 ' が 0。 以下となったことを検出するための しきい値と して 0° が設定されている。 第 1の比較器 42は、 みかけ上の位相遅れ 02 ' が 360。 から変化したとき回転 数増加信号を第 1の A N D回路 44へ出力する。 第 2の比較 器 43は、 みかけ上の位相遅れ 02 ' が 0。 から変化したと き回転数減少信号を第 2の AND回路 4 5へ出力する。 第 1 の AND回路 44は、 位相遅れ 。 ' の時間微分値が正で、 且つ回転数増加信号が入力したときに条件が成立してァップ 信号をアップダウンカウンタ 46のアップ端子へ出力する。 第 2の AND回路 45は、 位相遅れ 02 ' の時間微分値が負 で、 且つ回転数減少信号が入力したときに条件が成立してダ ゥ ン信号をアップダウ ンカウ ンタ 46のダウ ン端子へ出力す る P アツプダウンカウンタ 46は、 ゼロ調節時にカウン ト値 を n = 0にリセッ 卜することによりカウン ト出力と回転数 n とを一致させている。 アップダウンカウンタ 46のアツプ端 子にアツプ信号が入力する度に力ゥン ト値を 1増加し、 ダウ ン信号がダウン端子へ入力する度に力ゥ ン ト値を 1減少させ る。 アップダウ ンカウ ンタ 46の出力端子にが真値演算回路 48が接続されている。 真値演算回路 48は、 上記 （ 1 ) 式 の計算を実行して真の位相遅れ 2 を算出する。 真値演算回 路 48の出力を減算回路 4 9に入力して上記 （2) 式の計算 を行い位相差 Δ 0を計算している。
次に、 本発明の第 2実施例について説明する。 本実施例は、 前述した第 1実施例における位相差補正回路 および回転数条件設定器の機能を変更した例である。 位相差 補正回路および回転数条件設定器を除いた各構成要素は笫 1 実施例の対応する構成要素と同じである。
本実施例における位相差補正回路 38' (第 1実施例の位 相差補正回路 38と区別するため本実施例の位相差補正回路 を符号 38' で表す） は、 第 6図に示すフ ローチャー トに基 づいて真の位相遅れ 02 を計算する。 また、 本実施例におけ る回転数条件設定器 37' (第 1実施例の回転数条件設定器 37と区別するため本実施例の位相差補正回路を符号 37' で表す） は、 電源再投入時の回転数 nを第 8図に示すフ ロー チヤ一卜に基づいて決定する。
ここで、 位相差補正回路 38' における真の位相遅れ 02 の算出原理について説明する。
みかけ上の位相遅れ 0。 ' の変動範囲は第 7図に示すよう に 0。 〜360。 である。 この 0。 〜 360° の角度範囲に おいて、 0。 から 360。 側への所定範囲を下範囲とする。 また、 0。 〜 36 0。 の角度範囲において、 360。 から 0。 側への所定範囲を上範囲とする。 本実施例では、 上範囲 として 240° 〜360° の範囲を設定可能としており、 標 準的には 260° 〜360° の範囲を上範囲として設定する。 また、 下範囲と して 0° 〜 1 20° の範囲を設定可能と して おり、 標準的には 0° 〜 1 00° の範囲を下範囲と して設定 している。
そして、 みかけ上の位相遅れ 2 ' の測定を連続的でなく ある短時間 （本実施例では 5秒間隔） の周期で行なう。 ある 時点でのみかけ上の位相遅れ 2 ' が上範囲に存在し、 次の 時点でのみかけ上の位相遅れ 0り ' が下範囲に存在していれ ば回転数 nを n = n + 1 と変更する。 また、 ある時点でのみ かけ上の位相遅れ 2 ' が下範囲に存在し、 次の時点でのみ かけ上の位相遅れ 2 ' が上範囲に存在していれば回転数 n を n = n — 1 と変更する。 この回転数 IIを上記 （ 1 ) 式に代 入して真の位相遅れ 2 を計算する。
このような条件に基づいて回転数 nを変更するのは、 位相 遅れ測定周期として設定した短時間 （例えば 5秒間） では、 みかけ上の位相遅れ 0 2 ' が、 同じ回転数 nの範囲 （例えば 回転数 n == 0であれば、 真の位相遅れ β 2 が 0 ° 〜 3 6 0。 の範囲） において、 上範囲から下範囲へ、 又は下範囲から上 範囲へ大きく変化する現象 （濃度変化， 温度変化等） が実際 には起こ らないことを前提としている。 つまり、 例えば 5秒 間の間に、 みかけ上の位相遅れ 0 2 ' が、 上範囲から下範囲 へ、 又は下範囲から上範囲へ変化するのは、 回転数 nが変化 したものと判定できる。
一方、 回転数条件設定器 3 7 ' は、 上記した上範囲， 下範 囲及び任意の回転数初期値 nがマニュアル設定され、 また高 濃度閾値 X m a∑ とマイナス濃度閾値 がマニュアル設定 される。 高濃度閾値 x m a x とは、 測定対象の濃度値と して予 想し得る最大値、 若しく は測定対象では取り得ない高い値で ある。 マイナス濃度閾値 x m i n とは、 基準位相差 をゼロ 点とした場合のそのゼロ点がマイナス側に ドリ フ ト しても起 こり得ないような低い値である。
以上のように構成された本実施例では、 前述した第 1実施 例と同様にして、 水道水からなる基準流体にマイ ク 口波を送 信し、 マイ クロ波受信波の位相遅れ i を測定し位相差補正 回路 3 6 ' に記憶する。 また、 位相差補正回路 3 6 ' は回転 数条件設定器 3 7 ' から回転数判定のための上範囲， 下範囲 及び回転数の初期値 n = 0を読み込む。
次に、 測定物質を含む測定流体にマイ クロ波を送信し、 短 時間の周期 （例えば、 5秒毎） でみかけ上の位相遅れ 2 ' を測定する。 みかけ上の位栢遅れ 2 ' を測定する度に、 第 6図に示すフローチヤ一トに基づいた処理を実行して、 真の 位相遅れ 2 を計算し、 位相差 を計算する。
すなわち、 みかけ上の位相遅れ 0 2 ' を位相差測定回路 3 5から取り込み、 が上範囲内に存在するか否か判断 する。 この取り込まれた 2 ' が上範囲内に存在していれば、 例えば、 5秒後の が下範囲に入るか否か判断する。 5 秒後の 。 ' が下範囲に入れば、 みかけ上の位相遅れ 0 2 ' が、 第 7図に示す Aのように、 5秒間の間に上範囲から下範 囲へ変化しているため、 回転数 nを n = n + 1 に変更する。
また、 位相差測定回路 3 5から取り込んだ 0 2 ' が上範囲 に属していない場合は、 当該 0 2 ' が下範囲に存在するか否 か判断する。 この取り込まれた 0。 ' が下範囲に存在してい れば、 5秒後の 0。 ' が上範囲に入るか否か判断する。 5秒 後に Sヮ ' が上範囲に入れば、 第 7図に示す Bのように、 5 秒間の間に下範囲から上範囲へ変化しているため、 回転数 n を n = n一 1 に変更する。
なお、 その他の場合は、 回転数 nの変更は行わない。
以上のようにして回転数 nが決定したならば、. 上記 （ 1 ) 式により真の位相遅れ 02 を計算し、 さらに上記 （ 2) 式に より位相差 Δ Θを計算する。
回転数条件設定器 3 7 ' では、 位相差補正回路 36' で決 定された最新の回転数 nを常に取り込んで不図示の不揮発性 メモリ に記憶する。 回転数条件設定器 3 7 ' は、 この濃度計 の電源が停電又は人為的にオフされた後も、 電源がオフされ る直前の回転数 nを保持する。
濃度計の電源が再投入されると、 回転数条件設定器 3 7 ' にて第 S図に示す処理が実行されて正しい回転数 nが求めら れ O o
すなわち、 濃度計の電源が再投入されると、 位相差補正回 路 3 6' 及び信号変換回路 38にて、 電源がオフされる直前 の回転数 n (上記不揮発性メモ リのホール ド値） を用いて濃 度演算が行なわれる。
一方、 回転数条件設定器 37' では、 濃度計の電源が再投 入されたことが検出されると、 電源オフ直前の回転数 nを用 いて計算された濃度演算値 Xを取込む。
次に、 電源オフ直前の回転数 nが n≥ 1の条件を満たすか 否か判断する。 上記濃度演算に用いた回転数 nが n≥ 1なら ば、 さ らに濃度演算値 Xと高濃度閾値 とを比較する。 X≥ Xfflax ならば、 回転数 nを n = n — 1 に変更する。 Xく Xmax ならば、 回転数 πの変更は行わない。 また、 電源オフ直前の回転数 nが n≥ 1でなければ n く 0 の条件が成立するか否か判断する。 n く 0であれば、 濃度演 算値 Xと高濃度閾値 Xmax とを比較する。 X ^ X.min ならば、 回転数 nを n = n + 1 に変更する。 X > Xmi n ならば、 回転 数 nの変更は行わない。 また、 n = 0の場合も回転数 nの変 更は行わない。
なお、 回転数 nの値が変化することがはつきりわかる時 (例えば、 電源オフ前と電源再投入時とでは、 濃度が大きく 変化している時等） には、 回転数条件設定器 3 7 ' より手動 で任意の回転数 nを設定する o
以上のようにして決定された回転数 nが位相差補正回路 36' に入力される。 位相差補正回路 3 6' では、 それ以降 の処理は、 回転数条件設定器 37 ' から上記再設定された回 転数 nを基準に変更させる。
このように本実施例によれば、 0。 〜 36 0 ° の範囲に下 範囲と上範囲とを設定し、 みかけ上の位相遅れ 02 ' が現在 属する範囲と前回のとき属した範囲とを比較して回転数が変 化したことを判定するようにしたので、 みかけ上の位相遅れ θ ' の回転数を正確に把握することができ、 正確な位相差 厶 Sを計算することができる。 従って、 位相遅れが 3 6 0。 を越えて 1回転目以上になっても、 高濃度測定流体の濃度を 正確に測定でき、 かつ大口径の濃度検出用管でも正確に濃度 を測定することができる。
また、 本実施例によれば、 回転数条件設定器 3 7 ' に高濃 度閾値 Xma∑ とマイナス濃度閾値 Xffli D とを設定しておき、 濃度計の電源再投入時に電源オフ直前の回転数 nで計算した 濃度演算値 Xと高濃度閾値 Xn a χま たはマ イ ナ ス濃度閾値 xmiD とを比較して現在の測定流体の濃度等に応じた最適な 回転数を決定するようにしたので、 濃度計の電源再投入後で あつても正確な回転数を維持することができる。
なお上述した第 2実施例では、 0 ° 〜 36 0 ° の範囲で下 範囲及び上範囲を設定しているが、 — 1 80° 〜十 1 80。 の範囲で下範囲及び上範囲を設定して回転数 nを判定するよ うにしても良い。 位相遅れを一 1 80 ° 〜十 1 80 ° の範囲 で測定する場合、 一 1 80 ° 〜十 1 80 ° の角度範囲におい て、 一 1 80。 から + 1 80。 側への所定範囲を下範囲とす る。 また、 - 1 8 0。 〜 + 1 8 0。 の角度範囲において、 + 1 80 ° から一 1 80 ° 側への所定範囲を上範囲とする。
ところで、 上記した第 2実施例では位相差補正回路 3 6 ' の機能をソフ トウェアで実現しているが、 ハー ドウエア回路 で実現することもできる。
第 9図は、 第 2実施例における位相差補正回路 36 ' の機 能をハー ドウエア回路で実現した回路装置の構成を示す図で ある。 なお、 第 5図に示す回路装置と同一部分には同一符号 を付している。
この回路装置は、 位相差測定回路 3 5からのみかけ上の位 相遅れ Θ 2 ' が上範囲判定部 5 1及び下範囲判定部 5 2に入 力される。 上範囲判定部 5 1 は、 上記した上範囲 （例えば 26 0 ° 〜 36 0° ) が設定されており、 みかけ上の位相遅 れ 02 ' が上範囲内に入っていれば上範囲検出信号を出力す る。 下範囲判定部 5 2は、 上記した下範囲 （例えば 0 ° 〜
1 2 0。 ） が設定されており、 みかけ上の位相遅れ 0 2 ' が 下範囲内に人っていれば下範囲検出信号を出力する。 上範囲 検出信号及び下範囲検出信号はデコーダ 5 3に入力される。 このデコーダ 5 3は、 上範囲検出信号をデータ D 1、 下範囲 検出信号をデータ D 2、 上範囲検出信号及び下範囲検出信号 以外の入力をデータ D 3にそれぞれ変換して F I F Oメモリ
5 4に入力する。 F I F Oメモリ 5 4は、 連続する 2つのデ
—タを記憶し、 デコーダ 5 3から入力があるとその入力デ 一夕を記憶する と共に 1 回前のデータを出力する。 第 1 の
A N D回路 5 5は、 上範囲検出信号とデータ D 2との A N D 条件が成立した場合にダウ ンカウ ン ト信号を出力する。 第
2の A N D回路 5 6は、 下範囲検出信号とデータ D 1 との
A N D条件が成立した場合にアップカウン ト信号を出力する, アップダウンカウンタ 4 6から減算器 4 までの構成は第 5 図に示す回路装置と同一である。
なお、 本発明を濃度計に適用した上記各実施例では、 懸濁 物質が流れている状態で測定したが、 静止状態で濃度を測定 してもよく、 また基準流体として水道水を用いたが、 ある既 知濃度の物質を含むものを用いてもよい。 また、 濃度検出用 管 2 0は、 上流側配管 2 1 と下流側配管 2 2とで挟むように 配置したが、 例えば被測定流体の流通配管に流体取り込み用 容器を設け、 あるいはバイパス管を設けた時、 これら容器や バイパス管に前記技術を適用するものであり、 これも本発明 の範囲に含まれるものである。 以上の説明では、 本発明を濃度計に適用した例を説明した が、 本発明は光波や電波等の電磁波、 又は超音波等の信号波 を用いて 2点間の距離を測定する光波距離計， 電波距離計， 又は超音波距離計に適用することができる。
次に、 本発明の第 3実施例について説明する。 本実施例は 本発明を光波距離計に適用した例である。
第 1 0図は笫 3実施例に係る光波距離計の構成図である。 本実施例の光波距離計は、 所定の発振周波数を持った発振 器 6 1から出力された発振信号を分波器 6 2を介して送信器 6 3に入力し、 送信器 6 3から対象物 6 4に向けて送信波を 送波する。 一方、 送信波が入射した対象物 6 4からの反射波 を受信器 6 5で受信して電気的な受信信号に変換する。 受信 器 6 5の出力端子には位相差測定回路 6 6が接続されている。 位相差測定回路 6 6は、 受信器 6 5から受信信号が入力し、 分波器 6 2から送信波と同一位相の送信信号が入力し、 送信 信号に対する受信信号の位相遅れを検出する。 位相差測定回 路 6 6の出力端子に接続された位相差補正回路 6 7は、 前述 した第 2図または第 6図と同様の処理を実行して位相差 Δ S を計算し距離演算回路 6 8へ出力する。 距離演算回路 6 8は、 第 1 4図に示す検量線データが記憶されていて、 位相差補正 回路 6 7からの位相差 Δ 0に基づいて移動距離 Xを求め、 そ の移動距離 X と測定点から対象物までの移動前の距離 b とを 加算した距離 Xを出力する。 信号変換回路 6 9は、 距離 に 対応して電流信号を距離測定信号として出力する。
次に、 本実施例における距離測定動作について説明する。 先ず、 第 1 1図に示す基準点 Bに対象物 6 4を配置し、 そ の対象物 6 4に対して送信波を送波すると共に、 その反射波 を受信する。 送信波に対する反射波の位相は、 第. 1 2図に示 すように、 A , B間の距離 bに応じて角度 e } でけシフ トす る。 この基準位置 Bにおける送信波と受信波との位相差であ る基準位相差 } を位相差測定回路 6 6で測定し、 位相差補 正回路 6 7に入力する。
次に、 B点から対象物 6 4までの距離を所定距離づっ変化 させて、 各距離での送信波と受信波との位相差 S 2 ' を位相 差測定回路 6 6で測定する。 第 1 2図に示すように、 C点に 移動した対象物 6 4からの反射波は、 基準位置 Bにある対象 物 6 4からの反射波に比べ Δ 0 = 0。 - Θ j の位相差が生じ る。 各 C点での位相差 0 2 ' を位相差補正回路 6 8に入力す る。 位相差補正回路 6 8は、 基準位置 Bにおける基準位相差 θ χ の回転数 ηを η = 0とし、 位相差測定回路 6 6から入力 する各距離での位相差をみかけ上の位相差 0 2 ' として、 真 の位相差 0 2 を計算する。 そして、 真の位相差 0 2 と基準位 相差 との差を計算して距離演算回路 6 8へ入力する。 距離演算回路 6 8では、 基準位置 Bからの距離 X と各距離 での位相差 ( = ^ - θ χ ) との関係を求めて第 1 3図 に示す移動距離 Xに関する検量線 X = a A Sを定めて記憶す 以上の準備を行った上で、 A点からの距離が時々刻々と変 化する対象物 6 4までの距離を測定する通常動作に入る。 距離測定動作においては、 移動後の位置 Cからの反射波の 送信波に対する位相差は位相差測定回路 6 6でみかけ上の位 相差 6 2 ' として測定される。 位相差補正回路 6 6では、 位 相差測定回路 6 6から入力するみかけ上の位相差 2 ' から 前述した第 2図または第 6図に基づいた処理により真の位相 差 0 2 を求めると共に位相差 Δ を計算する。
位相差補正回路 6 6から位相差 Δ が入力した距離演算回 路 6 8では、 χ - 3 Δ 0の演算により基準位置 Βからの距離 Xを求める。 さらに、 距離 Xに Α点から Β点までの距離 bを 加算して A点から対象物 6 4までの距離 Xを計算する。
このようにして計算された距離 Xが信号変換回路 6 9で電 流信号に変換される。
このように本実施例によれば、 移動している対象物 6 4に 送信波を入射して該送信波とその反射波との位相差に基づい て対象物 6 4までの距離を測定する場合に、 送信波と反射波 との位相差が 3 6 0 ° 以上ずれたとしても正確に距離 Xを測 定することができる。
以上の説明では、 本発明を光波距離計に適用した例を示し たが、 光波距離計と同様の構成原理で本発明を電波距離計， 又は超音波距離計に適用することができる。
また、 本発明を濃度計または距離計に適用した実施例につ いて説明したが位相差を利用して物理量または化学量を測定 する他の種類の装置に適用することができる。

Claims

請求の範囲
( 1 ) 基準状態にある被測定物に信号波を送受波して第 1 受信信号を取得し、 測定すべき状態にある被測定物に信号波 を送受波して第 2受信信号を取得する信号波検出部と、
前記信号波の送信波と前記第 1受信信号との位相差とな る基準位相差 、 及び前記送信波と前記第 2受信信号との みかけ上の位相差 2 ' を求める位相検出部と、
前記みかけ上の位相差 0 2 ' の変動範囲内の 1つの角度 値である基準点を前記みかけ上の位相差 。 ' が通過した回 数を示す回転数 n と角度 3 6 0 ° との乗算値に、 前記みかけ 上の位相差 2 ' を加算して、 前記送信波と前記第 2受信信 号との現実の位相差となる真の位相差 0。 を求める位相差補 正手段と、
前記みかけ上の位相差 2 ' の増加減少方向を連続的に 検出する傾向検出手段と、
前記傾向検出手段で検出されたみかけ上の位相差 0 2 ' が增加しながら前記基準点を通過したことを検出したならば 前記回転数 nを n = n + 1 に変更する手段と、
前記傾向検出手段で検出されたみかけ上の位相差 2 ' が減少しながら前記基準点を通過したことを検出したならば 前記回転数 nを n - n — 1 に変更する手段と、
前記真の位相差 0 2 と前記基準位相差 0 } との角度差 Δ Θに対応して前記被測定物の状態測定情報を出力する測定情 報出力手段と、 を具備したことを特徴とする位相差測定装置。
( 2 ) 前記みかけ上の位相差 0 2 ' の変動範囲が 0 ° 〜 3 6 0。 であり、 前記基準点が 0 ° であることを特徴とする 請求項 1に記載の位相差測定装置。
( 3 ) 電源が再投入された直後における前記真の位相差 Θ 0 の計算に前記電源がオフされる直前の前記回転数 nを用 いる第 1のモー ドと回転数 n = 0を用いる第 2のモー ドとの いずれかのモー ドを選択するための選択手段と、 前記位相差 補正手段に対して任意の回転数 nを手動設定するための手動 設定部とを具備したことを特徴とする請求項 1 に記載の位相 差測定装置。
( 4 ) 前記信号波検出部は、 濃度測定すべき物質が実質的 に含まれていない前記基準状態の被測定物としての測定流体 に対して前記信号波と してのマイ ク口波を送受波して第 1受 信信号を取得し、 濃度測定すべき物質が含まれる前記測定す べき状態にある被測定物としての測定流体に前記信号波と し てのマイク口波を送受波して第 2受信信号を取得し、
前記測定情報出力手段は、 前記真の位相差 0 2 と前記基 準位相差 e i との角度差 Δ に対応して前記測定流体に含ま れる濃度測定すべき物質の濃度測定値を前記状態測定情報と して出力する、 マイクロ波を用いる濃度計に適用されたこと を特徴とする請求項 1 に記載の位相差測定装置。
( 5 ) 前記濃度計の電源がオフされる直前の前記回転数 n が n≥ 1 の条件を満たすか否か判断する第 1の比較手段と、 前記濃度計に電源を再投入し後に前記電源がォフされる 直前の前記回転数 nまたはその後に変更された回転数 nを用 いて求められた濃度演算値 Xと予め設定された高濃度閾値 Xma∑ とを比較する第 2の比較手段と、
前記第 1の比較手段の判断結果が n≥ 1であり、 且つ前 記第 2の比較手段の比較結果が X≥ Xmax であるとき、 前記 回転数 nを n = n — 1 に変更する手段と、
前記濃度計の電源がオフされる直前の前記回転数 nが n < 0の条件を満たすか否か判断する第 3の比較手段と、
ゼロ点がマイナス側に ドリ フ ト しても起こり得ないよう なマイナス濃度閾値 xmi n と前記濃度演算値 Xとを比較する 第 4の比較手段と、
前記第 3の比較手段の比較結果が n < 0であり、 且つ前 記第 4の比較手段の比較結果が X≤ Xni n であるとき、 前記 回転数 nを n = n + lに変更する手段と、
を具備したことを特徴とする請求項 4に記載の位相差測定装
( 6 ) 前記信号波検出部は、
前記測定流体が流れる測定用管体と、
前記測定用管体に配置され、 前記マイ クロ波を送信する マイ ク口波送信部と、
前記測定用管体に前記マイ クロ波送信部に対向するよう に配置され、 前記測定流体を通過したマイ ク口波を受信する マイク口波受信部と、
を具備することを特徴とする請求項 4に記載の位相差測定装
( 7 ) 前記信号波検出部は、 既知の距離に配置された前記 基準状態の被測定物と しての対象物に対して前記信号波と し て電磁波または超音波のいずれか一方を送受波して第 1受信 信号を取得し、 移動状態の前記測定すべき状態にある被測定 物としての対象物に前記信号波と しての電磁波または超音波 のいずれか一方を送受波して第 2受信信号を取得し、
前記測定情報出力手段は、 前記真の位相差 6 2 と前記基 準位相差 との角度差 Δ に対応して基準位置から移動後 の前記対象物までの距離を前記状態測定情報として出力する、 電磁波または超音波を用いる距離計に適用されたことを特徴 とする請求項 1に記載の位相差測定装置。
( 8 ) 基準状態にある被測定物に信号波を送受波して第 1 受信信号を取得し、 測定すべき状態にある被測定物に信号波 を送受波して第 2受信信号を取得する信号波検出部と、
前記信号波の送信波と前記第 1受信信号との位相差とな る基準位相差 、 及び前記送信波と前記第 2受信信号との みかけ上の位相差 を求める位相検出部と、
前記みかけ上の位相差 0 2 ' の変動範囲内の 1つの角度 値である基準点を前記みかけ上の位相差 2 ' が通過した回 数を示す回転数 n と角度 3 6 0 ° との乗算値に、 前記みかけ 上の位相差 2 ' を加算して、 前記送信波と前記第 2受信信 号との現実の位相差となる前記真の位相差 0 2 を求める位相 差補正手段と、
前記みかけ上の位相差 S 2 ' を連続的ではなく所定の時 間間隔で取り込む手段と、 前記基準点から 1回転の範囲に相当する角度範囲におい て最大角度から最小角度にかけての前記最大角度を含む所定 範囲に対応して上範囲が設定され、 前記取り込まれたみかけ 上の位相差 2 ' が前記上範囲入っているか否か判断する上 範囲判定手段と、
前記角度範囲において前記最小角度から前記最大角度に かけての前記最小角度を含む所定範囲に対応して下範囲が設 定され、 前記取り込まれたみかけ上の位相差 0 2 ' が前記下 範囲内に入っているか否か判断する下範囲判定手段と、
前記上範囲判定手段で前記みかけ上の位相差 2 ' が前 記上範囲に入っていると判断され、 且つ次に取り込まれた前 記みかけ上の位相差 0 2 ' が前記下範囲判定手段により前記 下範囲に入っていると判断されたならば、 前記回転数 nを n = n + 1 に変更する手段と、
前記下範囲判定手段で前記みかけ上の位相差 6 2 ' が前 記下範囲に入っていると判断され、 且つ次に取り込まれた前 記みかけ上の位相差 0 2 ' が前記上範囲判定手段により前記 上範囲に入っていると判断されたならば、 前記回転数 nを n = n— 1 に変更する手段と、
前記真の位相差 0 2 と前記基準位相差 0 j と の 角 度差 Δ Θに対応して前記被測定物の状態測定情報を出力する測定 情報出力手段と、
を具備したことを特徴とする位相差測定装置。
( 9 ) 前記基準点が 0 ° であり、 前記角度範囲が 0 β 〜 3 6 0 ° であることを特徴とする請求項 8に記載の位相差測 定装置。
( 1 0 ) 前記信号波検出部は、 濃度測定すべき物質が実質 的に含まれていない前記基準状態の被測定物としての測定流 体に対して前記信号波としてのマイ ク口波を送受波して第 1 受信信号を取得し、 濃度測定すべき物質が含まれる前記測定 すべき状態にある被測定物としての測定流体に前記信号波と してのマイク 口波を送受波して第 2受信信号を取得し、
前記測定情報出力手段は、 前記真の位相差 0 2 と前記基 準位相差 0 との角度差 Δ Θに対応して前記測定流体に含ま れる濃度測定すべき物質の濃度測定値を前記状態測定情報と して出力する、 マイクロ波を用いる濃度計に適用されたこと を特徴とする請求項 8に記載の位相差測定装置。
( 1 1 ) 前記濃度計の電源がオフされる直前の前記回転数 nが n≥ 1の条件を満たすかどうか判断する第 1の比較手段 前記濃度計に電源を再投入し後に前記電源がオフされる 直前の前記回転数 nまたはその後に変更された回転数 nを用 いて求められた濃度演算値 Xと予め設定された高濃度閾値 X m a x とを比較する第 2の比較手段と、
前記第 1の比較手段の判断結果が n≥ 1であり、 且つ前 記第 2の比較手段の比較結果が X≥ X m a x であるとき、 前記 回転数 nを n = n - 1 に変更する手段と、
前記濃度計の電源がオフされる直前の前記回転数 nが n < 0の条件を満たすか否か判断する第 3の比較手段と、
ゼロ点がマイナス側に ドリ フ ト しても起こり得ないよう なマイナス濃度閾値 X m i n と前記濃度演算値 Xとを比較する 第 4の比較手段と、
前記第 3の比較手段の比較結果が n < 0であり、 且つ前 記第 4の比較手段の比較結果が X≤ X n i n であるとき、 前記 回転数 nを n = n + 1 に変更する手段と、
を具備したことを特徴とする請求項 1 0に記載の位相差測定
( 1 2 ) 前記信号波検出部は、 既知の距離に配置された前 記基準状態の被測定物と しての対象物に対して前記信号波と して電磁波または超音波のいずれか一方を送受波して第 1受 信信号を取得し、 移動状態の前記測定すべき状態にある被測 定物としての対象物に前記信号波と しての電磁波または超音 波のいずれか一方を送受波して第 2受信信号を取得し、
前記測定情報出力手段は、 前記真の位相差 0 2 と前記基 準位相差 〗 との角度差 Δ 0に対応して基準位置から移動後 の前記対象物までの距離を前記状態測定情報と して出力する、 電磁波または超音波を用いる距離計に適用されたことを特徴 とする請求項 8に記載の位相差測定装置。
( 1 3 ) 基準状態にある被測定物に信号波を送受波して第 1受信信号を取得する工程と、
前記信号波の送信波と前記第 1受信信号との位相差から 基準位相差 J を求める工程と、
測定すべき状態にある被測定物に信号波を送受波して第 2受信信号を取得する工程と、
前記送信波と前記第 2受信信号との位相差からみかけ上 の位相差 2 ' を求める工程と、
前記みかけ上の位相差 ゥ ' の変動範囲内の 1つの角度 値である基準点を前記みかけ上の位相差 ø 2 ' が通過した回 数を示す回転数 n と角度 3 6 0 ° との乗算値に、 前記みかけ 上の位相差 0。 ' を加算して、 真の位相差 2 を求める工程 と、
前記みかけ上の位相差 2 ' の増加減少方向を連続的に 検出する工程と、
前記みかけ上の位相差 2 ' が增加しながら前記基準点 を通過したことを検出したならば前記回転数 nを n = n + 1 に変更する工程と、
前記みかけ上の位相差 0 2 ' が減少しながら前記基準点 を通過したことを検出したならば前記回転数 nを n = n — 1 に変更する工程と、
前記真の位相差 S 2 と前記基準位相差 0 と の 角 度差 Δ に基づいて前記被測定物の状態測定情報を求める工程と、 を具備したことを特徴とする位相差測定方法。
( 1 4 ) 基準状態にある被測定物に信号波を送受波して第 1受信信号を取得する工程と、
測定すべき状態にある被測定物に信号波を送受波して第 2受信信号を取得する工程と、
前記信号波の送信波と前記第 1受信信号との位相差とな る基準位相差 を求める工程と、
前記送信波と前記第 2受信信号とのみかけ上の位相差 Θ 2 ' を求める工程と、 前記みかけ上の位相差 2 ' の変動範囲内の 1つの角度 値である基準点を前記みかけ上の位相差 0 2 ' が通過した回 数を示す回転数 n と角度 3 6 0 ° との乗算値に、 .前記みかけ 上の位相差 0り ' を加算して、 真の位相差 2 を求める工程 と、
前記みかけ上の位相差 0 2 ' を連続的ではなく所定の時 間間隔で取り込む工程と、
前記基準点から 1回転の範囲に相当する角度範囲におい て最大角度から最小角度にかけての前記最大角度を含む所定 範囲に対応して設定された上範囲に、 前記取り込まれたみか け上の位相差 0 2 ' が入っているか否か判断する工程と、
前記角度範囲において前記最小角度から前記最大角度に かけての前記最小角度を含む所定範囲に対応して設定された 下範囲に、 前記取り込まれたみかけ上の位相差 2 ' が入つ ているか否か判断する工程と、
前記みかけ上の位相差 0 2 ' が前記上範囲に入っており， 且つ次に取り込まれた前記みかけ上の位相差 2 ' が前記下 範囲に入っていることを条件と して、 前記回転数 nを n = n + 1に変更する工程と、
前記みかけ上の位相差 0 2 ' が前記下範囲に入っていお り、 且つ次に取り込まれた前記みかけ上の位相差 0 2 ' が前 記上範囲に入っていることを条件として前記回転数 nを n = n一 1 に変更する工程と、
前記真の位相差 2 と前記基準位相差 〗 と の 角 度差 厶 0に対応して前記被測定物の状態測定情報を出力する工程 とを具備したことを特徴とする位相差測定方法,
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