JPH02173524A - ファイバオプチック渦離脱流量計制御用ディジタル回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、新規かつ有用なファイバオプチック渦離脱流
量計制御用ディジタル回路に関するものである。

［従来の技術］ ファイバオプチックセンサ装置が渦離脱流量計で使用で
きる。この種の流量計では、センサビーム（梁）が、流
路中の障害物により流体の流れの中に発生した流体渦を
伴う流体流れに露呈される。流体渦発生（離脱と呼ばれ
る）周波数により流体流量の測定が行われる。渦が離脱
されるごとにセンサビームが運動する。この運動は、フ
ァイバオプチックケーブルを通じて送信および受信され
る光の特性を変化するのに使用される種々の知られてい
るアッセンブリのうちの任意のものに伝えられる。この
種のアッセンブリは、光ファイバまたはケーブルを湾曲
させその光強度を変調させるマイクロペンドジョ一部材
と、センサビームに応答して運動するファイバ端部のう
ちの一つな有しファイバを伝送する光の一部を除去する
分離した光フアイバアッセンブリとを備える。

渦離脱流量計を制御する制御装置を提供することは当技
術分野でよく知られている。ファイバオプチックケーブ
ルを伝送する光信号を、制御装置と相溶性（ｃｏｍｐａ
ｔｉｂｌｅ）の電気信号に変換するために、変換装置が
制御装置の一部として提供されねばならない、変換信号
を中央制御装置へ伝送するために、通信路もまた制御装
置の一部として提供されねばならない。

流量計のような変換器からの信号を中央制御装置へ伝送
する工業的に受は入れられている知られている一つの系
が２線式の４〜２０ｍＡのアナログ伝送系である。トン
プソンによる米国特許第４．６５５．３５３号に開示さ
れるように、ファイバオプチック渦離脱流量計のために
、２線式の４〜２０ｍＡ伝送系を使用することは当分野
で知られている。

アナログ伝送系では、光ケーブルでの被変調光の強度は
、センサビームにより指示される流れに比例するアナロ
グ電流または電圧に変換される。

これらのアナログ伝送系は渦離脱流量計の応用を制限し
てしまう、離脱される渦は非直線性の量であり非直線性
の信号は４〜２０ｍＡの伝送系で伝送可能な　正確な流
量信号の範囲を制限してしまう、アナログ回路系でヒス
テリシスおよび熱的ドリフトの影響があり、４〜２０ｍ
Ａ伝送系を通じて伝送される渦離脱流量形信号の再現可
能性それゆ久正確さが制限される。アナログ伝送路は、
流量計および制御装置間の制御信号通信を行うことがで
きず、流量計により感知される流れを中央処理装置へ伝
送することによる一方向性の通信のみを行うことができ
る。何らの制御信号も中央処理装置から流量計へ送信で
きない。

ファイバオプチック渦離脱流量計制御系で使用される従
来の装置は、渦離脱流量計の範囲をも制限してきた。た
とえば、米国特許第４．６２８．１９７号で開示される
現在の変換装置で使用されるプリアンプ回路は、渦離脱
流量計が発生する下側端信号を感知できない。

かくして、渦離脱現象の非直線性の調整が行われ、熱の
影響およびヒステリシスが修正および除去されるファイ
バオプチック渦離脱流量計用のディジタル制御回路が必
要である。ファイバオプチック渦離脱流量計と制御装置
との間の双方向形ディジタル通信を行いかつファイバオ
プチック渦流量計で使用される変換回路の下側端感度を
改善することが望ましいものとなっている。

［発明の概要］ 本発明は、ファイバオプチック渦離脱流量計の制御装置
に関連した従来の種々の問題の全てを克服するものであ
る０本発明は、温度と直線性およびヒステリシスの影響
を修正する新規かつ改善されたディジタルコンピュータ
およびプリアンプ回路を提供することによりこれを実現
するものである。

したがって、本発明の一様相は、ファイバオプチック渦
離脱流量計のための、渦離脱現象の非直線性により悪影
響を受けることのないディジタル制御装置を提供するこ
とである。

本発明の別の様相は、ファイバオプチック渦離脱流量計
のための、ヒステリシスおよび熱的ドリフトの影響を修
正するディジタル制御装置を提供することである。

本発明のさらに別の様相は、ファイバオプチック渦離脱
流量計のための、渦離脱流量計から制御信号を受信およ
び送信するディジタル制御装置を提供することである。

本発明のさらに別の様相は、ファイバオブチツク渦離脱
流量計のために、渦離脱流量計の下側端範囲を増加させ
るディジタル制御装置を提供することである。

［好ましい実施例の詳細な説明コ 第１図を参照すると、ファイバオブチツク渦離脱流れセ
ンサ１２と変換装置１４と中央処理装置１６とディジタ
ル通信装置１８と電源２０とを備える、本発明によるフ
ァイバオプチック渦離脱流量計のためのディジタル制御
装置１０が図示されている。

変換装置１４は、発光ダイオード駆動回路（ＬＥＤドラ
イブ回路）２４とプリアンプ回路２６とに接続されるタ
イミング回路２２を備える０発光ダイオード駆動回路２
４は、渦離脱流れセンサ１２を通じファイバオプチック
ケーブル２８によりプリアンプ回路２６へ接続される。

プリアンプ回路２６は、ライン５２および５４を通じて
中央制御装置１６へ接続されたフィルタ回路３０へ接続
される。

第２図を参照すると、タイミング回路２２、発光ダイオ
ード駆動回路２４およびプリアンプ回路２６の模式図が
図示されている。動作を説明すると、標準的には、１パ
ーセントのデユーティ−サイクルを有しそして１００な
いし２００ｍＡの振幅を有しそして約８００Ｈｚの繰り
返し率ないし周波数を有する一連のパルスとして電流が
発光ダイオード３２へ供給される。標準的には７５５５
タイマーなど低電力ＣＭＯＳ型式の５５５タイマーの発
振器Ｕ６が、発光ダイオード３２を流れる電流の制御信
号を発生するのに使用される。トランジスタＱ１、Ｑ２
が７５５５タイマーの出力を増幅する。変成器Ｔ１が発
光ダイオード３２の１．５Ｖの駆動要求と標準的には６
ないしＩＯＶのより高い回路の駆動電圧と整合するのに
供される。この変成器ＴＩは標準的には巻数比が４：１
のパルス変成器である。キャパシタＣ５が、発光ダイオ
ード３２のパルス間に電荷を蓄積することにより、駆動
回路２４の休止中、電源２０での電圧パルス生成から大
電流パルスをアイソレートするのに供される０発光ダイ
オード３２を流れる電流は主としてキャパシタＣ５に蓄
積された電荷から生ずる。

光パルスがファイバオプチックケーブル２８および渦離
脱流れセンサ１２を通じてプリアンプ回路２６の光検出
器３４へ伝送される。減衰変化は、ファイバオプチック
ケーブル２８の湾曲またはファイバイブチックケーブル
２８内のカップリング部での光の変化の度合いにより影
響を受け、結果的に生ずる光の量の変動は流量計１２で
の流れに比例する。光検出器３４は受容光を電気信号（
標準的には電流）に変換し、そしてこれを切替手段Ｓ１
を通じてプリアンプ回路２６の残りの部分に供給する。

発振器Ｕ６が発光ダイオード３２のための制御信号を発
生するとき、発振器Ｕ６は同様の制御信号をワンショッ
トマルチパイブレークＵ４へも送信する。マルチバイブ
レータＵ４は送信されるパルスの前縁によつてトリガさ
れ、切替手段Ｓｌ。

Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４および演算増幅器Ｕｌを賦活する。こ
うして、プリアンプ回路２６は、発光ダイオード３２が
パルス作動されるとき「ターンオン」される。

演算増幅器Ｕ１は、それが受信した電流パルスを電圧パ
ルスへ変換する。演算増幅器Ｕ１は、マルチバイブレー
タＵ４が切替手段５ｔ−３４を賦活しているとき、その
高速・大電力動作モードへ賦活される。この演算増幅器
は引き続き、発光ダイオード３２へ向かう次のパルスが
受信されるまで、その低速・低電力モードへ復帰する。

こうして、この演算増幅器は、回路の動作にとって必要
でない時間中は、大電力を取り出さない、オフ時間中、
演算増幅器Ｕ４は、その出力電圧を次のパルスまでほと
んど一定に保持する電圧フォロアモードに切り替久られ
る入力接続部を有する。こうして、次のパルスが増幅さ
れるとき出力段での電圧の大幅な変化がない。

ピーク追従サンプル・ホールド機能が％発光ダイオード
３２への次のパルスまで、演算増幅器Ｕ１の出力を記憶
するために、キャパシタＣ１、抵抗Ｒ１および切替手段
Ｓ３の組合せによって遂行される。この組合せによる時
定数は、抵抗Ｒ１とキャパシタＣ１とパルスデューティ
サイクルの値により決定される０時定数は最大のセンサ
信号が通過可能なよう十分速くなければならない。

演算増幅器Ｕ２、Ｕ３が、パルスの平均ピーク電流に等
しい電流を抵抗Ｒ２を通じて引き出すフィードバックル
ープを提供する。この電流は演算増幅器Ｕ１の反転入力
へ与えられる。このようにして、光検出器３４からの信
号の平均ピーク値は演算増幅器Ｕｌの出力から除去され
る。これにより、演算増幅器Ｕ１の出力で認められる増
幅信号だけが平均ピーク値からの変調分でありそしてこ
れらの信号だけが流れセンサ１２を通る流れを認定する
のに必要とされる信号である。このループの時定数は、
所望される最も低い周波数の通過が許容されるがより低
い周波数または雑音がフィードバックルーズにより除去
されるよう十分長い、抵抗Ｒ３、キャパシタｃ２および
パルスデューティサイクルがこの時定数を決定する。

第３図はフィルタ回路３０へ送られる標準的な出力信号
を図示する。

第４図を参照すると、比較器３８．４ｏを備えるフィル
タ回路３０の模式図が図示されている。

これらの増幅器３８．４０は標準的には演算増幅器であ
りそして互いに逆擺性でありそしてこれに基準電圧が与
えられる。これらの電圧は抵抗４２を横断する小さな電
圧に応じて決定される種々の大きさのものである。基準
電圧は信号共通から等距離のところである（標準的には
Ｖ、の域である）、抵抗４４．４６およびキャパシタ４
８は、ライン５０のプリアンプ回路２６から予想される
全ての信号の通過を許容する高域フィルタを形成する。

動作を説明すると、正弦波が２つの比較器３８．４０へ
与えられ、そのそれぞれの出力が、第５図に図示される
ように、５０パーセントのデユーティサイクルよりもわ
ずかに小さいデユーティサイクルを有しそして位相が１
８０度ずれている。ライン５２の演算増幅器３Ｂからの
出力は、ライン５０のプリアンプ回路２６からのその入
力が基準レベルｌを超えているとき、高い状態にあり、
そしてライン５４の演算増幅器４０からの出力が、ライ
ン５０のプリアンプ回路２６からのその入力が基準レベ
ル２よりも小さいとき、高い状態にある。このフィルタ
回路３０は、上述の基準レベルを超えるかまたはこれよ
りも小さい変化する信号により影響を受けることのない
方形波を発生することにより雑音を除去する。

第１図に戻ると、ライン５２．５４の矩形波は、標準的
にはマイクロコンピュータであるコンピュータ５６へ入
力される。コンピュータ５６は、ライン５２および５４
を伝送せられたもののような方形波の立ち上がり縁部で
一定の機能を遂行する。これらの機能は、８にバイトの
ＲＯＭ５８に記憶されるソフトウェアプログラムにより
行われる。一つのソフトウェアプログラムが、ライン５
２および５４の２つの出力信号とプリセットタイミング
発振器６０との間の差を認定することにより、流量計の
流体の流れを計算する。

ＲＯＭ５８に記憶される別のプログラムが、渦離脱現象
の非直線性を修正するために入力信号５２．５４で計算
を遂行する。計算は、周囲温度センサ６２により決定さ
れる温度ドリフトの影響を修正するために行われること
もまた可能である。ライン５２および５４の信号のタイ
ミング変位が必要とされる理由は、必要に応じ、種々の
時間に、種々のソフトウェア作用が開始するよう２つの
異なる前線を提供するのが必要とされるからである。最
後に、全ての修正および計算が完了した後に、コンピュ
ータ５６がある出力パルス幅のものを電圧−電流変換器
６４へ送る。変換器６４は、コンピューター５６からの
計算値に応じて４〜２０ｍＡ電流ループを調整する。変
換器６４の動作は米国特許第４．６０４，５６６号に詳
細に説明されている。出力側（ＯＵＴ）および入力側（
ＩＮ）インターフェース６６および６８が、それぞれ、
コンピュータ５６と中央処理ステーション（図示せず）
との間のディジタル通信を許容する。これらのインター
フェース６６．６８は、操作者が、流量計の機械的性能
や周囲温度や較正や流量などの変量について、流量計を
探索するのを可能にする。操作者は、順次必要な調整を
行うことができる。出力側インターフェース６６は、米
国特許第４，６０７．２４７号に詳細に説明されており
また入力側インターフェースは、米国特許第４．７２９
．１２５号に詳細に説明されている。

４、　　の、Ｊ　を貫口 第１図は、本発明による制御装置のブロック図である。

第２図は、光−電気変換を行う回路を図示する模式図で
ある。

第３図は、プリアンプ回路の出力を図示するグラフ図で
ある。

第４図は、フィルタ回路を図示する模式図である。

第５図はフィルタ回路の出力を図示するグラフ図である
。

ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ファイバオプチック渦離脱流量計を制御するディ
   ジタル電子回路装置において、 発光手段と、 光検出手段と、 測定されるべき変量に応じて発光手段から光検出手段へ
   向かう光の減衰度を変える、発光手段および光検出手段
   に接続される光結合手段と、光の前記減衰度変化に比例
   するディジタル電子信号を発生する手段と、 プロセス変量に応じて、前記ディジタル電子信号を修正
   するコンピュータ手段とから構成されるファイバオプチ
   ック渦離脱流量計制御用ディジタル電子回路装置。
2. （２）前記コンピュータ手段は渦離脱流量計に向かい通
   信を行いそして渦離脱流量計からの通信を行うディジタ
   ル手段を有する請求項第１項記載のファイバオプチック
   渦離脱流量計制御用ディジタル電子回路装置。
3. （３）前記コンピュータ手段は、渦離脱現象の非直線性
   を計算できそしてこれに応じて前記ディジタル電子信号
   を修正することができる請求項第１項記載のファイバオ
   プチック渦離脱流量計制御用ディジタル電子回路装置。
4. （４）前記プロセス変量のうちの一つは温度である請求
   項第１項記載のファイバオプチック渦離脱流量計制御用
   ディジタル電子回路装置。
5. （５）前記発生手段は、前記光減衰の変調分に比例する
   電子信号を発生するために、前記光減衰の平均ピーク値
   を除去するフィードバック回路を備える請求項第１項記
   載のファイバオプチック渦離脱流量計制御用ディジタル
   電子回路装置。