(57)【要約】【課題】簡単な付加手段の導入により、Ｓ／Ｎ比を向上させて高精度化及び高耐ノイズ化を可能とするコリオリ質量流量計を実現する。【解決手段】測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ローパスフィルタ、ＡＤコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差に基づいて質量流量を演算し、演算結果を所定周期で更新するコリオリ質量流量計において、  前記周波数検出信号の位相情報を維持したまま、前記周波数検出信号の正負の所定レベル以上またはゼロクロス近傍を除く所定期間をクランプする信号クランプ手段を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ローパスフィルタ、ＡＤコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差に基づいて質量流量を演算し、演算結果を所定周期で更新するコリオリ質量流量計において、
前記周波数検出信号の位相情報を維持したまま、前記周波数検出信号の正負の所定レベル以上またはゼロクロス近傍を除く所定期間をクランプする、信号クランプ手段を備えることを特徴とするコリオリ質量流量計。
【請求項２】
前記増幅回路と前記ローパスフィルタ間、または、前記ローパスフィルタと前記ＡＤコンバータ間に、前記信号クランプ手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項３】
前記ＡＤコンバータの出力側に、前記信号クランプ手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のコリオリ質量流量計。
【請求項４】
前記周波数検出信号のクランプ範囲以外において、前記増幅回路のゲインを増加させるゲイン可変手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【請求項５】
前記信号クランプ手段の出力側に発生するノイズを検出して前記演算結果の更新を停止させる、ノイズ処理手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【請求項６】
前記信号クランプ手段のクランプ期間に前記ＡＤコンバータ及び前記信号処理部の処理を停止させる、処理停止手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ローパスフィルタ、ＡＤコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差に基づいて質量流量を演算し、演算結果を所定周期で更新するコリオリ質量流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コリオリ質量流量計のセンサ部の構成及び質量流量演算の信号処理については、特許文献１に詳細な技術開示がある。センサ部の構成及び１次モード及び２次モード振動について簡単に説明する。
【０００３】
図７は、コリオリ質量流量計のセンサ部の基本構成図である。被測定流体Ｆを流す測定管路１の両端は、支持部材２、３に固定されている。この測定管路１の中央部近傍には、この測定管路１を上下に機械振動させる加振器４が設置されている。
【０００４】
測定管路１の支持部材２、３に固定されている近傍には、この測定管路１の振動を検出する上流側センサ５及び下流側センサ６が固定されている。
【０００５】
図８は、１次モード及び２次モード振動を説明する模式図である。加振器４から測定管路１に、Ｍ１、Ｍ２に示すような１次モードの形状で振動が与えられている状態で、測定管路１に被測定流体Ｆが流れると、Ｍ３、Ｍ４に示すような２次モードの形状で測定管路１が振動する。
【０００６】
実際には、この２種類の振動パターンが重畳された形で測定管路１が振動する。測定管路１のこの振動変形を、上流側センサ５及び下流側センサ６により周波数検出信号ＶＳ１及び周波数検出信号ＶＳ２で検出する。
【０００７】
図９は、従来のコリオリ質量流量計の構成例を示す機能ブロック図である。上流側センサ５の周波数検出信号ＶＳ１及び下流側センサ６の周波数検出信号ＶＳ２は、夫々増幅回路７及び８で所定レベルに増幅され、ローパスフィルタ９及び１０を介してＡＤコンバータ１１及び１２に入力され、デジタル信号に変換される。ローパスフィルタ９及び１０は、ＡＤコンバータ１１及び１２の折り返し雑音防止、外来ノイズの抑制のために付加される。
【０００８】
ＡＤコンバータ１１及び１２のデジタル信号は、信号処理部２０に入力されて所定の演算周期で質量流量が演算され、その演算出力Ｆｍにより出力部３０の保持手段３１の質量流量保持値を更新する。
【０００９】
信号処理部２０は、ＡＤコンバータ１１及び１２のデジタル信号を入力するヒルベルト変換手段２１及び２２、これらの処理結果から周波数検出信号ＶＳ１及びＶＳ２の位相θ１及びθ２を検出する位相検出手段２３及び２４を備える。ヒルベルト変換手段は、ＦＦＴ処理手段等で実現することも可能である。
【００１０】
位相信号θ１及びθ２は、位相差検出手段２５に入力され、位相差Δθが算出される。この位相差Δθを入力する質量流量演算手段２６により、所定の演算周期で質量流量Ｆｍが算出されて出力部３０に渡される。信号処理部２０の詳細については、特許文献１に開示されている。
【００１１】
図１０は、本発明の主題となる周波数検出信号に重畳するノイズを説明する波形図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平７−１８１０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来構成のコリオリ質量流量計では、次のような問題がある。
質量流量に比例した位相差信号Δθは、測定可能な最大流量のときに数十ミリラジアンであり、高精度化（例えば±0.1％）するためには、数マイクロラジアンの測定精度が必要となる。このように非常に微弱な信号（Ｓ）を取り扱うため、各部で発生するノイズ成分（Ｎ）の影響を受け易く、出力揺動となって現れる。
【００１４】
ノイズ成分（Ｎ）は、センサ５，６の検出コイルからＡＤコンバータ１１，１２の出力までで発生、混入するものであり、主に次のようなものが挙げられる。
（ａ）増幅回路７，８で使用するＯＰアンプの雑音
（ｂ）外来ノイズ（検出コイルと増幅回路を接続するケーブルが延長されることがあり、ノイズが混入し易い）
（ｃ）ＡＤコンバータ１１，１２の量子化誤差
【００１５】
（ａ）については、低雑音なＯＰアンプを使用すればよいが、コストアップの要因となる。（ｂ）については、延長ケーブルをシールドケーブルにすればよいが、これもコストアップの要因となる。（ｃ）については、ＡＤコンバータの分解能によって決まるが、選択肢が多くなく、部品選定での改善は困難である。
【００１６】
このように、従来技術では、Ｓ／Ｎ比向上による高精度化、高耐ノイズ化対策はいずれもコストアップの要因となる。
【００１７】
本発明の目的は、簡単な付加手段の導入により、Ｓ／Ｎ比を向上させて高精度化及び高耐ノイズ化を可能とするコリオリ質量流量計を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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）測定管路に所定距離を隔てて配置された上流側センサ及び下流側センサの夫々の周波数検出信号を、増幅回路、ローパスフィルタ、ＡＤコンバータを介して信号処理部に入力し、前記周波数検出信号の位相差に基づいて質量流量を演算し、演算結果を所定周期で更新するコリオリ質量流量計において、
前記周波数検出信号の位相情報を維持したまま、前記周波数検出信号の正負の所定レベル以上またはゼロクロス近傍を除く所定期間をクランプする、信号クランプ手段を備えることを特徴とするコリオリ質量流量計。
【００１９】
（２）前記増幅回路と前記ローパスフィルタ間、または、前記ローパスフィルタと前記ＡＤコンバータ間に、前記信号クランプ手段を設けたことを特徴とする（１）に記載のコリオリ質量流量計。
【００２０】
（３）前記ＡＤコンバータの出力側に、前記信号クランプ手段を設けたことを特徴とする（１）に記載のコリオリ質量流量計。
【００２１】
（４）前記周波数検出信号のクランプ範囲以外において、前記増幅回路のゲインを増加させるゲイン可変手段を備えることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【００２２】
（５）前記信号クランプ手段の出力側に発生するノイズを検出して前記演算結果の更新を停止させる、ノイズ処理手段を備えることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【００２３】
（６）前記信号クランプ手段のクランプ期間に前記ＡＤコンバータ及び前記信号処理部の処理を停止させる、処理停止手段を備えることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のコリオリ質量流量計。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）周波数検出信号のクランプされた部分には、ＯＰアンプ等の回路要素から発生するホワイトノイズが存在しないので、全体のノイズ量を低減することができる。
【００２５】
正弦波信号を、クランプ波形にすることで、高調波成分が含まれることによるノイズ量増加が考えられるが、信号処理部２０で実行されるヒルベルト変換やＦＦＴなどの信号処理の際にフィルタリングすることでその影響を除去できる。
【００２６】
（２）外乱ノイズはその大きさによって全てを除去することができないが、影響を小さくすることができる。すなわち、高価な低雑音ＯＰアンプを使用することなく、Ｓ／Ｎ比を向上させ、高精度化を実現できる。
【００２７】
（３）またシールドケーブルの使用範囲も，外来ノイズが多い環境に限定できるので、安価に高耐ノイズ化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用したコリオリ質量流量計の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】周波数検出信号に対するクランプを説明する波形図である。
【図３】本発明を適用したコリオリ質量流量計の他の実施例を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明を適用したコリオリ質量流量計の更に他の実施例を示す機能ブロック図である。
【図５】本発明を適用したコリオリ質量流量計の更に他の実施例を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明を適用したコリオリ質量流量計の更に他の実施例を示す機能ブロック図である。
【図７】コリオリ質量流量計のセンサ部の基本構成図である。
【図８】１次モード及び２次モード振動を説明する模式図である。
【図９】従来のコリオリ質量流量計の構成例を示す機能ブロック図である。
【図１０】周波数検出信号に重畳するノイズを説明する波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用したコリオリ質量流量計の一実施例を示す機能ブロック図である。図９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。
【００３０】
従来構成に付加された本発明の特徴部は、周波数検出信号ＶＳ１の増幅回路７とローパスフィルタ９の間及び周波数検出信号ＶＳ２の増幅回路８とローパスフィルタ１０の間に、信号クランプ手段１０１及び１０２を挿入させた構成にある。
【００３１】
これら信号クランプ手段１０１及び１０２は、アナログ信号を所定レベルでリミットするものであり、挿入位置はローパスフィルタ９とＡＤコンバータ１１間及びローパスフィルタ１０とＡＤコンバータ１２間であってもよい。
【００３２】
図２は、周波数検出信号ＶＳ１，ＶＳ２に対するクランプを説明する波形図であり、電圧の高い領域、低い領域の電圧情報を除去した波形がＡＤコンバータ１１，１２に入力される。この周波数検出信号に対するクランプ処理では、位相情報に変化は与えないので、質量流量演算への影響はない。
【００３３】
クランプされる期間では、周波数検出信号ＶＳ１，ＶＳ２に重畳するノイズが強制的に除去されるので、周波数検出信号ＶＳ１，ＶＳ２に重畳するノイズを大幅に軽減させることが可能である。
【００３４】
周波数検出信号ＶＳ１，ＶＳ２に対するクランプは、信号電圧のレベルを監視して設定される閾値以上または以下の期間をクランプする手法、または、信号の周波数を監視してゼロクロス点から近傍の所定時間を除く期間をクランプする手法を採用することができる。
【００３５】
図３は、本発明を適用したコリオリ質量流量計の他の実施例を示す機能ブロック図である。この実施例では、デジタル処理で実現される信号クランプ手段２０１及び２０２が、夫々ＡＤコンバータ１１とヒルベルト変換手段２１間及びＡＤコンバータ１２とヒルベルト変換手段２２間に挿入されている。
【００３６】
これら信号クランプ手段２０１及び２０２の機能は、図１の信号クランプ手段１０１及び１０２の機能と同一である。信号クランプ手段は、周波数検出信号ＶＳ１，ＶＳ２の位相情報が維持される条件を満たせば挿入箇所は任意である。
【００３７】
本発明で導入された信号クランプの処理に基づく他の実施例を、図４乃至図６により説明する。これら実施例では、信号クランプ手段２０１，２０２がＡＤコンバータ１１，１２の出力側に挿入される構成を示す。
【００３８】
図４は、周波数検出信号のクランプ範囲以外において、増幅回路のゲインを増加させるゲイン可変手段を備える構成を特徴としている。クランプ範囲検出手段３０１及び３０２は、信号クランプ手段２０１及び２０２の出力を監視してクランプ範囲を検出し、検出した範囲以外においてゲイン可変手段３０３及び３０４を制御し、増幅回路７及び８のゲインを増加させる。
【００３９】
ゲインの増加により増幅された電圧範囲をＡＤコンバータ１１及び１２の入力レンジに対応させることにより、従来技術よりも増幅回路のゲインを大きくすることができる。このゲイン増加は、非クランプ部の量子化誤差を小さくすることになり、この点からもＳ/Ｎ比の向上が期待できる。
【００４０】
図５は、信号クランプ手段の出力側に発生するノイズを検出して演算結果の更新を停止させる、ノイズ処理手段を備える構成を特徴としている。ノイズ処理手段４００は、信号クランプ手段２０１及び２０２の出力を監視し、外来ノイズの有無を判断し、ノイズが所定の値より多いときには、質量流量演算の信頼性を確保するために、出力部３０の保持手段３１に更新停止指令Ｓを出力し、出力を前回更新時の値に保持させる。また、必要に応じてユーザーに警報する。
【００４１】
図６は、信号クランプ手段のクランプ期間にＡＤコンバータ及び信号処理部の処理を停止させる、処理停止手段を備える構成を特徴としている。処理停止手段５００は、信号クランプ手段２０１及び２０２の出力を監視し、クランプ期間中は、ＡＤコンバータ１１，１２及び信号処理部２０の機能を停止させると共に、出力部３０をホールド動作させる。
【００４２】
周波数検出信号のクランプ部でのＡＤコンバータ及び信号処理部の質量流量演算機能を停止させることで、消費電力を低減させることができる。また、信号処理部のＣＰＵのメモリ容量を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  測定管路
５  上流側センサ
６  下流側センサ
７，８  増幅回路
９，１０  ローパスフィルタ
１１，１２  ＡＤコンバータ
２０  信号処理部
２１，２２  ヒルベルト変換手段
２３，２４  位相検出手段
２５  位相差検出手段
２６  質量流量演算手段
３０  出力部
３１  保持手段
１０１，１０２  信号クランプ手段
【図１】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図２】
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