(57)【要約】【課題】受信波形の波形特徴や前回計測値などから、トリガ法／相関法の何れの計測方法で計測するかを直ちに判定して流量計測を行う伝播時間差式の超音波流量計を提供する。【解決手段】送信部1より送信された超音波がセンサ１(13)から流体を介してセンサ２(16)で受信され受信部2で受信される。受信された信号は、アンプ5で増幅され、Ａ／Ｄ6によりデジタル変換される。変換されたデジタル信号は、受波制御処理部7にて、受信信号が小さい場合などの処理を行う。そして、その受信信号を切替判定処理部8にてトリガ法20と相関法30の何れの計測方法で計測するかを判定し、その計測方法で計測した伝播時間差Δtを求め、その値を流速演算処理部10で流速換算し、求めた流速を流量演算処理部11にて流量換算するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のセンサから第二のセンサに超音波を所定の経路で送受信する送受信手段と、該送受信手段から得られた受信信号の受信制御を行う受波制御処理手段と、該受波制御処理手段の出力を受けて相関法またはトリガ法のいずれの計測法で計測を行うかを切り替える切替判定処理部とを備える伝播時間差式の超音波流量計であって、前記切替判定処理部は、前記受波制御処理手段が小さい受信信号に対する受信制御をしても所定の閾値以上の受信信号が受信できないことを検知する受信感度検知手段を有し、該受信感度検知手段の出力がある場合には、前記相関法で計測し、該受信感度検知手段の出力がない場合には、前記トリガ法で計測することを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
第一のセンサから第二のセンサに超音波を所定の経路で送受信する送受信手段と、該送受信手段から得られた受信信号の受信制御を行う受波制御処理手段と、該受波制御処理手段の出力を受けて相関法またはトリガ法のいずれの計測法で計測を行うかを切り替える切替判定処理部とを備える伝播時間差式の超音波流量計であって、前記切替判定処理部は、受信信号の第１波の凸部の最大値から後方の８サンプリング間にゼロクロス点が２個より多く存在する、またはゼロクロス点が存在しないかを監視するゼロクロス点監視手段を有し、該ゼロクロス点監視手段の監視出力がある場合には、前記相関法で計測し、該ゼロクロス点監視手段の監視出力がない場合には、前記トリガ法で計測することを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
第一のセンサから第二のセンサに超音波を所定の経路で送受信する送受信手段と、該送受信手段から得られた受信信号の受信制御を行う受波制御処理手段と、該受波制御処理手段の出力を受けてトリガ法による伝播時間差を求め、該伝播時間差の妥当性の判定を行う時間差判定処理部とを備える伝播時間差式の超音波流量計であって、前記時間差判定処理部は、前記トリガ法で演算した伝播時間差が直近の伝播時間差の移動平均値より送信周期がプラス又はマイナス方向にずれているかを監視する送信周期ずれ監視手段を有し、該送信周期ずれ監視手段の監視により前記トリガ法で演算した伝播時間差が直近の伝播時間差の移動平均値より送信周期がプラス又はマイナス方向にずれていた場合には、前記相関法で計測し、該送信周期ずれ監視手段の監視により前記トリガ法で演算した伝播時間差が直近の伝播時間差の移動平均値より送信周期がプラス又はマイナス方向にずれていない場合には、トリガ法で計測することを特徴とする超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トリガ法と相関法を併用した伝播時間差式の超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝播時間差法（図９−(ａ)）では、配管(14)直径上に２個一対以上の送受信可能な超音波センサを設け、一方の配管外部に設置したセンサ１(13)から超音波を配管内の流体15に送信し、他方の配管外部に設置したセンサ２(16)によって超音波が受信される。超音波受信波形は図９−(ｂ)のように、送信から受信までにＴ１秒掛かって受信される。続けて、センサ２(16)からセンサ１(13)に同じように超音波を送信する。センサ１(13)の超音波受信波形は図９−(ｃ)のように、送信から受信までにＴ２秒掛かって受信される。このように超音波が受信されるまでに時間差があることからこの時間差を用いて流速を計測する方法を伝播時間差法と呼んでいる。
【０００３】
伝播時間差法での流体流速の計測方法には、上記受信波形の第１波の時間差（ΔT = T２-T１ ）から被測流体の流速を求めるトリガ法と、相互の受信波形を相関した波形から流速を求める相関法の２種類がある。
【０００４】
トリガ法は、受信波形から直接時間差を求めるという点から、高精度な計測が可能であるという反面、流体に異物や気泡等が混入し、受信波形が乱れた場合に計測できなくなりやすいという欠点がある。しかし、相関法は両波形を相関した波形から求めているため、ある程度の異物や気泡等が混入しても計測可能であるが、トリガ法ほどの精度が得られないという欠点を持つ。
【０００５】
従来は、計測する流体を予め調査し、何れの計測方法で計測するかを決めて計測するのが一般的である。
そんな中、下記の特許文献１では、気泡やパーテクル等の有無を送信した超音波の反射波から判定して何れの計測方法で計測するかを切替えるようにしている。
【特許文献１】特開２００５−１８１２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トリガ法から相関法に切替える場合に従来では、計測する流体を調査した時点では異物や気泡等が無く、トリガ法での計測を行っているプラントなどで、上流の設備の変更などで流体の状態が変化し、異物や気泡等が混入し計測できなくなった場合は、その異常を検知し、現場で精度の低い相関法に切り替える必要がある。そして、異物や気泡等がなくなっても、また現場に行ってトリガ法で計測可能かをチェックしてから、トリガ法に設定し直さなければいけないという煩わしさがあった。
【０００７】
特に、常時、監視や計測をしていないプラントなどでは、上記の対応が遅れ、必要な時点での流量が計測されていないという状況が発生していた。
また上記特許文献１に開示されるように、送信した超音波の反射波から気泡やパーテクル等の有無を求めるようにしたのでは、判定するまでにかなりの時間を要してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、受信波形の波形特徴や前回計測値などから、トリガ法／相関法の何れの計測方法で計測するかを直ちに判定して流量計測を行う伝播時間差式の超音波流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る伝播時間差式の超音波流量計は、受信波形の波形特徴や前回計測値などから、トリガ法と相関法の何れの計測が適しているかを自動判定し、その結果に基づいてトリガ法または相関法の何れかの計測法に切替えて計測を行う構成としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、伝播時間差法による流量計測の際に、トリガ法と相関法を手作業で切り替えることなく、最適な手法を自動で切替えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態に係る超音波流量計の第１の構成例を示す図である。図１において、送信部1より送信された超音波がセンサ１(13)から流体15を介してセンサ２(16)で受信され受信部2で受信される。受信された信号は、アンプ5で増幅され、Ａ／Ｄ6によりデジタル変換される。変換されたデジタル信号は、受波制御処理部7にて、受信信号が小さい場合などの処理を行う。そして、その受信信号を切替判定処理部8にてトリガ法20と相関法30の何れの計測方法で計測するかを判定し、その計測方法で計測した伝播時間差Δtを求め、その値を流速演算処理部10で流速換算し、求めた流速を流量演算処理部11にて流量換算するものである。また送信部1より送信された超音波がセンサ２(16)から流体15を介してセンサ１(13)で受信され受信部2で受信されるようにするには、タイミング制御部12によりスイッチ3,4を切替えることで送受信の切替を行うことができる。
［具体例１］
流体15に異物や気泡等が混入すると、それにセンサから送信した超音波の信号が衝突し散乱するため、受信信号が小さく（図２の受信信号１波形の(b)参照）なったり、衝突が疎らの場合は小さくなった信号に正常受信の信号（図２の受信信号１波形の(a)参照）が混じった受信信号（図２の受信信号１波形の(c)参照）が得られる。受信信号が小さい場合、受波制御処理部7はアンプ5を用いて最大振幅がＡ／Ｄ 6のスケールに収まるまでアンプ5の可能な範囲で増幅する。
【００１２】
そして、図３の切替判定処理１の処理フローで説明する切替判定処理部8では、受波制御処理部7で最大値まで増幅した(ステップS1)、又は、最大振幅がＡ／Ｄ 6のスケールの上限に達した(ステップS2)にもかかわらず第１波の受信信号がある閾値より小さい（感度低下）(ステップS3)場合には、相関法30に切替え(ステップS4)、そうでない場合はトリガ法20を用いる(ステップS5)。
［具体例２］
受信信号のＡ／Ｄサンプリング周期を送信パルス周期の８倍でサンプリングすると共に、トリガ法20で用いる受信信号の第１波の検出としてゼロクロス点を基に検出する場合（図４の受信信号２波形参照）において、図５の切替判定処理２の処理フローで説明する切替判定処理部8では、受信信号で最初に検出した凸部の最大値から後方の８サンプリング間にゼロクロス点が２個より多く存在する(ステップS11,S12)、またはゼロクロス点が存在しない(ステップS13)場合には、相関法30に切替え(ステップS14)、そうでない場合は、トリガ法20を用いる(ステップS15)。
［実施形態２］
図６は、本発明の実施形態に係る超音波流量計の第２の構成例を示す図である。図６の第２の構成例では、図１に示した第１の構成例に対し、受波制御処理部7の次に、トリガ法20による伝播時間差を求め、図７の時間差判定処理フローで説明する時間差判定処理部8’にて、求めた伝播時間差の妥当性の判定を行い(ステップS31)、妥当な場合はその値をトリガ法の時間差として使用(ステップS32)し、妥当でない場合は同一受信信号を用いて相関法30による伝播時間差を求める(ステップS33)。そして、何れかの伝播時間差で流速演算処理部10以降の処理を図１に示した第１の構成例と同様に実行する。
【００１３】
時間差判定処理部8’は、最近10回の伝播時間差の移動平均値を持ち、トリガ法20で求めた伝播時間差の値が移動平均値の±送信周期の範囲内かどうかで判定する(ステップS31)。これは、流体に異物や気泡等が混入することにより、受信信号が正常に受信できないために、受信信号の第１波が検知できない（図８の受信信号３波形の(b)参照）ことがあるためである。すなわち移動平均値の±送信周期の範囲外の場合には、図８の波形の(b)のように受信信号の第１波が検知できないことが起こるので、この場合には、同一受信信号を用いて相関法30による伝播時間差を求めるように切替えを実施する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波流量計の第１の構成例を示す図である。
【図２】送信部の送信波形並びに受信部で受信される第一の受信波形を示す図である。
【図３】図１の切替判定処理部における第一の切替判定処理の動作を説明するフロー図である。
【図４】送信部の送信波形並びに受信部で受信される第二の受信波形及びその拡大した受信波形を示す図である。
【図５】図１の切替判定処理部における第二の切替判定処理の動作を説明するフロー図である。
【図６】本発明の実施形態に係る超音波流量計の第２の構成例を示す図である。
【図７】図６の時間差判定処理部における時間差判定処理の動作を説明するフロー図である。
【図８】送信部の送信波形並びに受信部で受信される第三の受信波形を示す図である。
【図９】超音波を用いた伝播時間差の測定原理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  送信部
２  受信部
３，４  切替スイッチ
５  アンプ
６  Ａ／Ｄ
７  受波制御処理部
８  切替判定処理部
8’  時間差判定処理部
９  切替スイッチ
10  流速演算処理部
11  流量演算処理部
12  タイミング制御部
13  センサ１
14  配管
15  流体
16  センサ２
20  トリガ法
30  相関法
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図９】
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