WO2006080182A1 - Ultrasonic flowmeter and ultrasonic flowmeter employing two methods - Google Patents

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Sosuke Suzuki
Toshihiro Yamamoto
Yoshinori Ohmuro
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Fuji Electric Systems Co., Ltd.
Yao, Hironobu
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    • G01F1/663Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters by measuring Doppler frequency shift

Abstract

A flow velocity distribution measurement unit (11) acquires a flow velocity distribution along a measurement line according to a measurement result obtained by a sensor (1). According to a Doppler shift frequency obtained by the processing of the flow velocity distribution measurement unit (11), its average value, a Doppler spectrum, and the like, a power/standard deviation calculation unit (12) calculates a power and standard deviation for each channel and judges the state of the flowing body to be measured, according to the calculation result.

Description

明 細 書  Specification
超音波流量計、 2方式併用型超音波流量計  Ultrasonic flow meter, 2 types combined ultrasonic flow meter
技術分野  Technical field
[0001] 本発明は、超音波流量計に関する。  [0001] The present invention relates to an ultrasonic flowmeter.
背景技術  Background art
[0002] 従来より、超音波による流量計測技術として、クランプオン型超音波流量計がある。  Conventionally, there is a clamp-on type ultrasonic flowmeter as a flow measurement technique using ultrasonic waves.
このクランプオン型超音波流量計は、被測定流体がその内部を通過する配管に対し 、この配管の外周面の一部に、音波を配管に伝えるための材料、すなわち楔 (くさび )を設置し、この楔を介して音波を配管内部に送信することにより、上記被測定流体 の流量を測定する流量計である。クランプオン型超音波流量計として、パルスドッブ ラー法を用いた流量測定技術 (以下、パルスドップラー方式と呼ぶ)や伝搬時間差法 を用いた流量測定技術 (以下、伝搬時間差方式と呼ぶ)が知られている。  In this clamp-on type ultrasonic flow meter, a material for transmitting sound waves to the pipe, that is, a wedge, is installed on a part of the outer peripheral surface of the pipe through which the fluid to be measured passes. The flowmeter measures the flow rate of the fluid to be measured by transmitting sound waves into the pipe through the wedge. As a clamp-on type ultrasonic flowmeter, flow measurement technology using the pulse Doppler method (hereinafter referred to as pulse Doppler method) and flow measurement technology using the propagation time difference method (hereinafter referred to as propagation time difference method) are known. Yes.
[0003] パルスドップラー方式は、流体中に含まれる浮遊粒子や気泡が流体と同じ速度で 移動すると仮定して、浮遊粒子などの移動速度から流体の流量を測定するものであ り、例えば、特許文献 1に記載されているように、非定常状態の流体に対し、非接触 で高精度な測定を可能にしている。特許文献 1記載の流量計測技術は、超音波パル ス (群)を管内の被測定流体に対して一定の間隔で送信し、流体中に混在する気泡 などの異物(測線上の反射体)によって反射された超音波エコー波の周波数が、流 速に比例した大きさだけ変化すると 、う、ドッブラシフトの原理を応用したものである。 すなわち、上記エコー波に基づいてドップラーシフトを算出し、被測定流体の流速分 布を求め、この流速分布に基づいて積分演算により流量を算出することで、被測定 流体の流量を求めるものである。  [0003] The pulse Doppler method measures the flow rate of a fluid from the moving speed of suspended particles, assuming that suspended particles and bubbles contained in the fluid move at the same speed as the fluid. As described in Ref. 1, non-stationary fluids can be measured with high accuracy without contact. The flow rate measurement technology described in Patent Document 1 transmits ultrasonic pulses (group) to the fluid to be measured in the pipe at regular intervals, and is caused by foreign matters such as bubbles (reflectors on the measurement line) mixed in the fluid. When the frequency of the reflected ultrasonic echo wave changes by a magnitude proportional to the flow velocity, the principle of Doppler shift is applied. That is, the Doppler shift is calculated based on the echo wave, the flow velocity distribution of the fluid to be measured is obtained, and the flow rate is calculated by integration calculation based on the flow velocity distribution, thereby obtaining the flow rate of the fluid to be measured. .
[0004] 上記パルスドップラー方式は、伝搬時間差方式と比較して、精度が高く高速応答が 可能で、かつ耐気泡性に優れており、さらに計測線を複数設けることで偏流でも高精 度な計測が可能となる特徴がある。しかし、上記パルスドップラー方式は、被測定流 体に、一定量の反射体が、ある程度均一に存在することで測定が可能になる為、十 分な反射体が存在しない又は反射体が偏って存在する流体では高精度な測定を行 うことができな 、と!/、う問題がある。 [0004] The pulse Doppler method is more accurate and capable of high-speed response than the propagation time difference method, and is excellent in bubble resistance. Furthermore, by providing multiple measurement lines, high-precision measurement is possible even when there is a drift. There is a feature that makes possible. However, the pulse Doppler method enables measurement because a certain amount of reflector exists in the fluid to be measured to some extent, so that there is not enough reflector or the reflector is biased. Highly accurate measurement is performed on fluid There is a problem!
[0005] 一方、伝搬時間差方式は、一対の送受信一体型トランスデューサを 1組以上用い て、上流側から下流側への超音波伝搬時間と下流側から上流側への超音波伝搬時 間とを比較して、その差を用いることで、非測定流体の平均流速および流量を算出 するものである。この方式では、パルスドップラー方式と比較して、不純物の少ない液 体や純水の流量を計測するのに適する。逆に言えば、伝搬時間差方式では、被測 定流体内に気泡等の不純物が多く混入していると、高精度な測定が困難になること がある。  [0005] On the other hand, the propagation time difference method uses one or more pairs of transmission / reception integrated transducers to compare the ultrasonic propagation time from the upstream side to the downstream side and the ultrasonic propagation time from the downstream side to the upstream side. Then, by using the difference, the average flow velocity and flow rate of the non-measurement fluid are calculated. Compared with the pulse Doppler method, this method is suitable for measuring the flow rate of liquids with less impurities and pure water. Conversely, with the propagation time difference method, high-precision measurement may be difficult if there are many impurities such as bubbles in the fluid to be measured.
[0006] 従来の超音波流量計では、パルスドップラー方式か伝搬時間差方式の何れか一方 の方式で計測を行なって 、た。  [0006] In conventional ultrasonic flowmeters, measurement is performed by either the pulse Doppler method or the propagation time difference method.
また、従来、例えば特許文献 2記載の発明が提案されている。  Conventionally, for example, an invention described in Patent Document 2 has been proposed.
[0007] 特許文献 2記載の発明は、時間差式超音波流量計とドップラー式超音波流量計と を備え、定められた流量のしきい値以下では時間差式超音波流量計に、しきい値以 上ではドップラー式超音波流量計に切り換えるものである。  [0007] The invention described in Patent Document 2 includes a time difference type ultrasonic flow meter and a Doppler type ultrasonic flow meter, and the time difference type ultrasonic flow meter is less than the threshold value below a predetermined flow rate threshold value. Above, it switches to a Doppler type ultrasonic flowmeter.
[0008] 但し、上記特許文献 2におけるドップラー式とは、上記パルスドップラー方式とは異 なる。すなわち、上記特許文献 2におけるドップラー法とは、一般に連続波方式と呼 ばれる方法であり、上記パルスドップラー方式はパルス波方式である。上記特許文献 2におけるドップラー法 (連続波方式)に関しては、例えば非特許文献 1等で説明され ているが、簡単に説明するならば、配管の中心軸上の一点での被測定流体の速度を ドッブラシフトを用いて求め、この流体速度力 流量を算出する手法である。一方、パ ルスドップラー方式は、配管内の特定位置 (複数)の流速を求め、得られた流速分布 を用いて流量を算出する手法である。それ故、上記特許文献 2には、ドップラー式は 時間差式に比べて精度が悪いという問題点を有している旨の記載がある。一方、パ ルスドップラー方式は、上記の通り、伝搬時間差方式と比較して、測定精度が高い。  [0008] However, the Doppler method in Patent Document 2 is different from the pulse Doppler method. That is, the Doppler method in Patent Document 2 is a method generally called a continuous wave method, and the pulse Doppler method is a pulse wave method. The Doppler method (continuous wave method) in Patent Document 2 is described in, for example, Non-Patent Document 1 and the like. However, if briefly explained, the velocity of the fluid to be measured at one point on the central axis of the pipe is described. This is a method of calculating this fluid velocity force flow rate by using a Doppler shift. On the other hand, the pulse Doppler method is a method of calculating the flow rate using the obtained flow velocity distribution by obtaining the flow velocity at specific positions (plural) in the pipe. Therefore, Patent Document 2 has a description that the Doppler method has a problem that the accuracy is lower than that of the time difference method. On the other hand, the pulse Doppler method has higher measurement accuracy than the propagation time difference method as described above.
[0009] 上記の通り、パルスドップラー法を用いた流量計測技術は、伝搬時間差方式に比 ベて優れている点が多いが、被測定流体の状態(上記反射体の量や偏り等)によつ ては、伝搬時間差方式を用いたほうが良い場合がある。ここで、被測定流体の状態 は、ある測定地点 (超音波流量計の設置地点)において一定というわけではなぐ変 ィ匕するものである。よって、ある時点で被測定流体に一定量の反射体がある程度均 一に存在するとしても、別の時点では十分な反射体が存在しな!ヽ又は Z及び反射体 が偏って存在する状況となる場合もある。 [0009] As described above, the flow measurement technique using the pulse Doppler method has many advantages over the propagation time difference method, but it depends on the state of the fluid to be measured (the amount of the reflector and the deviation, etc.). For this reason, it may be better to use the propagation time difference method. Here, the state of the fluid to be measured is not necessarily constant at a certain measurement point (installation point of the ultrasonic flowmeter). 匕Therefore, even if there is a certain amount of reflector in the measured fluid at a certain point in time, there is not enough reflector at another point! There may be a situation where ヽ or Z and reflectors are present in a biased manner.
[0010] したがって、各測定地点毎に、パルスドップラー方式と伝搬時間差方式とを混在さ せた超音波流量計を設置し、被測定流体の状態に応じて両者を切り替える手法が考 えられる。  [0010] Therefore, it is conceivable to install an ultrasonic flow meter in which the pulse Doppler method and the propagation time difference method are mixed for each measurement point, and switch between both in accordance with the state of the fluid to be measured.
し力しながら、従来では、被測定流体の状態を装置によって自動的に判別すること は困難であった。従来では、上記流量演算の為の処理中に得られる上記流速分布 を表示させたり、上記反射された超音波エコー波の受信信号を表示させたりして、こ れら表示内容を人間が見て、被測定流体の状態を経験的に判断していた。  However, conventionally, it has been difficult to automatically determine the state of the fluid to be measured by the apparatus. Conventionally, the flow velocity distribution obtained during the processing for the flow rate calculation is displayed, or the received signal of the reflected ultrasonic echo wave is displayed, so that a human can see the displayed contents. The state of the fluid to be measured was judged empirically.
[0011] 以上述べたように、被測定流体の状態を装置によって自動的に判別することが望ま れる。そして、この判別結果に基づいて、パルスドップラー方式と伝搬時間差方式と を切り替えることで、より高精度に流量計測を行えるようにすることが望まれる。  [0011] As described above, it is desirable to automatically determine the state of the fluid to be measured by the apparatus. Then, it is desired that the flow rate measurement can be performed with higher accuracy by switching between the pulse Doppler method and the propagation time difference method based on the determination result.
[0012] これに対して、上記特許文献 2記載の手法では、流量に基づ 、て切り替えを行って V、るに過ぎず、反射体の量や均一性等のような被測定流体の状態を判別するもので はなぐ切り替えの判断基準が十分に適切なものとは言えない。また、特許文献 2は、 上記の通り、そもそもパルスドップラー方式に関するものではない。ノ ルスドップラー 方式を用いることで、非定常状態においても、より高精度な測定が可能となる。  On the other hand, in the method described in Patent Document 2, the state of the fluid to be measured such as the amount and uniformity of the reflector is merely changed to V based on the flow rate. Therefore, it can not be said that the criteria for switching is not adequately appropriate. Further, as described above, Patent Document 2 is not related to the pulse Doppler method in the first place. By using the Nords-Doppler method, it is possible to measure with higher accuracy even in the unsteady state.
特許文献 1:特開 2000— 97742号公報  Patent Document 1: JP 2000-97742 A
特許文献 2 :特開 2004— 184245号公報  Patent Document 2: Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-184245
非特許文献 1:「計装エンジニアのための流量計測 A to Zj 128頁〜 131頁、著者:社 団法人 日本計量機器工業連合会、出版社:工業技術社、平成 7年 11月 1日初版 発明の開示  Non-patent document 1: “Flow measurement for instrumentation engineers A to Zj pages 128-131, author: Japan Metrology Equipment Industry Association, publisher: Industrial Technology Co., Ltd., November 1, 1995, first edition Disclosure of the invention
[0013] 本発明の課題は、パルスドップラー方式の超音波流量計において被測定流体の状 態を判別することで、測定結果の確からしさを知ることができるようにし、更にパルスド ップラー方式と伝搬時間差方式との併用型の超音波流量計を構成し、被測定流体 の状態の判別結果に応じて、パルスドップラー方式を伝搬時間差方式に切り替える ことで、ノ ルスドップラー方式による高精度な測定を活力 つつ測定精度を悪化させ ずに流量測定することを可能にする超音波流量計、 2方式併用型超音波流量計等を 提供することである。 [0013] An object of the present invention is to determine the state of the fluid to be measured in a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter so that the accuracy of the measurement result can be known, and further, a difference in propagation time from the pulse Doppler method. Constructing an ultrasonic flow meter that can be used in combination with the method, and switching the pulse Doppler method to the propagation time difference method according to the result of determining the state of the fluid to be measured. Deteriorating measurement accuracy It is to provide an ultrasonic flowmeter that can measure the flow without using it, and a two-type combined ultrasonic flowmeter.
[0014] 本発明のパルスドップラー式超音波流量計は、各チャンネル毎に、計測したエコー 信号に基づ 、て得られるドップラースペクトルに基づ 、て、前記エコー信号の強度を 示すパワーを算出するパワー算出手段と、各チャンネル毎に、計測したエコー信号 に基づいて得られるドップラーシフト周波数とその平均値とに基づいて、その標準偏 差を算出する標準偏差算出手段と、各チャンネル毎に、前記パワー又は Z及び標準 偏差をそれぞれ所定の閾値と比較することで、被測定流体の状態を判別する状態判 別手段とを有するように構成する。  The pulse Doppler ultrasonic flowmeter of the present invention calculates, for each channel, power indicating the intensity of the echo signal based on the Doppler spectrum obtained based on the measured echo signal. Power calculation means, standard deviation calculation means for calculating the standard deviation based on the Doppler shift frequency obtained based on the measured echo signal and the average value for each channel, and for each channel The power or Z and the standard deviation are respectively compared with a predetermined threshold value, so that a state determining means for determining the state of the fluid to be measured is provided.
[0015] 上記算出されるパワーは、被測定流体に含まれる反射体の状態 (数に比例等)を示 しており、標準偏差は流れの安定性を示すものである。例えばパワーが閾値より大き く且つ標準偏差が閾値より小さい場合には、被測定流体の状態は、反射体がある程 度多く含まれ且つある程度均一な流れであるものと見做せる。つまり、パルスドッブラ 一方式で高精度な測定が行える状態にあると見做せる。この様に、被測定流体の状 態を自動的に判別できるので、例えば判別結果を表示等すれば、監視者等は、測定 結果の確力 しさを知ることができる。  [0015] The calculated power indicates the state of the reflector included in the fluid to be measured (proportional to the number, etc.), and the standard deviation indicates the flow stability. For example, when the power is larger than the threshold value and the standard deviation is smaller than the threshold value, the state of the fluid to be measured can be regarded as a flow containing a certain amount of reflectors and a uniform flow to some extent. In other words, it can be considered that it is in a state where high-precision measurement can be performed with the pulse doppler one-way system. In this way, since the state of the fluid to be measured can be automatically discriminated, for example, if the discrimination result is displayed, the supervisor or the like can know the accuracy of the measurement result.
[0016] 更に、上記被測定流体の状態の判別手法を、パルスドップラー方式と伝搬時間差 方式との併用型の超音波流量計に適用することで、両測定方式を適切なときに切り 替えることができる。  [0016] Furthermore, by applying the method for determining the state of the fluid to be measured to an ultrasonic flowmeter that uses a combination of the pulse Doppler method and the propagation time difference method, the two measurement methods can be switched when appropriate. it can.
[0017] すなわち、本発明の 2方式併用型超音波流量計は、パルスドップラー方式と伝搬時 間差方式との併用型の超音波流量計であって、通常時は、パルスドップラー方式を 用いるものとし、各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づいて得られるドッブラ 一スペクトルに基づいて、前記エコー信号の強度を示すパワーを算出するパワー算 出手段と、各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づいて得られるドップラーシ フト周波数とその平均値とに基づいて、その標準偏差を算出する標準偏差算出手段 と、各チャンネル毎に、前記パワー又は Z及び標準偏差をそれぞれ所定の閾値と比 較することで、被測定流体の状態を判別する状態判別手段と、状態判別手段による 判別結果に応じて一時的に伝搬時間差方式に切り換えるか否かを決定する切換手 段とを有するように構成する。 That is, the two-system combined ultrasonic flowmeter of the present invention is a combined ultrasonic flowmeter of the pulse Doppler method and the propagation time difference method, and normally uses the pulse Doppler method. Power calculation means for calculating the power indicating the intensity of the echo signal based on the Doppler spectrum obtained based on the measured echo signal for each channel, and the measured echo signal for each channel. The standard deviation calculation means for calculating the standard deviation based on the Doppler shift frequency obtained based on the average and the average value thereof, and for each channel, the power or Z and the standard deviation are respectively compared with a predetermined threshold value. Therefore, it is determined whether to switch to the propagation time difference method temporarily according to the determination result by the state determination unit and the determination result by the state determination unit. Switch And a step.
[0018] 上記状態判別手段によって、パルスドップラー方式で高精度な測定が行える状態 にある力否かを判別できるので、測定精度が悪ィ匕していると判定した場合には、一時 的に伝搬時間差方式に切り換えることで、測定精度の大幅な悪ィ匕を防止できる。  [0018] Since the state determination means can determine whether or not the force is in a state where high-precision measurement can be performed by the pulse Doppler method, if it is determined that the measurement accuracy is poor, it is temporarily propagated. By switching to the time difference method, it is possible to prevent a significant deterioration in measurement accuracy.
[0019] そして、例えば、前記状態判別手段は、前記各チャンネル毎に、測定精度が悪ィ匕 しているか否かを判定するものであり、前記切換手段は、前記状態判別手段によって 測定精度が悪化して 、ると判定されたチャンネルの数が、予め設定される割合以上 であった場合は、測定方式を伝搬時間差方式に切り換える。  [0019] Then, for example, the state determining unit determines whether or not the measurement accuracy is deteriorated for each channel, and the switching unit has the measurement accuracy determined by the state determining unit. If the number of channels determined to have deteriorated exceeds a preset ratio, the measurement method is switched to the propagation time difference method.
[0020] また、例えば、前記パワーは前記ドップラースペクトルを積分処理して得られる総パ ヮー又は該総パワーを取込回数で除算した平均化パワーである。  [0020] Further, for example, the power is a total power obtained by integrating the Doppler spectrum or an averaged power obtained by dividing the total power by the number of acquisitions.
また、例えば、前記ドップラーシフト周波数とその平均値とに基づいて算出される標 準偏差に代えて、該算出された標準偏差を前記ドップラーシフト周波数の平均値に よって規格ィ匕した値を用いるものである。  Further, for example, instead of the standard deviation calculated based on the Doppler shift frequency and the average value thereof, a value obtained by standardizing the calculated standard deviation with the average value of the Doppler shift frequency is used. It is.
[0021] また、例えば、予め任意の測定回数又は測定時間を設定させ、前記切換手段によ つて一時的に伝搬時間差方式に切り換えられた場合、該伝搬時間差方式による測 定は、前記設定された測定回数又は測定時間分、行われるようにしてもよい。  [0021] Also, for example, when an arbitrary number of measurements or measurement time is set in advance and the switching means is temporarily switched to the propagation time difference method, the measurement by the propagation time difference method is performed by the set The measurement may be performed for the number of measurement times or the measurement time.
[0022] また、例えば、前記切換手段によって一時的に伝搬時間差方式に切り換えられた 場合、該伝搬時間差方式による測定結果を、該切換え直前のパルスドップラー方式 による測定結果力 緩やかに変化するように補正して出力するようにしてもょ 、。  [0022] Further, for example, when the switching means is temporarily switched to the propagation time difference method, the measurement result by the propagation time difference method is corrected so that the measurement result force by the pulse Doppler method immediately before the switching changes gently. And then output it.
[0023] 本発明の超音波流量計、 2方式併用型超音波流量計等によれば、パルスドッブラ 一方式の超音波流量計にお!、て被測定流体の状態を判別することで、測定結果の 確からしさを知ることができるようにし、更にパルスドップラー方式と伝搬時間差方式と の併用型の超音波流量計を構成し、被測定流体の状態の判別結果に応じて、パル スドップラー方式を伝搬時間差方式に切り替えることで、パルスドップラー方式による 高精度な測定を活力しつつ測定精度を悪化させずに流量測定することを可能にする 。また、判別精度が高いので、適切なときに切換えが行われるようになる。  [0023] According to the ultrasonic flowmeter of the present invention, the two-type combined ultrasonic flowmeter, etc., the pulse doppler one-type ultrasonic flowmeter is used to determine the state of the fluid to be measured. In addition, an ultrasonic flow meter that combines the pulse Doppler method and the propagation time difference method is configured so that the pulse Doppler method can be propagated according to the determination result of the state of the fluid to be measured. By switching to the time difference method, it is possible to measure the flow rate without degrading the measurement accuracy while energizing high-precision measurement by the pulse Doppler method. In addition, since the discrimination accuracy is high, switching is performed at an appropriate time.
図面の簡単な説明  Brief Description of Drawings
[0024] [図 1]本例によるパルスドップラー式超音波流量計の構成'機能ブロック図である。 [図 2A]実験結果に基づく被測定流体の状態の判別基準を示す図である。 FIG. 1 is a functional block diagram of a configuration of a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter according to this example. FIG. 2A is a diagram showing a criterion for determining a state of a fluid to be measured based on an experimental result.
[図 2B]実験結果に基づく被測定流体の状態の判別基準を示す図である。  FIG. 2B is a diagram showing criteria for determining the state of the fluid to be measured based on the experimental results.
[図 2C]実験結果に基づく被測定流体の状態の判別基準を示す図である。  FIG. 2C is a diagram showing criteria for determining the state of the fluid to be measured based on the experimental results.
[図 3]本例による 2方式併用型超音波流量計の構成'機能ブロック図である。  FIG. 3 is a functional block diagram of a configuration of a two-method combined ultrasonic flowmeter according to this example.
[図 4]本例の流量測定処理のフローチャート図である。  FIG. 4 is a flowchart of the flow rate measurement process of this example.
[図 5]図 4の処理の変形例である。  FIG. 5 is a modification of the process of FIG.
[図 6]成功率を用いて判別する処理を説明する為の図である。  FIG. 6 is a diagram for explaining processing for discrimination using a success rate.
[図 7A]両測定方式が短時間で頻繁に切り替わる場合の対応方法について説明する 為の図である。  FIG. 7A is a diagram for explaining a handling method when both measurement methods are frequently switched in a short time.
[図 7B]両測定方式が短時間で頻繁に切り替わる場合の対応方法について説明する 為の図である。  FIG. 7B is a diagram for explaining a response method when both measurement methods are frequently switched in a short time.
[図 7C]両測定方式が短時間で頻繁に切り替わる場合の対応方法について説明する 為の図である。  FIG. 7C is a diagram for explaining a handling method when both measurement methods are frequently switched in a short time.
[図 7D]両測定方式が短時間で頻繁に切り替わる場合の対応方法について説明する 為の図である。  FIG. 7D is a diagram for explaining a response method when both measurement methods are frequently switched in a short time.
[図 8]チャンネルにつ!/、て示す図である。  [FIG. 8] This is a diagram showing a channel!
発明を実施するための最良の形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0025] 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図 1は、本例によるパルスドップラー式超音波流量計の構成'機能ブロック図であり 、これは被測定流体の状態を判別することができるものである。  FIG. 1 is a functional block diagram of a configuration of a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter according to this example, which can determine the state of a fluid to be measured.
[0026] 図示のパルスドップラー式超音波流量計は、センサ 1、発信器 2、ェミッタ 3、増幅器 4、 AZD変換部 5、表示装置 6、及び CPUZMPUIOより成る。 CPUZMPUIOは 、その内臓メモリ又は不図示の外部メモリに格納された所定のアプリケーション 'プロ グラムを実行することにより、流速分布計測部 11、パワー'標準偏差算出処理部 12、 及び流量演算処理部 13の各機能部の処理を実行する。  The illustrated pulse Doppler type ultrasonic flowmeter includes a sensor 1, a transmitter 2, an emitter 3, an amplifier 4, an AZD converter 5, a display device 6, and a CPUZMPUIO. The CPUZMPUIO executes a predetermined application program stored in its built-in memory or an external memory (not shown), thereby allowing the flow velocity distribution measurement unit 11, the power standard deviation calculation processing unit 12, and the flow rate calculation processing unit 13 to The processing of each functional unit is executed.
[0027] センサ 1は、超音波トランジユーサであり、被測定流体が流れる配管の管壁 7の外周 面の一部に設置されている楔 8に取り付けられている。センサ 1は、発信器 2及びエミ ッタ 3により生成される電気信号に基づいて超音波パルスを出力する。この超音波パ ルスは、例えば直径 5mm程度の直進性のビームであり、楔 8、管壁 7を介して配管内 を流れる流体中に入り、流体中に含まれる反射体 9 (気泡等)によって反射される。こ の反射エコーはセンサ 1が受信して電気信号に変換した後、増幅器 4に出力する。 [0027] The sensor 1 is an ultrasonic transducer and is attached to a wedge 8 installed on a part of the outer peripheral surface of a pipe wall 7 of a pipe through which a fluid to be measured flows. The sensor 1 outputs an ultrasonic pulse based on the electrical signal generated by the transmitter 2 and the emitter 3. This ultrasonic filter Luth is a straight beam having a diameter of about 5 mm, for example, enters the fluid flowing through the pipe via the wedge 8 and the tube wall 7 and is reflected by the reflector 9 (such as bubbles) contained in the fluid. The reflected echo is received by the sensor 1 and converted into an electrical signal, and then output to the amplifier 4.
[0028] 発信器 2は、基本周波数 f0の電気信号を発生させ、ェミッタ 3は、この発振器 2から の電気信号を所定の時間間隔(lZFprf)毎にパルス状に出力する。これより、センサ 1からは、基本周波数 f0の上記超音波パルスが所定の時間間隔毎に出力される。尚 、上記基本周波数 f0は、基本的には、配管の内径に反比例して定まる所要周波数で ある。また、尚、センサ 1は、配管に対して一定の角度だけ傾斜するようにして楔 8に 取り付けられるものであり、上記超音波パルスは図示の測定線に沿って流体中を進 行するものである。また、尚、反射体 9は、上記気泡以外にも、微粉末等のパーテイク ル、被測定流体とは異なる音響インピーダンスを有する異物等がある。  The transmitter 2 generates an electrical signal having a fundamental frequency f0, and the emitter 3 outputs the electrical signal from the oscillator 2 in a pulse shape at predetermined time intervals (lZFprf). Thus, the ultrasonic pulse having the fundamental frequency f0 is output from the sensor 1 at predetermined time intervals. The basic frequency f0 is basically a required frequency determined in inverse proportion to the inner diameter of the pipe. The sensor 1 is attached to the wedge 8 so as to be inclined at a certain angle with respect to the pipe. The ultrasonic pulse travels in the fluid along the measurement line shown in the figure. is there. In addition, the reflector 9 includes particles such as fine powder, foreign matter having an acoustic impedance different from that of the fluid to be measured, in addition to the bubbles.
[0029] 上記センサ 1から出力される反射エコー電気信号は、増幅器 4によって増幅され、 更に AZD変換部 5によってディジタル化されて、 CPUZMPUIOに入力する。  [0029] The reflected echo electric signal output from the sensor 1 is amplified by the amplifier 4, further digitized by the AZD converter 5, and input to the CPUZMPUIO.
CPU/MPU 10においては、上記流速分布計測部 11と流量演算処理部 13は、 従来から存在する処理部であり、上記ディジタル信号が入力されると、まず、流速分 布計測部 11によって被測定流体の流速分布を算出し、流量演算処理部 13がこの流 速分布に基づいて被測定流体の流量を算出するが、本装置では、更に、パワー'標 準偏差算出処理部 12を有して 、る。  In the CPU / MPU 10, the flow velocity distribution measurement unit 11 and the flow rate calculation processing unit 13 are existing processing units. When the digital signal is input, the flow velocity distribution measurement unit 11 first measures the measurement. The flow rate calculation processing unit 13 calculates the flow rate distribution of the fluid, and the flow rate calculation processing unit 13 calculates the flow rate of the fluid to be measured based on this flow rate distribution. The apparatus further includes a power standard deviation calculation processing unit 12. RU
[0030] 上記の通り、パルスドップラー法による測定では、所定の繰返し周期(lZFprf)で 上記超音波パルスの送信 ·受信を繰返し多数回実行する。  [0030] As described above, in the measurement by the pulse Doppler method, transmission / reception of the ultrasonic pulse is repeatedly performed a number of times with a predetermined repetition period (lZFprf).
流速分布計測部 11は、上記多数回の計測結果に基づいて、測定線上の各位置の 流速を算出し、算出した各位置 (計測点)の流速に基づいて、流速分布を求めること になる。流速算出の際には、ドップラーシフト(送信パルスの周波数と受信エコーの周 波数との差)成分を抽出して、このドップラーシフトの周波数 fd等に基づいて、流速を 算出する。  The flow velocity distribution measurement unit 11 calculates the flow velocity at each position on the measurement line based on the measurement results obtained many times, and obtains the flow velocity distribution based on the calculated flow velocity at each position (measurement point). When calculating the flow velocity, the Doppler shift (difference between the transmission pulse frequency and the reception echo frequency) component is extracted, and the flow velocity is calculated based on the Doppler shift frequency fd.
[0031] ここで、各位置 (計測点)は、 1点を意味するのではなぐ測定領域 (例えば、管軸に 対して垂直方向における配管半径分の領域)を分割して成る各エリア (チャンネルと 呼ぶ)を意味するものである。当然、反射体 9がどのエリアを通過するのかは予測が つかないものである力 更に各エリア毎に、そのエリア内の何処を反射体 9が流れてく るのかは予測のつかないものである。つまり、パルスドップラー方式は、確率的な事 象を扱うものであり、真値を得ることは困難である。よって、各チャンネル毎に、例えば 256回分の流速計測が行われたら、その平均値を算出し、これを上記各位置 (計測 点)の流速としている。そして、各チャンネル毎に、この 256回分の計測結果に基づ いて、ドップラースペクトルを算出することになる。尚、各計測実行毎に、その計測点( そのとき反射体 9が存在した位置)がどのチャンネルであるのかは、上記超音波パル スの送信力 反射エコーの受信までに掛かる時間に基づいて判別できる。 [0031] Here, each position (measurement point) does not mean one point, but each measurement area (for example, an area corresponding to the pipe radius in the direction perpendicular to the pipe axis) is divided into areas (channels). Is called). Naturally, it is predicted which area the reflector 9 will pass. Force that is not connected Further, for each area, it is unpredictable where the reflector 9 flows in the area. In other words, the pulse Doppler method handles probabilistic events and it is difficult to obtain true values. Therefore, for example, when 256 times of flow velocity measurements are performed for each channel, the average value is calculated and used as the flow velocity at each position (measurement point). For each channel, the Doppler spectrum is calculated based on the 256 measurement results. For each measurement execution, the channel at which the measurement point (the position at which the reflector 9 was present) is determined based on the transmission time of the above ultrasonic pulse and the time taken to receive the reflected echo. it can.
[0032] パワー ·標準偏差算出処理部 12は、まず、上記流速分布計測部 11による流速演 算の処理過程で得られるデータ(上記ドップラーシフト周波数 fdやドップラースぺタト ル等)に基づいて、例えば参考文献 1 (「基礎超音波医学」八木晋一、遠藤信行、平 田經雄、伊藤紘ー著; 医歯薬出版株式会社; 2002年 10月 10日 第 1版第 3刷発行 の 26頁〜 31頁)、参考文献 2 (「超音波医学辞典」辻本文雄著 秀潤社 2000年 9月 8日 第 1版第 1刷発行の 170頁〜 175頁)等に記載の方法により、以下に説明するよ うに、各チャンネル毎に、パワー (P)と標準偏差 σとを算出する。  [0032] First, the power standard deviation calculation processing unit 12 is based on data (Doppler shift frequency fd, Doppler spectrum, etc.) obtained in the flow rate calculation process by the flow velocity distribution measurement unit 11 described above. For example, Reference 1 ("Basic Ultrasound Medicine", Junichi Yagi, Nobuyuki Endo, Yasuo Hirata, Kei Ito; Ishiyaku Shuppan Co., Ltd .; October 10, 2002, 1st edition, 3rd edition, pages 26-31 Page 2), Reference 2 (`` Ultrasound Medical Dictionary '' by Satsuki Texto, Shujunsha, September 8, 2000, 1st edition, 1st edition, pages 170-175), etc. Thus, power (P) and standard deviation σ are calculated for each channel.
[0033] 各チャンネル毎に、例えば、上記参考文献 1、 2に記載されているように、まず、ドッ プラーシフト周波数 fdを横軸、パワーを縦軸とするパワースペクトル、すなわちドッブ ラースペクトル P (fd)を求める。そして、このドップラースペクトル P (fd)を用いて、以 下の(1)式により、そのチャンネルにおけるパワー(P)を算出する。  [0033] For each channel, for example, as described in References 1 and 2 above, first, a power spectrum with the Doppler shift frequency fd as the horizontal axis and the power as the vertical axis, that is, the Doppler spectrum P ( fd) is obtained. Then, using this Doppler spectrum P (fd), the power (P) in the channel is calculated by the following equation (1).
[0034] [数 1]  [0034] [Equation 1]
P = jP(fi)dfd · · · ( 1 ) 式 上記パワー(p)はエコー波の強度を示すものであり、また上記参考文献 1に記載の ように、被測定流体内の反射体の数に比例するものである。 P = jP (fi) df d (1) The above power (p) indicates the intensity of the echo wave, and as described in Reference 1 above, the reflection of the reflector in the fluid to be measured It is proportional to the number.
[0035] また、ドップラーシフト周波数 fdの平均値である平均ドップラーシフト周波数 (一次モーメント)より、ドップラーシフト周波数 fdのバラツキの程度を特定する統計量 である分散 σ 2 (二次モーメント)は以下の(2)式で表すことができる。 [0035] The average Doppler shift frequency fd is an average value of the Doppler shift frequency fd. From (first moment), variance σ 2 (second moment), which is a statistic that specifies the degree of variation in Doppler shift frequency fd, can be expressed by the following equation (2).
[0036] [数 2] [0036] [Equation 2]
^2 - (fj - )2 = f -( )2 · · · ( 2 ) 式 上記分散の平方根 ( )が、標準偏差 σである。この標準偏差は、各チャンネル毎 に、そのチャンネルに係る計測結果の時間領域におけるばらつき(流れの安定性)を 示すものであり、このばらつきが実用的な範囲であれば、計測結果は有効なものと考 えられる。 ^ 2- (fj-) 2 = f-() 2 · · · (2) The square root () of the above variance is the standard deviation σ. This standard deviation indicates the variation in the time domain of the measurement results for each channel (flow stability) for each channel. If this variation is within a practical range, the measurement results are valid. it is conceivable that.
[0037] 以上述べたように、パワー (Ρ)は被測定流体に含まれる反射体の状態 (数等)を示 しており、標準偏差は流れの安定性を示すものであるから、図 2Αに示すように、パヮ 一が大きく且つ標準偏差が大きい場合には、被測定流体の状態は、反射体がある程 度多く含まれ且つ不均一な流れであることを示す。また、パワーが大きく且つ標準偏 差が小さい場合には、被測定流体の状態は、反射体がある程度多く含まれ且つ均一 な流れであることを示す。また、パワーが小さく且つ標準偏差が大きい場合には、被 測定流体の状態は、反射体が少なく(又は無!、)且つ不均一な流れであることを示す  [0037] As described above, the power (Ρ) indicates the state (number, etc.) of the reflector included in the fluid to be measured, and the standard deviation indicates the flow stability. As shown in the graph, when the capacity is large and the standard deviation is large, the state of the fluid to be measured indicates that the reflector is included in a large amount and the flow is uneven. When the power is large and the standard deviation is small, the state of the fluid to be measured indicates that the reflector is contained in a certain amount and has a uniform flow. Also, when the power is small and the standard deviation is large, the state of the fluid to be measured indicates that the reflector is few (or nothing!) And the flow is uneven.
[0038] ここで、本出願の発明者は、パルスドップラー式超音波流量計にぉ 、て同流量計 の特徴である高精度の流量計測を行える条件 (被測定流体の状態)を、実験等に基 づいて確認した。すなわち、図 2Αに示すように、パワーが大きぐ標準偏差が小さい という条件を満たす場合には、問題なく高精度の流量測定を行える状態にあることを 確認した。 [0038] Here, the inventor of the present application uses a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter, the conditions (state of the fluid to be measured) for performing high-accuracy flow measurement, which is a feature of the flowmeter, an experiment, etc. Based on the above. In other words, as shown in Fig. 2 (b), when the condition that the power is large and the standard deviation is small is satisfied, it was confirmed that the flow rate can be measured with high accuracy without any problems.
[0039] 具体例としては、例えば SUS50A配管を用いた実験により、図 2Βに示すように、本 実験結果としては、被測定流体の平均流速が 0. 4(m/S)〜2(m/s)である場合には測 定精度が良ぐ測定結果のバラツキが少なぐ平均流速 0. 2(m/s)においては測定精 度の悪ィ匕ゃ測定結果の大きなバラツキが確認できる。そして、発明者は、更に、実験 により、被測定流体の平均流速を順次変えながら、パワー (P)と標準偏差を算出した 結果、図 2Cに示す実験結果を得た。 [0040] 図 2Cに示す通り、測定精度よく測定可能な平均流速である 0. 4(m/s)〜2(m/s)の 範囲内にある各流速は、図 2Cを図 2Aに示す分類に当てはめた場合、「パワーが大 きく且つ標準偏差が小さい」という条件にほぼ該当している。そして、この実験顕結果 では、 "大きい"ど'小さい"とを分ける閾値は、大体、パワー )に関しては 10の 7乗 〜8乗付近、標準偏差はおよそ 1〜1. 5 (rad)付近であると判断できる。 [0039] As a specific example, for example, as shown in Fig. 2 (b) by an experiment using a SUS50A pipe, the average flow velocity of the fluid to be measured is 0.4 (m / S ) to 2 (m / s). In the case of s), a large variation in the measurement results can be confirmed at a mean flow velocity of 0.2 (m / s) where the measurement accuracy is good and the variation in the measurement results is small. Then, the inventor further calculated the power (P) and the standard deviation by sequentially changing the average flow velocity of the fluid to be measured, and obtained the experimental result shown in FIG. 2C. [0040] As shown in Fig. 2C, each flow velocity within the range of 0.4 (m / s) to 2 (m / s), which is an average flow velocity that can be measured with high measurement accuracy, is shown in Fig. 2C in Fig. 2A. When applied to classification, it almost corresponds to the condition of “high power and small standard deviation”. And in this experimental result, the threshold value that distinguishes between “large” and “small” is about 10 7 to the 8th power and the standard deviation is about 1 to 1.5 (rad). It can be judged that there is.
[0041] ここで、本実験では、流速を変化させて、各流速におけるパワーと標準偏差を求め ているが、これは流速によって正常 ·異常を判定するという意味ではない。流速を変 えることで、被測定流体の状態がどの様になるのか力 ある程度分力つているので、 流速をパラメータとして使用しているのである。すなわち、本実験では流体中に気泡 等をほぼ一定量でほぼ均一となるように含ませる力 流速が早いほど、単位時間当た りに測定線を通過する反射体 9の数が多くなる。よって、流速が流体中の反射体の数 を示唆することになる。また、本実験では反射体として気泡を用いており、水中の気 泡は、当然、浮かび上がる性質であるが、流速が早いとそのまま押し流されていくの で、バラツキは小さい。一方、流速が遅いと、途中で気泡が浮かび上がり、配管の重 力方向上側に気泡が偏る為、バラツキが大きくなる。  [0041] Here, in this experiment, the power and standard deviation at each flow velocity are obtained by changing the flow velocity, but this does not mean that normality / abnormality is determined by the flow velocity. By changing the flow velocity, the state of the fluid to be measured is changed to some force, so the flow velocity is used as a parameter. In other words, in this experiment, the number of reflectors 9 that pass through the measurement line per unit time increases as the force flow rate that causes bubbles to be included in the fluid so as to be substantially uniform in a substantially constant amount. Thus, the flow velocity suggests the number of reflectors in the fluid. In this experiment, bubbles are used as the reflector. Naturally, bubbles in the water have the property of rising, but they are swept away as soon as the flow velocity is high, so the variation is small. On the other hand, if the flow rate is slow, bubbles will rise in the middle and the bubbles will be biased upward in the direction of the pipe's strength, resulting in large variations.
[0042] 以上述べたように、上記実験結果は、例えば流速が 2m/sである場合は常に正常に 計測できるという意味ではなぐ流速によって、被測定流体の状態を再現しているだ けであり、  [0042] As described above, the above experimental result only reproduces the state of the fluid to be measured with a flow velocity that does not mean that it can always be measured normally when the flow velocity is 2 m / s, for example. ,
上記パワー (P)、標準偏差は、流体中の反射体の数、バラツキに応じた値が算出さ れるものである。  The power (P) and standard deviation are calculated according to the number of reflectors and variations in the fluid.
[0043] 尚、換言すれば、パワー'標準偏差算出処理部 12は、各チャンネル毎に、計測した エコー信号に基づ 、て得られるドップラースペクトルに基づ 、て、上記エコー信号の 強度を示すパワーを算出するパワー算出部と、各チャンネル毎に、計測したエコー 信号に基づいて得られるドップラーシフト周波数とその平均値とに基づいて、その標 準偏差を算出する標準偏差算出部と、各チャンネル毎に、上記パワー又は Z及び標 準偏差をそれぞれ所定の閾値と比較することで、被測定流体の状態を判別する状態 判別部 (何れも不図示)とから成ると言える。  In other words, the power standard deviation calculation processing unit 12 indicates the intensity of the echo signal based on the Doppler spectrum obtained based on the measured echo signal for each channel. A power calculation unit for calculating power, a standard deviation calculation unit for calculating the standard deviation based on the Doppler shift frequency obtained based on the measured echo signal and the average value for each channel, and each channel It can be said that it comprises a state discriminating unit (both not shown) for discriminating the state of the fluid to be measured by comparing the power or Z and the standard deviation with a predetermined threshold value.
[0044] 以上述べたように、パワー ·標準偏差算出処理部 12が算出したパワー (P)と標準偏 差とを例えば表示装置 6に表示し、オペレータ等が上記実験結果による閾値等に基 づ!、て現在の被測定流体の状態を判断し、測定精度が悪化して 、な 、か等を確認 することができる。あるいは、パワー ·標準偏差算出処理部 12において予め上記閾値 等を設定しておき、例えば「パワーが大きく且つ標準偏差が小さい」という条件に該当 しな 、場合には、測定精度が悪化して 、る旨を表示装置 6に表示するようにしてもよ い。つまり、これら表示内容は、測定結果の確からしさを知る指標となる。 As described above, the power (P) calculated by the power / standard deviation calculation processing unit 12 and the standard deviation are calculated. The difference is displayed on the display device 6, for example, and the operator or the like determines the current state of the fluid to be measured based on the threshold value or the like based on the above experimental results, and confirms that the measurement accuracy has deteriorated. can do. Alternatively, the threshold value and the like are set in advance in the power / standard deviation calculation processing unit 12 and, for example, if the condition “power is large and standard deviation is small” is not satisfied, the measurement accuracy deteriorates. May be displayed on the display device 6. That is, these display contents serve as an index for knowing the certainty of the measurement result.
[0045] 上記のようにパワーと標準偏差を用いることで、被測定流体の状態を的確に表すこ とができるので、上記「測定結果の確からしさを知る指標」は信頼性の高いものとなる 。更に、上記のように実験結果に基づいて適切な閾値を設定することで、測定精度が 悪ィ匕している力否かの判断の信頼性も高いものとなり、後述する 2方式併用型超音波 流量計にお 、ては適切なときに切換えが行われるようになる。  [0045] By using power and standard deviation as described above, the state of the fluid to be measured can be accurately represented, so the above "index for knowing the accuracy of the measurement result" is highly reliable. . In addition, by setting an appropriate threshold based on the experimental results as described above, the reliability of determining whether or not the measurement accuracy is bad can be improved. The flow meter will be switched when appropriate.
[0046] すなわち、上記被測定流体の状態の判別手法を、以下に述べる図 3に示す 2方式 併用型超音波流量計に適用することで、パルスドップラー方式の測定精度の高さを 活かしつつ、測定精度が悪化する状態になった場合には、伝搬時間差方式に切り替 えることで、測定精度の悪ィ匕を抑止することができるようになる。  That is, by applying the method for determining the state of the fluid to be measured to the two-method combined ultrasonic flowmeter shown in FIG. 3 described below, while taking advantage of the high measurement accuracy of the pulse Doppler method, When the measurement accuracy deteriorates, switching to the propagation time difference method can suppress the measurement accuracy.
[0047] 図 3は、本例による 2方式併用型超音波流量計の構成'機能ブロック図である。  FIG. 3 is a functional block diagram of a “configuration of a two-method combined ultrasonic flowmeter according to this example”.
尚、 2方式とは、上記の通り、パルスドップラー方式と伝搬時間差方式とである。 図示の 2方式併用型超音波流量計は、センサ 1、センサ 21、センサ 22、スィッチ 23 、増幅器 24、増幅器 25、切替部 26、 AZD変換器 27、 CPU/MPU28,送信回路 29、表示装置 30、及び入力装置 31より成る。  The two systems are the pulse Doppler system and the propagation time difference system as described above. The two-type ultrasonic flowmeter shown in the figure is sensor 1, sensor 21, sensor 22, switch 23, amplifier 24, amplifier 25, switching unit 26, AZD converter 27, CPU / MPU 28, transmission circuit 29, display device 30. , And an input device 31.
[0048] センサ 1は、上記図 1に示すパルスドップラー方式用の超音波トランジユーサである 。図 3では、更に伝搬時間差方式用の 1対の超音波トランジユーサであるセンサ 21、 センサ 22が設けられている。尚、センサ 21、センサ 22自体は、センサ 1と同じであつ てよいので、共用することもできる。すなわち、センサ 1は削除し、センサ 21をパルスド ップラー方式用としても使用するようにしてもょ 、。  The sensor 1 is an ultrasonic transducer for the pulse Doppler method shown in FIG. In FIG. 3, a pair of ultrasonic transducers for the propagation time difference method, that is, a sensor 21 and a sensor 22 are further provided. The sensor 21 and the sensor 22 themselves may be the same as the sensor 1 and can be shared. That is, sensor 1 may be deleted and sensor 21 used for the pulse Doppler method.
[0049] 送信回路 29は、例えば図 1に示す発信器 2及びェミッタ 3より成る。  [0049] The transmission circuit 29 includes, for example, the transmitter 2 and the emitter 3 shown in FIG.
スィッチ 23は、センサ 1を用いるのかセンサ 21, 22を用いるのかを切り替える為の スィッチである。スィッチ 23がセンサ 1側に切り替わつている場合には、送信回路 29 力 出力される電気信号は、センサ 1に入力して超音波パルスが発射され、これが反 射体 9等によって反射された結果センサ 1から出力されるエコー電気信号は、増幅器 24に入力されるようになる。一方、スィッチ 23がセンサ 21, 22側に切り替わつている 場合には、送信回路 29から出力される電気信号は、センサ 21又は 22に入力して超 音波パルスが発射され、これをセンサ 22又は 21が受信して出力する電気信号 (受信 波)は、増幅器 25に入力されるようになる。 Switch 23 is a switch for switching between using sensor 1 and using sensors 21 and 22. When switch 23 is switched to the sensor 1 side, The output electrical signal is input to the sensor 1 and an ultrasonic pulse is emitted, and this is reflected by the reflector 9 and the like, so that the echo electrical signal output from the sensor 1 is input to the amplifier 24. become. On the other hand, when the switch 23 is switched to the sensor 21 or 22 side, the electrical signal output from the transmission circuit 29 is input to the sensor 21 or 22, and an ultrasonic pulse is emitted, and this is output to the sensor 22 or 22. The electric signal (received wave) received and output by 21 is input to the amplifier 25.
[0050] 増幅器 24, 25は、増幅器 4と同様、単なる信号増幅回路であり、増幅器 24は上記 エコー電気信号を増幅し、増幅器 25は上記受信波を増幅する。  The amplifiers 24 and 25 are mere signal amplification circuits like the amplifier 4, the amplifier 24 amplifies the echo electric signal, and the amplifier 25 amplifies the received wave.
切替部 26は、増幅器 24、 25の何れか一方の増幅出力信号を、 AZD変翻27に 入力させるものであり、当然、センサ 1を使用する場合には増幅器 24側に切り替わつ ている。 AZD変換器 27は上記何れかの増幅出力信号を AZD変換し、このディジ タル信号を CPUZMPU28に出力する。  The switching unit 26 inputs the amplified output signal of either one of the amplifiers 24 and 25 to the AZD conversion 27. Naturally, when the sensor 1 is used, the switching unit 26 is switched to the amplifier 24 side. The AZD converter 27 performs AZD conversion on any of the above amplified output signals, and outputs the digital signal to the CPUZMPU 28.
[0051] CPUZMPU28は、図 1の CPUZMPUIOと同様に上記流速分布計測部 11、ノ ヮー ·標準偏差算出処理部 12、及び流量演算処理部 13の各機能部を有するが、更 に、パワー ·標準偏差算出処理部 12によって上記の通り測定精度が悪化していると 判定された場合に、切替部 26及びスィッチ 23を伝搬時間差方式側へと切り替える切 替制御部 (不図示)を有している。また、伝搬時間差方式による流量算出処理を実行 する処理機能部 (不図示)も有して!/ヽる。  [0051] Like CPUZMPUIO in Fig. 1, CPUZMPU28 has the function units of flow velocity distribution measurement unit 11, noise standard deviation calculation processing unit 12, and flow rate calculation processing unit 13. A switching control unit (not shown) that switches the switching unit 26 and the switch 23 to the propagation time difference method side when the deviation calculation processing unit 12 determines that the measurement accuracy is deteriorated as described above. . It also has a processing function unit (not shown) that performs flow rate calculation processing using the propagation time difference method! / Speak.
[0052] CPUZMPU28において上記何れかの方式により流量が算出されると、この流量 は表示装置 30に表示される。また、現在、上記何れの方式を用いているのかを、表 示装置 30に表示してもよ ヽ。  When the CPUZMPU 28 calculates the flow rate by any of the above methods, the flow rate is displayed on the display device 30. In addition, it is possible to display on the display device 30 which method is currently used.
[0053] 図 4に、 CPUZMPU28によって実行される流量測定処理のフローチャート図を示 す。  FIG. 4 shows a flowchart of the flow rate measurement process executed by the CPUZMPU 28.
本例では、通常はパルスドップラー方式で流量測定を行っており、測定精度が悪化 したと判定されたときだけ伝搬時間差方式に切り替えるものである。  In this example, the flow rate measurement is normally performed by the pulse Doppler method, and only when it is determined that the measurement accuracy has deteriorated, the switching to the propagation time difference method is performed.
[0054] これより、通常時は、スィッチ 23及び切替部 26はセンサ 1側に切り替えられており、 センサ 1によって検出されたエコー波のディジタル信号を、 AZD変換器 27から入力 すると、上記流速分布計測部 11によって流速算出が行われるが (ステップ S11)、上 記の通り、その処理過程で得られるドップラースペクトル P (fd)等を用いて、パヮ一' 標準偏差算出処理部 12がパワー (P)と標準偏差 σとを算出する (ステップ S 12)。 [0054] From this, normally, the switch 23 and the switching unit 26 are switched to the sensor 1 side, and when the digital signal of the echo wave detected by the sensor 1 is input from the AZD converter 27, the flow velocity distribution is The flow velocity is calculated by the measurement unit 11 (step S11). As described above, using the Doppler spectrum P (fd) or the like obtained in the process, the power standard deviation calculation processing unit 12 calculates the power (P) and the standard deviation σ (step S12).
[0055] そして、上述してあるように、予めパワー(Ρ)に対する閾値 Xと標準偏差 σに対する 閾値 Υが設定'登録されているので、ステップ S12で算出したパワー (Ρ)と標準偏差 を、各々、閾値 X、 Υと比較し、例えばパワー (Ρ)≥Χ且つ標準偏差≤Υである場合、 すなわち上記「パワーが大きく且つ標準偏差が小さ!、」 t 、う条件を満たして!/、る場 合には (ステップ S13, YES)、そのままノ ルスドップラー方式を継続するものとし、流 量演算処理部 13によって流量を算出し (ステップ S 14)、算出結果等を表示装置 30 に出力する (ステップ S 19)。  [0055] Since the threshold value X for the power (Ρ) and the threshold value に 対 す る for the standard deviation σ are set and registered in advance as described above, the power (Ρ) and the standard deviation calculated in step S12 are Compared with the threshold values X and 、, respectively, for example, when power (Ρ) ≥ Χ and standard deviation ≤ 、, that is, “the power is large and the standard deviation is small!” (Step S13, YES), the Nord Doppler method is continued as is, the flow rate calculation unit 13 calculates the flow rate (Step S14), and the calculation result is output to the display device 30. (Step S19).
[0056] 一方、上記「パワー (P)≥X且つ標準偏差≤Y」の条件を満たさない場合には (ステ ップ S13, NO)、伝搬時間差方式に切り替える。すなわち、まずスィッチ 23及び切替 部 26を切り替えた後、センサ 21から超音波パルスを送信させてセンサ 22で受信させ 、センサ 22から超音波ノ ルスを送信させてセンサ 21で受信させ (ステップ S15)、両 方とも正常に受信できた場合には (ステップ S16, YES)、両者の伝搬時間差に基づ いて被測定流体の平均流速および流量を算出し (ステップ S 17)、結果を表示装置 3 0に出力する。尚、少なくとも一方が正常受信できな力つた場合には (ステップ S16, NO)、異常処理を行う(ステップ S 18)。  [0056] On the other hand, if the condition of "power (P) ≥ X and standard deviation ≤ Y" is not satisfied (step S13, NO), switch to the propagation time difference method. That is, first, after switching the switch 23 and the switching unit 26, an ultrasonic pulse is transmitted from the sensor 21 and received by the sensor 22, and an ultrasonic pulse is transmitted from the sensor 22 and received by the sensor 21 (step S15). If both are received normally (step S16, YES), the average flow velocity and flow rate of the fluid to be measured are calculated based on the propagation time difference between the two (step S17), and the result is displayed on the display device 30. Output to. If at least one of them is unable to receive normally (step S16, NO), an abnormal process is performed (step S18).
[0057] 尚、ステップ S13の処理は、上記説明では「パワー(P)≥X且つ標準偏差≤Y」を 判定条件としたが、この例に限らず、「パワーに)≥Χ」のみを判定条件としてもよいし 、「標準偏差≤Υ」のみを判定条件としてもよい。図 2Cに示す実験結果によれば標準 偏差のみを用いても、ある程度判別可能である。また、パワーは、被測定流体中の反 射体の数に比例するのであり、パルスドップラー方式では反射体の数が少な!/、と精 度良い計測が行えないことは分力つているので、パワーのみを用いても、ある程度判 別可能であるからである。  [0057] In the above description, the processing of step S13 is based on the condition "power (P) ≥ X and standard deviation ≤ Y". However, the present invention is not limited to this example, and only "power" ≥ Χ is determined. The condition may be a condition, or only “standard deviation ≦ Υ” may be a determination condition. According to the experimental results shown in Fig. 2C, it is possible to discriminate to some extent using only the standard deviation. Also, the power is proportional to the number of reflectors in the fluid to be measured, and the pulse Doppler method has a small number of reflectors! This is because even if only power is used, it can be distinguished to some extent.
[0058] 図 5に、図 4の処理の変形例を示す。  FIG. 5 shows a modification of the process of FIG.
図 5に示すステップ S21〜S26の処理は、図 4のステップ S11〜S19の処理とほぼ 同じである(ステップ S25の処理は図 4のステップ S15〜S18の処理である)。異なる 点は、事前の任意のときに、ユーザに任意の閾値 Xs、 Ysを設定させることで (ステツ プ S27)、ステップ S23の判定は、ステップ S 13における閾値 X, Yの代わりに、上記 閾値 Xs、 Ysを用いることである。すなわち、上記 2方式併用型超音波流量計の製造 元では、上記実験結果等やその他経験'勘等に基づいて上記閾値 X、 Yを設定する 力 最適な閾値は配管条件や被測定流体の性質等によって変わってくる。よって、各 ユーザ毎に、そのユーザが適切と考える任意に閾値 Xs、 Ysを設定できるようにする。 これは不図示の閾値設定画面を表示装置 30に表示し、ユーザは入力装置 31を操 作して、所望の閾値を入力するものである。入力装置 31は、タツチパネル、キーボー ド等である。 The processing in steps S21 to S26 shown in FIG. 5 is almost the same as the processing in steps S11 to S19 in FIG. 4 (the processing in step S25 is the processing in steps S15 to S18 in FIG. 4). The difference is that the user can set arbitrary threshold values Xs and Ys at any time in advance (Steps The determination in step S27) and step S23 is to use the threshold values Xs and Ys instead of the threshold values X and Y in step S13. In other words, the manufacturer of the above two-method combined ultrasonic flowmeters sets the above threshold values X and Y based on the above experimental results and other experiences' intuition. It depends on etc. Therefore, for each user, the thresholds Xs and Ys can be set arbitrarily as deemed appropriate by the user. In this case, a threshold setting screen (not shown) is displayed on the display device 30, and the user operates the input device 31 to input a desired threshold value. The input device 31 is a touch panel, a keyboard or the like.
[0059] 流速の算出は、上記の通り配管の管軸に対して垂直方向(配管断面方向)の各位 置(チャンネル)毎に行われるが、図 4、図 5の処理が、一部のチャンネルのみを用い るのか全てチャンネルのみを用いるのか等について、説明していなかった。これは、 任意の 1つのチャンネルのみを用いることや、任意の一部(複数)のチャンネルを用い ることも考えられるが、判定精度良く判定する為に適切と考える手法を、以下に、図 6 を参照して説明する。  [0059] The flow velocity is calculated for each position (channel) in the direction perpendicular to the pipe axis of the pipe (in the pipe cross-section direction) as described above. It did not explain whether to use only channels or all channels only. Although it is possible to use only one arbitrary channel or to use any part (multiple) channels, the method considered appropriate for determining with high accuracy is shown below. Will be described with reference to FIG.
[0060] 図 6に示す処理例では、まず事前に図 5と同様にユーザ側で任意に閾値 Xs、 Ysを 設定させると共に任意の成功率の閾値 Zsを設定させる。この成功率の閾値 Zsは、 0 %〜100%の間の任意の値を設定できるが、本発明者は実験結果等力も 70%程度 が適切であると考える。尚、パワーと標準偏差の閾値は、図 4と同様、製造元で設定 した値 X、 Yを用いてもよい。同様に、成功率の閾値も、製造元で設定した値を用い てもよい。  In the processing example shown in FIG. 6, first, as in FIG. 5, the threshold values Xs and Ys are arbitrarily set on the user side, and the threshold value Zs of an arbitrary success rate is set in advance. The success rate threshold Zs can be set to an arbitrary value between 0% and 100%, but the present inventor believes that the experiment result isopower is about 70%. The threshold values for power and standard deviation may be the values X and Y set by the manufacturer as in Fig. 4. Similarly, the threshold set for the success rate may be a value set by the manufacturer.
[0061] 図 6において、ステップ S31、 S32の処理は、上記ステップ Sl l, S12等と同様であ るが、パワー (P)と標準偏差は、全てのチャンネルについて、それぞれ算出する。  In FIG. 6, the processing in steps S31 and S32 is the same as in steps Sl 1 and S12, but the power (P) and standard deviation are calculated for all channels.
[0062] そして、各チャンネル毎にそのパワー(P)と標準偏差を、上記閾値 Xs、 Ysと比較し て、測定精度が悪ィ匕している力否かを判定し、測定精度は悪ィ匕していないと判定さ れたチャンネルの数をカウントする。そして、このカウント数 nと全チャンネル数 Nとに より、成功率 =nZNを算出する。そして、算出した成功率を上記成功率の閾値 Zsと 比較して、成功率≥Zsであれば (ステップ S34, YES)、そのままパルスドップラー方 式を用いるものとし、流量演算処理部 13によって流量演算を実行する (ステップ S 35 ) o一方、成功率く Zsであれば (ステップ S34, NO)、伝搬時間差方式に切り替える ものとし、図 4で説明したステップ S15〜S18の処理を実行する(ステップ S36)。 [0062] Then, for each channel, the power (P) and standard deviation are compared with the threshold values Xs and Ys to determine whether or not the measurement accuracy is poor. Count the number of channels that have been determined not to hesitate. Then, the success rate = nZN is calculated from the count number n and the total channel number N. Then, the calculated success rate is compared with the success rate threshold Zs, and if the success rate ≥Zs (step S34, YES), the pulse Doppler method is used as it is, and the flow rate calculation processing unit 13 calculates the flow rate. (Step S 35 ) o On the other hand, if the success rate is Zs (step S34, NO), the process is switched to the propagation time difference method, and the processing of steps S15 to S18 described in FIG. 4 is executed (step S36).
[0063] ここで、上述したパワー (P)や標準偏差の算出は、設定したパラメータに影響を受 ける。例えば、パワー(P)は、取込回数によって影響を受ける。この取込回数とは、例 えば上記説明で 256回としているものであり、取込回数が多ければパワー(P)は大き くなる。この様にパラメータによって影響を受ける為、上記閾値によって一元的に正 常 ·異常を評価できな 、場合がある。  Here, the calculation of the power (P) and the standard deviation described above is influenced by the set parameters. For example, power (P) is affected by the number of acquisitions. This number of acquisitions is, for example, 256 in the above description, and the power (P) increases as the number of acquisitions increases. Since it is affected by parameters in this way, normality / abnormality cannot be evaluated centrally by the above threshold.
[0064] よって、パワー (P)や標準偏差が設定パラメータによって変動することを抑える為に 、パワー (P)や標準偏差の算出方法を、以下の様にしてもよい。  [0064] Therefore, in order to suppress the power (P) and the standard deviation from fluctuating depending on the setting parameters, the method for calculating the power (P) and the standard deviation may be as follows.
パワー )は、取込回数で平均化した値としてもよい。すなわち、上記(1)式で求め たパワー(P)を取込回数で除算したもの (パワー (P) Z取込回数)を、パワー(P)の算 出結果としてもよい。  Power) may be a value averaged by the number of acquisitions. That is, the power (P) calculated by the above equation (1) divided by the number of times of acquisition (power (P) Z number of times of acquisition) may be used as the power (P) calculation result.
[0065] あるいは、標準偏差は、上記(2)式に基づいて求めた上記標準偏差 σを、上記平 均ドップラーシフト周波数  [0065] Alternatively, the standard deviation is calculated by replacing the standard deviation σ obtained based on the above equation (2) with the average Doppler shift frequency.
Fd によって規格ィ匕した値
Figure imgf000017_0001
としてもよい。これは、 σの値が同じであっても、平均ドップラーシフト周波数 Fd の値が大きい場合と小さい場合とでは、その意味が違うからである。つまり、 σの値が 同じであっても、平均ドップラーシフト周波数
Value normalized by Fd
Figure imgf000017_0001
It is good. This is because even if the value of σ is the same, the meaning differs depending on whether the average Doppler shift frequency Fd is large or small. In other words, even if the values of σ are the same, the average Doppler shift frequency
[0067]  [0067]
f d の値が小さい場合は、大きい場合に比べて、ノ ツキが大きいことになる。勿論、これ らの場合には、上記閾値 X, Y等も、平均化又は規格化した値に基づいて決定される When the value of fd is small, the noise is larger than when it is large. Of course, this In these cases, the threshold values X, Y, etc. are also determined based on averaged or standardized values.
[0068] また、上記標準偏差は、ドップラーシフト周波数 fdの標準偏差としたが、代わりに、 ドップラーシフト位相角 co dの標準偏差としてもよい。ドップラーシフト周波数 fdとドッ ブラーシフト位相角 co dとの関係は、以下の(3)式で表される。従って、上記(2)式の 算出結果の平方根より算出されるドップラーシフト周波数 fdの標準偏差に、 2 π Τを 乗算した値が、ドップラーシフト位相角 co dの標準偏差となる。尚、 Tは、上記パルス 繰返し周期 lZFprfCある。 [0068] Although the standard deviation is the standard deviation of the Doppler shift frequency fd, it may instead be the standard deviation of the Doppler shift phase angle cod. The relationship between the Doppler shift frequency fd and the Doppler shift phase angle cod is expressed by the following equation (3). Accordingly, the standard deviation of the Doppler shift phase angle cod is obtained by multiplying the standard deviation of the Doppler shift frequency fd calculated from the square root of the calculation result of the above equation (2) by 2πΤ. T is the pulse repetition period lZFprfC.
[0069] [数 3] fd = cod x  [0069] [Equation 3] fd = cod x
• · · ( 3 ) 式 上述した 2方式併用型超音波流量計では、パルスドップラー方式による計測を基本 とし、上記閾値に基づいて測定精度が悪ィ匕していると判定されたときだけ、一時的に 、伝搬時間差方式に切り換えるが、被測定流体の状態によっては、例えば上記パヮ 一と標準偏差の算出結果が、上記閾値とほぼ同じ値となる場合があり、この場合、ち よつとした変動により、閾値を超えたり超えな力つたりする為、上記切り換えが頻繁に 行われるという状況に成り得る。しかし、パルスドップラー方式による計測結果と、伝 搬時間差方式による計測結果とでは、例えば図 7Aに示すように、多少異なる為、両 測定方式が短時間で頻繁に切り替わった場合、測定結果は例えば図 7Bに示すよう に、頻繁に変動することになる。 • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · only when the measurement accuracy is determined to be poor based on the above threshold. However, depending on the state of the fluid being measured, for example, the calculation result of the above-mentioned unity and standard deviation may be almost the same value as the above-mentioned threshold value. As a result, the above switching is frequently performed because the force exceeds or exceeds the threshold. However, the measurement result by the pulse Doppler method and the measurement result by the propagation time difference method are slightly different, as shown in Fig.7A, for example.If both measurement methods are frequently switched in a short time, the measurement result is It will fluctuate frequently as shown in 7B.
[0070] 尚、パルスドップラー方式においては、 1チャンネルの流速計測の為に超音波パル スの送受信を、例えば 256回行って平均値をとり、更に測定方式を切り換える力否か を判定する。一方、伝搬時間差においても、 256回分の処理を行った後、相関演算、 伝搬時間,伝搬時間差の算出、温度補正等の演算を行い、最終的に被測定流体の 流速、及び流量を算出する。従って、伝搬時間差法、並びパルスドップラー法におけ る流量算出までの処理時間は、同程度のオーダーとなるので、例えば図 7Bに示すよ うな状態に成り得る。 [0071] 超音波流量計は、流量を測定'表示するが、流速も表示して、これを監視者等が参 照して、異常がないかを判断している場合も少なくない。この為、上記の通り流速が 頻繁に変動すると、異常が発生したと誤解する可能性がある。また、出力する流量値 への影響も少なくない。 [0070] In the pulse Doppler method, ultrasonic pulse transmission / reception is performed, for example, 256 times to measure the flow velocity of one channel, and an average value is obtained. On the other hand, with regard to the propagation time difference, after processing 256 times, the calculation of correlation, propagation time, propagation time difference, temperature correction, etc. is performed, and finally the flow velocity and flow rate of the fluid to be measured are calculated. Therefore, since the processing time until the flow rate calculation in the propagation time difference method and the pulse Doppler method is on the same order, for example, the state shown in FIG. 7B can be obtained. [0071] The ultrasonic flowmeter measures and displays the flow rate, but also displays the flow velocity, and it is often the case that a monitor or the like refers to this to determine whether there is an abnormality. For this reason, if the flow velocity fluctuates frequently as described above, it may be misunderstood that an abnormality has occurred. In addition, the effect on the output flow rate value is considerable.
[0072] 本例では、この問題に対応する為に、以下の 2通りを提案する力 この例に限るもの ではない。  [0072] In this example, in order to deal with this problem, the power to propose the following two methods is not limited to this example.
第 1の方法は、パルスドップラー方式力 伝搬時間差方式に切り替わった場合に、 一定時間 t経過するまで又は測定回数 nを実行するまでは伝搬時間差方式による測 定を継続する方法である。上記 t又は nの値は、例えばユーザ側で設定可能であり、 予め任意に設定しておくものである。例えば、 nとして 20を設定すれば、伝搬時間差 方式に切り替わった後、伝搬時間差方式による測定を 20回連続して行った後、パル スドップラー方式に戻り、測定方式の切換を判定することになる。この様にして、両測 定方式が短時間で頻繁に切り替わることを防止できる。たとえ図 7Bに示すような状況 であっても、計測結果は例えば図 7Cに示すようになる。  The first method is to continue measurement using the propagation time difference method until a certain time t has elapsed or the number of measurements n has been executed when switching to the pulse Doppler force propagation time difference method. The value of t or n can be set by the user, for example, and is set arbitrarily in advance. For example, if 20 is set as n, after switching to the propagation time difference method, measurement by the propagation time difference method is continuously performed 20 times, and then the pulse Doppler method is returned to determine the switching of the measurement method. . In this way, it is possible to prevent frequent switching between both measurement methods in a short time. Even in the situation shown in Fig. 7B, the measurement results are shown in Fig. 7C, for example.
[0073] 第 2の方法は、パルスドップラー方式力 伝搬時間差方式に切り替わる直前のパル スドップラー方式による流速の測定結果を vlとし、切り替え後の伝搬時間差方式によ る測定回数 nまでの各流速測定結果を v2 (k; l〜nまでの整数であり、 v2は、 k回目 [0073] In the second method, the flow velocity measurement result by the pulse Doppler method immediately before switching to the pulse Doppler force propagation time difference method is vl, and each flow velocity measurement is performed up to the number of measurements n by the propagation time difference method after switching. The result is v2 (k; an integer from l to n, where v2 is the kth
k k  k k
の流量測定結果を意味する)とした場合に、切り替え後の流速 Vを、伝搬時間差方式 によって測定を行う毎に以下の式により算出するものである。  The flow velocity V after switching is calculated by the following formula every time measurement is performed using the propagation time difference method.
[0074] v= (a - l) vl + a X v2 [0074] v = (a-l) vl + a X v2
k k k  k k k
(但し、 nは上記第 1の方法と同様に設定される測定回数であり、 a = (1/n) X kで  (Where n is the number of measurements set in the same way as in the first method, and a = (1 / n) X k
k  k
ある)。  is there).
[0075] 上記算出式により、流速 Vの値は、 vlに近い値力ら徐々に伝搬時間差方式による 測定結果の値に近づいていくので、出力される流速値は、急激に変化することなぐ 例えば図 7Dに示すように時間の経過と共に緩やかに変化することになる。  [0075] According to the above calculation formula, the value of the flow velocity V gradually approaches the value of the measurement result by the propagation time difference method from the value force close to vl, so that the output flow velocity value does not change abruptly. As shown in Fig. 7D, it will change gradually over time.
[0076] そして、 n回測定した時点で、パルスドップラー方式に切り換える。 [0076] Then, when the measurement is performed n times, the pulse Doppler method is switched.
上記第 2の方法は、特に、 vlと v2の差が大きい場合に有効である。  The second method is particularly effective when the difference between vl and v2 is large.
上記第 1又は第 2の方法により、測定方式の切換えによる出力の乱れを抑制するこ とがでさる。 By the above first or second method, output disturbance due to switching of the measurement method can be suppressed. Togashi.
最後に、上記測定線上の位置(チャンネル)について、一応、図 8に示しておく。 図 8に示す CH1、 CH2,CH3等が、上記測定線上の位置(チャンネル)に相当する。 本発明の超音波流量計、 2方式併用型超音波流量計等によれば、パルスドッブラ 一方式の超音波流量計にお!、て被測定流体の状態を判別することで、測定結果の 確からしさを知ることができるようにし、更にパルスドップラー方式と伝搬時間差方式と の併用型の超音波流量計を構成し、被測定流体の状態の判別結果に応じて、パル スドップラー方式を伝搬時間差方式に切り替えることで、パルスドップラー方式による 高精度な測定を活力しつつ測定精度を悪化させずに流量測定することを可能にする 。また、判別精度が高いので、適切なときに切換えが行われるようになる。  Finally, the positions (channels) on the measurement line are shown in Fig. 8 for the time being. CH1, CH2, CH3, etc. shown in Fig. 8 correspond to the positions (channels) on the measurement line. According to the ultrasonic flowmeter of the present invention, the two-type ultrasonic flowmeter, etc., the pulse doppler unilateral ultrasonic flowmeter is used to determine the state of the fluid to be measured, thereby ensuring the accuracy of the measurement result. In addition, an ultrasonic flow meter that combines the pulse Doppler method and the propagation time difference method is configured, and the pulse Doppler method is changed to the propagation time difference method according to the determination result of the state of the fluid to be measured. By switching, it is possible to measure the flow rate without degrading the measurement accuracy while energizing high-precision measurement by the pulse Doppler method. In addition, since the discrimination accuracy is high, switching is performed at an appropriate time.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] ノ ルスドップラー式超音波流量計にぉ ヽて、  [1] Visit a Nords-Doppler ultrasonic flow meter,
各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づ 、て得られるドップラースペクトルに 基づいて、前記エコー信号の強度を示すパワーを算出するパワー算出手段と、 各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づ 、て得られるドップラーシフト周波 数とその平均値とに基づいて、その標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、 各チャンネル毎に、前記パワー又は Z及び標準偏差をそれぞれ所定の閾値と比較 することで、被測定流体の状態を判別する状態判別手段と、  Based on the measured echo signal for each channel, based on the Doppler spectrum obtained, power calculation means for calculating the power indicating the intensity of the echo signal, and for each channel based on the measured echo signal The standard deviation calculating means for calculating the standard deviation based on the obtained Doppler shift frequency and the average value thereof, and for each channel, the power or Z and the standard deviation are respectively compared with a predetermined threshold value. And a state determining means for determining the state of the fluid to be measured,
を有することを特徴とするパルスドップラー式超音波流量計。  A pulse Doppler type ultrasonic flowmeter characterized by comprising:
[2] パルスドップラー方式と伝搬時間差方式との併用型の超音波流量計であって、 通常時は、パルスドップラー方式を用いるものとし、  [2] An ultrasonic flow meter that combines the pulse Doppler method and the propagation time difference method, and normally uses the pulse Doppler method.
各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づ 、て得られるドップラースペクトルに 基づいて、前記エコー信号の強度を示すパワーを算出するパワー算出手段と、 各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づ 、て得られるドップラーシフト周波 数とその平均値とに基づいて、その標準偏差を算出する標準偏差算出手段と、 各チャンネル毎に、前記パワー又は Z及び標準偏差をそれぞれ所定の閾値と比較 することで、被測定流体の状態を判別する状態判別手段と、  Based on the measured echo signal for each channel, power calculation means for calculating the power indicating the intensity of the echo signal based on the obtained Doppler spectrum, and for each channel based on the measured echo signal The standard deviation calculating means for calculating the standard deviation based on the Doppler shift frequency obtained and the average value thereof, and comparing the power or Z and the standard deviation with a predetermined threshold value for each channel. And a state determining means for determining the state of the fluid to be measured,
状態判別手段による判別結果に応じて一時的に伝搬時間差方式に切り換えるか 否かを決定する切換手段と、  Switching means for deciding whether or not to temporarily switch to the propagation time difference method according to the determination result by the state determination means;
を有することを特徴とする 2方式併用型超音波流量計。  2 type combined ultrasonic flowmeter characterized by having
[3] 前記状態判別手段は、前記各チャンネル毎に、測定精度が悪化して!/、るか否かを 判定するものであり、 [3] The state determination means determines whether or not the measurement accuracy deteriorates for each channel!
前記切換手段は、前記状態判別手段によって測定精度が悪化していると判定され たチャンネルの数が、予め設定される割合以上であった場合は、測定方式を伝搬時 間差方式に切り換えることを特徴とする請求項 2記載の 2方式併用型超音波流量計。  The switching means switches the measurement method to the propagation time difference method when the number of channels determined that the measurement accuracy is deteriorated by the state determination means is equal to or greater than a preset ratio. The two-method combined ultrasonic flowmeter according to claim 2,
[4] 前記パワーは前記ドップラースペクトルを積分処理して得られる総パワー又は該総 ノ^ーを取込回数で除算した平均化パワーであることを特徴とする請求項 2又は 3記 載の 2方式併用型超音波流量計。 [4] The power according to claim 2 or 3, wherein the power is a total power obtained by integrating the Doppler spectrum or an averaged power obtained by dividing the total noise by the number of acquisitions. Type combined ultrasonic flowmeter.
[5] 前記ドップラーシフト周波数とその平均値とに基づいて算出される標準偏差に代え て、該算出された標準偏差を前記ドップラーシフト周波数の平均値によって規格化し た値を用いることを特徴とする請求項 2又は 3記載の 2方式併用型超音波流量計。 [5] The standard deviation calculated based on the average value of the Doppler shift frequency is used instead of the standard deviation calculated based on the Doppler shift frequency and the average value thereof. The two-type combined ultrasonic flowmeter according to claim 2 or 3.
[6] 標準偏差算出手段は、前記ドップラーシフト周波数とその平均値に代えて、ドッブラ 一シフト位相角とその平均値を用いて、ドップラーシフト位相角の標準偏差を算出す ることを特徴とする請求項 2又は 3記載の 2方式併用型超音波流量計。 [6] The standard deviation calculation means calculates the standard deviation of the Doppler shift phase angle using the Doppler shift phase angle and the average value instead of the Doppler shift frequency and the average value thereof. The two-type combined ultrasonic flowmeter according to claim 2 or 3.
[7] 前記閾値を設定'変更させる入力手段を更に有することを特徴とする請求項 2記載 の 2方式併用型超音波流量計。 7. The two-type combined ultrasonic flowmeter according to claim 2, further comprising input means for setting and changing the threshold value.
[8] 予め任意の測定回数又は測定時間を設定させ、 [8] Set any number of measurements or measurement time in advance,
前記切換手段によって一時的に伝搬時間差方式に切り換えられた場合、該伝搬時 間差方式による測定は、前記設定された測定回数又は測定時間分、行われることを 特徴とする請求項 2記載の 2方式併用型超音波流量計。  3. The method according to claim 2, wherein when the switching means is temporarily switched to the propagation time difference method, the measurement by the propagation time difference method is performed for the set number of measurements or measurement time. Type combined ultrasonic flowmeter.
[9] 前記切換手段によって一時的に伝搬時間差方式に切り換えられた場合、該伝搬 時間差方式による測定結果を、該切換え直前のパルスドップラー方式による測定結 果から緩やかに変化するように補正して出力することを特徴とする請求項 2記載の 2 方式併用型超音波流量計。 [9] When the switching means is temporarily switched to the propagation time difference method, the measurement result by the propagation time difference method is corrected and output so as to gradually change from the measurement result by the pulse Doppler method immediately before the switching. The two-method combined ultrasonic flowmeter according to claim 2, wherein the two-method ultrasonic flowmeter is used.
[10] ノ ルスドップラー式超音波流量計におけるコンピュータに、 [10] The computer in the Nords Doppler ultrasonic flow meter
各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づ 、て得られるドップラースペクトルに 基づいて、前記エコー信号の強度を示すパワーを算出する機能と、  A function for calculating the power indicating the intensity of the echo signal based on the Doppler spectrum obtained based on the measured echo signal for each channel;
各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づ 、て得られるドップラーシフト周波 数とその平均値とに基づいて、その標準偏差を算出する機能と、  A function for calculating the standard deviation for each channel based on the measured Doppler shift frequency and the average value based on the measured echo signal,
各チャンネル毎に、前記パワー又は Z及び標準偏差をそれぞれ所定の閾値と比較 することで、被測定流体の状態を判別する機能と、  A function for determining the state of the fluid to be measured by comparing the power or Z and standard deviation with a predetermined threshold value for each channel; and
を実現させる為のプログラム。  A program to realize
[11] パルスドップラー方式と伝搬時間差方式との併用型の超音波流量計におけるコン ピュータに、 [11] For the computer in the ultrasonic flowmeter that combines the pulse Doppler method and the propagation time difference method,
通常時は、パルスドップラー方式を用いるものとし、  In normal times, the pulse Doppler method shall be used.
各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づ 、て得られるドップラースペクトルに 基づいて、前記エコー信号の強度を示すパワーを算出する機能と、 For each channel, the Doppler spectrum obtained based on the measured echo signal Based on the function of calculating the power indicating the intensity of the echo signal;
各チャンネル毎に、計測したエコー信号に基づ 、て得られるドップラーシフト周波 数とその平均値とに基づいて、その標準偏差を算出する機能と、  A function for calculating the standard deviation for each channel based on the measured Doppler shift frequency and the average value based on the measured echo signal,
各チャンネル毎に、前記パワー又は Z及び標準偏差をそれぞれ所定の閾値と比較 することで、被測定流体の状態を判別する機能と、  A function for determining the state of the fluid to be measured by comparing the power or Z and standard deviation with a predetermined threshold value for each channel; and
状態判別手段による判別結果に応じて、伝搬時間差方式に切り換える力否かを決 定する機能と、  A function for determining whether or not to switch to the propagation time difference method according to the determination result by the state determination means;
を実現させる為のプログラム。  A program to realize
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