(57)【要約】【課題】第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサへ送信されたパルス状信号の走行時間を計算するための自動化された方法及びシステムを提供する。【解決手段】本方法は、第２のトランスデューサで受信した、第１のトランスデューサからのパルス状信号の振幅を測定する段階と、パルス状信号に近接したノイズがあればその振幅を測定する段階と、パルス状信号とノイズとの信号対ノイズ比をそれぞれ計算する段階とを含む。信号対ノイズ比が所定の閾値よりも大きい場合、受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第１の手法を自動的に実行する。信号対ノイズ比が所定の閾値よりも小さい場合、受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第２の異なる手法を自動的に実行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の超音波トランスデューサ（１４ａ）から第２の超音波トランスデューサ（１６ａ）へ送信されたパルス状信号（１８ｄ）の走行時間を計算するための自動化された方法であって、
前記第２のトランスデューサ（１６ａ）で受信した、前記第１のトランスデューサ（１４ａ）からのパルス状信号（３２ａ）の振幅を測定する段階（７０）と、
前記受信したパルス状信号（３２ａ）に近接したノイズがあればその振幅を測定する段階（７２）と、
前記受信したパルス状信号と前記ノイズとの信号対ノイズ比をそれぞれ計算する段階（７４）と、
前記信号対ノイズ比が所定の閾値よりも大きい場合、前記受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第１の手法を自動的に実行する段階（７６）と、
前記信号対ノイズ比が前記所定の閾値よりも小さい場合、前記受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第２の異なる手法を実行する段階（７８）と、
を有する方法。
【請求項２】
前記第１の手法は相互相関手法を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２の手法は積算閾値手法を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記所定の閾値はほぼ７〜１３である、請求項１記載の方法。
【請求項５】
更に、前記計算された信号対ノイズ比に基づいて、送信したパルス状信号の予め選択された特性を調節する段階を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項６】
更に、前記信号対ノイズ比が０．２５〜１．０の第２の所定の閾値よりも小さい場合に、エラー・メッセージを出力する段階を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項７】
パルス状信号の振幅を測定する前記段階（７０）は、パルス状信号の最大振幅を測定する段階を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項８】
ノイズの振幅を測定する前記段階（７２）は、所定の時間窓内でのノイズの最大振幅を測定する段階を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
ノイズの振幅を測定する前記段階（７２）は、ノイズ・データを窓分けする段階を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記パルス状信号の振幅は、ノイズの振幅を測定する前に測定される、請求項１記載の方法。  
【請求項１１】
導管を通るように送信されるパルス状信号の走行時間を計算するためのシステムであって、
導管（１２ａ）に結合することのできる第１のトランスデューサ（１４ａ）と、
前記導管（１２ａ）に結合することのできる少なくとも第２のトランスデューサ（１６ａ）と、
前記第１のトランスデューサ（１４ａ）及び前記第２のトランスデューサ（１６ａ）に結合された制御装置（２０ａ）であって、前記第２のトランスデューサで受信した、前記第１のトランスデューサからのパルス状信号の振幅を測定し、前記受信したパルス状信号に近接したノイズの振幅を測定し、前記受信したパルス状信号と前記ノイズとの信号対ノイズ比をそれぞれ計算し、前記信号対ノイズ比が所定の閾値よりも大きい場合は、前記受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第１の手法を実行し、また前記信号対ノイズ比が前記所定の閾値よりも小さい場合は、前記受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第２の異なる手法を実行するように構成されている制御装置（２０ａ）と、
を有しているシステム。
【請求項１２】
前記第１の手法は相互相関手法である、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
前記第２の手法は積算閾値手法である、請求項１１記載のシステム。
【請求項１４】
前記所定の閾値はほぼ７〜１３である、請求項１１記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１のトランスデューサ（１４ａ）と前記第２のトランスデューサ（１６ａ）は前記導管（１２ａ）の同じ側に位置している、請求項１１記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１のトランスデューサ（１４ａ）と前記第２のトランスデューサ（１６ａ）は前記導管（１２ａ）の互いに反対の側に位置している、請求項１１記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１のトランスデューサ（１４ａ）と前記第２のトランスデューサ（１６ａ）は前記導管（１２ａ）上にクランプされている、請求項１１記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１のトランスデューサ（１４ａ）と前記第２のトランスデューサ（１６ａ）は湿式構成で前記導管（１２ａ）内に配置されている、請求項１１記載のシステム。
【請求項１９】
ノイズの振幅を測定する前記段階は、ノイズ・データを窓分けする段階を含んでいる、請求項１１記載のシステム。
【請求項２０】
前記制御装置は、送信器（５３）と、受信器（５５）と、メモリ（５２）にアクセスする処理装置（５１）とを含み、前記メモリは、前記第２のトランスデューサで受信した、前記第１のトランスデューサからのパルス状信号の振幅を測定し、パルス状信号に近接したノイズの振幅を測定し、そしてパルス状信号とノイズとの信号対ノイズ比をそれぞれ計算するコンピュータ・コードを含んでいる、請求項１１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば、送信されたパルスの走行時間を計算するための自動化された方法及びシステムに関し、より具体的には、第１の超音波トランスデューサから第２のトランスデューサへ流体の流れを通って送信された超音波パルスの走行時間を計算するための自動化された方法及びシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パイプのような導管内の流体（例えば、ガス又は液体）の流量を測定するための超音波流量計システムが知られている。１つの特定のシステムでは、２つのトランスデューサが互いに対して斜めの角度で導管の外側に配置され、これらは通常、上流側トランスデューサ及び下流側トランスデューサと呼ばれる。導管を通る流体の流量を決定するには、先ず、上流側トランスデューサから下流側トランスデューサへパルスを送信する。次いで、下流側トランスデューサから上流側トランスデューサへパルスを送信する。上流側トランスデューサから下流側トランスデューサへ送信されたパルスの走行時間は、逆方法に送信されたパルスの走行時間よりも短く、そこで流体の流量は２つのパルスの測定された走行時間に基づいて決定（計算）することができる。当業者に知られているように、トランスデューサは導管の外部にクランプすることができ、又は導管の壁を通って挿入することができる（例えば、湿式トランスデューサ）。
【０００３】
超音波システムは液体又はガスの多数の異なる種類及び密度の流れを測定するために使用することができ、また様々な程度の状態で異なる種類の導管に使用することができる。これらの広範に変化する環境は、一方のトランスデューサが他方のトランスデューサへ送信するときに異なる信号対ノイズ比を生じさせる可能性がある。例えば、測定すべき流体の流れが液体である場合、信号対ノイズ比は一般に高い。測定すべき流体の流れがガス（気体）である場合、信号対ノイズ比は一般に比較的低い。信号対ノイズ比に依存して、走行時間を測定し且つ上下走行時の間の差を測定するために異なる手法が用いられる。例えば、信号対ノイズ比が高い場合、走行時間を測定するための１つの高分解能手法は、相互相関手法である。例えば、本書に引用により取り入れる米国特許第４７８７２５２号を参照されたい。しかし、信号対ノイズ比が低い場合、高分解能方法の相互相関手法では、走行時間を計算するときにエラーが生じ、その結果、流量の決定が不正確になることがある。そこで、当業者は、走行時間を測定するために異なる手法を用いることがある。信号対ノイズ比が低い場合に走行時間を測定するための手法の一例は、本書に引用により取り入れる米国特許第４５３８４６９号に開示されている積算閾値(integrated threshold)手法である。積算閾値手法は相互相関手法と同等の高分解能を提供できないが、それよりもロバスト（頑強）である。
【０００４】
更に、任意の特定のトランスデューサ装置の信号対ノイズ比は時間につれ変化することがあり、例えば、導管が劣化している場合は、信号対ノイズ比は減少することがある。従って、超音波流量計システム制御装置（電子回路）は、据え付け時に、信号対ノイズ比が高いので相互相関手法を用いるように構成することができる。しかし、時間が経過して信号対ノイズ比が減少した場合、相互相関手法はもはや正確な流量を決定できない。
【０００５】
従来技術では、各送信パルスの走行時間を計算するための特定の手法を選択して走行時間を測定することができるようになる前に信号対ノイズ比を決定するためにオシロスコープをメータ（又は制御装置）に接続することによって流量測定場所を評価した後に超音波流量計を技師又は技術者が設定することが屡々必要であった。このやり方は、時間がかかり、経費が高く、また時々正確でないことがある。更に、オシロスコープは、操作するのに専門知識を必要とする高価な装置の１つである。
【特許文献１】米国特許第６０６２０９１号
【特許文献２】米国特許第４７８７２５２号
【特許文献３】米国特許第４５３８４６９号
【特許文献４】米国特許第４４８０４８５号
【特許文献５】米国特許第４３０８７５４号
【発明の開示】
【０００６】
一実施形態では、本発明は、第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサへのパルスの走行時間をより正確に計算するための自動化された方法及びシステムを提供する。本発明の方法及びシステムは、信号対ノイズ比が時間につれて変化した場合でもトランスデューサへの及びトランスデューサからのパルスの走行時間を正確に決定する。オシロスコープ及び技師又は技術者は信号対ノイズ比を決定することを要求されず、従って、時間及び経費が節約される。
【０００７】
少なくとも１つの実施形態では、本発明は、第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサへ流体の流れを通って送信されるパルスの走行時間を計算するための自動化され且つ使用が容易で、より正確な方法が、受信したパルスの信号対ノイズ比を自動的に計算し、次いで信号対ノイズ比のレベルに基づいて受信パルスの走行時間を計算するための適切な手法を自動的に選択することによって達成されると云うことの認識から生じる。
【０００８】
一実施形態では、本発明は、第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサへ送信されたパルス状信号の走行時間を計算するための自動化された方法を特徴とする。本方法は、第２のトランスデューサで受信した、第１のトランスデューサからのパルス状信号の振幅を測定する段階と、パルス状信号に近接したノイズがあればその振幅を測定する段階と、パルス状信号とノイズとの信号対ノイズ比をそれぞれ計算する段階とを有している。信号対ノイズ比が所定の閾値よりも大きい場合、受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第１の手法を実行する。信号対ノイズ比が所定の閾値よりも小さい場合、受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第２の異なる手法を実行する。
【０００９】
一例では、第１の手法は相互相関手法を含むことができ、また第２の手法は積算閾値手法である。所定の閾値はほぼ７〜１３にすることができる。第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサは導管の同じ側に配置することができ、或いは第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサは導管の互いに反対の側に配置することができる。第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサは導管上にクランプすることができる。また、第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサは湿式構成で導管内に配置することもできる。本方法は更に、計算された信号対ノイズ比に基づいて、送信したパルス状信号の予め選択された特性を調節する段階を含むことができる。本方法は更に、信号対ノイズ比が第２の所定の閾値よりも小さい場合にエラー・メッセージを出力する段階を含むことができる。第２の所定の閾値は０．２５〜１．０にすることができる。
【００１０】
パルス状信号の振幅を測定する段階は、受信したパルス状信号の最大振幅を測定する段階を含むことができる。ノイズの振幅を測定する段階は、所定の時間窓内でのノイズの最大振幅を測定する段階を含むことができる。ノイズの振幅を測定する段階は、ノイズ・データを窓分け(windowing) する段階を含むことができる。窓は、受信したパルス状信号の直ぐ前に配置することができる。パルス状信号の振幅は、ノイズの振幅を測定する前に測定することができる。
【００１１】
本発明はまた、導管を通るように送信されるパルス状信号の走行時間を計算するためのシステムを特徴とする。本システムは、導管に結合することのできる第１のトランスデューサと、導管に結合することのできる少なくとも第２のトランスデューサと、第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサに結合された制御装置とを有する。制御装置は、第２のトランスデューサで受信した、第１のトランスデューサからのパルス状信号の振幅を測定し、パルス状信号に近接したノイズの振幅を測定し、受信したパルス状信号とノイズとの信号対ノイズ比をそれぞれ計算し、信号対ノイズ比が所定の閾値よりも大きい場合、受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第１の手法を実行し、信号対ノイズ比が所定の閾値よりも小さい場合、受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第２の異なる手法を実行するように構成されている。
【００１２】
一例では、第１の手法は相互相関手法であり、また第２の手法は積算閾値手法である。所定の閾値はほぼ７〜１３にすることができる。第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサは導管の同じ側に配置することができ、或いは第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサは導管の互いに反対の側に配置することができる。第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサは導管上にクランプすることができ、また、第１のトランスデューサ及び第２のトランスデューサは湿式構成で導管内に配置することもできる。制御装置は、計算された信号対ノイズ比に基づいてパルス状信号の構成を調節するように構成することができる。制御装置はまた、信号対ノイズ比が０．２５〜１．０のような第２の所定の閾値よりも小さい場合に、エラー・メッセージを出力するように構成することができる。制御装置は更に、パルス状信号の最大振幅を測定するように構成することができる。制御装置は更に、所定の時間窓内での信号ノイズの最大振幅を測定するように構成することができる。ノイズの振幅を測定する段階は、ノイズ・データを窓分けする段階を含むことができる。窓は、受信したパルス状信号の直ぐ前に配置することができる。パルス状信号の振幅は、ノイズの振幅を測定する前に測定することができる。制御装置は、送信器、受信器、メモリにアクセスする処理装置を含むことができる。メモリは、第２のトランスデューサで受信した、第１のトランスデューサからのパルス状信号の振幅を測定し、パルス状信号に近接したノイズの振幅を測定し、そしてパルス状信号とノイズとの信号対ノイズ比をそれぞれ計算するコンピュータ・コードを含む。
【００１３】
本発明はまた、第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサへ導管を通るパルス状信号の走行時間を計算するためのコンピュータ・プログラムを特徴とする。プログラムは、第２のトランスデューサで受信した、第１のトランスデューサからのパルス状信号の振幅を測定し、パルス状信号に近接したノイズの振幅を測定し、パルス状信号とノイズとの信号対ノイズ比をそれぞれ計算し、信号対ノイズ比が所定の閾値よりも大きい場合、受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第１の手法を実行し、信号対ノイズ比が所定の閾値よりも小さい場合、受信したパルス状信号の走行時間を計算するための第２の異なる手法を実行するための命令を有する。
【００１４】
好ましい実施形態についての以下の説明及び添付の図面から、他の目的、特徴及び利点が当業者には明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に説明する好ましい実施形態の他に、本発明は他の実施形態も可能であり、且つ様々なやり方で実施する又は実行することが可能である。従って、本発明は本願において以下の説明に述べられ又は図面に例示されている構成要素の構成及び配置の細部に制限されないことを理解されたい。
【００１６】
図１Ａに示す超音波流量計１０は、導管１２内の流体の流量を測定する。２つのトランスデューサ１４及び１６が導管１２の外部に配置されている。トランスデューサ１４及び１６は図示のように導管１２の互いに反対の側に位置しているが、導管の同じ側に配置することもできる。トランスデューサ上のクランプが示されているが、トランスデューサは湿式トランスデューサとすることができる。前に述べたように、導管１２を通る流体の流量を決定するには、先ず、トランスデューサ１４（上流側トランスデューサとしても知られている）からトランスデューサ１６（下流側トランスデューサとしても知られている）へ超音波パルスを送信する。次いで、トランスデューサ１６からトランスデューサ１４へ信号を送信する。トランスデューサ１４から送信されたパルスの走行時間はトランスデューサ１６から送信されたパルスよりも速いので、導管１２を通る流体の流量は、トランスデューサ１４によって送信されたパルスからトランスデューサ１６によって送信されたパルスの走行時間を減算することによって決定することができる。トランスデューサ１４及び１６からのパルスのタイミング及び測定は制御装置２０によって制御される。送信されるパルス又はパルス状信号は方形は又は正弦波、パルス列、符号化パルス、又は任意の種類の可変信号とすることができる。
【００１７】
トランスデューサ１４及び１６の各々は一度、導管を横切るパルス１８を送信する。これに対して、図１Ｂに示されている別の実施形態では、超音波流量計１０’のトランスデューサ１４’及び１６’が導管１２’の同じ側に配置されており、且つそれらの各々のトランスデューサは、他方のトランスデューサによって受信される前に導管１２’の内面で１回反射されるパルス１８’を送信するように構成されている。制御装置２０’がトランスデューサ１４’又は１６’へパルスを送り、他方のトランスデューサがパルスを受け取る。制御装置２０’はパルス１８’の信号到着時刻を測定する。また、図１Ｃに示されている超音波流量計１０”のトランスデューサ１４”及び１６”並びに制御装置２０”は、パルス１８”を送信して、導管１２”の内面で２回反射させるように構成することができ、この場合、トランスデューサ１４”及び１６”は導管１２”の互いに反対の側に配置されている。
【００１８】
トランスデューサ１４、１６、１４’、１６’は導管１２にクランプされるものとして示されているが、これらのトランスデューサはまた湿式構成で導管１２上に配置することもできる。湿式構成では、トランスデューサ１４及び１６は導管１２内に流れる流体と直接接触した状態になる。
【００１９】
図２Ａのグラフ３０は、一方のトランスデューサ１４又は１６で受信したパルス３２の電圧レベルを示している。一方のトランスデューサ１４又は１６から時刻ｔ０  に送信されたパルスは、他方のトランスデューサで時刻ｔ１  に受信される。従って、このパルスの走行時間はｔ０  とｔ１  との間で測定される。パルス３２が受信された後、パルス３２のエコー３４、３４’及び３４”が受信用トランスデューサで受信される。信号３６はパイプ壁を介しての２つのトランスデューサの間でのクロストークであり、価値ある情報ではない。図に見られるように、ノイズ３９のレベルはパルス３２に対して相対的に低く、これは測定すべき流れが液体であるときの一般的な場合である。時間窓３８はその範囲内にパルス３２を含んでいて、パルス３２はより高い分解能で図２Ｂのグラフ４０に描画されている。図２Ｂはまた、パルス３２とノイズ３９との信号対ノイズ比が比較的大きいことも示している。
【００２０】
図３のグラフ４４は、パルスが時刻ｔ０  にガスの中に送信された場合に、時刻ｔ１  ’に受信されたパルス３２’に対して相対的にノイズ３９’のレベルが高いことを示している。また、ｔ０  ’におけるクロストーク３６’のレベルも非常に高いことを示している。ガスによっては、受信したパルス３２’のレベルがノイズ３９’のレベルよりも低くなり得ることも可能であり、その場合、受信したパルス３２’のレベル及び場所を決定するために巧妙な信号処理手法が必要とされる。
【００２１】
本発明の一実施形態に従って、図４のシステム５０は制御装置２０ａを含み、制御装置２０ａは処理装置５１及びメモリ５２を含む。制御装置２０ａの処理装置５１はトランスデューサ１４ａ及び１６ａの両方に結合され、これらのトランスデューサの各々は導管１２ａに結合される。メモリ５２は消去可能なプログラマブル・メモリ（ＥＰＲＯＭ）であってよく、その中に記憶されたプログラム可能なコード５４を有する。処理装置５１及びメモリ５２は、一緒に、トランスデューサの１つにおいて受信したパルスの振幅を測定し、該パルスに近接したノイズがあればそのノイズの振幅を測定し、そしてノイズに対するパルスの信号対ノイズ比を計算するように構成されている。処理装置５１は送信器５３を制御して、マルチプレクサ５７を介して電気信号をトランスデューサ１４ａ又は１６ａへ送信させ、該トランスデューサは他方のトランスデューサへパルスを送信する。一方のトランスデューサ１４ａ又は１６ａがパルスを受信したとき、該トランスデューサはマルチプレクサ５７を介して受信器５５へ信号を送信し、受信器５５は処理装置５１へ、受信したパルスに対応するディジタル化された信号を送信する。
【００２２】
次いで、制御装置２０ａは、計算した信号対ノイズ比が所定の閾値より大きいときに、受信したパルスの走行時間を計算するための（メモリ５２に記憶されている）相互相関手法ような１つの手法を自動的に実行する。しかしながら、信号対ノイズ比が所定の閾値よりも小さい場合、制御装置２０ａは受信したパルスの走行時間を計算するための第２の異なる手法を実行する。このような１つの手法は積算閾値手法である。
【００２３】
このように、制御装置２０ａは信号対ノイズ比に基づいて走行時間を計算するための適切な方法を選択する。制御装置２０ａが信号対ノイズ比に基づいて適切な方法を選択するようにしたことにより、信号対ノイズ比が予想値よりも遥かに小さい場合に制御装置２０ａに膨大な測定を行わせることが防止される。信号対ノイズ比が予想値よりも遥かに小さい状態は、導管１２内に予想外の流体が存在する場合、或いは使用又は経年により導管に劣化が生じた場合、或いは相互相関手法を正確に使用するには低すぎるレベルの信号対ノイズ比を生じさせる任意の他の状態の場合に、起こることがある。
【００２４】
信号対ノイズ比の閾値はほぼ１０とすることができ、或いは７〜１３の範囲で選択することができる。この閾値より大きい場合、制御装置２０ａは、受信したパルスの走行時間を計算するために相互相関の方法を実行することを選ぶことができる。測定された信号対ノイズ比が１０以下のように低い場合、制御装置２０ａは積算閾値方法を実行することを決定することができる。その上、制御装置２０ａは、０．５又は０．２５と１．０との間の数のような第２の閾値を使用することができる。第２の閾値以下では、その信号対ノイズ比が正確な流量計算を行うのには小さすぎるので、制御装置２０ａは走行時間を計算しない。第２の閾値以下では、制御装置２０ａは、信号対ノイズ比が流体の流量を決定するには小さすぎると云うエラー・メッセージを出力することができる。このようにして、超音波パルス（下流方向及び上流方向）の走行時間は信号対ノイズ比に基づいてより正確に測定される。
【００２５】
制御装置２０ａは、測定された信号対ノイズ比に基づいてパルスの特性を変更することができる。例えば、制御装置２０ａは、測定された信号対ノイズ比に基づいてパルスの形状、持続時間、及び／又は形式、例えば、制限波又は方形波を変更することができる。
【００２６】
図４は導管１２ａの互いに反対の側に配置されているものとしてトランスデューサ１４ａ及び１６ａを示しているが、このことは本発明を制限するものではない。トランスデューサ１４ａ及びトランスデューサ１６ａは導管１２ａの同じ側に配置することが可能であり、その場合、送信されたパルス１８ａが導管１２ａの内部で１回反射される。また、トランスデューサ１４ａ及び１６ａは導管１２ａ上にクランプされるものとして示されているが、トランスデューサ１４ａ及び１６ａは湿式構成で導管１２ａ内に配置することが可能である。
【００２７】
図５に示されているように、受信したパルスに近接したノイズ３９ａを測定するために、窓３８ａを使用して、所定の時間範囲内のノイズを評価する。窓３８ａは、最適な結果を得るように受信パルス３２ａの前に置かれる。データ窓３８ａの場所は、パルス３２ａの大まかな場所を求めた後で決定することができる。導管１２ａの種類、導管１２ａを流れる流体、及び流体の大まかな音速は、典型的には、ユーザにとって既知である。流体の大まかな音速は、ルックアップ・テーブルから得るか、又は流量計に予め組み込むことが可能である。同様に、窓３８ｂを使用して、受信パルス３２ａの振幅を決定することが可能である。他の方法を用いてノイズ及び受信パルスの振幅を決定することができるが、窓３８ｂ内に受信されたパルスの最大振幅６０を窓３８ａ内に受信されたノイズの最大振幅６２で除算することによって、信号対ノイズ比を決定することができる。
【００２８】
第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサへ送信されたパルスの走行時間を計算するための本発明の一実施形態による方法は、図６に示されるように、第２のトランスデューサで受信した、第１のトランスデューサからのパルスの振幅を測定する段階７０で始まる。段階７２で、受信したパルスに近接したノイズがあればその振幅を測定する。段階７０及び７２でこれらの測定を行うためにデータ窓を使用することができる。段階７４で、受信したパルスとノイズとの信号対ノイズ比を計算する。それぞれの窓内でのノイズの最大値及びパルスの最大値をこの計算のために使用することができる。段階７６で、信号対ノイズ比が所定の閾値よりも大きい場合、受信したパルスの走行時間を計算するために、例えば、相互相関のような第１の手法を実行する。段階７８で、信号対ノイズ比が所定の閾値よりも小さい場合、受信したパルスの走行時間を計算するために、例えば、積算閾値手法のような第２の手法を実行する。制御装置２０ａはこの方法の各段階を遂行することができ、又はこの方法はソフトウエア又はコンピュータ・コードで具現化することができると共に、制御装置２０ａ内のメモリ５２に置くことができる。この方法を実行するためのコードは、ＥＰＲＯＭチップ上に設けることができ且つ譲受人である米国マサチュセッツ州ウォルサムに所在のＧＥパナメトリクス(Panametrics) 社によって製造されている超音波流量計ＧＣ８６８又はＰＴ８７８ＧＣに対するアップグレードとして提供することができる。
【００２９】
本発明の特徴を幾つかの図面に示し、他の図面には示していないが、これは便宜のためだけであり、各特徴は本発明に従って他の特徴のいずれかと又は他の特徴の全てと組み合わせることができる。本書で用いる用語「含む」、「有する」、「持つ」及び「備えた」は広く且つ包括的に解釈すべきであり、いずれの物理的な相互接続にも制限されない。更に、本出願において開示したどの実施形態も、唯一の可能な実施形態であると取るべきではない。当業者に既知の異なる信号対ノイズ比について適したパルスの走行時間を計算するための他の手法を使用することができる。他の実施形態が当業者に考えられよう。それらの他の実施形態は本発明の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１Ａ】導管を通る流体の流量を決定するための典型的な超音波システムの概略図である。
【図１Ｂ】導管を通る流体の流量を決定するための典型的な超音波システムの概略図である。
【図１Ｃ】導管を通る流体の流量を決定するための典型的な超音波システムの概略図である。
【図２Ａ】第１のトランスデューサから送信されて液体を通って第２のトランスデューサで受信された低ノイズ超音波信号についての電圧対時間のグラフである。
【図２Ｂ】第１のトランスデューサから送信されて液体を通って第２のトランスデューサで受信された低ノイズ超音波信号についての電圧対時間のグラフである。
【図３】第１のトランスデューサから送信されてガスを通って第２のトランスデューサで受信された高ノイズ超音波信号についての電圧対時間のグラフである。
【図４】本発明に従った第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサへのパルスの走行時間を計算するためのシステムの一例に関連した主要な構成要素を示すブロック図である。
【図５】図４のシステムを使用してガスを通って伝送されてトランスデューサで受信されたパルスについての電圧対時間のグラフである。
【図６】本発明に従った第１の超音波トランスデューサから第２の超音波トランスデューサへのパルスの走行時間を計算するための方法の一例に関連した主要な段階を示すと共に、図４のシステムのメモリに関連したプログラミングをも示す流れ図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０、１０’、１０”  超音波流量計
１２、１２’、１２”、１２ａ  導管
１４、１４’、１４”  トランスデューサ
１６、１６’、１６”  トランスデューサ
１８、１８’、１８”  パルス
２０、２０’、２０”  制御装置
３０、４０、４４  グラフ
３２、３２’  パルス
３４、３４’、３４”  エコー
３６  信号
３６’  クロストーク
３８、３８ａ、３８ｂ  時間窓
３９、３９’、３９ａ  ノイズ
５０  システム
６０  パルスの最大振幅
６２  ノイズの最大振幅
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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