JPS5943314A - 超音波流速測定装置 - 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】 本発明（・Ｊ、超音波流速測′１１４滉１＾″に係り、
特ｉ／Ｃシングアラウンド法による超音波流速測定装置
しく関する。

超音波流速測定装置は、超音波が浦１体中を伝播すると
きの見かけの速度が、流体のり１１ζＩｕ　Ｖこよつ１
−異なることを利用したものである。従来のシングアラ
ウンド法による超音波υ１ｉ、速・流ｐ計をｐ（７３図
に示す。図に於て、１は管を示し、内部を被測定流体（
例えば水）が速度Ｖで管路に演つで矢印Ａ。

方向に流ｔ１．ているものとする。前記管１０所＞［ｌ
距離離れた上流側及びＦ流側の二、断面に、−７・１０
名々送受兼用の超音波振動子（トランスノー：１．、−
　　リ）２．３が装置づｔ′１．でいる。この超；奇波
１辰由ｔ１了・２゜３Ｖよ切換スイッチ４を介して送受
繰返１．ｉ７ｉ’（５と接続されており、−万の超音波
振動イから光射り、／ｒ超音波パルスを他方の超音波振
動子で受波１２、′１４ｊ、気的に増幅して再び前記−
万の超音波振動ｒから発射せしめるように成っている。

ｎｊｌ　ＮＩＬ送受繰返し部５ｉｌｉ、送ＩＪヘルス発
生回路６．受伯回路７．同期回路８から成り、壕ず起動
操作で同期回路８がスタートパルスを送信パルス発生回
路６へ出カー４−る。送信パル、−（ｉｌ、前記（、υ
４１１’＋スーｆツｆ４介介１．看一方の超音波振１１
υ子２・′＼出；ｆ：；、。超音波振ｔｌｌ＋千２ｐ、
１電気信号−５−，７″ｒ　Ｆフイ、１−ｂ；　（１（
Ｈ７！Ｌ−Ｊｊ”ｔ　（−、−ＣＮＹ＋　Ｈ曹Ｈ（パル
スｙ発射し７水中を伝播１１−シめ４．。

この４？ｊ　’ＹＳ波パルスが他力の超１４波振動子３
匠−受波さハると電シ、イ菖しＩ／Ｃ戻さ第１１、受（
ｃ４回路７−＼送らね−ろ。この受信回路７で受イ１１
波の信号増幅が行なわれた。のイつ同期回路を（（砲出
力さＪ１ム３、この同期回路８１臂所定〆７）　）　Ｉ
Ｊ　ノｊレベルで自己回１υ］を行４Ｃいｔｌｌ−パル
スを発生４−る機能をｆＮ、−Ｃ六・す、同期後のパル
スｈ＜　”Ｃｉが前記パルス発生回路６に送出される。

この送信バルースにＬり以−Ｆ前述と回ドηしく（７で
超音波・ζルスの発ｑ１．水中伝↑ｄ４．堂θ・“〜贈
１ｔｒ：醗の各動１′「がイ「１１回も舶恒図されるよ
う（ｌこ７、（つ（二いる。

一方、前記同期回路８′が出カーＪ’、２−ｔパルスＩ
ｉｖ号は、周波数てい倍回１烙９へ〕丞出避ノ１４）よ
うに成っており、送受検収し部５（・（ＴＸ干、、）ｊ
るパルスｆｌｊ袋返［７周波数に応り、た周波よ又でパ
ルス・児１嗟が７℃さｉＬる。こ）Ｌとけ別（ｒ’ｆｉ
、所定時間回一方向に超す４ｒ反パルスの送受がに４返
客オｌ−ると、送・受切替回蹟１０のＪｉｉ令でｒｔｉ
Ｉ記切替スイッチ４が切替わり、今度は超音波振動ｆ−
３から２の方向へ超音波パルスの送受がｌよジれる。

以下、同様に一定周期で送受方向の切柄動作が行なわれ
るようになっている。

ここで、流速をＶ　（ｍ　／　ｓ　）、水中）１連べ−
Ｃ（ｍ／ｓ）、超音波振動子２，３間を超音波が伝わる
距離をＬ　（ｍ　）、超音波の伝達方向と水ＭＩ７との
なす角をθとすると、超音波振動子２から３へ送受を行
なう場合、送受繰返し部５のパルス繰返し周波数ｆｄけ ｆｄ　＝１７Ｔｄ　＝（Ｃ＋Ｖ−ｃｏｓθ）／Ｉ−とな
り、逆に超音波パルス３かも２−＼ｉコク受を行なう場
合、送受繰返し部５のパルス繰返し周波数ｆｕば ｆｕ＝ｌ　　／Ｔｕ　　−（（、’　　−Ｖ−ｃｏｓ　
θ　）ｉＬとなる。前記周波数てい倍回路９のてい倍゛
ぐをＭとし、この周波数てい倍回路９の送受方向（り替
に伴なう二つの発振周波数Ｎ１・（ｄ　、　Ｍ　−ｆｕ
　の差Δｆを求めると、 Δｆ　＝Ｍ　−ｆｄ　　−Ｍ　−ｆｕ ＝　　（（２Ｖ−Ｃ０３（／　　）　　／１．　　）　
　−Ｍとなり、流速Ｖに比例（７た値と／（る。１￥■
記周波τ（てい倍回路９の出））　（’ｆｉｌ　ＫＬ　
ＩＪ−アップＡウンカウ７夕１１が’ｒ＝　！ｌ’ｉ’
、さ力、でおり、このアッグダウンカウンタ１１が前記
送受シＪ檜回路１０から送ら）する切替１ｄ号（ｒ−受
【）てｉｌｕ　肯ン１ｖ　４ｇ　１ｌｌＩＩ−７”−２
から３−＼１１４４音ン皮パルスに一送受・する場合Ｖ
こｔ、ｊ、アッグモード、３カラ２′＼送受するノ局合
につ”」、ダウン壬−ドにｌ；ＩＪ替λ−ながら該周波
λにてい倍回路９の出）Ｊパルスを語数（７で前述１．
７’ｉ７Δｆの演、１′？ゲ行り、（い、流速又は流率
データを出力−１＝　Ｚ、　、ｌ：うにな℃）又いる。

しかしながら、かかる従来技ｉｃｉ　＋／こ才・で−）
てｉｌ：１、紹下警７慨バノ１ス不一ヴ・１ｈすン３ど
１酊ｔ−）に１ンゑ１目を行なう構成なためとくしこ小
１．−］径のＩｉ［’、管で番−１、名屯）！４射セ管
壁を伝わってぐる高１皮等ｔノ）残響の影メ・１゛分受
はセーすく、測定Ｉｉ差を生ｌで／・ことがある４、＋
４１１　′そＶｌ［１往１００問、流速１”／　Ｓの４
合し’　ｉ’−ｆ”：ｙ　ｉｔ　、へ囚１°ｔｒｉ時間
差ΔＩ’　＝＝　’、１．’　１１−　ｉ、”（ｌ　ｌ
ｅｔ、　４　（１ｎ　Ｓ稈ｒｃｔ、　１７かなく、受１
ｇ”／ｌ’ｊ−レで妨害？皮としての前記残響が合成゛
］るとさ、送受方向に拘わらず受信波と残響との間の位
相が同一であれ、は弗んど測ず誤差を生じないが送受方
向によって位相がゲルなっているｌ）合、第２図ＶＣ７
Ｊり’、Ｊ如く受信波が前Ｎｒ’ｒ同１υｊ回路の同期
用トリガレベ／１．に達するタイミングがＪ木受方向シ
こよってΔ【　ノν）けり動してし−まい、こＩ’Ｌが
為、流速σ１１．に１ｌｔｌｌ　＞ｉｄ　ｋ（−大きな
誤差を生じ実用に供し／ｊ−いというゴ；：　１；ｔｓ
合が７４Ｆ）・−）た。

本発明ｔよ、」二記従来技術の欠点（ｌｉ：　；資・’
ｆ−７“［き！１．／こものであり、超音波パルスを受
信１麦再ひ送（ｉｊ−Ｊるまでの間に遅延時間を設置ｆ
〕、かつ、この遅りＳＬ待時間ジッター４・ＨＦ＆ｉる
ことにより、パルス繰返し周期をそれ程遅くすることな
く前記残パくの影、４．ｊ　’ｔｆｆ除去し、小径の管
路でも鞘Ｗよ＜　ｊｉｕ速又Ｑ月り　、ｔ’ｉ？−・、
）ｉ（；１ｊ定全ｒ＝　ウコトｖ＝ｑ　能ｒｚ　＋１Ｈ
ｉｆｒｌＣ速ｄ１１１　′；ｊＺ：ｉ髪ｆｉｌ＋、′？
ｆｆ　；：２供すること分、その目的とする。

以Ｆ、木発門の−・実ｂｉｌａ　１３′ｌＪΔ：第３図
及び）（シ・１図を（二あり、第４図ケよ、その動作を
示すタイミ／′クブー＼−−トである。

Ｐｐ、”、’＋　ｐ；４　Ｌ（ｌ　ｂしく一１１ゝ、・
・ｔ−’ｌｌ’ｒ：　、ｉ１文１−７１１人１３へ（・
ｌ、す４・１〕、・１ツｆ　４　％−イＣシＣ−’ｉ？
　、１　ｔ　、昏着１．−　ｆ−：ｌ’、４　？寵１’
ｙ、’Ｇ　ｉ＋１１　’ｊ、２゜：３どＤｅ　４”Ｌ：
さＪ　Ｉｌｒ　１０，１・”　”　”　発、Ｔ　回１”
ｈ　６　）：’コｒ＝’　””：　１；ｉ　回路　７　
、　　この□−；−”ｌｉ’Ｒ：”■ｈ１”＋　　７　
　（（ｌ　ｉ自　へ・ｌ　ｌ−＞Ｌ＜　’、、、丁り１
　プい１ゾ◇九回路２０〕φび同ｌ用１！、１１　Ｉｆ
！目（λ　ｌ　　７’ｒ）・Ｌ−：’　６−１）′ｔ：
す、ｉ、　−”（、：　、Ｉｉ’＜メ、。

ｆ’ｉｌ　Ｆｌ＋３　＋：′Ｉｉ匈（回路２０（・ｌ−
１・ヌゴ；−，回町１７　ζ′１胃１１・１゜）（り、
劉′イ４波を入力−４′ると代ピ７時１ｉ４１１！ｉｒ
；ｉ　、　！！Ｉｔ　’ｃ、＋・Ｉ♀；う１（１（−１
間７６〜イＪ−ｒる力形彼出υを行なうＩＪＭ　ｆｉｐ
　６−　’ｆ−ｉ　１−、　ｆ　１．ｗ　７．、　、、
・テノ、匠９１［］回路２０　ｒ、７）、ｉ！ｙ：延）
時間τな」、゛ジッター回路２２がら入力さｇ、６；ツ
ぐ−ｆ１−１吟ｒしり受信波の１Ｎツノ毎に異７Ｃ：　
、２、ｉ１４ピ′７シ２ツタ−が川がろ１つ（／こなっ
てぃ／・。前記１１）１延回路２０の１１すＪバク１ス
（・−１同Ｑｊ１回Ｉ、＋古２　］、　”％　送出さ１
１−７）、、、　Ｃ＋７）回１（Ｊ１回１’Ｌ′ｌ１２
　］　＋；Ｉ　、１ｆ−Ｗ延回路２０から送１．　＃’
ｌるベル入信！ンの後はでブリ（−ット状帖と江り後１
（１り一イ−７）［１工圧；ｌｉｌ、ｌ外定！＾・回路
２６が出力−ｊ′））発４Ｗ　７　パルスのＳ７’、　
に７ノζす々イ：ソグで午−パルスを、　ＪＦ２成し前
記送（１’？バノ１ス癒）１１ｉＪ陸１１（じ＼出力す
る０、この送・僧パルス発生回路６１・１．１１ｉ］　
ｉｔｌ’回路８かｔ：）ｊｌ、；　Ｄ）；ｌし―）１１
、月匠上りｉ、ぢ１へベル１合、う色土し、第３図の（
す；・＋１−スインｒ−４、、’−！状態＆ｑ　ｉ、−
ｉ、−，１１・ｙ−＞超ド’ｉ　ｉｌ’７　Ｂ４　’ｐ
＋子２から超音波パルスを出力片しめる。ぞ＋７て、こ
のＩ超音波パルスが水中を伝播［７たのち、他方の超音
波振１ｆｌＪ＋千３で受波され、受信信号＋７５員ｊｌ
　ｌ′Ｉ１２受信回路７へ送ら第１．るようになってい
る。以斗、同様の動作が繰返し行なわれるようになって
いる。

このように構成さハ、た送受繰返（−７部５Ａは、基本
的には受信後送信を行な’）ｔでの間に遅ｔｊ〔時間を
設は受信波１ζ対する残響の影響全除去すんとするもの
であるが、前記遅延時間にジッターを１１−１υ”）る
ことにより送イバパルス列をランダノ・化し−１比較的
短い遅延時間で前記残響の影響をイｊ効に回避するもの
である。

前記送受繰返し７部５の受信回路７及び同期回路２１の
出力側ＩＫＸ可変周波数発振部２３が接続をｆ＋。

ている。この口Ｊ′変周波数発振部２３は、管１に必有
する。具体的に−１、この可変周波数発振部２３は、前
期同期回路２１の出力するパルス信づでり七ットし、′
Ｔ狂Ｆ■二卸１＄１１発振回路２６の出力パルスをＮ卦
１計数すると分周ペア１スを発生１−７１カウンタ２７
と、このノ胛′ノンク２７の出力バフ１ス及び前記つ・
イご回路７の受イ１；・（ルスを人力し７．こオＬら２
人力信Ｆ−数Ｄパルス発生順の違いで正負が変わり、時
間Ｘ′（／（一応じ−Ｃ牝１が央′わるバνス（ｎ脣ｋ
・出力すＺ７誤差検出回路２４と、この誤差検出回路２
４の出力を゛［′均Ｉ−２だ制何１イバ号を発生ずる積
分回路２５と、このｆｌｉｌｌ白）信−リ−が常ｔこ零
になる方向に出力周波数が制省１１さＩｌ、　；；）前
記’ｆ１ｆ、千制向１発振回路２６とが閉ルーグをｊヒ
成ｔ／−’ｒｌ成り、この結果、当酢屯）■−制御発振
回路２６の出力周波数が超音波伝播時間゛１゛奸二反比
１４＝ｌｌし１＝−（直と７【るよつ自１１山１ｈ１盲
叶さＪ’Ｌる。

一方、前記［Ｊ換スイッチ４θｊ［）Ｉｌ述）μ従来技
ｐト１ど同様に送受Ｕ１侍回路１０により−（’−・シ
１−゛周期１ｉｔに送受方向のれυ特イバｆ（さｔｌろ
。そし２Ｃ１”７゛ツフダウンカウンタ１１ＶＣＸす、
送受方向１じ）でアツ７千−ドど〃゛ウンモードにＬＪ
Ｊ替、乏、なから前記＋ｉＪ変周波数発振部２３の発４
辰バノＬスを加・減削数−するこＪ−によ１）、超音波
１辰ｄ山子２か「）３パ・、送受を行なう場合の伝播時
間Ｔｄ　、　３か１−０２−＼送受を行なう場合の伝播
時１１１し一’、１”　ｕきし７、Δｆ′＝　（Ｎ　／
Ｔｄ　）　−（Ｎ　／Ｔｕ　）＝（２■・ＣＯＳθ／Ｌ
）・Ｎ のように流連又ケよＭｌｉ、町ｔて比例１−また周波数
差Δ、′、ｊ−得ることが出来る。

以上のよつに本発明によｔ−ｒげ、受信１５仕）送イ１
１での遅延時間を余り長ぐすることなく受（ｒ’を波（
屹ケ・１する残響の影響を除去−１−ることができ、こ
ｔ　ｌ　７．ｊｉ　７’ｒ−めｌ１ｉ１１１定誤差３．
）少ない連にＡ、的なり１１．’ｘ”Ｉ’＝　・’ｆｉ
ｒ、５１１ｔｌｌｌ　′Ｊｉ二４ｒ＜ｒなつことができ
る３、−まグこ、受信・送１１１の出１１イフ弓・入き
くとれるので、受（Ｒ波に自動利イ（）調整６−掛りべ
゛すくなり一層１１１１定イ氷ｊ■を向上良せることが
Ｃき／）・

【図面の簡単な説明】

第１図は従−米の超音波流速・流Ｍ８１を；’Ｊ’ニー
Ｊ’全１４・ブロック図、ｍ２図は受信波を示°１線図
、第３図は本発明に係２・超−８波τｉＬ連１１１１１
粗装置ｔ’４を２１＜ず冷体ブロック図、第４図Ｖよ第
３図の１ＩＩＩ１作ンリｊ（゛−１カイミニ・グヂャー
トである。 １・・・管、２，３・・・超音波振動イ、４・・・（・
す）咋スイッチ、５，５Ａ・・・送受繰返し部、１０・
・・送受１り暑回路、１１　・了ツゾダウ゛ゾ２ウン々
、２０・・Ｊへ′※ｉ１回間ｌ′ｉ、　　２５〕　　・
　　−パソ　り　−１【旧−１″ｉ、　　　２　　：ｌ
　　−ＭＪ　　＠Ｈ周１ｒｒｉ３；＜　ａ称部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、被測定流体が流、ｉする管路の１すＩ定距離離
   ノ１、た２断面に装着［７斤−利の超音波振動子と、一
   方の超音波振動子から発射した超１’（波パルスを他方
   の超音波振動子で受信Ｉ７、存θ■；時間（・チージッ
   ターの掛かる遅延回路を通１７で１１び前記−ガの超音
   波振ＭＩＩ＋子か０超音波パルスとして発射亡（、めム
   送受絆返Ｉ一部と、この送受繰返（１部の送受ｌｉ向を
   一定周期ＩＵにｑ月感える送受ＬＩＪ換手段と、前記超
   音波・ζ几スの？？路出自流体伝播−する時間に応じた
   一周波数のパルスを発生するＦｉｌ架周波数発振部と、
   この可変周波数発振部が出力建イ）パルスを前記送受切
   換手段の（４す暑固期１ｊＪに廂・減計数ず（）ノノウ
   ンタとを備乏−たことｌ−詩情と一シる超音波振動子５
   ＋−装置１イ４．