JPH03142324A - 超音波パルス流速計 - 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】 〔概　要〕 超音波のビーム方向と少なくとも１つの異なる方向の流
速を計測する超音波パルス流速計と超音波パルスドプラ
流速計とにより物体の流速度を算出し流れをベクトルと
して表示する超音波パルス流速計に関し、 物体の速度をベクトル表示できるようにすることを目的
とし、 ビーム方向の流速度を算出する超音波パルスドプラ流速
計；　トランスデユーサを駆動する超音波ドライブ回路
、トランスデユーサの出力を受ける受信増幅器、各受信
増幅器の出力を受ける複数個の振幅値サンプルホールド
回路、各振幅データ列の相互相関のピークとなる時間差
を算出する相互相関ピーク時間差検出回路、およびその
出力を受ける速度算出回路を具備する超音波パルス流速
計；およびベクトル算出回路を有し、流速をヘクトルと
して算出し表示するよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、超音波パルス流速計に関し、特に超音波のビ
ーム方向と少なくとも１つの異なる方向の流速を計測す
る超音波パルス流速計と超音波パルスドプラ流速計とに
より物体の流速度を算出し流れをベクトルとして表示す
る超音波パルス流速計に関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］従来
形の超音波流速計においては、動いている物体からの反
射波のドプラシフト周波数を用いて流速を算出する方式
が用いられていた。ドプラシフトを用いる方式では、超
音波ビーム方向への速度成分を知ることはできるが、そ
れと異なる方向の速度を検出することはできないという
問題点があった。

本発明の目的は、前述の従来形の流速計の問題点にかん
がみ、少なくとも２つのビーム指向性を有する超音波反
射波の振幅相互相関を用いるという構想に基づき、ビー
ム方向と少なくとも１つの異なる方向の速度成分を検出
可能とし、ビーム方向の速度成分と共に流速をベクトル
として算出し、物体の速度をベクトル表示することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、ビーム方向の流速度を算出する超音
波パルスドプラ流速計３１：　トランスデユーサ１３を
駆動する超音波ドライブ回路１２、該トランスデユーサ
の出力を受ける少なくとも２つの異なるビーム指向性を
有する受信増幅器２０゜２１、前記各受信増幅器の出力
を受ける複数個の振幅値サンプルホールド回路２２．２
３、前記各振幅値サンプルホールド回路の出力である各
振幅データ列の相互相関のピークとなる時間差を算出す
る相互相関ピーク時間差検出回路２４、および前記相互
相関ピーク時間差検出回路の出力を受ける速度算出回路
２５を具備し、それによりビーム方向と少なくとも１つ
の異なる方向速度を求める超音波パルス流速計１０；お
よび、前記超音波パルスドプラ流速計３１の出力および
前記超音波パルス流速計１０の出力の出力を受けるベク
トル算出回路３２を有し、流速をベクトルとして算出し
表示する超音波パルス流速計が提供される。

〔実施例〕

本発明の実施例としての超音波パルス流速計が第１図に
示される。第１図において、コントロール回路１１より
送られたスタート信号により、超音波ドライブ回路１２
はスイッチ１４を介してトランスデユーサ１３を駆動し
、超音波パルスまたはバースト波を外部に送信する。外
部に送信された超音波の物体からの反射波は、トランス
デユーサ１３で受信され、スイッチ１４を介して増幅器
１５へ供給され増幅される。増幅器１５で増幅された出
力は、複数個の遅延回路１６の組および１７の組に加え
られ、フェイズドアレイアンテナと同様な原理に基づき
、各遅延回路の組を構成する各遅延回路の遅延時間を成
る定められた時間に設定することによって、受信超音波
に指向性を持たせるようにすることができる。従って遅
延回路１６の組および１７の組は、それぞれ異なる指向
性を有する反射波を取り出し、各組ごとに加算器′１８
または１９へ加えられる。加算器１８の出力は受信増幅
回路２０へ加えられ増幅され、振幅値サンプル回路とし
ての第１振幅値サンプルホールド回路２２へ供給される
。第１振幅値サンプルホールド回路２２においては、同
時刻、すなわち同距離長のサンプル点の振幅データをコ
ントロール回路１１よりのサンプルポジション指示によ
りサンプルホールドする。加算器１９に加えられた他の
１つの指向性を有する反射波出力は受信増幅回路２１へ
加えられ増幅され、第２振幅値サンプルホールド回路２
３へ供給される。第２振幅値サンプルホールド回路２３
においては、同時刻、すなわち同距離長のサンプル点の
振幅データをコントロール回路１１よりのサンプルポジ
ション指示によりサンプルホールドする。前述の２つの
振幅値サンプルホールドによって発生した２つのデータ
列を相互相関ピーク時間差検出回路２４に加え、２つの
データ列の相互相関ピークとなる時間差を求める。相互
相関ピーク時間差検出回路２４の出力は速度算出回路２
５へ加えられ、これを２つのサンプルポイント間隔およ
びパルス送信間隔で割り流速を算出する。なおサンプル
ポイント間隔は２つの指向方向の角度と、トランスデユ
ーサから各サンプルポイントまでの距離により求まる。

次いで前述の第１図の鎖線内に示された超音波パルス流
速計１０と従来用いられている超音波パルスドプラ流速
計３１を用いて、それぞれＸ方向およびＸ方向の流速を
検出し、ベクトル算出回路３２を用いてベクトルとして
流速を検出する。

第２図は超音波トランスデユーサ４１およびサンプルボ
リューム４２および４３の関係を図示するものである。

なお、サンプルボリューム４２および４３は一部共通部
を有してもよい。トランスデユーサ４１より、超音波は
２つのサンプルボリュームの中心付近に向は発射され、
反射波４４は各サンプルボリュームごとに反射されトラ
ンスデユーサへと返信される。これにより指向性の異な
る複数の反射波がトランスデユーサに受信される。

第３図には第１図の鎖線内に示された超音波パルス流速
計の各部の波形が示される。すなわち、第３図（ａ）は
送信波、（ｂ）は受信波１　、（Ｃ）は受信波２、（ｄ
）はサンプルパルス、（ｅ）は第１振幅値サンプルホー
ルド回路２２の出力、（ｆ）は第２振幅値サンプルホー
ルド回路２３の出力波形である。

第４図には、相互相関ピーク時間差検出回路２４の詳細
なブロック回路図が示される。第１振幅値サンプルホー
ルド回路２２からの出力はオーディオデイレイライン５
１に接続され、第２振幅値サンプルホールド回路２３か
らの出力はオーディオ可変デイレイライン５２へ接続さ
れる。オーディオデイレイライン５１の出力は乗算器５
４および５５の１つの入力端子へ接続され、オーディオ
可変デイレイライン５２の出力はオーディオデイレイラ
イン５３および乗算器５４の他の入力端子へ接続される
。オーディオデイレイライン５３の出力は乗算器５５の
他の入力端子へ接続される。

乗算器５４の出力は差動増幅器５６の反転入力へ、乗算
器５５の出力は差動増幅器５６の非反転入力へ接続され
る。差動増幅器５６の出力は低域フィルタ５７へ供給さ
れ、低域フィルタ５７の出力は相互相関ピーク時間差検
出回路の出力として次段へ供給されるほか電圧制御発振
器（ＶＣＯ）５８へ接続される。電圧制御発振器５８の
出力はオーディオ可変デイレイライン５２０制御入力端
子へ接続される。

第４図の相互相関ピーク時間差検出回路の動作について
説明する。固定のオーディオデイレイライン５１の遅延
時間をτｌ、オーディオ可変デイレイライン５２の遅延
時間をτ３、固定のオーディオデイレイライン５３の遅
延時間をτ２とし、これら３つのデイレイラインと電圧
制御発振器５日の特性が、第５図に示すようなものとす
ると、第４図の回路は自動的に２つの入力信号の相互相
関の最大点を追従する。従って第４図の回路の出力には
が得られる。第６図には上述の関係が説明されており、
横軸は時間、縦軸は相互相関値である。すなわち、τ２
の遅延時間を有するオーディオデイレイライン５３を通
過した信号と通過しない信号の相互相関をそれぞれ乗算
器と低域フィルタを通すことによって得てその両者が等
しくなるようオーディオ可変デイレイライン５２の遅延
時間を電圧制御発振器５８を介して制御することにより
、２つの入力の相互相関ピーク時間差をτｄとして求め
ることができる。なお低域フィルタ５７は差動増幅器５
６の出力側に接続されているが、差動増幅器５６と乗算
器の間に挿入しても作用は同一である。

この実施例の１つの変形として、第１図の破線内の回路
を１回路追加し、ビーム指向性を第７図に示すようにす
れば、ビーム１とビーム２よりＸ方向の流速を、ビーム
１とビーム３により２方向の流速を検出し、さらにドプ
ラ検出によりＸ方向の流速を知れば完全なベクトルとし
て流速を検出することができる。

本実施例においては、２つの測定ポイントの振幅データ
列の相互相関のピークとなる２つの振幅データ列間の時
間差を求めることにより、１つの測定ポイントから他方
の測定ポイントまでに物体が移動するのに要する時間を
算出し、２つの測定ポイント長と上記時間差より、その
物体速度、すなわち流速を検出している。

なお本実施例においては、超音波反射波の指向性を得る
手段として、電気的に遅延回路を用いて行っているが、
これに限定するものでなく音響的に行ってもよい。

〔発明の効果］ 本発明によれば、ビーム方向と少な（とも１つの異なる
方向の速度ｌ成分を検出することができ、ビーム方向の
速度成分と共に流速をベクトルとして算出し、物体の速
度をベクトル表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例としての超音波パルス流速計の
ブロック回路図、第２図は第１図の流速計におけるトラ
ンスデユーサとサンプルボリュームの関係を説明する図
、第３図は第１図の流速計における各部の波形を示す波
形図、第４図は第１図の流速計における相互相関ピーク
時間差検出回路２４の詳細を示すブロック回路図、第５
図および第６図は第４図の回路の動作を説明する特性図
、および第７図は一般的にベクトルとしての流速を説明
する図である。 ｌＯ・・・超音波パルス流速計、 １１・・・コントＣ−ル回路、 １２・・・超音波ドライブ回路、 １３・・・トランスデユーサ、　　１４・・・スイッチ
、１５・・・増幅Ｒ”ｉ、　　　　　１６．１７・・・
遅延回路、１Ｂ、　ＩＣ！・・・加算器、　　　２０．
２１・・・受信増幅回路、２２・・・第１振幅値サンプ
ルホールド回路、２３・・・第２振幅値サンプルホール
ド回路、２４・・・相互相関ピーク時間差検出回路、２
５・・・速度算出回路、 ３１・・・超音波パルスドプラ流速計、３２・・・ベク トル算出回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ビーム方向の流速度を算出する超音波パルスドプラ
   流速計（３１）；トランスデューサ（１３）を駆動する
   超音波ドライブ回路（１２）、該トランスデューサの出
   力を受ける少なくとも２つの異なるビーム指向性を有す
   る受信増幅器（２０、２１）、前記各受信増幅器の出力
   を受ける複数個の振幅値サンプルホールド回路（２２、
   ２３）、前記各振幅値サンプルホールド回路の出力であ
   る各振幅データ列の相互相関のピークとなる時間差を算
   出する相互相関ピーク時間差検出回路（２４）、および
   前記相互相関ピーク時間差検出回路の出力を受ける速度
   算出回路（２５）を具備し、それによりビーム方向と少
   なくとも１つの異なる方向速度を求める超音波パルス流
   速計（１０）；および、前記超音波パルスドプラ流速計
   （３１）の出力および前記超音波パルス流速計（１０）
   の出力を受けるベクトル算出回路（３２）を有し、流速
   をベクトルとして算出し表示する超音波パルス流速計。