(57)【要約】【課題】  流速がゼロに近いときでも精度を維持して測定可能な反射相関法による超音波流量計を実現する。【解決手段】  配管を流れる流体中の粒子に対して所定の時間間隔で複数回超音波パルスを送信し、前記粒子からのエコーを検出した受信波の相互相関係数が大の受信波の時間差と、複数の受信波を平均化処理した定在波との差に基づいて前記流体の流速を検出する超音波流量計において、  前記流速を監視し、その流速値が所定の閾値以下に低下したときに、前記時間間隔をこれより長い時間間隔に変更させる低流速処理部を備える。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管を流れる流体中の粒子に対して所定の時間間隔で複数回超音波パルスを送信し、前記粒子からのエコーを検出した受信波の相互相関係数が大の受信波の時間差と、複数の受信波を平均化処理した定在波との差に基づいて前記流体の流速を検出する超音波流量計において、
前記流速を監視し、その流速値が所定の閾値以下に低下したときに、前記時間間隔をこれより長い時間間隔に変更させる低流速処理部を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記低流速処理部は、前記流速値が所定の閾値以下に低下したときに、前記受信波を平均化処理する場合の平均回数を増加させることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管を流れる流体中の粒子に対して所定の時間間隔で複数回超音波パルスを送信し、前記粒子からのエコーを検出した受信波の相互相関係数が大の受信波の時間差と、複数の受信波を平均化処理した定在波との差に基づいて前記流体の流速を検出する、反射相関法による超音波流量計に関するものである。反射相関法については、特許文献１に技術開示がある。
【背景技術】
【０００２】
図５は、反射相関法による従来の超音波流量計の構成例を示す機能ブロック図である。配管１を流れる流体Ｆには気泡等の粒子２を含む。配管１に取り付けた超音波トランスデューサ３から、超音波パルスを所定の時間間隔で複数回流体中へ送信し、粒子２から反射されるエコーを超音波トランスデューサ３で受信し、入力部４に渡す。
【０００３】
入力部４は、超音波トランスデューサ３に対する送受信処理手段４１と、エコー信号を処理する受信波処理手段４２を備える。受信波処理手段４２は、反射相関法により流速分布を求め、流量を測定する。
【０００４】
反射相関法は、同一の反射体からは同一の波形が受信されることを利用して、一定期間で受信された波形において、相互相関係数が大きくなる波形の時間差を求め、これを流速に換算して流速分布を求める。
【０００５】
配管残響（超音波流量計による測定に特有なノイズで、定在波）を取り除くため、複数の受信波信号Ｖｉを入力して定在波信号Ｖｓを演算する定在波処理部５が設けられている。定在波処理部５は、平均演算手段５１を備え、複数の受信波信号の平均値を演算して定在波信号Ｖｓを出力する。
【０００６】
流速演算部６は、入力部４からの受信波信号Ｖｉと定在波処理部５からの定在波信号Ｖｓを入力し、受信波信号Ｖｉから定在波信号Ｖｓを減算し、配管残響ノイズを除去した流速信号Ｖｆを出力する。
【０００７】
図６は、従来の超音波流量計の信号処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１で処理ルーチンを開始し、ステップＳ２でエコーの波形を受信する。ステップＳ３で受信波を平均演算して定在波とし、ステップＳ４でこの定在波を記憶する。
【０００８】
ステップＳ５で受信波より定在波を減算し、ステップＳ６で流速を演算する。ステップＳ７で測定終了指示または異常がある場合には、ステップＳ８でこの処理ルーチンを終了し、それ以外の場合にはステップＳ２に戻る。
【０００９】
図７は、反射相関法による超音波パルスの送信タイミング図である。所定の時間間隔Ｔで連続して第１回目のＴ１−１，Ｔ２−１を送信し、所定時間Ｌ経過後に第２回目のＴ１−２，Ｔ２−２を送信する、同様にｎ回目のＴ１−ｎ，Ｔ２−ｎを送信する。これらの送信回数をｎで示す。
【００１０】
配管の径が１００ｍｍの標準的な超音波流量計では、時間間隔Ｔは３００μＳ〜５００μＳに選定される。定在波を算出するための複数受信波の平均化処理における積算回数は３０回程度とされている。
【００１１】
図８は、エコーの受信波形図及び定在波の波形図である。図８（Ａ）の（イ）〜（ハ）は、Ｔ１−１，Ｔ１−２，…Ｔ１−ｎのｎ個のエコー受信波形である。図８（Ａ）の（二）は、これらｎ個の受信波形を平均演算して算出される超音波パルスＴ１に対する定在波の波形図である。
【００１２】
同様に、図８（Ｂ）の（イ）〜（ハ）は、Ｔ２−１，Ｔ２−２，…Ｔ２−ｎのｎ個のエコー受信波形である。図８（Ｂ）の（二）は、これらｎ個の受信波形を平均演算して算出される超音波パルスＴ２に対する定在波の波形図である。
【００１３】
図９は、定在波の減算処理をした後の２個の受信波Ｔ１−１とＴ２−１の時間差ｔを示す波形図である。ｎ個のエコーの受信波の時間差信号に基づいて配管１を流れる流体Ｆの流速が流速演算部６で演算され、流速信号Ｖｆが出力される。
【００１４】
配管残響を補償する手法としては、上記のように、複数の受信波を平均化して得られる定在波信号を減算する手法の他、ハイパスフィルタを通す手法もある。フィルタ処理に関しては特許文献２に技術開示がある。
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−３４４１３１号公報
【特許文献２】特開２００４−３３３２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
配管残響を補償する手法としては、複数の受信波を平均化して得られる定在波信号を用いる手法、ハイパスフィルタを通す手法があるが、次のような問題がある。
（１）流速がゼロに近いと、受信波Ｔ１−１とＴ２−１の時間差ｔが小さくなり、信号の測定が難しい。
【００１７】
（２）流速がゼロに近いと、複数個の受信波形を平均演算して算出される定在波に重畳しているノイズの影響により、時間差ｔとのＳＮ比が悪化し、信号の測定が難しい。
【００１８】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、流速がゼロに近いときでも精度を維持して測定可能な反射相関法による超音波流量計の実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）配管を流れる流体中の粒子に対して所定の時間間隔で複数回超音波パルスを送信し、前記粒子からのエコーを検出した受信波の相互相関係数が大の受信波の時間差と、複数の受信波を平均化処理した定在波との差に基づいて前記流体の流速を検出する超音波流量計において、
前記流速を監視し、その流速値が所定の閾値以下に低下したときに、前記時間間隔をこれより長い時間間隔に変更させる低流速処理部を備えることを特徴とする超音波流量計。
【００２０】
（２）前記低流速処理部は、前記流速値が所定の閾値以下に低下したときに、前記受信波を平均化処理する場合の平均回数を増加させることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
反射相関法による流速測定において、低流速に適したパラメータ条件にすることで、測定精度を確保して従来技術よりも低流速側に測定範囲を拡大することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した超音波流量計の一実施形態を示す機能ブロック図である。図５で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
従来構成に追加される本発明の構成上の特徴部は、低流速処理部１００である。低流速処理部１００は、流速演算部６から出力される流速信号ｖｆを入力して流速を監視し、その流速値が設定される所定の閾値ｖ０以下に低下したときに、制御信号ｃ１及び制御信号ｃ２を発信する。
【００２４】
制御信号ｃ１は、入力部４の送受信処理部４１に渡されて、Ｔ１−１とＴ２−１の時間間隔Ｔを、例えばこれより２倍長い時間間隔２Ｔに変更させる。高流速時の時間差ｔが３００μＳ〜５００μＳに選定されているときには、６００μＳ〜１０００μＳに変更し、次回の流速演算に使用する。
【００２５】
制御信号ｃ２は、定在波処理部５の平均演算手段５１に渡されて、平均回数を増加させる。複数受信波の平均化処理における積算回数が３０回に選定されているときには、積算回数を２倍の６０回に増加させ、定在波信号ｖｓに重畳するノイズを軽減させ、次回の流速演算に使用する。
【００２６】
図２は、本発明を適用した超音波流量計の信号処理手順を示すフローチャートである。図６に示した従来構成におけるフローチャートとの差は、ステップＳ１とステップＳ２の間にステップＳ１００とステップＳ２００が追加されている点である。
【００２７】
ステップＳ１００では、流速がゼロに近い（≒０）か否かが低流速処理部１００でチェックされる。流速信号ｖｆが閾値ｖ０以下の判定であればステップＳ２００に進み、時間間隔Ｔを長くすると共に、受信波の平均回数を増加させてステップＳ２に進む。ステップＳ１００のチェックで流速信号ｖｆが閾値ｖ０以上であれば、ステップＳ２にスキップする。
【００２８】
図３は、平均回数に対する定在波の波形図である。図３（Ａ）は平均化回数が少ない時の定在波を示し、ノイズが重畳している。図３（Ｂ）は平均化回数を増加した時の定在波を示し、ノイズが平滑化されている。
【００２９】
図４は、本発明の効果を説明するエコー受信波形の時間差ｔを示す流速演算信号の波形図である。図４（Ａ）は、高流速時の流速演算信号の波形を示し、時間差ｔが明瞭であり、高精度の流速測定が可能である。
【００３０】
図４（Ｂ）は、本発明を適用しない場合の低流速時の流速演算信号の波形を示し、ノイズの影響で時間差ｔが不明瞭であり、流速測定が困難である。
【００３１】
図４（Ｃ）は、本発明を適用した場合の低流速時の流速演算信号の波形を示し、ノイズの影響が除去されて時間差ｔが明瞭となり、高精度の流速測定が可能となる。また、流速がゼロに近い場合でも、超音波パルスを送信する時間間隔を長くすることによって、その間の粒子の移動量が多くなる。これにより、エコー受信波形の時間差ｔが長くなって、高精度の流速測定が可能となる。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、流速がゼロに近い領域でも、連続して送信される超音波パルスの時間間隔Ｔを長くすると共に、定在波を演算する平均回数を増加させることにより、エコー受信波形の時間差を明確に維持せしめることができるので、測定精度を確保して従来技術よりも低流速側に測定範囲を拡大する超音波流量計を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用した超音波流量計の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明を適用した超音波流量計の信号処理手順を示すフローチャートである。
【図３】平均回数に対する定在波の波形図である。
【図４】本発明の効果を説明するエコー受信波形の時間差を示す流速演算信号の波形図である。
【図５】従来の超音波流量計の構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】従来の超音波流量計の信号処理手順を示すフローチャートである。
【図７】超音波パルスの送信タイミング図である。
【図８】エコーの受信波形図及び定在波の波形図である。
【図９】２個の受信波の時間差を示す波形図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  配管
２  粒子
３  超音波トランスデューサ
４  入力部
４１  送受信処理手段
４２  受信波処理手段
５  定在波処理部
５１  平均演算手段
６  流速演算部
１００  低流速処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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