(57)【要約】流れている流体を横切って第１及び第２の測定経路を形成し、流体中の散乱体によって変調されたそれぞれの信号を受信する、タグ流測定システムを提供する。一方の経路における信号伝播の方向は、例えば他方の経路における伝播方向に対して逆平行になっているなど、該他方の経路における伝播方向に対して逆向きに面しており、２つの受信機出力を相関させて流速を表す時間間隔を求める。１つの実施形態において、各経路は、管路の１つの側面上の送信機と該管路の別の側面上の受信機とによって定められ、該送信機及び受信機の位置又は配向は第２の対において逆にされる。従って、第１の送信機は第２の受信機と管路の同じ側に位置し、第２の送信機は第１の受信機と管路の同じ側に位置する。直径経路又は弦経路が使用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内のガス又は低密度流体の流れを求めるための超音波測定システムであって、
前記管路内を流れている流体を横切る第１の超音波信号経路を定めるように固定された第１の送受信機の対と、
前記管路内を流れている流体を横切る第２の超音波信号経路を定めるように構成された第２の送受信機の対と、
を含み、
該第２の送受信機の対は、前記第２の経路が前記第１の経路に対して逆平行であり、かつ該第１の経路から一定距離だけ間隔をおいて定められるように取り付けられており、
前記第１の対のタグ変調された出力信号を前記第２の対のタグ変調された出力信号と相関させて流れを表す時間間隔を求めるように動作するプロセッサが設けられている、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記第１の対が、前記第２の対とは異なる周波数で動作することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
１００キロヘルツを超える周波数範囲で動作することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記周波数範囲が、ほぼ９００キロヘルツを超えていることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の対が前記第２の対の動作周波数とは異なる周波数で動作し、受信信号がそれらの送信周波数で復調されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の対が、前記第２の対の前記動作周波数のほぼ１０パーセント以内の周波数で動作することを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の対及び前記第２の対が連続モードで動作することを特徴とする、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
管路内のガスの流れを測定するための超音波測定システムであって、
前記管路を横切る第１の通過経路と該第１の通過経路に対して逆平行でありかつ前記管路を横切る第２の通過経路とを定める、第１及び第２の送受信機の対と、
前記第１及び第２の経路に沿って受信された信号を処理するための信号プロセッサと、
前記第１及び第２の経路上の相関したタグ変調された信号間の時間間隔を求めるための相関器と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項９】
前記変換器が、建築物暖房装置の蒸気パイプに連結されていることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記変換器が、化学プラントのプロセス供給ガスパイプに取り付けられていることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記変換器が、公称直径が約２インチ未満の管路に取り付けられていることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記変換器の少なくとも１つが、クランプオンにより管路に取り付けられていることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
管路内の蒸気又はガスの流れを測定するための方法であって、
第１の受信機の出力がパイプ内の流体中のタグによって変調されるように、該流体を通り抜ける第１の信号経路を定める第１の送信機／受信機の対を設ける段階と、
第２の受信機の出力がパイプ内の流体中のタグによって変調されるように、該流体を通り抜け前記第１の経路と逆平行である第２の信号経路を定める第２の送信機／受信機の対を設ける段階と、
前記第２の受信機の出力を前記第１の受信機の出力と相関させて流速を求める段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記タグによって良好に変調されるのに十分なほどに高い第１の周波数で前記第１の送信機／受信機の対を動作させ、また前記第１の周波数とは異なるが該第１の周波数に近接した第２の周波数で前記第２の送信機／受信機の対を動作させる段階を更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
送信機／受信機の各対を設ける前記段階が、クランプオン式変換器を設ける段階を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体流れの測定に関し、流体中に送信された超音波信号を受信し処理することによって実行される当該測定に関する。具体的には、本発明は、流体自体の不均一性又は乱流、或いは流体流れの中で移動する泡、小滴又は粒子のような物が、超音波信号を変調する「タグ」を構成する、タグ流メータに関する。一般的に、そのようなタグ流測定システムの作動においては、信号が２つの平行な経路に沿って流体を横切って発信され、流体流れによって変調された後に別の受信機によって受信される。
【０００２】
【従来技術】
本来的に個々の混入散乱体を含む、或いは個々の混入散乱体を含むようにシードされ、加熱され、攪拌され又は注入されている或る種の流れに有効なこのような測定方式は、多くの利点を提供する。２つの経路における類似のパターンの変調を異なる時間に検出することによって、経路間の距離を相関した変調の発生間の経過時間で割ることにより、流体速度が直接導き出される。従って、他のタイプの超音波測定において通常必要とされる、振幅、密度、又は温度などについてのベースライン校正の段階は必要でない。更に、タグ測定は、超音波測定が有効である他の方式において散乱体よって多すぎる減衰又は雑音が生じることになるような状況に対して、適用可能である場合が多い。タグ測定はまた、大部分の妨害雑音が例えば干渉性クロストークのように定常的であるが圧倒的でない場合に有用である。
【０００３】
一般的に、有効なタグ測定では、流体流れの中に存在するタグすなわちモジュレータが、可干渉的にすなわち流体流れの方向に沿った群として位置を変え、該タグすなわちモジュレータが各々の呼掛け経路を横切る場合と同様に、信号を変調するようになることが必要とされる。このことは、経路が比較的近接して配置され、同時にその間隔が流体速度の減少に伴って減少されることを必要とすることになる。クランプオン式測定用途において度々起こるように、変換器が管路壁の外側に取り付けられるか又は該管路壁から音響的に良好に絶縁されていない場合、これによって高いレベルの雑音及びクロストークが生じ、信号対雑音比が実質的に低下し、２つの受信されたタグ変調信号を効果的に相関させることが困難になるか又は不可能になる。
【０００４】
最近、Ｃｈａｎｇ  ＳｈｅｎとＳａｕｌ  Ｊａｃｏｂｓｏｎが、１９９９年１０月１３日出願の共有の米国特許出願第０９／４１７，９４６号（特表２００２−５３５６３９号）において、壁の領域を励振するするように送信機を構成し、かつ既知の間隔をもつ別々の平行な経路に沿った受信信号を識別するように複数の受信機を配置することによって、スチール管路中を移動する低圧蒸気のような比較的低インピーダンスの流体に関しても、クランプオン式タグ測定システムを効果的に使用することができることを提案している。その特許出願は、２つの対の送信機／受信機内で、２つの異なる信号周波数を使用するタグ測定法について記載している。その特許出願の明細書全体は参照文献として本明細書に組み込まれる。その明細書に記載の解決法は、雑音の多い管路内の低圧ガスに対してのクランプオン式測定の可能性を拡大しているが、そのようなクランプオン式用途及びシステムの特性は、低い信号対雑音比を伴い、湿り蒸気のような流体がタグ測定にとって適切でないと思われる家庭用の暖房設備のような小径のパイプ又は低い流速を伴う多くの実際の用途においては、環境自体が、前述した改善された変換器及び処理構成さえも認識できる信号を生成するのに失敗するか或いは有効かつ再現可能な相関関係を得るのに失敗する可能性があるようなレベルの固有のシステム雑音をもたらす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、より効果的なタグ流測定システムを提供するのが望ましい。
【０００６】
また、小径の管路及び／又は雑音の多い環境に適用できる、超音波タグ流測定システムを提供するのが望ましい。
【０００７】
更に、連続した又は不定期の測定を確実にかつ正確に実行するようになっている、超音波タグ流測定システムを提供するのが望ましい。
【０００８】
小径の管路内の蒸気、フレアガス及び工業用プロセスガスの流れを測定するのに有効な、超音波タグ流測定システムを提供するのもまた望ましい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した結果の１つ又はそれ以上が、本発明によりタグ流測定システムを提供することによって得られ、該タグ流測定システムにおいては、好ましくはクランプオン式の変換器の組が、管路に沿って間隔を置いて配置されかつ該管路内を流れる流体を横切って向けられて、各経路の受信機が流体中の散乱体によって変調された信号を受信するようにされた、第１及び第２の測定経路を定める。一方の経路における信号伝播の方向は、他方の経路における伝播の方向に対して反対向き、例えば逆平行であり、相関プロセッサが両方の受信信号で動作して流速を求める。１つの実施形態において、各経路は、管路の１側面上の送信機と管路の別の側面上の受信機とによって定められ、該送信機及び受信機の位置は第２の対においては逆になっている。従って、典型的には、第１の送信機は第２の受信機と管路の同じ側に位置し、第２の送信機は第１の受信機と管路の同じ側に位置する。通信する送信機と受信機とは直径方向に対向するか、又は弦経路の対向する端部に配置されることができる。
【００１０】
有利なことに、本システムは直径が１００ｍｍに満たない小経の管路に適用でき、例えば低圧蒸気又はガスを搬送するスケジュール４０の１インチ（２５．４ｍｍ）のスチールパイプにおいてさえ有効なことが分かった。逆平行経路の使用により、一方の送信機から他方の対の受信機に延びる干渉性クロストークが大幅に減少され、信号対雑音比は１０倍又はそれ以上向上し、２つの受信信号を効果的に相関させることが可能となる。各送信機は異なる周波数で動作し、受信信号は受信されて、直角位相で復調されて信号の質を更に高めるのが好ましい。１インチパイプにはほぼ１乃至４メガヘルツの範囲の周波数又は周波数の対が有用であり、一方、大径の管路には０．１乃至０．５メガヘルツの範囲のより低い周波数が適切である。
【００１１】
本発明のこれら及びその他の特徴は、図面と共になされる以下に示す例示的な実施形態の説明により理解されるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、クランプオン式タグ流メータ装置１０における、従来技術の変換器構成及び信号経路を示す。図に示されるように、第１の変換器の対Ｔ１、Ｒ１が、管路４に取り付けられてＳＴ１で示される変換器信号を、該信号の流体伝送部分が経路Ｐ１上で定められた経路角度θ３で流体を横切るように発信し、また第２の変換器の対Ｔ２、Ｒ２が、流れ方向に沿って距離Ｌだけオフセットして配置されて送信された信号ＳＴ２のための第２の流体経路Ｐ２を定める。経路Ｐ２は、経路Ｐ１と平行に、かつ管路に沿って該経路Ｐ１から短いが一定又は既知の距離を置いて配置される。従って、良好に流れている流れの中の混入散乱体のために、任意のタグの組によって生じる信号の変調は、そのタグの組がそれぞれのビームを通過する２つの異なる測定時間において実質的に同一である。プロフィールの考察はさておいて、この時、流れ速度ｖはこの時間間隔（τ）と経路間隔Ｌとによって与えられ、すなわちｖ＝ＫＬ／τであり、ここで、Ｋは、流れプロフィールと音響ビームが経路に沿った流れと相互作用する形態とを考慮したメータ係数である。たいていの場合、θ３は小さく、一般に０度であり、それぞれ空気又は蒸気の場合は５度乃至７度、炭化水素液体又は水の場合は１５度乃至２５度である。
【００１３】
図１に示されるように、各受信機はまた、他方の対の送信機からクロストークを受信する。送信機Ｔ２から受信機Ｒ１への妨害信号はＳＴ２１で示され、送信機Ｔ１から受信機Ｒ２への妨害信号はＳＴ１２で示される。妨害信号は大部分が伝播されるが、大きな振幅で管路壁を通して伝播される可能性がある。更に、壁の領域がＣＷ信号によって励振されると、これは流体を通る付加的な経路に沿った干渉性雑音を伴う周期的な音場を発生させる。前述した特許出願に記載されたように、壁による伝送成分に対処するために、対をなす変換器が、受信機を全くのシャドウ領域に位置させるように近接して配置され、特別な壁の減衰作用を用いて、パイプに沿って伝播する干渉性又は相関性雑音を減少させる。しかしながら、そのような防音手法には限界がある。スケジュール４０の３インチのスチールパイプ上での一般的な経路間隔では、他方の変換器から受信される不要な信号又はクロストークは、適正な送信機からの信号の振幅にほぼ等しい場合がある。更に、前に引用した特許出願に記載されているように構成された場合でさえ、送信機／受信機対の送信機から受信された信号（例えば、受信変換器Ｒ１によって受信された信号ＳＴ１）のわずか数パーセントだけが、流体を通して送信され適切なタグ情報で変調された、所望の情報伝達信号で構成される。受信信号にはまた、壁によって伝えられる短絡雑音が含まれ、同時にその他の共鳴、モード変換された信号、エコー、及びシステム雑音が含まれる。その結果、短絡信号が殆ど減衰及び分散を受けない、スケジュール４０の１インチパイプのようなより小径の管路では、信号対雑音比は、効果的なタグ相関測定を妨げるほどに低い。前に引用した特許出願に記載されているように、２つの経路について異なる周波数で送信し復調する場合でさえ、また減衰材料を用いて管路壁内を伝わるクロストーク又は短絡信号のレベルを低下させた場合でさえ、これは当てはまる。そのような構成につての信号レベルを求めるための１つの実験において、大気圧における空気の場合、受信されたクロストーク信号ＳＴ１２は１．７Ｖであり、一方、ＳＴ２は０．０６Ｖであり、成分が低く過ぎることになり、有意義な測定が達成できなかった。
【００１４】
図２は本発明のタグ測定システム２０を示す。図示するように、送信機／受信機の対は、２つの経路Ｐ１、Ｐ２を定め、これら信号経路は逆平行でかつ距離Ｌによって分離さている。すなわち、経路が異なる位置にあるだけでなく、１つの経路の信号がもう１つの経路の信号とは逆向きに流体を横切る。従って、Ｔ１とＲ２とはパイプの１側面上に位置し、Ｔ２とＲ１とはパイプの別の側面上に位置する。出願人は、この経路方向の逆向きにもかかわらず、流れている流体内の渦又はその他の散乱体によって、２つの経路に沿って受動的に生じた信号変調は相対的に等しいままで、２つの経路に沿って受信された信号は良好に相関していることを見出した。配向を逆向きにすることは、干渉性クロストークを実質的に抑止する利点もある。更に、２つの送信機が類似しているが異なる周波数で、例えば約１５パーセント未満だけ異なる周波数で励振されることができる。対応する受信機には、各々の受信信号をその送信周波数で復調するための回路が接続される。最も好適には、各信号が直角位相で復調され、その成分が組み合わせられて高振幅の出力信号が生成される。
【００１５】
スケジュール４０の１インチパイプ内の空気の流れを測定するために使用されたプロトタイプの実施形態において、２つの異なる経路に８８８キロヘルツの信号と１メガヘルツの信号とが使用された。図に概略的に示されるように、各変換器は正確な発信角度を定めるために、ウエッジＷを経由して管路に連結される。好ましいウエッジは低音速ポリマーウエッジであり、この低音速ポリマーウエッジは、ビームが壁を離れる際に適正な角度すなわち管路壁に対する角度（図１のθ３に相当する）で、管路内部の低密度ガスを通して経路Ｐ１又はＰ２に沿って屈折するように、管路壁中への剪断波に変換するか又は該管路壁中への剪断波として信号を結合する。送信機は一般に連続波（ＣＷ）モードで動作する。しかしながら、ｃを測定するために有効と思われる時間基準を注入するために、ＣＷ波はコード化されるか又は他の方法で変調されることができる。各受信変換器において幾何学形状を受信する同様のポリマーウエッジＷ及びそのモード変換は、１０２４個の測定点の連続する時間順セットのような、連続して処理されそして多点信号値の測定値ビンに分類される、それぞれの受信機出力信号ＳＲ１、ＳＲ２を生成する。次に受信された信号の２つのセットは相関付けされる。相関処理は、例えば、Ｓａｕｌ  Ｊａｃｏｂｓｏｎ他の共有米国特許第４，７８７，２５２号（特公平７−７８４３７号）に記載されているように実行されることができ、この特許の内容はその全体が参考文献として本明細書に組み込まれる。
【００１６】
図３（Ａ）は弦経路の呼掛け構成における逆平行経路Ｐ１、Ｐ２を示す。それらの経路は、例えば中間半径の経路であり、１度又は２度反射した経路を含むことができる。図示した構成において、それぞれの送信機／受信機の対は例えば時計方向の向きと反時計方向の向きのようにそれぞれ反対方向に向き合っている。
【００１７】
図３（Ａ）を参照すると、２つの平行な測定平面が軸方向に距離Ｌだけ間隔をおいて配置される。経路は弦経路と呼ばれて、直径経路と区別される。この図においてタグ用の経路は、Ｔ１及びＲ１に関連して経路ＡＢＣとして、Ｔ２及びＲ２に関連して経路ＤＥＦとして概略的に示される。端面図において最も良く分かるように、経路は、各々が他方と反対向きに、例えばＡＢＣに関しては時計回りにまたＤＥＦに関しては反時計回りに呼掛けられる、内接する合同の正三角形とすることができる。呼掛け波が、例えば正弦波の１サイクルのような連続波（振幅変調されたＣＷ）のパルスである場合、そのようなパルスは、第１の平面にある流体が第２の平面に流れる時間と比較して、短い時間で流体経路に沿って伝わることができる。
【００１８】
図３（Ｂ）において、４つの平行な平面が陰影付けされて示されている。ここでは呼掛け波はＴ１から例えば左側の領域中の螺旋状の経路に追従し、経路はＡ’Ｂ’Ｃ’Ｃ’’であり、Ｒ１に出ていく。この経路が、２つの平面と交差する点はＡ’点とＣ’’点のドットによって強調されている。この左側の領域における２つの平面はＬ’’だけ間隔をおいているのに対して、重要な長さは、第１の平面対と右側の第２の平面対との間のＬである。Ｔ２から始まる右側の経路は、Ｄ’Ｅ’’Ｆ’’Ｆ’’であり、Ｒ２に出ていく。パイプの端部から見ると、これらの経路は合同である。しかしながら、呼掛けの方向又は向きは反対になっている。図３（Ａ）と図３（Ｂ）における経路は両方共に、図２の直径経路の２倍を超えるほどの長さであり、そのために、所望の流体伝送パルス又は波形信号が受信される前に、２倍を超えるほどの時間でクロストーク・パルス又は波が減衰されることが可能になる。連続波モードにおいては、ＣＷの呼掛けが、連続する正弦波の供給源からの個々のサイクルの無限の流れの連続した重ね合わせで作られていると考えられるので、結果的にＳＮＲが改善される。
【００１９】
スチールパイプ内の空気のような適用においては、音響インピーダンスの不整合が非常に大きいので、変換器Ｔ１によって導入された波は主としてパイプ内に留まり、エネルギーが全て放散される前に流体中に何度も放射される。これは図３（Ｃ）に概念的に示される。パイプに直交する面内でＴ１から入射角度θ１で入射する波によって、屈折角度θ３での第１の屈折光線が引き起こされ、その光線が小さい半径Ｒｃｃの作図円に対して接線方向に進む。パイプの周りでジグザグになっている破線の経路は、別の光線を放射し、該光線もまた一般に同じ作図円に対して、又は同様の半径の１つに対して接線になっている。このジグザグしているモデルはよく知られており、Ｂｒａｚｈｎｉｋｏｖによる特許又はＬｙｎｎｗｏｒｔｈ他による特許中に見られ、或いはその他の技術文献中に見られる。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の弦経路は、そのために主として作図円の外側で渦又は乱流と相互作用する、すなわちコアを除外しているが、図２の直径経路はコアとも相互作用する。従って、２つの呼掛けは互いに補完し合うことができ、適切なメータ係数Ｋを定めるために使用されることができる。
【００２０】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の弦経路の別の特徴は、端面図において変換器は全てパイプの１側面上にあるようにすることができ、図３（Ｄ）におけるθｘに相当する狭い円弧内に含まれることである。該円弧に対する角度θｘは６０度より小さいか又は等しく、好ましくは３０度より小さいか又は等しい。
【００２１】
それぞれの送信機及び受信機対の間で逆平行の経路を使用することにより、一方の送信機から他方の経路の受信機に達するクロストークは、もっぱら管路の壁を通る信号だけで構成され、流体通路を横切りかつタグ相関測定のための散乱体に遭遇した関連する時間ウインドウにおいて全く影響を及ぼさないか又は干渉性成分が大幅に減少される。この状況は図４（Ａ）に示され、ここでは送信機Ｔ１からのクロストーク信号ＳＴ１２及び送信機Ｔ２からのクロストーク信号ＳＴ１２が、それぞれパイプの壁に沿って反対側の経路の隣接する受信機まで伝播するように示されている。タグ相関測定は散乱体の存在に依存し、図４（Ａ）に示され又はその逆が図４（Ｂ）に示されるように、２つの対が流れに対して上流側にあるか下流側にあるかは重要ではない。両方の場合に、流体を通しての妨害クロストークは除去されて、パイプ中の流体の流速に対応する良好に定められた第１の最大値と信頼できる状態で相関する受信信号が得られる。
【００２２】
好都合なことに、出願人は、本発明の逆平行経路の構成により、２つの反対方向に向いた経路とそれらの経路を定める変換器とが、互いにかなり近接させて間隔をおいて配置されることが可能になることが分かった。従って、例えば大径の（例えば１０インチの）管路に対してでさえ、距離Ｌは２インチ又はそれ以下とすることができる。本発明と同一の出願人による米国特許第６，０４７，６０２号（特表２００１−５２７６３９号）に示されているような変換器は、より近接させた直径信号経路又は弦信号経路を定めるために使用できる利点があり、パイプ軸線と直交する平面内に配置されるか又は反射性の呼掛け経路として配置されることができる。
【００２３】
図５は、１つのプロトタイプの実施において測定信号プロセッサのために使用される、信号検知又は復調部分を示す。２つの送信変換器Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ異なる周波数信号ｆ０、ｆ１で励振され、その周波数は、流れている液体、多層混合物、ガス、又は蒸気を通して伝わる信号が、流れ中に存在する一種の不均質性又は乱流によって効果的に変調されるように、十分高く設定される。２つの周波数はまた、流れによる両方の信号の変調が高い相関状態を維持することになるように、互いに十分に近接して、例えば約１０パーセント以内に設定される。数値的な例として、変換器は約４５０〜４７５ｋＨｚと５００ｋＨｚとの、又は約９００ｋＨｚと１ＭＨｚとの周波数で励振されることができる。より小径の管路では、流体による適切な変調、及びクロストークのより大きな減衰の両方を達成するために、より高い周波数が好ましい。以下に更に説明するように、別々の周波数にすることによって、特別なフィルタ、物理的な減衰構造、又は受信機間の絶縁構造に依存することなく、受信信号が別々に復調されて、クロストークを減少させ、同時に２つの明確に異なる流体経路信号を生成することが可能になる。別の実施形態では、出願人は、両方の経路に同じ周波数の信号を使用して正確でかつ再現性のある測定を達成した。
【００２４】
２つの受信変換器Ｒ１、Ｒ２は、図５に示されるようにそれぞれ周波数ｆ０、ｆ１で別々に直角位相で復調された受信機出力信号ＳＲ１（ｔ）、ＳＲ２（ｔ）をそれぞれ生成する。そこに示されるように、受信信号は、帯域濾過されて増幅された後に直角位相で復調される。各チャネル内の調整されたＩ、Ｑ信号もまた、低域通過濾過され、別の入力としてＡ／Ｄ変換器に提供された後に、信号値（例えば（Ｉ２＋Ｑ２）１／２）を時間順セットに分類し、信号の２つのセットを相関させるために、ディジタル信号プロセッサに送られる。従って、相関プロセッサは、復調された信号をサンプリング周波数Ｆでサンプリングし、サンプル値を例えば２１０の信号値サンプリング点などのような連続したビンに集め、次に２つの受信信号を適時に相関させて、それにより所定の経路間隔ついてパイプの測定領域中の流速が容易に求められるピークの相関時間間隔を求めるように動作する。
【００２５】
一般的に、各受信機Ｒ１、Ｒ２は、その対応する送信機Ｔ１又はＴ２から、流れの方向に沿ってほぼ１つのパイプの直径未満の距離に配置され、更に軸方向に沿ったそのビーム受取り幅又は開口が、送信機の開口より小さくなっていることが望ましい。受信機には、遮蔽されたＰＺＴ水晶変換器と、パイプ壁内に約７０度の剪断波を放射し、経路Ｐ１又はＰ２が、管路を完全に直接横切って配向されような角度で流体中に屈折するように設計された角度のプラスチックウエッジとを使用できる。
【００２６】
実施例１
本発明の逆平行タグ相関測定の信号の品質と測定の可能性を、前述したＳｈｅｎとＪａｃｏｂｓｏｎとの発明（特表２００２−５３５６３９号）と比較するために、試験流体として大気を使用した試験装置が設定された。これらのタグ相関測定の各々に対してクランプオン式変換器を使用する測定の効力と再現性を求めるために、２対の変換器が５回繰り返して同じ場所に取り付けられ取り外された。スケジュール４０の１インチのステンレス鋼（ＳＳ）の管路が測定用管路として供され、変換器は該管路の同一側面上に２．７インチの間隔をおいて配置された。ＳＳパイプが、非共鳴の管路壁上で信頼できる測定が行われるように基準メータ用に使用される２．５インチのＰＶＣパイプに接続され、実質的に大気圧の空気がファンによって管路を通して強制的に送られた。
【００２７】
図６は、平行タグ相関測定（Ｐで示される）を実行するように構成された変換器と、逆平行タグ相関測定（ＡＰで示される）を実行するように構成された変換器とについての再現性試験の結果を示す表である。毎秒６．８乃至２５．７フィートのスケール基準流速に対応させて、３，０００乃至９，０００ｒｐｍの範囲にあるモータの回転数が、５回の試験の各々において使用された。基準メータは、１つの逆方向経路を備えた、２．５インチのＰＶＣパイプ上にクランプオンされた５００キロヘルツのＣＰＴ変換器を使用し、かつＰＲＥ８６８−１−４０前置増幅器を使用したＰａｎａｍｅｔｒｉｃｓのＧＭ８６８ガスメータであった。ファンはＴｒａｎｓｉｃｏｉｌ  １４ＳＨブラシレスＤＣモータであり、ＳＥ１０Ｅ駆動の２．５インチのファンブレードを有していた。
【００２８】
表に示されるように、平行タグの手法を使用した１回目の実験では、ループ内の流速が実験範囲の３倍を超える最大流速にされるまで、流速は測定不能であり、５回目の実験では、最低モータ速度では流速は測定不能のままであった。タグ又は逆平行タグ測定を使用した流速測定値では比較が可能であり、基準測定値に対しても比較が可能であった。しかしながら、本発明の逆平行タグ測定を使用した場合、ＳＮＲ（信号対雑音比）は明らかに数倍高かった。相互相関ＳＮＲにおける一般的な改善は約５倍であり、そのため低信号状態及び低流速における速度及び取得可能な測定値の範囲は大きく改善された。
【００２９】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、平行（図７（Ａ））の信号経路構成と逆平行（図７（Ｂ））の信号経路構成とを使用した、タグ相互相関をプロットしたものである。Ｘ軸はサンプル番号を示し、Ｙ軸は相互相関比を示す。試験条件は図６の表の場合に説明したのと同一で、メータ係数はタグ及び基準の両方についてＫ＝１に設定された。基準は校正されたメータではなく、実際には比較的小径の公称直径が２．５インチのパイプ上の、１つの逆方向の経路を備えたクランプオン式変換器装置であることを強調しておく。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示されるように、逆平行経路構成により、周囲の全ての隣接するものよりも実質的に高い値をもつ望ましい極めて狭いピーク相関がもたらされ、一方、平行経路構成により、真のピークの両側に近接して分布し、識別を困難もしくは疑わしくする可能性がある高い相関値の多数の点がもたらされた。従って、逆平行経路システムは不確実さが非常に低い速度測定値をもたらし、一方、平行経路構成は、不確定な又は不確実さが非常に高い測定値をもたらした。
【００３０】
別のシミュレーション及び試験において、出願人は、毎秒約５フィート乃至毎秒約２７５フィートの間の範囲にある、すなわちレイノルズ数の観点では、約２．５×１０３乃至１．５×１０５の間の範囲にある空気流を調査した。これはおよそ６０対１の流れターンダウン比であり、ローエンドでは層流状態又は層流状態に非常に近くなっている。示された速度は単にメータの読み値であり、実際の流速は分からないが、高い信号対雑音比、明確で識別可能な相関、及び結果の再現性は、タグ相関のための逆平行経路の使用が、これらの困難な小径の管路又は高雑音条件下での流れ測定にとっての大幅に改善された効果的な方法であることを示している。本システムはまた、水、及び２相流体の典型である数パーセントの気泡が混入した水における試験において利点があることが分かった。空気についてのクランプオン試験もまた、基準として渦流計を使用して、逆平行経路と約３０，０００から１５０，０００を超えるまでのレイノルズ数とを使用する１０インチのＰＶＣプラスチックパイプにおいて成功裏に行われた。
【００３１】
本明細書において、本発明を上記のように開示し、例示的な実施形態を説明してきたが、同業者には更なる変更及び修正を想到でき、それら全ての変更及び修正は、本明細書に記載されまた本明細書に添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定められる本発明の技術思想及び技術的範囲内にあると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるタグ測定システムを示す図。
【図２】本発明のタグ測定システムを示す図。
【図３】弦経路タグ測定システムを示す図。
【図４】図２のシステム用の信号経路と異なる励振構成を示す図。
【図５】図２のシステムに使用されるプロセッサを示す図。
【図６】本発明のプロトタイプのシステムで行われたタグ測定値の表。
【図７】本発明と従来技術とによる測定値の範囲、再現性、及び比較性を示すグラフ。
【符号の説明】
４  管路
Ｐ１、Ｐ２  経路
Ｒ１、Ｒ２  受信機
Ｔ１、Ｔ２  送信機
ＳＲ１、ＳＲ２  受信機出力信号
ＳＴ１、ＳＴ２  変換機信号
ＳＴ１２、ＳＴ２１  クロストーク信号
Ｗ  ウエッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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