(57)【要約】【目的】フーリエの不確定性の影響を受けることなく、高精度な測定を可能にする相関法を利用した反射型超音波流量計および流量測定方法を提供する。【構成】参照波と探索波をフーリエ変換するかわりにウェーブレット変換を行い、ウェーブレット係数を比較することで参照波と探索波の相関を判定するステップを有する、相関法を利用した反射型超音波流量計および流量測定方法。【選択図】    図１
2009236595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと、
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するＡＤ変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号の中から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと、
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
を備えた超音波流速分布測定方法であって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流速分布測定方法
【請求項２】
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するＡＤ変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
流速分布から流量を算出する超音波流量測定方法であって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流量測定方法
【請求項３】
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと、
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するＡＤ変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号の中から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと、
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
を備えた超音波流速分布測定プログラムであって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流速分布測定プログラム
【請求項４】
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するＡＤ変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
流速分布から流量を算出する超音波流量測定プログラムであって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流量測定プログラム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波パルスを利用して流体の流速分布および流量を測定する超音波流速分布および流量計に係り、特に、比較的クリーンな流体を含む種々の流体の流速分布および流量を非接触測定できる相関法を利用した反射型超音波流量計測方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
相関法を利用した反射型超音波流量計として特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示された技術がある。
【特許文献１】特開２００３−３４４１３１
【特許文献２】特開２００４−３３３２６０
【特許文献３】特開２００５−２０８０６８
【０００３】
相関法を利用した反射型超音波流量計は、異なるパルスに対する同一の反射体からのエコー信号を波形の相関から探し出して、その時間差から反射体の速度を算出し、その速度を用いて流速分布や流量を測定するものである。
【０００４】
図６に反射型超音波流量計の測定形態を示す。配管２０の中の流体に対して、トランスジューサ１７から超音波パルスを複数回入射し、このエコーを解析することで、測定線（ＭＬ）に沿った流速分布を求める。
【０００５】
図７はトランスジューサ１７から入射された超音波ビーム３０と流体中の気泡等の反射体４０の関係を説明するものである。反射体４０は流れに沿って移動するため、ある超音波パルスが衝突した位置をＡとすると、その後の超音波パルスとはＢのように下流で衝突する。
【０００６】
このため、トランスジューサ１７との距離が異なるため、図８のように、入射波である超音波パルスと受信波である超音波エコーとの時間差がパルスによって異なる、という現象が起こる。図８では、時刻ｔ０で発振した超音波パルスとΔt後の発振したパルスの間に、反射体４０はΔｘだけ変位するが、これは、受信波形ではΔτとして観測される。
【０００７】
以上から式（１）、（２）により、トランスジューサ１７からの距離ｘとその位置での流速ｕ(ｘ)を求めることができる。
【数１】
2009236595.tif 000003
【数２】
2009236595.tif 000004
ここで超音波パルスを発振してから反射波を受信するまでの時間をτ、超音波の速度をｃとしている。
【０００８】
このように、同一の反射体からのエコー信号を特定することができれば、その時間差から反射体の速度、すなわち流速を求めることができる。この同一の反射体からのエコーを探すために、エコー信号から特定の時間帯の波形を切り出し参照波とし、このエコー信号の他の部分から参照波と時間的に同じ幅の任意の波形（探索波）を切り出して相関を計算し、同一の反射体からの反射波を見つけるのが、自己相関法を利用した反射型超音波流量計である。
【０００９】
相関法を利用した反射型超音波流量計の基本的な構成は図９に示すようなものである。トリガ発信ボード１２と超音波発信・受信手段であるパルサーレシーバ１４、トランスジューサ１７、受信した超音波エコー信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１５、ＡＤコンバータのメモリ２２、デジタル化された超音波エコー信号を処理して流速分布および流量を算出する信号処理手段であるパーソナルコンピューター（パソコン）１１からなる。
【００１０】
まず、トリガ発信ボード１２がトリガ信号を生成し、これに従いパルサーレシーバ１４が電気パルス信号を生成する。この電気パルス信号をトランスジューサ１７が超音波パルスに変換して発振する。
【００１１】
トリガ信号は、ＡＤコンバータ１５にも同期をとるために送信される。
【００１２】
トランスジューサ１７は、超音波パルスのビームを金属配管２０内に投入射する一方、超音波パルスの発振後、測定対象流体に混在する反射体からの反射波である、超音波エコー信号を受信する。受信した超音波エコー信号は、トランスジューサ１７からパルサーレシーバ１４を介してＡＤコンバータ１５に送られる。ＡＤコンバータ１５はトリガ信号に同期してサンプリングを行い、変換したデジタルエコー信号をパソコン１１に送信する。
【００１３】
ＡＤコンバータにて変換されたデジタル超音波エコー信号は、信号処理手段であるパソコン１１で処理され、流速分布、流量が求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
さて、相関法を利用した反射型超音波流量計においては、相関係数を算出し参照波と探索波の相関を取ることで、参照波と探索波が同じ波形であるかどうかを判断しているが、数学的な意味合いは、参照波と探索波をそれぞれフーリエ変換し、符号する周波数帯の大きさを比較していることと同等であり、フーリエ変換が有する不確定性の問題を有している。
【００１５】
図１０に参照波、探索波の切り出しを例示するが、参照波、探索波ともに限られた時間間隔の波形であるため、このフーリエ変換の際には式（３）のように窓関数を乗じて行う。
【数３】
2009236595.tif 000005
ω（ｘ−ｂ）はｘ＝ｂ近傍の解析を行う際の窓関数である。
【００１６】
しかし、窓関数を乗じてフーリエ変換する方法では、フーリエ解析の不確定性原理に基づく精度の限界が生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、フーリエ解析の不確定性原理に影響されることなく、高精度の測定技術を提供することを目的とし、参照波と探索波の相関を、ウェーブレット変換を用いて行うようにしたものである。
【００１８】
すなわち、本発明とは以下のものである
（１）
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと、
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するＡＤ変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号の中から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと、
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
を備えた超音波流速分布測定方法であって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流速分布測定方法
（２）
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するＡＤ変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
流速分布から流量を算出する超音波流量測定方法であって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流量測定方法
（３）
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと、
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するＡＤ変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号の中から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと、
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと、
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
を備えた超音波流速分布測定プログラムであって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流速分布測定プログラム
（４）
トリガ信号を出力するトリガ発信ステップと
前記トリガ信号により超音波パルスを配管内を流れる流体の測定線に向けて複数回発振する超音波パルス発振ステップと、
前記流体の中の反射体による超音波パルスの反射波を受信し超音波エコー信号へ変換する超音波パルス受信ステップと、
前記超音波エコー信号をアナログ−デジタル変換して記憶するＡＤ変換ステップと、
記憶したデジタル超音波エコー信号から参照波および探索波を抽出し自己相関を計算する相関計算ステップと、
前記参照波および探索波の相関が一定以上の場合に同一の反射体からの反射波とみなす位相特定ステップと、
前記位相特定ステップにより特定した参照波および探索波の位相差を計算する位相差計算ステップと、
前記位相差計算ステップにより求まる位相差から前記測定線に沿う超音波反射体の速度を算出する速度算出ステップと
前記超音波パルスとそれに対する超音波エコーの時間差から測定線上の反射体の位置を特定する位置特定ステップと
前記算出された超音波反射体の速度と位置から流速分布を算出する流速分布算出ステップと
流速分布から流量を算出する超音波流量測定プログラムであって、
前記相関計算ステップは、
参照波および探索波をそれぞれウェーブレット変換するウェーブレット変換ステップと、
前記ウェーブレット変換された参照波および探索波における同一のウェーブレット関数に対する
ウェーブレット係数を比較するステップと、
比較データに基づき参照波と探索波の相関を判定するステップを備えることを特徴とする、
超音波流量測定プログラム
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、フーリエ解析の不確定性原理に影響されることなく、高精度の測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る超音波流速分布および流量計の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る超音波流速分布および流量計の一実施形態を概略的に示す測定システムである。
【００２２】
この超音波流速分布および流量計１０は、制御手段、信号処理手段としてのパーソナルコンピュータ（パソコン）１１に流体の流速分布および流量計測機能を付加したものである。
【００２３】
超音波流速分布および流量計１０は、パソコン１１と、トリガ信号を出力するトリガ発振手段としてのトリガ発振ボード１２と、超音波発振手段としてのパルサーレシーバ１４、トランスジューサ１７を備える。パルサーレシーバ１４はコネクタケーブル１３を介してトリガ発振ボード１２に接続され、トランスジューサ１７はコネクタケーブル１６を介してパルサーレシーバ１４に接続される。トランスジューサ１７とパルサーレシーバ１４は超音波パルス受信手段も兼ねている。
【００２４】
さらに、超音波流速分布および流量計１０はＡＤコンバータ１５を有する。トリガ発振ボード１２はパルサーレシーバ１４およびＡＤコンバータ１５の信号授受タイミングを制御しており、トリガ信号の出力波形は、予め設定されたソフトウエアのプログラムにより任意に設定できる。
【００２５】
パルサーレシーバ１４は、トリガ発振ボード１２からのトリガ信号を入力して超音波パルス発振信号をトランスジューサ１７に出力する。パルサーレシーバ１４は、デジタルシンセサイザを内蔵し、５０ｋＨｚから２０ＭＨｚまでの超音波パルス発振信号の出力が可能であり、様々な発振周波数特性を有するトランスジューサ１７に対応できる。
【００２６】
一方、トランスジューサ１７は、パルサーレシーバ１４から出力される超音波パルス発振信号を超音波パルスに変換し、測定線ＭＬに沿って入射する。トランスジューサ１７は被測定流体を案内する流体配管２０に所定の設置角度θをなして外側から設置される。
【００２７】
トランスジューサ１７から発振された超音波パルスは流体配管２０内を流れる被測定流体中に入射され、懸濁する（混在する）超音波反射体により反射される。その反射波はトランスジューサ１７に戻り、このトランスジューサ１７にて反射波の大きさに応じた超音波エコー信号に変換される。超音波パルスの反射波である超音波エコー信号は続いてパルサーレシーバ１４に送られ、パルサーレシーバ１４に内蔵されたローパスおよびハイパスフィルタ、またはバンドパスフィルタにより反射波である超音波エコー信号をフィルタリングし、使用超音波パルスの周波数帯のみを抽出し、ノイズの悪影響を抑制している。
【００２８】
パルサーレシーバ１４でフィルタリングされたアナログ式の超音波エコー信号は続いてＡＤコンバータ１５に送られる。このＡＤコンバータ１５は超音波エコー信号をデジタル信号に変換している。ＡＤコンバータ１５で変換されたデジタル超音波エコー信号はＡＤコンバータ１５のボード上のメモリ２２に蓄えられ、パソコン１１のハードディスクへの保存が可能となる。
【００２９】
ＡＤコンバータ１５の解像度は、例えば８ｂｉｔでサンプリング周波数が５００ＭＨｚまで可能である。
【００３０】
信号処理手段であるパソコン１１は、超音波パルスの反射波である超音波エコー信号を信号処理して解析し、前記超音波反射体あるいは超音波反射体群の位置と速度を求め、流体の流速分布および流量を算出するようになっている。
【００３１】
次に、本発明にかかる超音波流速分布測定方法、流量測定方法の処理を説明する。
図２に、本発明にかかる流量測定方法のフローを示す。
【００３２】
トリガ発振ボード１２からトリガ発振信号がパルサーレシーバ１４とＡＤコンバータ１５に送られると（Ｓ１）、パルサーレシーバ１４から超音波パルス発振のための電気信号がトランスジューサ１７に送信され、トランスジューサ１７は、超音波パルス発振信号を受信して所要周波数、例えば４ＭＨｚの正弦波状の超音波バースト信号に変換し、超音波パルスの発振を行なう（Ｓ２）。
【００３３】
トランスジューサ１７は超音波パルスのビームを流体配管２０内に投影する一方、超音波パルスの発振後、測定対象流体１９に混在する気泡やパーティクル粒子等の超音波反射体からの反射波の受信を開始し、得られた反射波の超音波エコー信号をパルサーレシーバ１４に返信させる（Ｓ３）。この超音波の反射波は、パルサーレシーバ１４の機能により、超音波周波数に応じたバイパスおよびローパスフィルタにより信号処理される（Ｓ４）。その後、ＡＤコンバータ１５に転送され、高速でデジタルサンプリング処理され、デジタル化される（Ｓ５）。
【００３４】
サンプリング処理されたデジタル超音波エコー信号は信号処理手段であるパソコン１１に入力される（Ｓ６）。パソコン１１が入力されたデジタル超音波エコー信号を解析することにより、配管２０中を流動する流体の流速分布を算出する（Ｓ７）。
【００３５】
ステップＳ８では、合成された流速分布データを配管２０の内部面積に沿う積分演算を行うことで流量を算出する。
【００３６】
パソコン１１による流速分布算出ステップＳ７は、図３に示すように、相関計算処理ステップ（ステップＳ７１）と、位相差計算ステップ（ステップＳ７２）と、位置・速度算出ステップ（ステップＳ７３）と、流速分布算出ステップ（ステップＳ７５）等からなる。
【００３７】
まず、ステップＳ７１では、自己相関計算処理ステップがなされ、デジタル超音波エコー信号から抽出された参照波について、同一系列から探索される探索波の相関を計算し相関値を算出する。
【００３８】
自己相関計算処理ステップは、図４に示すように、参照波切り出しステップ（S７１１）、探索波切り出しステップ（S７１２）、参照波ウェーブレット変換ステップ（Ｓ７１３）、探索波ウェーブレット変換ステップ（Ｓ７１４）、同一ウェーブレット関数に対する係数の比較ステップ（Ｓ７１５）、相関判定−探索波特定ステップ（Ｓ７１６〜Ｓ７１８）からなる。
【００３９】
参照波切り出しステップ（Ｓ７１１）では、あらかじめ決められた時間的な幅をもつ参照波を図１０のように切り出す。参照波の選び方は、サンプリング開始時刻からの複数の特定の時間の箇所すなわち計測を行いたい距離を選択するが、選択デジタル超音波エコー信号のレベルが一定値以上になった時刻を基点に自動的に選択したり、画面に波形を表示し測定者からの指定を受け付けても良い。
【００４０】
探索波切り出しステップ（Ｓ７１２）では、参照波と同じ幅の任意の信号を切り出す。
【００４１】
参照波ウェーブレット変換ステップ（Ｓ７１３）では、あらかじめ参照波に対して設定されたaの数値群について式（４）にしたがって信号の変換を行う。
【数４】
2009236595.tif 000006
【００４２】
ここで、式（４）は式（５）で示されるウェーブレット関数に対する係数である。また、ｂは、参照波、探索波の時間軸上の位置によって決まる数であり、また、ａはウェーブレット関数の形を決めるフーリエ変換の周波数に相当する数である。フーリエ変換では信号を正弦波の重ね合わせとして解析するが、ウェーブレット変換では信号をこのウェーブレット関数の重ね合わせとして解析している。このため、aの数値群はψａがフーリエ変換における周波数刻みと同等になるように設定される。
【数５】
2009236595.tif 000007
【００４３】
探索波ウェーブレット変換ステップ（Ｓ７１４）では、探索波に対してＳ７１３と同様に、式（４）にしたがって変換し、各ψａの係数を求める。
【００４４】
ウェーブレット比較ステップ（Ｓ７１５）では、あらかじめ選択しておいた同一のウェーブレット関数ψａについて、参照波および探索波における係数を比較し、結果を記憶する。比較の方法は、たとえば係数の差の絶対値を加算していく方法や、差の二乗和のルート（多次元空間での距離）があるが、これに限られない。
【００４５】
相関判定−探索波特定ステップ（Ｓ７１６、Ｓ７１８）では、ウェーブレット関数に対する係数の隔たりが一定以下のときに、参照波と探索波が同一反射体からのエコーであると判定する。
【００４６】
また、係数が一定以上の時には、探索波の切り出し位置を変更し（Ｓ７１７）、再度相関の計算を行う。
【００４７】
図５に参照波と、参照波と同一の反射波と判定された探索波の関係を示す。
【００４８】
ステップＳ７２の位相差計算ステップでは、特定した探索波の位相と参照波の位相との位相差を計算する。図５においては、参照波と探索波の位相差であるΔτを計算することに該当する。
【００４９】
ステップＳ７３の位置・速度算出ステップでは、計算した位相差（図５ではΔτ）から反射体の速度を算出し、また超音波パルスから超音波エコーまでの時間（図５ではτ）から反射体の位置を算出する。
【００５０】
ステップＳ７３の位置・速度算出が、系列中の全探索範囲について完了したと判断したら（Ｓ７４）、流速分布算出ステップ（Ｓ７５）がなされる。流速分布算出ステップでは、反射体群位置および速度から超音波反射体群の位置と速度との関係、すなわち、流速分布が算出される。流速分布算出の際は、各系列における同じ対応時刻において同位置で取得された全ての超音波反射体の速度を加算平均又は２乗平均して算出する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、流量計や流速計の製造業、流量計や流速計の販売業やメンテナンス業、プラントの保守・メンテナンス業、プラントの制御に関わるコンピュータプログラムの製作・メンテナンス業などにおいて、利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明にかかる超音波流速分布計および流量計の機能ブロック図。
【図２】本発明にかかる超音波流速分布および流量測定方法のフロー図。
【図３】相関法による流速分布算出ステップのフロー図。
【図４】ウェーブレット変換による相関判定を行うフロー図。
【図５】参照波と探索波の関係を説明する図。
【図６】反射型超音波流量計の概念図。
【図７】超音波ビーム中を移動する反射体を説明する図。
【図８】超音波ビーム中の反射体の位置と超音波エコー信号を説明する図。
【図９】相関法を利用した反射型超音波流量計の構成を説明する図。
【図１０】超音波エコー信号から参照波および探索波の切り出しを例示する図。
【符号の説明】
【００５３】
１０      超音波流量計
１１      パーソナルコンピューター
１２      トリガ発振ボード
１３      コネクタケーブル
１４      パルサーレシーバ
１５      ＡＤコンバータ
１６      コネクタケーブル
２０      配管
２２      メモリ
３０      超音波ビーム
４０      反射体
【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８】
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【図１０】
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【図１】
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【図７】
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【図９】
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