(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態を検出対象のパラメータとする状態検出装置であって、
流体が流れる測定管と、
この測定管に配設され、前記流体に印加される磁場と前記流体の流れとによって生じた起電力を検出する電極と、
この電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な電極平面に対して対称かつ時間変化する磁場を前記流体に印加する励磁部と、
一端が前記電極と接続されると共に、前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設された信号線と、
前記信号線の他端と接続され、前記電極および信号線で検出される、前記流体の流速とは無関係で前記磁場の時間変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と前記流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素を抽出して、この変動要素に基づいて前記パラメータを定量化する状態定量化部とを備えることを特徴とする状態検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の状態検出装置において、
前記状態定量化部は、
前記電極および信号線で検出される、前記流体の流速とは無関係で前記磁場の時間変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と前記流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素を抽出する信号変換部と、
前記パラメータに依存する変動要素と前記パラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部と、
この状態記憶部に記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要素に対応する前記パラメータを求める状態出力部とからなることを特徴とする状態検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の状態検出装置において、
前記信号線の配設方向は、前記測定管の軸と同じ方向成分を持つことを特徴とする状態検出装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の状態検出装置において、
前記励磁部は、コイル軸が前記電極平面に含まれるように配設された励磁コイルと、この励磁コイルに励磁電流を供給する電源とからなり、
前記信号変換部は、前記合成起電力と前記励磁電流との位相差あるいは時間差を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする状態検出装置。
【請求項５】
請求項４記載の状態検出装置において、
前記電源は、第１の周波数の励磁電流を前記励磁コイルに供給し、
前記信号変換部は、前記合成起電力のうち前記第１の周波数の成分と前記励磁電流との位相差を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出し、
前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相と前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とする状態検出装置。
【請求項６】
請求項２または３記載の状態検出装置において、
前記励磁部は、コイル軸が前記電極平面に含まれるように配設された励磁コイルと、複数の励磁周波数を同時または交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源とからなり、
前記信号変換部は、前記合成起電力のうち同時または交互に得られる少なくとも２つの異なる周波数成分の振幅と位相を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする状態検出装置。
【請求項７】
請求項６記載の状態検出装置において、
前記電源は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時または交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、
前記信号変換部は、前記合成起電力のうち前記第１の周波数と前記第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記２つの周波数成分の起電力差を前記∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出し、
前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相と前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とする状態検出装置。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか１項に記載の状態検出装置において、
前記電極は、前記測定管の軸に直交する軸上に前記測定管の軸を挟んで対向するように１対配設され、
前記信号線は、各々の電極に１本ずつ接続された２本の信号線からなり、この２本の信号線のうち少なくとも１本の信号線が前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設されることを特徴とする状態検出装置。
【請求項９】
請求項２または３記載の状態検出装置において、
前記励磁部は、コイル軸が前記電極平面に含まれるように配設された励磁コイルと、この励磁コイルに励磁電流を供給する電源とからなり、
前記信号線は、互いに異なる経路に配設された複数の信号線からなり、
前記信号変換部は、前記複数の信号線から得られる合成起電力の和または差を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする状態検出装置。
【請求項１０】
請求項９記載の状態検出装置において、
前記電極は、前記測定管の軸に直交する軸上に前記測定管の軸を挟んで対向するように１対配設され、
前記信号線は、各々の電極に１本ずつ接続された２本の信号線からなり、この２本の信号線が前記電極平面から互いに逆方向に向かうように配設され、
前記信号変換部は、前記２本の信号線から得られる合成起電力の和を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出し、
前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相と前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とする状態検出装置。
【請求項１１】
請求項９記載の状態検出装置において、
前記信号線は、同じ電極に接続された複数の信号線からなり、
前記信号変換部は、前記複数の信号線から得られる合成起電力のうち少なくとも２本の信号線から得られる合成起電力の振幅と位相を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする状態検出装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の状態検出装置において、
前記信号線は、同じ電極に接続された第１、第２の信号線からなり、この第１、第２の信号線が前記電極平面から互いに逆方向に向かうように配設され、
前記信号変換部は、前記第１の信号線から得られる第１の合成起電力と前記第２の信号線から得られる第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と前記第２の合成起電力との起電力差を前記∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出し、
前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相と前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とする状態検出装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の状態検出装置において、
前記電極は、前記測定管の軸に直交する軸上に前記測定管の軸を挟んで対向するように１対配設され、
各々の電極に複数本ずつ接続された信号線のうち、少なくとも一方の電極に接続された信号線が前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設されることを特徴とする状態検出装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の状態検出装置において、
前記励磁部の外側を覆うアウターコアを備え、
前記信号線は、前記アウターコアの内側に、前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設されることを特徴とする状態検出装置。
【請求項１５】
請求項４乃至１３のいずれか１項に記載の状態検出装置において、
前記励磁コイルの外側を覆うアウターコアを備え、
前記信号線は、前記アウターコアの内側に、前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設されることを特徴とする状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態を検出する状態検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、流量計を用いて流量計測を行う場合には、被測定流体の流量と共にその流体の特性や状態あるいは流体が流れる配管内の状態を検出したいという要求がある。例えば、薬液等を混合する製造ラインにおいては、流体の流量と共に、導電率や誘電率などの流体の特性を計測している。また、付着物の多い配管では、そのメンテナンス周期を知るために配管内の付着物の堆積状態を計測している。このように、流体の流量と共に、その流体の特性や状態あるいは流体が流れる配管内の状態を計測したいという要求があり、加えてこれらの計測を流量計と基本的に同一のハードウェア構成で実現したいという要求がある。
【０００３】
つまり、流体の流量を計測したり、流体の状態を計測したり、また流体の流量と状態を同時に計測したりといったように様々な使い方を１台の計測機器で任意に選択できることが望まれている。また、流量と状態の同時計測が可能なことが望ましいことから分かるように、流体の流量によらずに、流体の特性あるいは状態を計測できることが重要になる。
【０００４】
ここで、流量計として電磁流量計を対象としてみると、上記の要求に加えて電磁流量計の自己診断という側面から、配管内の状態の計測が望まれている。例えば、流体と接触している電極から電位を取り出す電極式と呼ばれている方式では、電極に絶縁物等が付着すると、電位が精度よく取り出せず、正確な流量を計測することができなくなる。この場合、流量が変化しているのか付着物によって信号が変化しているのかを、流量信号の計測を中断することなく判断することができれば、流量計測値がおかしいといったトラブルを未然に防ぐことができる。また、一般に電磁流量計は、印加する磁場が変動する場合、流量計測値に誤差が生じる。このとき、流体に印加される磁場の状態が分かれば、このときに生じる出力異常が、流量の変化に起因するのか、流体に印加された磁場が異常なことに起因するのかを判断することができ、流量計として自己診断機能を持つことができる。
【０００５】
以上述べたように、流量計と基本的に同じハードウェア構成で流量以外の様々な計測を行いたいという要求に対する解決策が望まれている。
以上のような要求を実現し得る技術として電磁流量計において流速以外のパラメータを検出する装置が、例えば特許文献１や非特許文献１に開示されている。非特許文献１や特許文献１には、電磁流量計の応用として、水位、導電率などを計測する場合の例が出ている。この電磁流量計では、配管の上下に設けた励磁コイルを同時に駆動したときに電極から得られる信号起電力と配管の上側の励磁コイルを単独で駆動したときの信号起電力との比から水位を求め、また電極に接続されているプリアンプの入力インピーダンスを変化させたときの信号起電力の比から流体の導電率を求めている。これにより、付着検知などが可能と考えられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１や非特許文献１に開示された電磁流量計では、流量信号の比を基に流体の特性あるいは状態を検出しているので、流体の流量が０に近づくにつれて大きな誤差が発生して精度が悪くなり、流量０では流体の特性あるいは状態を検出することができないという問題点があり、また、流量変動によって流量計測値が変動したのか磁場変動によって流量計測値が変動したのか区別できないため、磁場変動を検出することができないという問題点があった。
【０００７】
これに対して、発明者は、図２９に示すような状態検出装置を提案した（特許文献２参照）。この状態検出装置は、被測定流体が流れる測定管１と、被測定流体に印加される磁場および測定管１の軸ＰＡＸの双方と直交し、かつ被測定流体と接触するように測定管１に対向配置され、前記磁場と被測定流体の流れとによって生じた起電力を検出する一対の電極２ａ，２ｂと、測定管軸ＰＡＸの方向と直交する、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮを測定管１の境としたとき、この平面ＰＬＮを境とする測定管１の前後で非対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁コイル３と、電極２ａ，２ｂで検出される、流体の流速とは無関係な∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、∂Ａ／∂ｔ成分の中から、パラメータ（流体の特性や状態あるいは測定管内の状態）に依存する変動要素を抽出して、この変動要素に基づいてパラメータを定量化する状態定量化部８と、励磁コイル３に励磁電流を供給する電源部９とを有している。
【０００８】
状態定量化部８は、電極２ａ，２ｂで検出される、∂Ａ／∂ｔ成分の起電力とｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、∂Ａ／∂ｔ成分の中からパラメータに依存する変動要素を抽出する信号変換部５と、パラメータに依存する変動要素とパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部６と、状態記憶部６に記憶された関係に基づいて、抽出された変動要素に対応するパラメータを求める状態出力部７とからなる。特許文献２に開示された状態検出装置によれば、流体の流速に関わらず、磁場や流体を含めた測定管内の状態を精度良く検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３１６４６８４号公報
【特許文献２】特開２００６−９０７９４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】社団法人日本計量機器工業連合会編，「計装エンジニアのための流量計測  ＡｔｏＺ」，工業技術社，１９９５年，ｐ．１４７−１４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のように、特許文献１や非特許文献１に開示された電磁流量計では、流体の流量が０に近づくにつれて大きな誤差が発生して精度が悪くなり、流量０では流体の特性あるいは状態を検出することができないという問題点があり、また磁場変動を検出することができないという問題点があった。
【００１２】
また、特許文献２に開示された状態検出装置では、流体中に発生する∂Ａ／∂ｔ成分を検出するために、図２９の平面ＰＬＮを境とする測定管１の前後で非対称な磁場を被測定流体に印加する必要があり、一般形の電磁流量計と違い、電極位置とコイル位置との間にオフセットを設ける必要があった。このため、一般形の電磁流量計の検出器を転用することができず、新たに検出器部分を設計し、作成する必要があるという問題点があった。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、流体の流速に関わらず、磁場や流体を含めた配管内の状態を精度良く検出することができる状態検出装置を、従来の一般形の電磁流量計の検出器の構成を大きく変更することなく提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態を検出対象のパラメータとする状態検出装置であって、流体が流れる測定管と、この測定管に配設され、前記流体に印加される磁場と前記流体の流れとによって生じた起電力を検出する電極と、この電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な電極平面に対して対称かつ時間変化する磁場を前記流体に印加する励磁部と、一端が前記電極と接続されると共に、前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設された信号線と、前記信号線の他端と接続され、前記電極および信号線で検出される、前記流体の流速とは無関係で前記磁場の時間変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と前記流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素を抽出して、この変動要素に基づいて前記パラメータを定量化する状態定量化部とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の状態検出装置の１構成例において、前記状態定量化部は、前記電極および信号線で検出される、前記流体の流速とは無関係で前記磁場の時間変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と前記流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素を抽出する信号変換部と、前記パラメータに依存する変動要素と前記パラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部と、この状態記憶部に記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要素に対応する前記パラメータを求める状態出力部とからなることを特徴とするものである。
また、本発明の状態検出装置の１構成例において、前記信号線の配設方向は、前記測定管の軸と同じ方向成分を持つことを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の状態検出装置の１構成例において、前記励磁部は、コイル軸が前記電極平面に含まれるように配設された励磁コイルと、この励磁コイルに励磁電流を供給する電源とからなり、前記信号変換部は、前記合成起電力と前記励磁電流との位相差あるいは時間差を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とするものである。
また、本発明の状態検出装置の１構成例（第１の実施の形態）において、前記電源は、第１の周波数の励磁電流を前記励磁コイルに供給し、前記信号変換部は、前記合成起電力のうち前記第１の周波数の成分と前記励磁電流との位相差を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出し、前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相と前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の状態検出装置の１構成例において、前記励磁部は、コイル軸が前記電極平面に含まれるように配設された励磁コイルと、複数の励磁周波数を同時または交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源とからなり、前記信号変換部は、前記合成起電力のうち同時または交互に得られる少なくとも２つの異なる周波数成分の振幅と位相を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とするものである。
また、本発明の状態検出装置の１構成例（第２の実施の形態）において、前記電源は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時または交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、前記信号変換部は、前記合成起電力のうち前記第１の周波数と前記第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記２つの周波数成分の起電力差を前記∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出し、前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相と前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とするものである。
また、本発明の状態検出装置の１構成例（第１、第２の実施の形態）において、前記電極は、前記測定管の軸に直交する軸上に前記測定管の軸を挟んで対向するように１対配設され、前記信号線は、各々の電極に１本ずつ接続された２本の信号線からなり、この２本の信号線のうち少なくとも１本の信号線が前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設されることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の状態検出装置の１構成例において、前記励磁部は、コイル軸が前記電極平面に含まれるように配設された励磁コイルと、この励磁コイルに励磁電流を供給する電源とからなり、前記信号線は、互いに異なる経路に配設された複数の信号線からなり、前記信号変換部は、前記複数の信号線から得られる合成起電力の和または差を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とするものである。
また、本発明の状態検出装置の１構成例（第３の実施の形態）において、前記電極は、前記測定管の軸に直交する軸上に前記測定管の軸を挟んで対向するように１対配設され、前記信号線は、各々の電極に１本ずつ接続された２本の信号線からなり、この２本の信号線が前記電極平面から互いに逆方向に向かうように配設され、前記信号変換部は、前記２本の信号線から得られる合成起電力の和を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出し、前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相と前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の状態検出装置の１構成例において、前記励磁部は、コイル軸が前記電極平面に含まれるように配設された励磁コイルと、この励磁コイルに励磁電流を供給する電源とからなり、前記信号線は、同じ電極に接続された複数の信号線からなり、前記信号変換部は、前記複数の信号線から得られる合成起電力のうち少なくとも２本の信号線から得られる合成起電力の振幅と位相を求めることにより、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とするものである。
また、本発明の状態検出装置（第４の実施の形態）の１構成例において、前記信号線は、同じ電極に接続された第１、第２の信号線からなり、この第１、第２の信号線が前記電極平面から互いに逆方向に向かうように配設され、前記信号変換部は、前記第１の信号線から得られる第１の合成起電力と前記第２の信号線から得られる第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と前記第２の合成起電力との起電力差を前記∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中から前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出し、前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相と前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とするものである。
また、本発明の状態検出装置の１構成例において、前記電極は、前記測定管の軸に直交する軸上に前記測定管の軸を挟んで対向するように１対配設され、各々の電極に複数本ずつ接続された信号線のうち、少なくとも一方の電極に接続された信号線が前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設されることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の状態検出装置の１構成例（第５の実施の形態）は、前記励磁部の外側を覆うアウターコアを備え、前記信号線は、前記アウターコアの内側に、前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設されることを特徴とするものである。
また、本発明の状態検出装置の１構成例（第５の実施の形態）は、前記励磁コイルの外側を覆うアウターコアを備え、前記信号線は、前記アウターコアの内側に、前記電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち前記磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、流体が流れる測定管と、測定管に配設され、流体に印加される磁場と流体の流れとによって生じた起電力を検出する電極と、電極を含む、測定管の軸方向と垂直な電極平面に対して対称かつ時間変化する磁場を流体に印加する励磁部と、一端が電極と接続されると共に、電極平面と平行な磁場の方向に対して傾きを持ち磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設された信号線と、信号線の他端と接続され、電極および信号線で検出される、流体の流速とは無関係で磁場の時間変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、∂Ａ／∂ｔ成分の中からパラメータに依存する変動要素を抽出して、変動要素に基づいてパラメータを定量化する状態定量化部とを設けることにより、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。本発明では、従来の一般形の電磁流量計の検出器の構成である測定管と電極と励磁部とを用い、磁場の時間変化によって起電力が生じるように信号線を配設すれば、磁場や流体を含めた測定管内の状態を検出することができるので、非対称励磁形の状態検出装置でしか得ることができなかった効果を、一般形の電磁流量計の検出器の構成を大きく変更することなく実現することができる。
【００２２】
また、本発明では、信号線をアウターコアの内側に配設することにより、∂Ａ／∂ｔ成分を効率よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の一般形の電磁流量計の信号線配置を示す図である。
【図２】本発明の状態検出装置の第１の構成の原理を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の状態検出装置の第２の構成の原理を説明するためのブロック図である。
【図４】本発明の状態検出装置の第３の構成の原理を説明するためのブロック図である。
【図５】本発明の状態検出装置の第１の構成における∂Ａ／∂ｔ成分の分布を上から見た図である。
【図６】本発明の状態検出装置の第１の構成において被測定流体の流量が０の場合の渦電流および起電力を示す図である。
【図７】本発明の状態検出装置の第２の構成における∂Ａ／∂ｔ成分の分布を上から見た図である。
【図８】本発明の状態検出装置の第２の構成において被測定流体の流量が０の場合の渦電流および起電力を示す図である。
【図９】本発明の状態検出装置の第３の構成における∂Ａ／∂ｔ成分の分布を上から見た図である。
【図１０】本発明の状態検出装置の第３の構成において被測定流体の流量が０の場合の渦電流および起電力を示す図である。
【図１１】本発明の状態検出装置の第１の構成において被測定流体の流量が０でない場合の電極間起電力を示す図である。
【図１２】本発明の状態検出装置の第２の構成において被測定流体の流量が０でない場合の電極間起電力を示す図である。
【図１３】本発明の状態検出装置の状態検出の基本原理を説明するための図である。
【図１４】本発明の状態検出装置におけるテーブルの作成方法を説明するための図である。
【図１５】本発明の状態検出装置におけるテーブルの他の作成方法を説明するための図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係る状態検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第２の実施の形態における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る状態検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第４の実施の形態に係る状態検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の第４の実施の形態における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。
【図２３】本発明の第５の実施の形態に係る状態検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２４】本発明の第１の実施の形態〜第５の実施の形態に係る状態検出装置で用いる電極の１例を示す断面図である。
【図２５】本発明の第１の実施の形態〜第５の実施の形態に係る状態検出装置で用いる電極の他の例を示す断面図である。
【図２６】本発明の第１の実施の形態〜第５の実施の形態に係る状態検出装置で用いる電極の他の例を示す断面図である。
【図２７】本発明の第１、第２の実施の形態における信号線配置の他の例を示す図である。
【図２８】本発明の第４の実施の形態における信号線配置の他の例を示す図である。
【図２９】従来の状態検出装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［物理現象と数学的基礎知識］
従来技術と本発明を理解するために必要な両者に共通する理論的前提部分について説明する。
まず、従来技術の説明に必要な物理現象について説明しておく。時間変化する磁場中を物体が移動する場合、電磁誘導によって２種類の電界、（ａ）磁場の時間変化によって発生する起電力Ｅ(i)＝−∂Ａ／∂ｔ、（ｂ）磁場中を物体が動くことにより発生する起電力Ｅ(v)＝ｖ×Ｂが発生する。ｖ×ＢはｖとＢの外積を示し、∂Ａ／∂ｔはＡの時間による偏微分を示す。ｖ、Ｂ、Ａはそれぞれ下記に対応しており、３次元（ｘ、ｙ、ｚ）に方向をもつベクトルである（ｖ：流速、Ｂ：磁束密度、Ａ：ベクトルポテンシャル（磁束密度とはＢ＝ｒｏｔＡの関係がある））。ただし、ここでの３次元ベクトルは以降で説明する複素平面上のベクトルとは意味が異なる。発生する起電力は流体から電極、信号線を通して検出することになる。
【００２５】
ここで、流体の流速に無関係な∂Ａ／∂ｔ成分によって流体内に発生する渦電流についてみると、磁場や流体を含む測定管内の状態、および電位を取り出す際の入力インピーダンスによって、渦電流の流れる経路や電流密度が変化し、この変化を電位として取り出せば、流速以外の特性や状態を計測することができる。
【００２６】
次に、一般に知られている数学的基礎知識について説明する。同一周波数で異なる振幅の余弦波Ｐ・ｃｏｓ（ω・ｔ）、正弦波Ｑ・ｓｉｎ（ω・ｔ）は、以下のような余弦波に合成される。Ｐ，Ｑは振幅、ωは角周波数である。
Ｐ・ｃｏｓ（ω・ｔ）＋Ｑ・ｓｉｎ（ω・ｔ）
＝（Ｐ2＋Ｑ2）1/2・ｃｏｓ（ω・ｔ−ε）
ただし、ε＝ｔａｎ-1（Ｑ／Ｐ）                                      ・・・（１）
【００２７】
式（１）の合成を分析するには、余弦波Ｐ・ｃｏｓ（ω・ｔ）の振幅Ｐを実軸、正弦波Ｑ・ｓｉｎ（ω・ｔ）の振幅Ｑを虚軸にとるように複素座標平面に写像すると都合がよい。すなわち、複素座標平面上において、原点からの距離（Ｐ2＋Ｑ2）1/2が合成波の振幅を与え、実軸との角度ε＝ｔａｎ-1（Ｑ／Ｐ）が合成波とω・ｔとの位相差を与えることになる。
【００２８】
また、複素座標平面上においては、以下の関係式が成り立つ。
Ｌ・ｅｘｐ（ｊ・ε）＝Ｌ・ｃｏｓ（ε）＋ｊ・Ｌ・ｓｉｎ（ε）      ・・・（２）
式（２）は複素ベクトルに関する表記であり、ｊは虚数単位である。Ｌは複素ベクトルの長さを与え、εは複素ベクトルの方向を与える。したがって、複素座標平面上の幾何学的関係を分析するには、複素ベクトルへの変換を活用すると都合がよい。
【００２９】
［従来技術の構造上の仕組み］
上記物理現象と従来技術の構造上の仕組みの関係について説明する。特許文献２に開示された非対称励磁を用いる状態検出装置では、コイル平面と電極平面との間にオフセットがあり、一般形の電磁流量計とは検出器が異なる構造になる。また、一般形の電磁流量計に使用される検出器は∂Ａ／∂ｔ成分をできるだけ検出しない構造となっている。すなわち、電極２ａ，２ｂを含む、測定管軸の方向と垂直な平面ＰＬＮに対して磁場が対称になっているだけでなく、図１に示すように励磁コイル３から発生する磁束と鎖交する面積ができるだけ小さくなるように信号線４ａ，４ｂを配置する構造となっている。この構造により、信号線４ａ，４ｂに∂Ａ／∂ｔ成分が発生しないようにしている。
【００３０】
［発明の着眼点］
本発明は、励磁コイルと電極とが同一平面上に存在する従来の一般形の検出器において、信号線を磁場と鎖交するように配置することにより、信号線または電極に∂Ａ／∂ｔ成分を発生させることができ、この∂Ａ／∂ｔ成分を利用することにより、磁場や流体を含めた測定管内の状態を得ることが可能になることに着目した。
【００３１】
［発明の基本原理］
流体中には、先に説明した２種類の起電力Ｅ(i)＝−∂Ａ／∂ｔ、Ｅ(v)＝ｖ×Ｂが発生するが、平面ＰＬＮに対して磁場が対称である一般形の場合、電極位置において、磁場の時間変化による起電力Ｅ(i)＝−∂Ａ／∂ｔは対称性により０になる。それに対して、信号線が磁束と鎖交するように配置されると、電極および信号線においては、磁場の時間変化によって起電力が発生する。最終的に、信号線を通って信号変換部で検出される起電力は、流体中に発生するｖ×Ｂ成分と電極および信号線に発生する∂Ａ／∂ｔ成分とが合成された起電力となる。
【００３２】
以下の説明では、発生する起電力がどのような挙動を示し、本発明はこの挙動をどのように利用しているかを説明するために、上述した複素座標平面への写像と、複素ベクトルによる幾何学的分析を採用する。
【００３３】
［第１の構成］
本発明の状態検出装置の第１の構成について説明する。図２は第１の構成の原理を説明するためのブロック図である。図２の状態検出装置は、被測定流体が流れる測定管１と、被測定流体に印加される磁場および測定管１の軸ＰＡＸの双方と直交し、かつ被測定流体と接触するように測定管１に対向配置され、前記磁場と被測定流体の流れとによって生じた起電力を検出する一対の電極２ａ，２ｂと、測定管軸ＰＡＸの方向と直交する、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮを測定管１の境としたとき、この平面ＰＬＮを境とする測定管１の前後で対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁コイル３と、励磁コイル３によって発生する磁束と鎖交するように配置され、電極２ａ，２ｂと信号変換部（不図示）との間を接続する信号線４ａ，４ｂとを有する。第１の構成は、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮに対して信号線４ａと信号線４ｂとを同じ側に配置したものである。
【００３４】
［第２の構成］
次に、本発明の状態検出装置の第２の構成について説明する。図３は第２の構成の原理を説明するためのブロック図である。第２の構成は、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮに対して信号線４ａと信号線４ｂとを異なる側に配置し、かつ励磁コイル３の軸を中心軸として信号線４ａと信号線４ｂとを略回転対称に配置したものである。
【００３５】
［第３の構成］
次に、本発明の状態検出装置の第３の構成について説明する。図４は第３の構成の原理を説明するためのブロック図である。第３の構成は、１つの電極２ａに第１の信号線４ａと第２の信号線４ｃとを接続し、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮに対して第１の信号線４ａと第２の信号線４ｃとを異なる側に配置したものである。電極２ｂについても同様に、第１の信号線４ｂと第２の信号線４ｄとを接続し、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮに対して第１の信号線４ｂと第２の信号線４ｄとを異なる側に配置している。電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮに対して第１の信号線４ａ，４ｂと第２の信号線４ｃ，４ｄとは、略対称に配置される。
【００３６】
第１〜第３の構成において、励磁コイル３から発生する磁場のうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ１は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ１＝ｂ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ１）                              ・・・（３）
式（３）において、ｂ１は磁束密度Ｂ１の振幅、ω０は角周波数、θ１は磁束密度Ｂ１とω０・ｔとの位相差（位相遅れ）である。以下、磁束密度Ｂ１を磁場Ｂ１とする。
【００３７】
［磁場の変化に起因する起電力］
まず、第１〜第３の構成に関して、磁場の変化に起因し、被測定流体の流速とは無関係な起電力について説明する。磁場の変化に起因する起電力は、磁場の時間微分ｄＢ／ｄｔによるので、励磁コイル３から発生する磁場Ｂ１を次式のように微分する。
ｄＢ１／ｄｔ＝−ω０・ｂ１・ｓｉｎ（ω０・ｔ−θ１）              ・・・（４）
【００３８】
被測定流体の流速が０の場合、磁場Ｂ１による起電力は、磁場Ｂ１の変化に起因する成分のみとなる。この場合、図２に示したような第１の構成の信号線配置では、∂Ａ／∂ｔ成分の分布を状態検出装置の上から見ると図５のようになり、図６に示すような起電力Ｅａ，Ｅｂが発生する。したがって、電極軸ＥＡＸと測定管軸ＰＡＸとを含む平面内において、磁場Ｂ１の変化によって流体中に発生する（流速と無関係な）電極間起電力は０となるが、それぞれの信号線４ａ，４ｂには磁場Ｂ１の変化によって起電力Ｅａ，Ｅｂが発生することになる。なお、図６におけるＩは、磁場Ｂ１の変化による渦電流を示している。
【００３９】
このとき、信号線の端部から電極に向かう方向をマイナス方向とすれば、信号線４ｂに発生する起電力Ｅｂは、次式に示すように向きを考えた磁場の時間微分−ｄＢ１／ｄｔに係数ｋｂ（電極２ｂや信号線４ｂの配置等に関係する複素数）をかけたものとなる。
Ｅｂ＝ｋｂ・ω０・ｂ１・ｓｉｎ（ω０・ｔ−θ１）                  ・・・（５）
【００４０】
そして、式（５）を変形すると次式となる。
Ｅｂ＝ｋｂ・ω０・ｂ１・｛ｓｉｎ（−θ１）｝・ｃｏｓ（ω０・ｔ）
＋ｋｂ・ω０・ｂ１・｛ｃｏｓ（−θ１）｝・ｓｉｎ（ω０・ｔ）
＝ｋｂ・ω０・ｂ１・｛−ｓｉｎ（θ１）｝・ｃｏｓ（ω０・ｔ）
＋ｋｂ・ω０・ｂ１・｛ｃｏｓ（θ１）｝・ｓｉｎ（ω０・ｔ）  ・・・（６）
【００４１】
ここで、式（６）をω０・ｔを基準として複素座標平面に写像すると、実軸成分Ｅｂｘ、虚軸成分Ｅｂｙは次式となる。
Ｅｂｘ＝ｋｂ・ω０・ｂ１・｛−ｓｉｎ（θ１）｝
＝ｋｂ・ω０・ｂ１・｛ｃｏｓ（π／２＋θ１）｝              ・・・（７）
Ｅｂｙ＝ｋｂ・ω０・ｂ１・｛ｃｏｓ（θ１）｝
＝ｋｂ・ω０・ｂ１・｛ｓｉｎ（π／２＋θ１）｝              ・・・（８）
【００４２】
さらに、式（７）、式（８）に示したＥｂｘ，Ｅｂｙを次式に示す複素ベクトルＥｂｃに変換する。
Ｅｂｃ＝Ｅｂｘ＋ｊ・Ｅｂｙ
＝ｋｂ・ω０・ｂ１・｛ｃｏｓ（π／２＋θ１）｝
＋ｊ・ｋｂ・ω０・ｂ１・｛ｓｉｎ（π／２＋θ１）｝
＝ｋｂ・ω０・ｂ１・｛ｃｏｓ（π／２＋θ１）＋ｊ・ｓｉｎ（π／２＋θ１）｝
＝ｋｂ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝            ・・・（９）
【００４３】
また、前述の係数ｋｂを複素ベクトルに変換すると次式となる。
ｋｂ＝ｒｋｂ・ｃｏｓ（θｂ）＋ｊ・ｒｋｂ・ｓｉｎ（θｂ）
＝ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）                                ・・・（１０）
式（１０）において、ｒｋｂは比例係数、θｂは実軸に対するベクトルｋｂの角度である。
【００４４】
式（１０）を式（９）に代入することにより、信号線４ｂに発生する起電力Ｅｂを複素ベクトルに変換した起電力Ｅｂｃ（磁場Ｂ１の時間変化のみに起因する起電力）が以下のように得られる。
Ｅｂｃ＝ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝
＝ｒｋｂ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｂ）｝  ・・（１１）
【００４５】
同様に、信号線４ａに発生する起電力Ｅａは、向きを考えた磁場Ｂ１の時間微分ｄＢ１／ｄｔに係数ｋａ（電極２ａや信号線４ａの配置等に関係する複素数）をかけたものとなる。係数ｋａは次式のように複素ベクトルに変換できる。
ｋａ＝ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）                                ・・・（１２）
式（１２）において、ｒｋａは比例係数、θａは実軸に対するベクトルｋａの角度である。
【００４６】
式（１１）を参考にすると、信号線４ａに発生する起電力Ｅａを複素ベクトルに変換した起電力Ｅａｃ（磁場Ｂ１の時間変化のみに起因する起電力）は式（１２）から以下のように得られる。
Ｅａｃ＝−ｒｋａ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θａ）｝
・・・（１３）
【００４７】
磁場Ｂ１の時間変化のみによって発生する、信号線４ｂの端部と信号線４ａの端部との間の起電力の差をＥｃｄとすると、起電力差Ｅｃｄは起電力ＥｂｃとＥａｃとの差となり、次式で表される。
Ｅｃｄ＝Ｅｂｃ−Ｅａｃ
＝ｒｋｂ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｂ）｝
＋ｒｋａ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θａ）｝
＝｛ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）＋ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝            ・・・（１４）
【００４８】
また、磁場Ｂ１の時間変化のみによって発生する、信号線４ｂの端部と信号線４ａの端部との間の起電力の和をＥｃｓとすると、起電力和Ｅｃｓは次式で表される。
Ｅｃｓ＝Ｅｂｃ＋Ｅａｃ
＝ｒｋｂ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｂ）｝
−ｒｋａ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θａ）｝
＝｛ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）−ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝            ・・・（１５）
【００４９】
ここで、式を扱いやすくするために、ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）とｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）の２つのベクトルの和を式（１６）のようにｒｋｓ・ｅｘｐ（ｊ・θｓ）に変換し、ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）とｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）の２つのベクトルの差を式（１７）のようにｒｋｄ・ｅｘｐ（ｊ・θｄ）に変換しておく。
ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）＋ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）
＝ｒｋｓ・ｅｘｐ（ｊ・θｓ）                                  ・・・（１６）
ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）−ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）
＝ｒｋｄ・ｅｘｐ（ｊ・θｄ）                                  ・・・（１７）
【００５０】
式（１６）を用いて式（１４）に示した起電力差Ｅｃｄを式（１８）のように変換し、式（１７）を用いて式（１５）に示した起電力和Ｅｃｓを式（１９）のように変換しておく。
Ｅｃｄ＝｛ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）＋ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝
＝ｒｋｓ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ）｝  ・・（１８）
Ｅｃｓ＝｛ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）−ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝
＝ｒｋｄ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｄ）｝  ・・（１９）
以上で、第１の構成に関して、磁場Ｂ１の変化のみに起因する起電力を求めることができた。
【００５１】
次に、第２の構成に関して、磁場Ｂ１の変化のみに起因する起電力について説明する。被測定流体の流速が０の場合、図３に示したような第２の構成の信号線配置では、∂Ａ／∂ｔ成分の分布を状態検出装置の上から見ると図７のようになり、信号線４ａ，４ｂには図８に示すような起電力Ｅａ，Ｅｂが発生する。
【００５２】
したがって、第２の構成の場合に信号線４ａに発生する起電力Ｅａを複素ベクトルに変換した起電力ＥａｃＲは、式（１３）に示した起電力Ｅａｃに対して符号が逆になり、次のように得られる。
ＥａｃＲ＝ｒｋａ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θａ）｝
・・・（２０）
【００５３】
磁場Ｂ１の時間変化のみによって発生する、信号線４ｂの端部と信号線４ａの端部との間の起電力の差をＥｃｄＲとすると、起電力差ＥｃｄＲは式（１４）を参考にすれば、次式で表される。
ＥｃｄＲ＝Ｅｂｃ−ＥａｃＲ
＝ｒｋｂ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｂ）｝
−ｒｋａ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θａ）｝
＝｛ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）−ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝          ・・・（２１）
【００５４】
また、磁場Ｂ１の時間変化のみによって発生する、信号線４ｂの端部と信号線４ａの端部との間の起電力の和をＥｃｓＲとすると、起電力和ＥｃｓＲは式（１５）を参考にすれば、次式で表される。
ＥｃｓＲ＝Ｅｂｃ＋ＥａｃＲ
＝ｒｋｂ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｂ）｝
＋ｒｋａ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θａ）｝
＝｛ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）＋ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝          ・・・（２２）
【００５５】
ここで、式（１４）、式（１５）の場合と同様に、式を扱いやすくするために式（１７）を用いて式（２１）に示した起電力差ＥｃｄＲを式（２３）のように変換し、式（１６）を用いて式（２２）に示した起電力和ＥｃｓＲを式（２４）のように変換しておく。
ＥｃｄＲ＝｛ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）−ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝
＝ｒｋｄ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｄ）｝
・・・（２３）
ＥｃｓＲ＝｛ｒｋｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）＋ｒｋａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝
＝ｒｋｓ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ）｝
・・・（２４）
以上で、第２の構成に関して、磁場Ｂ１の変化のみに起因する起電力を求めることができた。
【００５６】
次に、第３の構成に関して、磁場Ｂ１の変化のみに起因する起電力について説明する。被測定流体の流速が０の場合、図４に示したような第３の構成の信号線配置では、∂Ａ／∂ｔ成分の分布を状態検出装置の上から見ると図９のようになり、信号線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄには図１０に示すような起電力Ｅ３ａ，Ｅ３ｂ，Ｅ３ｃ，Ｅ３ｄが発生する。
【００５７】
このとき、磁場Ｂ１の時間変化のみによって発生する、第１の信号線４ｂの端部と第１の信号線４ａの端部との間の起電力の差をＥｃｄ１とすると、起電力差Ｅｃｄ１は第１の構成と同じ式（１８）で表される。さらに、式（１８）においてｒｋｓをｒｋｓ１に置き換え、θｓをθｓ１に置き換えると、起電力差Ｅｃｄ１は次式で表される。
Ｅｃｄ１＝ｒｋｓ１・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ１）｝
・・・（２５）
【００５８】
磁場Ｂ１の時間変化のみによって発生する、第２の信号線４ｄの端部と第２の信号線４ｃの端部との間の起電力の差をＥｃｄ２とすると、起電力差Ｅｃｄ２は、式（２５）を参考にし、併せてｒｋｓ１をｒｋｓ２に置き換え、θｓ１をθｓ２に置き換えて、さらに第１の信号線の起電力との向きを考えてマイナスを付けると次式で表される。
Ｅｃｄ２＝−ｒｋｓ２・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ２）｝
・・・（２６）
以上で、第３の構成に関して、磁場Ｂ１の変化のみに起因する起電力を求めることができた。
【００５９】
［流速に起因する起電力］
次に、第１〜第３の構成に関して、被測定流体の流速と磁場Ｂ１とに起因する信号線間起電力について説明する。被測定流体の流速の大きさがＶ（Ｖ≠０）の場合、図２に示したような第１の構成においては、流速０のときの起電力に加えて、被測定流体の流速ベクトルｖに起因する成分ｖ×Ｂ１が発生する。すなわち、被測定流体の流速ベクトルｖと磁場Ｂ１によって図１１に示すような電極間起電力Ｅｖが発生する。このＥｖの方向をプラス方向とする。
【００６０】
このとき、信号線４ａ，４ｂの端部で検出される信号線間起電力は、電極２ａ，２ｂで検出される電極間起電力Ｅｖと同じである。この電極間起電力Ｅｖは、次式に示すように、磁場Ｂ１に流速の大きさＶと係数ｋｖ（被測定流体の導電率及び誘電率と電極２ａ，２ｂの配置を含む測定管１の構造に関係する複素数）とをかけたものとなる。
Ｅｖ＝ｋｖ・Ｖ・｛ｂ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ１）｝              ・・・（２７）
【００６１】
式（２７）を変形すると次式となる。
Ｅｖ＝ｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ）・ｃｏｓ（−θ１）
−ｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｓｉｎ（ω０・ｔ）・ｓｉｎ（−θ１）
＝ｋｖ・Ｖ・ｂ１・｛ｃｏｓ（θ１）｝・ｃｏｓ（ω０・ｔ）
＋ｋｖ・Ｖ・ｂ１・｛ｓｉｎ（θ１）｝・ｓｉｎ（ω０・ｔ）  ・・・（２８）
【００６２】
ここで、式（２８）をω０・ｔを基準として複素座標平面に写像すると、実軸成分Ｅｖｘ、虚軸成分Ｅｖｙは次式となる。
Ｅｖｘ＝ｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｃｏｓ（θ１）                          ・・・（２９）
Ｅｖｙ＝ｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｓｉｎ（θ１）                          ・・・（３０）
【００６３】
さらに、式（２９）、式（３０）に示したＥｖｘ，Ｅｖｙを次式に示す複素ベクトルＥｖｃに変換する。
Ｅｖｃ＝Ｅｖｘ＋ｊ・Ｅｖｙ
＝ｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｃｏｓ（θ１）＋ｊ・ｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｓｉｎ（θ１）
＝ｋｖ・Ｖ・ｂ１・｛ｃｏｓ（θ１）＋ｊ・ｓｉｎ（θ１）｝
＝ｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ（ｊ・θ１）                      ・・・（３１）
【００６４】
また、前述の係数ｋｖを複素ベクトルに変換すると次式となる。
ｋｖ＝ｒｋｖ・ｃｏｓ（θｖ）＋ｊ・ｒｋｖ・ｓｉｎ（θｖ）
＝ｒｋｖ・ｅｘｐ（ｊ・θｖ）                                ・・・（３２）
式（３２）において、ｒｋｖは比例係数、θｖは実軸に対するベクトルｋｖの角度である。
【００６５】
式（３２）を式（３１）に代入することにより、電極間起電力Ｅｖを複素ベクトルに変換した電極間起電力Ｅｖｃが以下のように得られる。
Ｅｖｃ＝ｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ（ｊ・θ１）
＝ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝          ・・・（３３）
【００６６】
式（３３）は、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１によって発生する、信号線４ｂの端部と信号線４ａの端部との間の起電力の差を表している。信号線４ｂの端部と信号線４ａの端部との間の起電力の和は、完全に対称であるなどの理想状態では０となる。
【００６７】
磁場Ｂ１の時間変化に起因する起電力差Ｅｃｄと、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する起電力差Ｅｖｃとを合わせた全体の起電力差Ｅｄは、式（１８）、式（３３）により次式のようになる。
Ｅｄ＝Ｅｃｄ＋Ｅｖｃ
＝ｒｋｓ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝          ・・・（３４）
【００６８】
また、磁場Ｂ１の時間変化に起因する起電力和と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する起電力和とを合わせた全体の起電力和は、前述のように被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する起電力和が０となるので、磁場Ｂ１の時間変化に起因する起電力和Ｅｃｓ（式（１９））と同じになる。以上で、第１の構成に関して、信号線間起電力を求めることができた。
【００６９】
次に、第２の構成の信号線間起電力について説明する。被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する電極間起電力Ｅｖは、図１２に示すように、信号線の配置の影響を受けないので、この電極間起電力Ｅｖを複素ベクトルに変換した電極間起電力Ｅｖｃの値は第１の構成の場合と変わらない。
【００７０】
磁場Ｂ１の時間変化に起因する起電力差ＥｃｄＲと、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する起電力差Ｅｖｃとを合わせた全体の起電力差ＥｄＲは、式（２３）、式（３３）により次式のようになる。
ＥｄＲ＝ＥｃｄＲ＋Ｅｖｃ
＝ｒｋｄ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｄ）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝        ・・・（３５）
【００７１】
また、磁場Ｂ１の時間変化に起因する起電力和と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する起電力和とを合わせた全体の起電力和は、前述のように被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する起電力和が０となるので、磁場Ｂ１の時間変化に起因する起電力和ＥｃｓＲ（式（２４））と同じになる。以上で、第２の構成に関して、信号線間起電力を求めることができた。
【００７２】
次に、第３の構成の信号線間起電力について説明する。信号線４ａ，４ｂの端部で検出される電極間起電力Ｅｖを複素ベクトルに変換した電極間起電力Ｅｖｃの値は第１の構成の場合と変わらない。磁場Ｂ１の時間変化に起因する、信号線４ｂの端部と信号線４ａの端部との間の起電力差Ｅｃｄ１と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する起電力差Ｅｖｃとを合わせた起電力差、すなわち信号線４ｂの端部と信号線４ａの端部との間の全体の信号線間起電力差Ｅ１ｄは、式（２５）、式（３３）により次式のようになる。
Ｅ１ｄ＝Ｅｃｄ１＋Ｅｖｃ
＝ｒｋｓ１・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ１）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝        ・・・（３６）
【００７３】
同様に、磁場Ｂ１の時間変化に起因する、信号線４ｄの端部と信号線４ｃの端部との間の起電力差Ｅｃｄ２と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する起電力差Ｅｖｃとを合わせた起電力差、すなわち信号線４ｄの端部と信号線４ｃの端部との間の全体の起電力差Ｅ２ｄは、式（２６）、式（３３）により次式のようになる。
Ｅ２ｄ＝Ｅｃｄ２＋Ｅｖｃ
＝−ｒｋｓ２・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ２）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝        ・・・（３７）
以上で、第３の構成に関して、信号線間起電力を求めることができた。
【００７４】
［状態検出の基本原理］
以下、測定管内の状態を検出するための基本原理について説明する。以後、対象となる流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態のことをパラメータと呼ぶ。特許文献２に記載されているように、流体の特性や状態を表すパラメータとしては、流体インピーダンスや流体の導電率、誘電率、水位、断面積等がある。測定管内の状態を表すパラメータとしては、測定管内の付着物の堆積状態（測定管の内径変化）がある。
【００７５】
［∂Ａ／∂ｔ成分とｖ×Ｂ成分の概念］
図２〜図４に示したように、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮを境とする測定管１の前後で対称な磁場を被測定流体に印加したとき、この対称励磁により検出される起電力の振幅と位相差に基づき、複素平面に写像されるベクトルは、以下の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａとｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂの合成ベクトルＶａ＋Ｖｂに相当する。
Ｖａ＝ｒα・ｅｘｐ（ｊ・θα）・Ｃ・ω                          ・・・（３８）
Ｖｂ＝ｒβ・ｅｘｐ（ｊ・θβ）・Ｃ・Ｖ                          ・・・（３９）
【００７６】
このベクトルＶａとＶｂを図１３に示す。図１３において、Ｒｅは実軸、Ｉｍは虚軸である。∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａは、磁場の変化により発生する起電力なので、励磁角周波数ωに比例する大きさになる。このとき、ベクトルＶａの大きさに対する既知の比例定数部分をｒα、ベクトルＶａの方向をθαとすると、Ｃが磁場のシフトなどの変化する要素として与えられる。また、ｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂは、測定管中の被測定流体の移動により発生する起電力なので、流速の大きさＶに比例する大きさになる。このとき、ベクトルＶｂの大きさに対する既知の比例定数部分をｒβ、ベクトルＶｂの方向をθβとすると、Ｃが磁場のシフトなどの変化する要素として与えられる。なお、式（３８）の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａにおけるＣと式（３９）のｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂにおけるＣとは、同一の要素である。
【００７７】
［∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａの抽出］
合成ベクトルＶａ＋Ｖｂから、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａを抽出する方法としては、以下の３つの方法がある。第１の抽出方法は、検出信号の位相差を基にベクトルＶａを抽出する方法である。信号線間起電力から直接求めることができる複素ベクトルはベクトルＶａ，Ｖｂの合成ベクトルであり、ベクトルＶａ，Ｖｂが直接的に計測できるわけではない。そこで、印加する磁場を基準としたとき、基準からの∂Ａ／∂ｔ成分の位相差とｖ×Ｂ成分の位相差はほぼ一定値であることに着眼する。具体的には、励磁電流の位相を計測し、この励磁電流の位相を基準としたとき、ベクトルＶａは既知の位相差を持つので、合成ベクトルＶａ＋Ｖｂからその位相差を持つ成分を取り出すことにより、ベクトルＶａを抽出することができる。
【００７８】
第２の抽出方法は、複数の励磁周波数による磁場を被測定流体に印加し、信号線間起電力に含まれる複数の成分の周波数差を利用してベクトルＶａを抽出する方法である。前述のとおり、信号線間起電力から直接求めることができる複素ベクトルはベクトルＶａ，Ｖｂの合成ベクトルであり、ベクトルＶａ，Ｖｂが直接的に計測できるわけではない。そこで、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａの大きさは励磁角周波数ωに比例し、ｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂは励磁角周波数ωに依存しないことに着眼する。具体的には、励磁コイルに大きさが等しく、かつ周波数が異なる２つの成分を含む励磁電流を印加する。２つの周波数成分をもつ電流で励磁したとき、それぞれの周波数成分で分解した合成ベクトルＶａ＋Ｖｂを求める。第１の周波数成分の合成ベクトルＶａ＋Ｖｂと第２の周波数成分の合成ベクトルＶａ＋Ｖｂとの差は、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａの大きさの変化分だけを与えるベクトルになるので、これにより∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａを抽出することができる。
【００７９】
第３の抽出方法は、複数の信号線の起電力の違いを利用してベクトルＶａを抽出する方法である。この第３の抽出方法は、異なる経路を通る複数の信号線を持つ場合に有効である。前述のとおり、信号線間起電力から直接求めることができる複素ベクトルはベクトルＶａ，Ｖｂの合成ベクトルであり、ベクトルＶａ，Ｖｂが直接的に計測できるわけではない。そこで、信号線の端部で検出されるｖ×Ｂ成分は信号線の配置に関係しないが、∂Ａ／∂ｔ成分は信号線の配置によって向きも大きさも変化することを利用する。
【００８０】
具体的には、１個の電極を用い、この電極に２本の信号線を接続し、電極を含む平面ＰＬＮに対して２本の信号線を対称に配置する。この構成は、図４において、電極２ａおよび信号線４ａ，４ｃのみを用いる場合に相当する。信号線４ａと信号線４ｃとの間の起電力の差をとると、ｖ×Ｂ成分がキャンセルされるので、∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することができる。
【００８１】
また、２個の電極を用い、各々の電極に信号線を２本ずつ接続し、この電極に接続された２本の信号線を、電極を含む平面ＰＬＮに対して対称に配置してもよい。この構成は、図４の構成に相当する。信号線４ａ，４ｂの起電力差である第１の信号線間起電力差と、信号線４ｃ，４ｄの起電力差である第２の信号線間起電力差との差をとれば、ｖ×Ｂ成分がキャンセルされるので、∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することができる。
【００８２】
また、２個の電極を用い、各々の電極に信号線を１本ずつ接続し、励磁コイルの軸を中心軸として２本の信号線を略回転対称に配置してもよい。この構成は、図３の構成に相当する。図３に示したように信号線４ａ，４ｂを配置したとき、信号線４ａ，４ｂの起電力和の合成ベクトルを求めれば、ｖ×Ｂ成分がキャンセルされるので、それぞれの信号線に発生する∂Ａ／∂ｔ成分のおよそ２倍の成分をベクトルＶａとして抽出することができる。
【００８３】
［パラメータの抽出］
次に、抽出した∂Ａ／∂ｔ成分から流量以外のパラメータを抽出する方法について以下説明する。抽出した∂Ａ／∂ｔ成分は被測定流体の流速Ｖに関係しないので、この∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、流速以外の磁場の変動や配管内の状態を計測することが可能になる。
【００８４】
式（３８）において、対象となるパラメータにより変化する変動要素はＣで表されているので、この変動要素をＣ＝ｒｋｃ・ｅｘｐ（ｊ・θｃ）とおく。係数ｒｋｃ、変動要素Ｃ（ベクトル）の実軸からの角度θｃをパラメータｐの関数としてそれぞれｒｋｃ［ｐ］、θｃ［ｐ］と関数形式で表わし、パラメータがｐの時の変動要素ＣをＣｐとすると、変動要素Ｃｐは次式で表される。
Ｃｐ＝ｒｋｃ［ｐ］・ｅｘｐ（ｊ・θｃ［ｐ］）                    ・・・（４０）
【００８５】
式（３８）より、対象となるパラメータによって変化する変動要素Ｃｐは次式で表される。
Ｃｐ＝Ｖａ／｛ｒα・ｅｘｐ（ｊ・θα）・ω｝                    ・・・（４１）
【００８６】
ここで、係数ｒα、角度θαは校正時に確認できる値なので、Ｖａ／｛ｒα・ｅｘｐ（ｊ・θα）・ω｝の大きさがｒｋｃ［ｐ］、実軸からの角度がθｃ［ｐ］となるので、パラメータｐと係数ｒｋｃ［ｐ］との関係、またはパラメータｐと角度θｃ［ｐ］との関係を校正時に記憶させておけば、Ｖａ／｛ｒα・ｅｘｐ（ｊ・θα）・ω｝の大きさまたは位相を計算することにより、パラメータｐの値を求めることができる。
【００８７】
なお、複素平面上の２つのベクトルの和について補足説明する。複素平面上の２つのベクトルの和を次式のように表す。
Ａ・ｅｘｐ（ｊ・ａ）＋Ｂ・ｅｘｐ（ｊ・ｂ）
＝Ａ・ｃｏｓ（ａ）＋ｊ・Ａ・ｓｉｎ（ａ）＋Ｂ・ｃｏｓ（ｂ）
＋ｊ・Ｂ・ｓｉｎ（ｂ）
＝｛Ａ・ｃｏｓ（ａ）＋Ｂ・ｃｏｓ（ｂ）｝＋ｊ・｛Ａ・ｓｉｎ（ａ）
＋Ｂ・ｓｉｎ（ｂ）｝                                        ・・・（４２）
【００８８】
式（４２）をＣｓ・ｅｘｐ（ｊ・ｃｓ）とおく。大きさＣｓは、次式で表される。
Ｃｓ＝ｓｑｒｔ［｛Ａ・ｃｏｓ（ａ）＋Ｂ・ｃｏｓ（ｂ）｝2
＋｛Ａ・ｓｉｎ（ａ）＋Ｂ・ｓｉｎ（ｂ）｝2］
＝ｓｑｒｔ［Ａ2・ｃｏｓ2（ａ）＋Ｂ2・ｃｏｓ2（ｂ）
＋２・Ａ・Ｂ・ｃｏｓ（ａ）・ｃｏｓ（ｂ）＋Ａ2・ｓｉｎ2（ａ）
＋Ｂ2・ｓｉｎ2（ｂ）＋２・Ａ・Ｂ・ｓｉｎ（ａ）・ｓｉｎ（ｂ）］
＝ｓｑｒｔ［Ａ2＋Ｂ2＋２・Ａ・Ｂ・｛ｃｏｓ（ａ）・ｃｏｓ（ｂ）
＋ｓｉｎ（ａ）・ｓｉｎ（ｂ）｝］
＝ｓｑｒｔ｛Ａ2＋Ｂ2＋Ａ・Ｂ・ｃｏｓ（ａ−ｂ）｝            ・・・（４３）
【００８９】
また、このときの位相ｃｓは、次式で表すことができる。
ｃｓ＝ｔａｎ-1［｛Ａ・ｓｉｎ（ａ）＋Ｂ・ｓｉｎ（ｂ）｝
／｛Ａ・ｃｏｓ（ａ）＋Ｂ・ｃｏｓ（ｂ）｝］                ・・・（４４）
【００９０】
複素平面上の２つのベクトルの差について補足説明する。複素平面上の２つのベクトルの差を次式のように表す。
Ｂ・ｅｘｐ（ｊ・ｂ）−Ａ・ｅｘｐ（ｊ・ａ）
＝Ｂ・ｃｏｓ（ｂ）＋ｊ・Ｂ・ｓｉｎ（ｂ）−Ａ・ｃｏｓ（ａ）
−ｊ・Ａ・ｓｉｎ（ａ）
＝｛Ｂ・ｃｏｓ（ｂ）−Ａ・ｃｏｓ（ａ）｝＋ｊ・｛Ｂ・ｓｉｎ（ｂ）
−Ａ・ｓｉｎ（ａ）｝                                        ・・・（４５）
【００９１】
式（４５）をＣｄ・ｅｘｐ（ｊ・ｃｄ）とおく。大きさＣｄは、次式で表される。
Ｃｄ＝ｓｑｒｔ［｛Ｂ・ｃｏｓ（ｂ）−Ａ・ｃｏｓ（Ａ）｝2
＋｛Ｂ・ｓｉｎ（ｂ）−Ａ・ｓｉｎ（ａ）｝2］
＝ｓｑｒｔ［Ｂ2・ｃｏｓ2（ｂ）＋Ａ2・ｃｏｓ2（ａ）
−２・Ｂ・Ａ・ｃｏｓ（ｂ）・ｃｏｓ（ａ）＋Ｂ2・ｓｉｎ2（ｂ）
＋Ａ2・ｓｉｎ2（ａ）−２・Ｂ・Ａ・ｓｉｎ（ｂ）・ｓｉｎ（ａ）］
＝ｓｑｒｔ［Ｂ2＋Ａ2−２・Ｂ・Ａ・｛ｃｏｓ（ｂ）・ｃｏｓ（ａ）
＋ｓｉｎ（ｂ）・ｓｉｎ（ａ）｝］
＝ｓｑｒｔ｛Ｂ2＋Ａ2−Ｂ・Ａ・ｃｏｓ（ｂ−ａ）｝            ・・・（４６）
【００９２】
また、このときの位相ｃｓは、次式で表すことができる。
ｃｓ＝ｔａｎ-1［｛Ｂ・ｓｉｎ（ｂ）−Ａ・ｓｉｎ（ａ）｝
／｛Ｂ・ｃｏｓ（ｂ）−Ａ・ｃｏｓ（ａ）｝］                ・・・（４７）
【００９３】
［実装における留意点］
次に、実装時の留意点について説明する。計測値から得られる係数ｒｋｃ［ｐ］などからパラメータの値ｐを求めるためには、逆変換のためのテーブルを予め作成しておく必要がある。校正時における限られた点での関係から、全てのパラメータの値に対応させるテーブルを作ることになる。係数ｒｋｃ［ｐ］や角度θｃ［ｐ］を代表して関数ｆ［ｐ］で表し、逆変換とテーブルについて説明しておく。逆変換のためのテーブルを作成する方法としては、校正時の計測結果から補間してテーブルを作成する方法（以下、第１の作成方法と呼ぶ）と、理論式からテーブルを直接作成する方法（以下、第２の作成方法と呼ぶ）の２つがある。
【００９４】
まず、第１の作成方法について説明する。図１４に示すように、校正時にパラメータの値がｐ１のときｆ［ｐ１］＝ｙ１という計測結果が得られ、またパラメータの値がｐ２のときｆ［ｐ２］＝ｙ２という計測結果が得られたとすれば、２点間の直線近似により、パラメータｐは次式で表される。
ｐ＝（ｐ２−ｐ１）／（ｙ２−ｙ１）・（ｆ［ｐ］−ｙ１）＋ｐ１    ・・・（４８）
【００９５】
式（４８）によりテーブルを作成することができ、このテーブルを用いることで、校正後の実際の計測時に得られる関数ｆ［ｐ］（係数ｒｋｃ［ｐ］または角度θｃ［ｐ］）からパラメータｐを求めることができる。なお、ここでは直線近似の例を示したが、多項式でも同様に逆変換できる。
【００９６】
次に、第２の作成方法について説明する。パラメータｐとｙ＝ｆ［ｐ］との関係が設計時に理論式として求まり、逆関数ｆ-1（ｙ）が存在する場合には、パラメータｐは次式で表される。
ｐ＝ｆ-1（ｆ［ｐ］）                                            ・・・（４９）
式（４９）の関係を図１５に示す。式（４９）をテーブルとして記憶しておけば、校正後の実際の計測時に得られる関数ｆ［ｐ］からパラメータｐを算出することができる。
【００９７】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、上記の原理で説明した第１の構成を用い、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａを抽出する方法として第１の抽出方法を用いるものである。
【００９８】
図１６は本発明の第１の実施の形態に係る状態検出装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の状態検出装置は、被測定流体が流れる測定管１と、被測定流体に印加される磁場および測定管軸ＰＡＸの双方と直交し、かつ被測定流体と接触するように測定管１に対向配置され、前記磁場と被測定流体の流れとによって生じた起電力を検出する一対の電極２ａ，２ｂと、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮを測定管１の境としたとき、この平面ＰＬＮを境とする測定管１の前後で対称かつ時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁コイル３と、一端が電極２ａ，２ｂと接続されると共に、平面ＰＬＮと平行な磁場の方向に対して傾きを持ち磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設された信号線４ａ，４ｂと、状態定量化部８ａと、励磁コイル３に励磁電流を供給して磁場を発生させる電源９とを有している。
【００９９】
状態定量化部８ａは、信号線４ａ，４ｂの他端と接続され、信号線４ａ，４ｂから得られる合成起電力のうち周波数ω０の成分と励磁電流との位相差を求めることにより、∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中からパラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出する信号変換部５ａと、パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相とパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部６ａ（前述のテーブルに相当）と、状態記憶部６ａに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要素の大きさまたは位相に対応するパラメータを求める状態出力部７ａとから構成される。
【０１００】
図１６において、電源９から励磁電流が供給されることにより励磁コイル３から発生する磁場のうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ１およびそのときの励磁電流Ｉ１は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ１＝ｂ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ１）                            ・・・（５０）
Ｉ１＝ｉ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θｉ１）                          ・・・（５１）
【０１０１】
式（５０）において、ｂ１は磁束密度Ｂ１の振幅、ω０は角周波数、θ１は磁束密度Ｂ１とω０・ｔとの位相差（位相遅れ）である。以下、磁束密度Ｂ１を磁場Ｂ１とする。また、式（５１）において、ｉ１は励磁電流Ｉ１の振幅、θｉ１は励磁電流Ｉ１とω０・ｔとの位相差である。このとき励磁電流Ｉと発生する磁場Ｂとの関係は、次式で表される。
Ｂ＝ｋｉ・Ｉ                                                    ・・・（５２）
【０１０２】
式（５２）において、ｋｉは磁性体や配管による損失によって決まる複素数であり、ｋｉを複素ベクトルで表すと次式となる。
ｋｉ＝ｒｋｉ・ｃｏｓ（θｉ）＋ｊ・ｒｋｉ・ｓｉｎ（θｉ）
＝ｒｋｉ・ｅｘｐ（ｊ・θｉ）                                ・・・（５３）
式（５３）において、ｒｋｉは比例係数、θｉは実軸に対するベクトルｋｉの角度である。
【０１０３】
式（５０）に示した磁場Ｂ１を式（５１）〜式（５３）を用いて複素ベクトルに変換すると、次式のＢ１ｃで表される。
Ｂ１ｃ＝ｒｋｉ・ｉ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θｉ＋θｉ１）｝            ・・・（５４）
【０１０４】
式（５０）と式（５４）より、次式の関係が成り立っている。
ｂ１＝ｒｋｉ・ｉ１                                              ・・・（５５）
θ１＝θｉ＋θｉ１                                              ・・・（５６）
【０１０５】
信号線間起電力差は、信号線４ｂの信号変換部側の端部で検出される起電力と信号線４ａの信号変換部側の端部で検出される起電力との差である。磁場Ｂ１の時間変化に起因する信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差とを合わせた全体の信号線間起電力差のうち、角周波数ω０の成分の信号線間起電力差をＥｉ０とすると、信号線間起電力差Ｅｉ０は、式（３４）に式（５５）、式（５６）を代入し、さらにｒｋｖ＝γｖ・ｒｋｓとして代入すると、次式で表される。
Ｅｉ０＝ｒｋｓ・ω０・ｒｋｉ・ｉ１
・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θｉ＋θｉ１＋θｓ）｝
＋γｖ・ｒｋｓ・Ｖ・ｒｋｉ・ｉ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θｉ＋θｉ１＋θｖ）｝
・・・（５７）
【０１０６】
式（５７）に示した信号線間起電力差Ｅｉ０が信号変換器５ａにおいて検出される信号となる。θｉ１は計測可能な励磁電流Ｉ１の位相であり、θｉ，θｓ，θｖは校正時に計測できる定数とすることができる。よって、信号線間起電力差Ｅｉ０を（π／２＋θｉ＋θｉ１＋θｓ）方向と（θｉ＋θｉ１＋θｖ）方向に分解できることになり、∂Ａ／∂ｔ成分であるｒｋｓ・ω０・ｒｋｉ・ｉ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θｉ＋θｉ１＋θｓ）｝を抽出することができる。この∂Ａ／∂ｔ成分である起電力をＥｉＡとすれば、起電力ＥｉＡは次式で表される。
ＥｉＡ＝ｒｋｓ・ω０・ｒｋｉ・ｉ１
・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θｉ＋θｉ１＋θｓ）｝          ・・・（５８）
【０１０７】
式（５８）は、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔによって発生する成分のみとなる。起電力ＥｉＡを用いれば、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。
ここで、パラメータによる変動要素をＣｐ１とし、パラメータの値をｐ１とすると、式（４０）から変動要素Ｃｐ１は次式で表される。
Ｃｐ１＝ｒｋｃ［ｐ１］・ｅｘｐ（ｊ・θｃ［ｐ１］）              ・・・（５９）
【０１０８】
式（５８）における変動要素Ｃｐ１は、次式で表される。
Ｃｐ１＝ｒｋｓ・ｒｋｉ・ｉ１・ｅｘｐ（ｊ・θｉ１）  
＝ＥｉＡ／［ω０・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θｉ＋θｓ）｝］  ・・・（６０）
【０１０９】
式（６０）から変動要素Ｃｐ１の大きさｒｋｃ［ｐ１］と実軸からの角度θｃ［ｐ１］は次式で表される。
ｒｋｃ［ｐ１］＝｜ＥｉＡ｜／ω０                                ・・・（６１）
θｃ［ｐ１］＝∠ＥｉＡ−（π／２＋θｉ＋θｓ）                  ・・・（６２）
校正時の計測等により予め確認されているパラメータｐ１とｒｋｃ［ｐ１］との関係またはパラメータｐ１と角度θｃ［ｐ１］との関係から、パラメータｐ１を求めることができる。
【０１１０】
なお、上記の基本原理で用いた定数および変数と、本実施の形態の定数および変数との対応は以下の表１のとおりである。角度θｉ，θｓ，θｖは校正等により予め求めることができる定数である。本実施の形態は、表１から明らかなように、上記の基本原理を具体的に実現する１つの例である。
【０１１１】
【表１】
0005559499.tif 000002
【０１１２】
次に、本実施の形態の状態検出装置の具体的な動作について説明する。電源９は、角周波数ω０の正弦波成分を持つ励磁電流Ｉ１を励磁コイル３に供給する。
図１７は状態定量化部８ａの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部５ａは、励磁電流Ｉ１の角周波数ω０の成分の振幅ｉ１を求めると共に、実軸と励磁電流Ｉ１の角周波数ω０の成分との位相差θｉ１を図示しない位相検波器により求める（図１７ステップＳ１０１）。
【０１１３】
また、信号変換部５ａは、信号線間起電力差の角周波数ω０の成分である信号線間起電力差Ｅｉ０の振幅ｒ０を求めると共に、実軸と信号線間起電力差Ｅｉ０との位相差φ０を位相検波器により求める（ステップＳ１０２）。
【０１１４】
次に、信号変換部５ａは、信号線間起電力差Ｅｉ０中の∂Ａ／∂ｔ成分である起電力ＥｉＡの角度と大きさを求める（ステップＳ１０３）。このステップＳ１０３の処理は、∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（５８）の算出に相当する処理である。信号変換部５ａは、実軸に対する起電力ＥｉＡの角度∠ＥｉＡを次式のように算出する。
∠ＥｉＡ＝π／２＋θｉ＋θｉ１＋θｓ                            ・・・（６３）
【０１１５】
また、信号変換部５ａは、起電力ＥｉＡの大きさ｜ＥｉＡ｜を次式のように算出する。
｜ＥｉＡ｜＝ｒ０・ｓｉｎ（φ０−θｉ−θｉ１−θｖ）
／ｓｉｎ（π／２−θｓ＋θｖ）                      ・・・（６４）
これで、ステップＳ１０３の処理が終了する。
【０１１６】
信号変換部５ａは、起電力ＥｉＡの中から、パラメータｐ１に依存する変動要素Ｃｐ１の大きさと角度を求める（ステップＳ１０４）。信号変換部５ａは、変動要素Ｃｐ１の大きさｒｋｃ［ｐ１］を式（６１）により算出すると共に、変動要素Ｃｐ１の実軸からの角度θｃ［ｐ１］を式（６２）により算出する。
【０１１７】
状態記憶部６ａには、パラメータｐ１と変動要素Ｃｐ１の大きさｒｋｃ［ｐ１］との関係、またはパラメータｐ１と変動要素Ｃｐ１の角度θｃ［ｐ１］との関係が数式やテーブルの形式で予め登録されている。ステップＳ１０５において、状態出力部７ａは、信号変換部５ａで計算された変動要素Ｃｐ１の大きさｒｋｃ［ｐ１］または角度θｃ［ｐ１］に基づき、状態記憶部６ａを参照して、ｒｋｃ［ｐ１］またはθｃ［ｐ１］に対応するパラメータｐ１の値を算出する（あるいは状態記憶部６ａから取得する）。
【０１１８】
状態定量化部８ａは、以上のようなステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、一定周期毎に行う。
【０１１９】
以上のように、本実施の形態では、信号線間起電力差Ｅｉ０（合成ベクトルＶａ＋Ｖｂ）から起電力ＥｉＡ（∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ）を抽出し、この起電力ＥｉＡから流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態（パラメータｐ１）に依存する変動要素Ｃｐ１の大きさまたは位相（角度）を抽出して、この変動要素Ｃｐ１の大きさまたは位相に基づいてパラメータｐ１を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。本実施の形態では、従来の一般形の電磁流量計の検出器の構成である測定管１と電極２ａ，２ｂと励磁コイル３とを用い、磁場の時間変化によって起電力が生じるように信号線４ａ，４ｂを配設すれば、磁場や流体を含めた測定管内の状態を検出することができるので、特許文献２に開示された非対称励磁形の状態検出装置でしか得ることができなかった効果を、一般形の電磁流量計の検出器の構成を大きく変更することなく実現することができる。
【０１２０】
なお、本実施の形態では、起電力ＥｉＡから変動要素Ｃｐ１の大きさｒｋｃ［ｐ１］または角度θｃ［ｐ１］のいずれかを抽出すればよいとしているが、大きさと角度の両方を抽出して、パラメータｐ１を求めることも可能である。この場合は、大きさｒｋｃ［ｐ１］と角度θｃ［ｐ１］のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいてパラメータｐ１を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。
【０１２１】
また、本実施の形態では、Ｅｉ０−ＥｉＡよりｖ×Ｂ成分を抽出することができる。ｖ×Ｂ成分から流体の流量を算出することは、一般の電磁流量計で周知の技術であり、状態定量化部８ａを構成するコンピュータで容易に実現できる。したがって、本実施の形態は、流量計としても動作可能である。
【０１２２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記の原理で説明した第１の構成を用い、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａを抽出する方法として第２の抽出方法を用いるものである。本実施の形態においても、状態検出装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１６の符号を用いて説明する。
【０１２３】
図１６において、励磁コイル３から発生する磁場のうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ１は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ１＝ｂ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ１）＋ｂ１・ｃｏｓ（ω１・ｔ−θ１）
・・・（６５）
【０１２４】
式（６５）において、ｂ１は磁束密度Ｂ１の振幅、ω０，ω１は角周波数、θ１は磁束密度Ｂ１とω０・ｔ及びω１・ｔとの位相差（位相遅れ）である。以下、磁束密度Ｂ１を磁場Ｂ１とする。
第１の実施の形態と同様に、信号線間起電力差は、信号線４ｂの信号変換部側の端部で検出される起電力と信号線４ａの信号変換部側の端部で検出される起電力との差である。磁場Ｂ１の時間変化に起因する信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差とを合わせた全体の信号線間起電力差のうち、角周波数ω０の成分の信号線間起電力差をＥｄ０とすると、信号線間起電力差Ｅｄ０は式（３４）に対応して式（６６）で表される。
Ｅｄ０＝ｒｋｓ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝        ・・・（６６）
【０１２５】
また、磁場Ｂ１の時間変化に起因する信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差とを合わせた全体の信号線間起電力差のうち、角周波数ω１の成分の信号線間起電力差をＥｄ１とすると、信号線間起電力差Ｅｄ１は式（３４）に対応して式（６７）で表される。
Ｅｄ１＝ｒｋｓ・ω１・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝        ・・・（６７）
【０１２６】
ここで、θｖ＝θｓ＋Δθｖ、ｒｋｖ＝γｖ・ｒｋｓとし、これらを式（６６）、式（６７）に代入したとき、信号線間起電力差Ｅｄ０，Ｅｄ１はそれぞれ式（６８）、式（６９）のようになる。
Ｅｄ０＝ｒｋｓ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ）｝
＋γｖ・ｒｋｓ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓ＋Δθｖ）｝    
＝ｒｋｓ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓ）｝
・｛ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）＋γｖ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθｖ）｝
・・・（６８）
【０１２７】
Ｅｄ１＝ｒｋｓ・ω１・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ）｝
＋γｖ・ｒｋｓ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓ＋Δθｖ）｝    
＝ｒｋｓ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓ）｝
・｛ω１・ｅｘｐ（ｊ・π／２）＋γｖ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθｖ）｝
・・・（６９）
【０１２８】
信号線間起電力差Ｅｄ０とＥｄ１との差をとり、求めた差分をω０／（ω０−ω１）倍した結果をＥｄＡとすれば、次式が成立する。
ＥｄＡ＝（Ｅｄ０−Ｅｄ１）・ω０／（ω０−ω１）
＝ｒｋｓ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓ）｝
・｛ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）＋γｖ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθｖ）
−ω１・ｅｘｐ（ｊ・π／２）−γｖ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθｖ）｝
・ω０／（ω０−ω１）
＝ｒｋｓ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ）｝  ・・（７０）
【０１２９】
起電力差ＥｄＡは、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔによって発生する成分のみとなる。起電力差ＥｄＡを用いれば、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。なお、起電力差ＥｄＡは、正確には信号線間起電力差Ｅｄ０とＥｄ１との起電力差をω０／（ω０−ω１）倍したものであるが、ω０／（ω０−ω１）倍した理由は、式の展開を容易にするためである。
【０１３０】
ここで、パラメータによる変動要素をＣｐ２とし、パラメータの値をｐ２とすると、式（４０）から変動要素Ｃｐ２は次式で表される。
Ｃｐ２＝ｒｋｃ［ｐ２］・ｅｘｐ（ｊ・θｃ［ｐ２］）              ・・・（７１）
【０１３１】
式（７０）における変動要素Ｃｐ２は次式で表される。
Ｃｐ２＝ｒｋｓ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓ）｝  
＝ＥｄＡ／｛ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）｝                  ・・・（７２）
【０１３２】
式（７２）から変動要素Ｃｐ２の大きさｒｋｃ［ｐ２］と実軸からの角度θｃ［ｐ２］は次式で表される。
ｒｋｃ［ｐ２］＝｜ＥｄＡ｜／ω０                                ・・・（７３）
θｃ［ｐ２］＝∠ＥｄＡ−（π／２）                              ・・・（７４）
校正時の計測等により予め確認されているパラメータｐ２とｒｋｃ［ｐ２］との関係またはパラメータｐ２と角度θｃ［ｐ２］との関係から、パラメータｐ２を求めることができる。
【０１３３】
なお、上記の基本原理で用いた定数および変数と、本実施の形態の定数および変数との対応は以下の表２のとおりである。本実施の形態は、表２から明らかなように、上記の基本原理を具体的に実現する１つの例である。
【０１３４】
【表２】
0005559499.tif 000003
【０１３５】
次に、本実施の形態の状態検出装置の具体的な動作について説明する。電源９は、第１の角周波数ω０の正弦波成分と第２の角周波数ω１の正弦波成分とを含む励磁電流を励磁コイル３に供給する。このとき、励磁電流における角周波数ω０の成分と角周波数ω１の成分の振幅は同一である。
【０１３６】
図１８は本実施の形態の状態定量化部８ａの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部５ａは、信号線間起電力差のうち角周波数ω０の成分の起電力差Ｅｄ０の振幅ｒ０を求めると共に、実軸と信号線間起電力差Ｅｄ０との位相差φ０を位相検波器により求める（図１８ステップＳ２０１）。また、信号変換部５ａは、信号線間起電力差のうち角周波数ω１の成分の起電力差Ｅｄ１の振幅ｒ１を求めると共に、実軸と信号線間起電力差Ｅｄ１との位相差φ１を位相検波器により求める（ステップＳ２０２）。信号線間起電力差Ｅｄ０，Ｅｄ１は、バンドパスフィルタによっても周波数分離することができるが、実際にはコムフィルタとよばれる櫛形のデジタルフィルタを使用すれば、２つの角周波数ω０，ω１の成分に簡単に分離することができる。
【０１３７】
次に、信号変換部５ａは、信号線間起電力差Ｅｄ０の実軸成分Ｅｄ０ｘと虚軸成分Ｅｄ０ｙ、および信号線間起電力差Ｅｄ１の実軸成分Ｅｄ１ｘと虚軸成分Ｅｄ１ｙを次式のように算出する（ステップＳ２０３）。
Ｅｄ０ｘ＝ｒ０・ｃｏｓ（φ０）                                  ・・・（７５）
Ｅｄ０ｙ＝ｒ０・ｓｉｎ（φ０）                                  ・・・（７６）
Ｅｄ１ｘ＝ｒ１・ｃｏｓ（φ１）                                  ・・・（７７）
Ｅｄ１ｙ＝ｒ１・ｓｉｎ（φ１）                                  ・・・（７８）
【０１３８】
式（７５）〜式（７８）の算出後、信号変換部５ａは、信号線間起電力差Ｅｄ０とＥｄ１との起電力差ＥｄＡの大きさと角度を求める（ステップＳ２０４）。このステップＳ２０４の処理は、∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（７０）の算出に相当する処理である。信号変換部５ａは、信号線間起電力差Ｅｄ０とＥｄ１との起電力差ＥｄＡの大きさ｜ＥｄＡ｜を次式のように算出する。
｜ＥｄＡ｜＝｛（Ｅｄ０ｘ−Ｅｄ１ｘ）2＋（Ｅｄ０ｙ−Ｅｄ１ｙ）2｝1/2
・ω０／（ω０−ω１）                              ・・・（７９）
【０１３９】
そして、信号変換部５ａは、実軸に対する起電力差ＥｄＡの角度∠ＥｄＡを次式のように算出する。
∠ＥｄＡ＝ｔａｎ-1｛（Ｅｄ０ｙ−Ｅｄ１ｙ）／（Ｅｄ０ｘ−Ｅｄ１ｘ）｝
・・・（８０）
これで、ステップＳ２０４の処理が終了する。
【０１４０】
信号変換部５ａは、起電力差ＥｄＡの中から、パラメータｐ２に依存する変動要素Ｃｐ２の大きさと角度を求める（ステップＳ２０５）。信号変換部５ａは、変動要素Ｃｐ２の大きさｒｋｃ［ｐ２］を式（７３）により算出すると共に、変動要素Ｃｐ２の実軸からの角度θｃ［ｐ２］を式（７４）により算出する。
【０１４１】
状態記憶部６ａには、パラメータｐ２と変動要素Ｃｐ２の大きさｒｋｃ［ｐ２］との関係、またはパラメータｐ２と変動要素Ｃｐ２の角度θｃ［ｐ２］との関係が数式やテーブルの形式で予め登録されている。ステップＳ２０６において、状態出力部７ａは、信号変換部５ａで計算された変動要素Ｃｐ２の大きさｒｋｃ［ｐ２］または角度θｃ［ｐ２］に基づき、状態記憶部６ａを参照して、ｒｋｃ［ｐ２］またはθｃ［ｐ２］に対応するパラメータｐ２の値を算出する（あるいは状態記憶部６ａから取得する）。
【０１４２】
状態定量化部８ａは、以上のようなステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで（ステップＳ２０７においてＹＥＳ）、一定周期毎に行う。
【０１４３】
以上のように、本実施の形態では、励磁コイル３から大きさが等しくかつ周波数が異なる２つの成分を含む磁場を被測定流体に印加し、角周波数ω０の成分の信号線間起電力差Ｅｄ０と角周波数ω１の成分の信号線間起電力差Ｅｄ１とから起電力差ＥｄＡ（∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ）を抽出し、この起電力差ＥｄＡから流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態（パラメータｐ２）に依存する変動要素Ｃｐ２の大きさまたは位相（角度）を抽出して、この変動要素Ｃｐ２の大きさまたは位相に基づいてパラメータｐ２を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。本実施の形態では、従来の一般形の電磁流量計の検出器の構成である測定管１と電極２ａ，２ｂと励磁コイル３とを用い、磁場の時間変化によって起電力が生じるように信号線４ａ，４ｂを配設すれば、磁場や流体を含めた測定管内の状態を検出することができるので、特許文献２に開示された非対称励磁形の状態検出装置でしか得ることができなかった効果を、一般形の電磁流量計の検出器の構成を大きく変更することなく実現することができる。
【０１４４】
なお、本実施の形態では、角周波数ω０の正弦波成分と角周波数ω１の正弦波成分とを同時に含む励磁電流を励磁コイル３に供給しているが、これに限るものではなく、角周波数ω０の正弦波成分を含む励磁電流と角周波数ω１の正弦波成分を含む励磁電流とを交互に励磁コイル３に供給するようにしてもよい。
【０１４５】
また、本実施の形態では、起電力差ＥｄＡから変動要素Ｃｐ２の大きさｒｋｃ［ｐ２］または角度θｃ［ｐ２］のいずれかを抽出すればよいとしているが、大きさと角度の両方を抽出して、パラメータｐ２を求めることも可能である。この場合は、大きさｒｋｃ［ｐ２］と角度θｃ［ｐ２］のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいてパラメータｐ２を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。
【０１４６】
また、本実施の形態では、Ｅｄ０−ＥｄＡよりｖ×Ｂ成分を抽出することができる。ｖ×Ｂ成分から流体の流量を算出することは、一般の電磁流量計で周知の技術であり、状態定量化部８ａを構成するコンピュータで容易に実現できる。したがって、本実施の形態は、流量計としても動作可能である。
【０１４７】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記の原理で説明した第２の構成を用い、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａを抽出する方法として第３の抽出方法を用いるものである。
【０１４８】
図１９は本発明の第３の実施の形態に係る状態検出装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の状態検出装置は、測定管１と、電極２ａ，２ｂと、励磁コイル３と、一端が電極２ａ，２ｂと接続され、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮから互いに逆方向に向かうように配設された信号線４ａ，４ｂと、状態定量化部８ｂと、電源９とを有している。
【０１４９】
状態定量化部８ｂは、信号線４ａ，４ｂの他端と接続され、信号線４ａ，４ｂから得られる合成起電力の和を求めることにより、∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中からパラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出する信号変換部５ｂと、パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相とパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部６ｂ（前述のテーブルに相当）と、状態記憶部６ｂに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要素の大きさまたは位相に対応するパラメータを求める状態出力部７ｂとから構成される。
【０１５０】
図１９において、励磁コイル３から発生する磁場のうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ１は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ１＝ｂ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ１）                            ・・・（８１）
【０１５１】
式（８１）において、ｂ１は磁束密度Ｂ１の振幅、ω０は角周波数、θ１は磁束密度Ｂ１とω０・ｔとの位相差（位相遅れ）である。以下、磁束密度Ｂ１を磁場Ｂ１とする。
第１の実施の形態と同様に、信号線間起電力差は、信号線４ｂの信号変換部側の端部で検出される起電力と信号線４ａの信号変換部側の端部で検出される起電力との差であり、信号線間起電力和は、信号線４ｂの信号変換部側の端部で検出される起電力と信号線４ａの信号変換部側の端部で検出される起電力との和である。
【０１５２】
磁場Ｂ１の時間変化に起因する信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差とを合わせた全体の信号線間起電力差のうち、角周波数ω０の成分の信号線間起電力差をＥｄＲ０とすると、信号線間起電力差ＥｄＲ０は式（３５）に対応して式（８２）で表される。
ＥｄＲ０＝ｒｋｄ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｄ）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝      ・・・（８２）
【０１５３】
また、磁場Ｂ１の時間変化に起因する信号線間起電力和を複素ベクトルに変換した起電力和と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する信号線間起電力和を複素ベクトルに変換した起電力和とを合わせた全体の信号線間起電力和のうち、角周波数ω０の成分の信号線間起電力和をＥｓＲ０とすると、信号線間起電力和ＥｓＲ０は式（２４）に対応して式（８３）で表される。
ＥｓＲ０＝ｒｋｓ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ）｝
・・・（８３）
【０１５４】
ここで、θｖ＝θｓ＋Δθｖ、ｒｋｖ＝γｖ・ｒｋｓとし、これらを式（８２）に代入したとき、信号線間起電力差ＥｄＲ０は次式で表される。
ＥｄＲ０＝ｒｋｄ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｄ）｝
＋γｖ・ｒｋｓ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓ＋Δθｖ）｝
・・・（８４）
【０１５５】
式（８３）に示した信号線間起電力和ＥｓＲ０は流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔによって発生する成分のみとなる。この信号線間起電力和ＥｓＲ０を用いれば、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。
ここで、パラメータによる変動要素をＣｐ３とし、パラメータの値をｐ３とすると、式（４０）から変動要素Ｃｐ３は次式で表される。
Ｃｐ３＝ｒｋｃ［ｐ３］・ｅｘｐ（ｊ・θｃ［ｐ３］）              ・・・（８５）
【０１５６】
式（８３）における変動要素Ｃｐ３は次式で表される。
Ｃｐ３＝ｒｋｓ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓ）｝  
＝ＥｓＲ０／｛ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）｝                ・・・（８６）
【０１５７】
式（８６）から変動要素Ｃｐ３の大きさｒｋｃ［ｐ３］と実軸からの角度θｃ［ｐ３］は次式で表される。
ｒｋｃ［ｐ３］＝｜ＥｓＲ０｜／ω０                              ・・・（８７）
θｃ［ｐ３］＝∠ＥｓＲ０−（π／２）                            ・・・（８８）
校正時の計測等により予め確認されているパラメータｐ３とｒｋｃ［ｐ３］との関係またはパラメータｐ３と角度θｃ［ｐ３］との関係から、パラメータｐ３を求めることができる。
【０１５８】
なお、上記の基本原理で用いた定数および変数と、本実施の形態の定数および変数との対応は以下の表３のとおりである。本実施の形態は、表３から明らかなように、上記の基本原理を具体的に実現する１つの例である。
【０１５９】
【表３】
0005559499.tif 000004
【０１６０】
次に、本実施の形態の状態検出装置の具体的な動作について説明する。第１の実施の形態と同様に、電源９は、角周波数ω０の正弦波成分を持つ励磁電流を励磁コイル３に供給する。
【０１６１】
図２０は状態定量化部８ｂの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部５ｂは、信号線間起電力和の角周波数ω０の成分である信号線間起電力和ＥｓＲ０の振幅ｒｓを求めると共に、実軸と信号線間起電力和ＥｓＲ０との位相差φｓを位相検波器により求める（図２０ステップＳ３０１）。
【０１６２】
信号変換部５ｂは、信号線間起電力和ＥｓＲ０の中から、パラメータｐ３に依存する変動要素Ｃｐ３の大きさと角度を求める（ステップＳ３０２）。信号変換部５ｂは、変動要素Ｃｐ３の大きさｒｋｃ［ｐ３］を次式のように算出する。
ｒｋｃ［ｐ３］＝ｒｓ／ω０                                      ・・・（８９）
【０１６３】
また、信号変換部５ｂは、変動要素Ｃｐ３の角度θｃ［ｐ３］を次式のように算出する。
θｃ［ｐ３］＝φｓ−（π／２）                                  ・・・（９０）
これで、ステップＳ３０２の処理が終了する。
【０１６４】
状態記憶部６ｂには、パラメータｐ３と変動要素Ｃｐ３の大きさｒｋｃ［ｐ３］との関係、またはパラメータｐ３と変動要素Ｃｐ３の角度θｃ［ｐ３］との関係が数式やテーブルの形式で予め登録されている。ステップＳ３０３において、状態出力部７ｂは、信号変換部５ｂで計算された変動要素Ｃｐ３の大きさｒｋｃ［ｐ３］または角度θｃ［ｐ３］に基づき、状態記憶部６ｂを参照して、ｒｋｃ［ｐ３］またはθｃ［ｐ３］に対応するパラメータｐ３の値を算出する（あるいは状態記憶部６ｂから取得する）。
【０１６５】
状態定量化部８ｂは、以上のようなステップＳ３０１〜Ｓ３０３の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで（ステップＳ３０４においてＹＥＳ）、一定周期毎に行う。
【０１６６】
以上のように、本実施の形態では、信号線間起電力和ＥｓＲ０を∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この信号線間起電力和ＥｓＲ０から流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態（パラメータｐ３）に依存する変動要素Ｃｐ３の大きさまたは位相（角度）を抽出して、この変動要素Ｃｐ３の大きさまたは位相に基づいてパラメータｐ３を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。本実施の形態では、従来の一般形の電磁流量計の検出器の構成である測定管１と電極２ａ，２ｂと励磁コイル３とを用い、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮから互いに逆方向に向かうように信号線４ａ，４ｂを配設すれば、磁場や流体を含めた測定管内の状態を検出することができるので、特許文献２に開示された非対称励磁形の状態検出装置でしか得ることができなかった効果を、一般形の電磁流量計の検出器の構成を大きく変更することなく実現することができる。
【０１６７】
なお、本実施の形態では、信号線間起電力和ＥｓＲ０から変動要素Ｃｐ３の大きさｒｋｃ［ｐ３］または角度θｃ［ｐ３］のいずれかを抽出すればよいとしているが、大きさと角度の両方を抽出して、パラメータｐ３を求めることも可能である。この場合は、大きさｒｋｃ［ｐ３］と角度θｃ［ｐ３］のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいてパラメータｐ３を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。
【０１６８】
また、本実施の形態において、信号線間起電力差ＥｄＲ０はほぼｖ×Ｂ成分となる。ｖ×Ｂ成分から流体の流量を算出することは、一般の電磁流量計で周知の技術であり、状態定量化部８ｂを構成するコンピュータで容易に実現できる。したがって、本実施の形態は、流量計としても動作可能である。
【０１６９】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記の原理で説明した第３の構成を用い、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａを抽出する方法として第３の抽出方法を用いるものである。
【０１７０】
図２１は本発明の第４の実施の形態に係る状態検出装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の状態検出装置は、測定管１と、電極２ａ，２ｂと、励磁コイル３と、一端が電極２ａ，２ｂと接続された第１の信号線４ａ，４ｂと、一端が電極２ａ，２ｂと接続され、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮから第１の信号線４ａ，４ｂと逆方向に向かうように配設された第２の信号線４ｃ，４ｄと、状態定量化部８ｃと、電源９とを有している。
【０１７１】
状態定量化部８ｃは、信号線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの他端と接続され、第１の信号線４ａ，４ｂから得られる第１の合成起電力と第２の信号線４ｃ，４ｄから得られる第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて第１の合成起電力と第２の合成起電力との起電力差を∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分の中からパラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相を抽出する信号変換部５ｃと、パラメータに依存する変動要素の大きさまたは位相とパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部６ｃ（前述のテーブルに相当）と、状態記憶部６ｃに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要素の大きさまたは位相に対応するパラメータを求める状態出力部７ｃとから構成される。
【０１７２】
図２１において、励磁コイル３から発生する磁場のうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ１は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ１＝ｂ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ１）                            ・・・（９１）
【０１７３】
式（９１）において、ｂ１は磁束密度Ｂ１の振幅、ω０は角周波数、θ１は磁束密度Ｂ１とω０・ｔとの位相差（位相遅れ）である。以下、磁束密度Ｂ１を磁場Ｂ１とする。
ここで、信号線４ａ，４ｂを電極２ａ，２ｂに接続された第１の信号線とし、信号線４ｃ，４ｄを電極２ａ，２ｂに接続された第２の信号線とする。第１の信号線４ｂの信号変換部側の端部で検出される起電力と第１の信号線４ａの信号変換部側の端部で検出される起電力との差を第１の信号線間起電力差とし、第２の信号線４ｄの信号変換部側の端部で検出される起電力と第２の信号線４ｃの信号変換部側の端部で検出される起電力との差を第２の信号線間起電力差とする。
【０１７４】
磁場Ｂ１の時間変化に起因する第１の信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する第１の信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差とを合わせた全体の第１の信号線間起電力差のうち、角周波数ω０の成分の信号線間起電力差をＥ１ｄ０とすると、第１の信号線間起電力差Ｅ１ｄ０は式（３６）に対応して式（９２）で表される。
Ｅ１ｄ０＝ｒｋｓ１・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ１）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝      ・・・（９２）
【０１７５】
磁場Ｂ１の時間変化に起因する第２の信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差と、被測定流体の流速Ｖと磁場Ｂ１とに起因する第２の信号線間起電力差を複素ベクトルに変換した起電力差とを合わせた全体の第２の信号線間起電力差のうち、角周波数ω０の成分の信号線間起電力差をＥ２ｄ０とすると、第２の信号線間起電力差Ｅ２ｄ０は式（３７）に対応して式（９３）で表される。
Ｅ２ｄ０＝−ｒｋｓ２・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ２）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝      ・・・（９３）
【０１７６】
式（９２）、式（９３）より、第１の信号線間起電力差Ｅ１ｄ０と第２の信号線間起電力差Ｅ２ｄ０との和Ｅｓｄは次式のようになる。
Ｅｓｄ＝Ｅ１ｄ０＋Ｅ２ｄ０
＝ｒｋｓ１・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ１）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝
−ｒｋｓ２・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ２）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝
＝｛ｒｋｓ１・ｅｘｐ（ｊ・θｓ１）−ｒｋｓ２・ｅｘｐ（ｊ・θｓ２）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝
＋２・ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝    ・・・（９４）
【０１７７】
また、式（９２）、式（９３）より、第１の信号線間起電力差Ｅ１ｄ０と第２の信号線間起電力差Ｅ２ｄ０との差Ｅｄｄは次式のようになる。
Ｅｄｄ＝Ｅ１ｄ０−Ｅ２ｄ０
＝ｒｋｓ１・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ１）｝
＋ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝
＋ｒｋｓ２・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θｓ２）｝
−ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝
＝｛ｒｋｓ１・ｅｘｐ（ｊ・θｓ１）＋ｒｋｓ２・ｅｘｐ（ｊ・θｓ２）｝
・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝            ・・・（９５）
【０１７８】
ここで、式を扱いやすくするために、ｒｋｓ１・ｅｘｐ（ｊ・θｓ１）とｒｋｓ２・ｅｘｐ（ｊ・θｓ２）の２つのベクトルの和を式（９６）のようにｒｋｓｓ・ｅｘｐ（ｊ・θｓｓ）に変換し、ｒｋｓ１・ｅｘｐ（ｊ・θｓ１）とｒｋｓ２・ｅｘｐ（ｊ・θｓ２）の２つのベクトルの差を式（９７）のようにｒｋｓｄ・ｅｘｐ（ｊ・θｓｄ）に変換しておく。
ｒｋｓ１・ｅｘｐ（ｊ・θｓ１）＋ｒｋｓ２・ｅｘｐ（ｊ・θｓ２）
＝ｒｋｓｓ・ｅｘｐ（ｊ・θｓｓ）                              ・・・（９６）
ｒｋｓ１・ｅｘｐ（ｊ・θｓ１）−ｒｋｓ２・ｅｘｐ（ｊ・θｓ２）
＝ｒｋｓｄ・ｅｘｐ（ｊ・θｓｄ）                              ・・・（９７）
【０１７９】
式（９７）を用いて式（９４）に示した起電力和Ｅｓｄを式（９８）のように変換し、式（９６）を用いて式（９５）に示した起電力差Ｅｄｄを式（９９）のように変換しておく。
Ｅｓｄ＝ｒｋｓｄ・ｅｘｐ（ｊ・θｓｄ）・ω０・ｂ１
・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝
＋２・ｒｋｖ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｖ）｝    ・・・（９８）
Ｅｄｄ＝ｒｋｓｓ・ｅｘｐ（ｊ・θｓｓ）・ω０・ｂ１
・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝                        ・・・（９９）
【０１８０】
ここで、θｖ＝θｓｓ＋Δθｖ、２・ｒｋｖ＝γｖ・ｒｋｓｓとし、これらを式（９８）に代入したとき、起電力和Ｅｓｄは次式で表される。
Ｅｓｄ＝ｒｋｓｄ・ｅｘｐ（ｊ・θｓｄ）・ω０・ｂ１
・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１）｝
＋γｖ・ｒｋｓｓ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓｓ＋Δθｖ）｝
・・・（１００）
【０１８１】
式（９９）に示した起電力差Ｅｄｄは、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔによって発生する成分のみとなる。この起電力差Ｅｄｄを用いれば、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。
ここで、パラメータによる変動要素をＣｐ４とし、パラメータの値をｐ４とすると、式（４０）から変動要素Ｃｐ４は次式で表される。
Ｃｐ４＝ｒｋｃ［ｐ４］・ｅｘｐ（ｊ・θｃ［ｐ４］）            ・・・（１０１）
【０１８２】
式（９９）における変動要素Ｃｐ４は次式で表される。
Ｃｐ４＝ｒｋｓｓ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θｓｓ）｝  
＝Ｅｄｄ／｛ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）｝                ・・・（１０２）
【０１８３】
式（１０２）から変動要素Ｃｐ４の大きさｒｋｃ［ｐ４］と実軸からの角度θｃ［ｐ４］は次式で表される。
ｒｋｃ［ｐ４］＝｜Ｅｄｄ｜／ω０                              ・・・（１０３）
θｃ［ｐ４］＝∠Ｅｄｄ−（π／２）                            ・・・（１０４）
校正時の計測等により予め確認されているパラメータｐ４とｒｋｃ［ｐ４］との関係またはパラメータｐ４と角度θｃ［ｐ４］との関係から、パラメータｐ４を求めることができる。
【０１８４】
なお、上記の基本原理で用いた定数および変数と、本実施の形態の定数および変数との対応は以下の表４のとおりである。本実施の形態は、表４から明らかなように、上記の基本原理を具体的に実現する１つの例である。
【０１８５】
【表４】
0005559499.tif 000005
【０１８６】
次に、本実施の形態の状態検出装置の具体的な動作について説明する。第１の実施の形態と同様に、電源９は、角周波数ω０の正弦波成分を持つ励磁電流を励磁コイル３に供給する。
【０１８７】
図２２は状態定量化部８ｃの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部５ｃは、第１の信号線間起電力差Ｅ１ｄ０と第２の信号線間起電力差Ｅ２ｄ０との起電力差Ｅｄｄの振幅ｒｄｄを求めると共に、実軸と起電力差Ｅｄｄとの位相差φｄｄを位相検波器により求める（図２２ステップＳ４０１）。
【０１８８】
信号変換部５ｃは、起電力差Ｅｄｄの中から、パラメータｐ４に依存する変動要素Ｃｐ４の大きさと角度を求める（ステップＳ４０２）。信号変換部５ｃは、変動要素Ｃｐ４の大きさｒｋｃ［ｐ４］を次式のように算出する。
ｒｋｃ［ｐ４］＝ｒｄｄ／ω０                                  ・・・（１０５）
【０１８９】
また、信号変換部５ｃは、変動要素Ｃｐ４の角度θｃ［ｐ４］を次式のように算出する。
θｃ［ｐ４］＝φｄｄ−（π／２）                              ・・・（１０６）
これで、ステップＳ４０２の処理が終了する。
【０１９０】
状態記憶部６ｃには、パラメータｐ４と変動要素Ｃｐ４の大きさｒｋｃ［ｐ４］との関係、またはパラメータｐ４と変動要素Ｃｐ４の角度θｃ［ｐ４］との関係が数式やテーブルの形式で予め登録されている。ステップＳ４０３において、状態出力部７ｃは、信号変換部５ｃで計算された変動要素Ｃｐ４の大きさｒｋｃ［ｐ４］または角度θｃ［ｐ４］に基づき、状態記憶部６ｃを参照して、ｒｋｃ［ｐ４］またはθｃ［ｐ４］に対応するパラメータｐ４の値を算出する（あるいは状態記憶部６ｃから取得する）。
【０１９１】
状態定量化部８ｃは、以上のようなステップＳ４０１〜Ｓ４０３の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで（ステップＳ４０４においてＹＥＳ）、一定周期毎に行う。
【０１９２】
以上のように、本実施の形態では、第１の信号線間起電力差Ｅ１ｄ０と第２の信号線間起電力差Ｅ２ｄ０との起電力差Ｅｄｄを∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この起電力差Ｅｄｄから流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態（パラメータｐ４）に依存する変動要素Ｃｐ４の大きさまたは位相（角度）を抽出して、この変動要素Ｃｐ４の大きさまたは位相に基づいてパラメータｐ４を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。本実施の形態では、従来の一般形の電磁流量計の検出器の構成である測定管１と電極２ａ，２ｂと励磁コイル３とを用い、第１の信号線４ａ，４ｂと、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮから第１の信号線４ａ，４ｂと逆方向に向かう第２の信号線４ｃ，４ｄとを配設すれば、磁場や流体を含めた測定管内の状態を検出することができるので、特許文献２に開示された非対称励磁形の状態検出装置でしか得ることができなかった効果を、一般形の電磁流量計の検出器の構成を大きく変更することなく実現することができる。
【０１９３】
なお、本実施の形態では、起電力差Ｅｄｄから変動要素Ｃｐ４の大きさｒｋｃ［ｐ４］または角度θｃ［ｐ４］のいずれかを抽出すればよいとしているが、大きさと角度の両方を抽出して、パラメータｐ４を求めることも可能である。この場合は、大きさｒｋｃ［ｐ４］と角度θｃ［ｐ４］のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいてパラメータｐ４を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。
【０１９４】
また、本実施の形態において、起電力和Ｅｓｄはほぼｖ×Ｂ成分となる。ｖ×Ｂ成分から流体の流量を算出することは、一般の電磁流量計で周知の技術であり、状態定量化部８ｃを構成するコンピュータで容易に実現できる。したがって、本実施の形態は、流量計としても動作可能である。
【０１９５】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。一般の電磁流量計においては励磁コイルから発生する磁気を効率的に励磁コイルに戻すために、アウターコアと呼ばれる磁性体で電磁流量計を覆うことが多い。第１の実施の形態〜第４の実施の形態において、信号線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄをアウターコアの内側に配置しておくと、∂Ａ／∂ｔ成分を効率よく検出することができる。このような構成は、全ての実施の形態に対して有効であるが、一例として図２３に第１、第２の実施の形態に適用した場合の例を示しておく。図２３の例では、信号線４ａ，４ｂがアウターコア１０の内側に配置されている。
【０１９６】
なお、第１の実施の形態〜第５の実施の形態では、励磁電流に正弦波を用いる正弦波励磁方式を採用しているが、励磁電流に矩形波を用いる矩形波励磁方式を採用してもよい。ただし、矩形波励磁方式の場合、高周波励磁が難しいので、正弦波励磁方式に比べて流量変化に対する応答性や１／ｆノイズの点で不利になる。
【０１９７】
また、第１の実施の形態〜第５の実施の形態では、励磁コイル３の軸と測定管軸ＰＡＸと電極軸ＥＡＸとが互いに直交し、かつ１点で交差しているが、これに限るものではない。第１の実施の形態、第２の実施の形態、第４の実施の形態においては、励磁コイル３の軸が電極２ａ側と電極２ｂ側のどちらかに偏っていてもよい。
【０１９８】
また、第１の実施の形態〜第５の実施の形態で使用する電極２ａ，２ｂとしては、図２４に示すように、測定管１の内壁から露出して被測定流体に接触する形式の電極でもよいし、図２５に示すように、被測定流体と接触しない容量結合式の電極でもよい。容量結合式の場合、電極２ａ，２ｂは、測定管１の内壁に形成されるセラミックやテフロン（登録商標）等からなるライニング１１によって被覆される。
【０１９９】
また、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第４の実施の形態では、１対の電極２ａ，２ｂを使用しているが、これに限るものではなく、電極を１個にしてもよい。ただし、第３の実施の形態では、電極が２個必要である。電極が１個だけの場合には、被測定流体の電位を接地電位にするための接地リングや接地電極が測定管１に設けられており、１個の電極とこの電極に接続された信号線とに生じた起電力（接地電位との電位差）を信号変換部５ａ，５ｂ，５ｃで検出すればよい。
【０２００】
第１の実施の形態の場合、１個の電極２ａと信号線４ａを用いるとすると、信号変換部５ａで検出されるＥｉ０は、信号線間起電力差ではなく、電極２ａおよび信号線４ａに生じる起電力となる。同様に、第２の実施の形態の場合、信号変換部５ａで検出されるＥｄ０，Ｅｄ１は、信号線間起電力差ではなく、電極２ａおよび信号線４ａに生じる起電力となる。第４の実施の形態の場合、１個の電極２ａと信号線４ａ，４ｃを用いるとすると、信号変換部５ｃで検出されるＥ１ｄ０は、第１の信号線間起電力差ではなく、電極２ａおよび信号線４ａに生じる第１の起電力となり、信号変換部５ｃで検出されるＥ２ｄ０は、第２の信号線間起電力差ではなく、電極２ａおよび信号線４ｃに生じる第２の起電力となる。
【０２０１】
電極軸は、１対の電極を使用する場合はこの１対の電極間を結ぶ直線である。一方、電極が１個だけの場合、この１個の実電極を含む平面ＰＬＮ上において、測定管軸ＰＡＸを挟んで実電極と対向する位置に仮想の電極を配置したと仮定したとき、実電極と仮想の電極とを結ぶ直線が電極軸となる。
【０２０２】
また、第１の実施の形態〜第５の実施の形態で使用する電極２ａ，２ｂを、図２６のように管軸方向の成分を持つような形状にすれば、信号線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの場合と同様の効果が得られることはいうまでもない。
【０２０３】
また、第１、第２の実施の形態において、図２７に示すように、電極２ａ，２ｂに接続する信号線４ａ，４ｂのうち、一方の信号線４ａを、平面ＰＬＮと平行な磁場の方向に対して傾きを持ち磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設し、他方の信号線４ｂを、一般形の電磁流量計と同様に励磁コイル３から発生する磁束と鎖交する面積ができるだけ小さくなるように配設して、磁場の時間変化によって起電力が生じないようにしてもよい。同様に、第４の実施の形態において、図２８に示すように、電極２ａ，２ｂに接続する信号線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのうち、電極２ａに接続する信号線４ａ，４ｃを、平面ＰＬＮと平行な磁場の方向に対して傾きを持ち磁場の時間変化によって起電力が生じるように配設し、電極２ｂに接続する信号線４ｂ，４ｄを、励磁コイル３から発生する磁束と鎖交する面積ができるだけ小さくなるように配設して、磁場の時間変化によって起電力が生じないようにしてもよい。なお、図２８の例の場合、信号線４ｂ，４ｄを共通化して１本にしてもよい。
【０２０４】
以上の説明では、様々な信号線配置について述べてきたが、上記で説明した信号線配置を電極２ａ，２ｂから信号変換部５ａ，５ｂ，５ｃまでの全経路に適用する必要はない。すなわち、電極２ａ，２ｂから信号変換部５ａ，５ｂ，５ｃに向かう途中までの信号線配置について上記のとおりにすれば、以降の信号線配置については磁場の変化の影響が小さくなるようにして信号変換部５ａ，５ｂ，５ｃに繋ぐようしてもよい。磁場の変化の影響を受け難い配線方法としては、例えば磁場の変化の影響が少ない場所に信号線を配置したり、信号線をシールドしたりする方法がある。
【０２０５】
また、第１の実施の形態〜第５の実施の形態において、状態定量化部８ａ，８ｂ，８ｃのうち、起電力の検出部を除く構成は、ＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って前述のような処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【０２０６】
本発明は、流体の特性や状態、磁場の状態あるいは測定管内の状態を検出する状態検出装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０２０７】
１…測定管、２ａ，２ｂ…電極、３…励磁コイル、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…信号線、５ａ，５ｂ，５ｃ…信号変換部、６ａ，６ｂ，６ｃ…状態記憶部、７ａ，７ｂ，７ｃ…状態出力部、８ａ，８ｂ，８ｃ…状態定量化部、９…電源、１０…アウターコア、１１…ライニング。
【図１】
0005559499.tif 000006
【図２】
0005559499.tif 000007
【図３】
0005559499.tif 000008
【図４】
0005559499.tif 000009
【図５】
0005559499.tif 000010
【図６】
0005559499.tif 000011
【図７】
0005559499.tif 000012
【図８】
0005559499.tif 000013
【図９】
0005559499.tif 000014
【図１０】
0005559499.tif 000015
【図１１】
0005559499.tif 000016
【図１２】
0005559499.tif 000017
【図１３】
0005559499.tif 000018
【図１４】
0005559499.tif 000019
【図１５】
0005559499.tif 000020
【図１６】
0005559499.tif 000021
【図１７】
0005559499.tif 000022
【図１８】
0005559499.tif 000023
【図１９】
0005559499.tif 000024
【図２０】
0005559499.tif 000025
【図２１】
0005559499.tif 000026
【図２２】
0005559499.tif 000027
【図２３】
0005559499.tif 000028
【図２４】
0005559499.tif 000029
【図２５】
0005559499.tif 000030
【図２６】
0005559499.tif 000031
【図２７】
0005559499.tif 000032
【図２８】
0005559499.tif 000033
【図２９】
0005559499.tif 000034