JP4953001B2 - Flow rate measuring device, flow rate measuring method, and computer program - Google Patents

Flow rate measuring device, flow rate measuring method, and computer program Download PDF

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Description

本発明は、超音波を利用して金属配管の内部を流動する種々の流体の流量を非接触にて測定可能な流量計測装置、流量計測方法の技術に係る。   The present invention relates to a technique of a flow rate measuring device and a flow rate measuring method that can measure the flow rates of various fluids flowing inside a metal pipe using ultrasonic waves in a non-contact manner.

超音波パルスを利用した超音波流量計としては、特許文献1に開示された技術がある。   As an ultrasonic flowmeter using an ultrasonic pulse, there is a technique disclosed in Patent Document 1.

この超音波流量計は、ドップラ式と呼ばれ、トランスデューサから超音波パルスを流体配管内の測定線に向けて発射し、流体配管内を流れる流体内の懸濁微粒子からの反射波である超音波エコー信号を解析して懸濁微粒子の位置と速度から測定線に沿う流体の流速分布および流量を求める装置である。測定線はトランスデューサから発射される超音波パルスのビームにより形成される。   This ultrasonic flow meter is called a Doppler type, which emits an ultrasonic pulse from a transducer toward a measurement line in the fluid piping, and is an ultrasonic wave that is a reflected wave from suspended fine particles in the fluid flowing in the fluid piping. It is a device that analyzes the echo signal and determines the flow velocity distribution and flow rate of the fluid along the measurement line from the position and velocity of the suspended fine particles. The measurement line is formed by a beam of ultrasonic pulses emitted from the transducer.

超音波流量計は、不透明流体・不透明配管内に適応することができ、流体配管内を流れる流体を非接触測定でき、測定線に沿う線測定で流体配管内の流速分布や、流量が測定できる一方、不透明流体の流速分布や流量測定にも適用でき、水銀・ナトリウム等の液体金属の流動測定にも利用できる利点がある。   The ultrasonic flow meter can be applied to opaque fluid and opaque piping, can measure the fluid flowing in the fluid piping in a non-contact manner, and can measure the flow velocity distribution and flow rate in the fluid piping by line measurement along the measurement line. On the other hand, it can be applied to the flow velocity distribution and flow rate measurement of an opaque fluid, and has the advantage that it can be used to measure the flow of liquid metals such as mercury and sodium.

しかし、流体中に超音波を反射できる反射体、例えば気泡などがある程度存在しないと使えない。この欠点を補う技術は、図13に示すような伝搬時間差法による超音波流量計である。これは、超音波トランスデューサを上流側と下流側とで向かい合わせ、互いに送受信する超音波は、上流側から下流側に発振される超音波のほうが流れに乗るので速くなる、という流速に応じて変化する原理を用いて、流速を決定するものである。   However, it cannot be used unless there are reflectors that can reflect ultrasonic waves in the fluid, such as bubbles. A technique for compensating for this drawback is an ultrasonic flowmeter based on a propagation time difference method as shown in FIG. This is because the ultrasonic transducers face each other on the upstream side and the downstream side, and the ultrasonic waves that are transmitted and received are changed according to the flow velocity that the ultrasonic waves oscillated from the upstream side to the downstream side are faster because they are in the flow. The flow rate is determined using the principle of

更に、超音波の発振と受信との時間差から平均流量を測定する前述したドップラ式や伝搬時間差法以外の超音波流量計としては、図14に示すように、反射波の時間差から相互相関によって流速分布を求める流量計もある。
この相互相関法は、同一の反射体からの異なる複数のパルスに対するエコー信号の時間差から当該反射体の速度を求めるのが測定原理である。流速分布に基づく精密な流量測定が可能であるが、相互相関処理に時間が掛かるという欠点がある。このため、時間分解能を向上させての効率的な相互相関処理が望まれている。
Furthermore, as shown in FIG. 14, an ultrasonic flowmeter other than the Doppler method or the propagation time difference method described above that measures the average flow rate from the time difference between the oscillation and reception of the ultrasonic wave has a flow velocity by cross-correlation from the time difference of the reflected waves. There are also flowmeters that determine the distribution.
In this cross-correlation method, the measurement principle is to obtain the velocity of the reflector from the time difference of echo signals for a plurality of different pulses from the same reflector. Although accurate flow rate measurement based on the flow velocity distribution is possible, there is a drawback that it takes time for cross-correlation processing. For this reason, efficient cross-correlation processing with improved time resolution is desired.

特許文献2においては、探索窓を設定して相互相関処理を実行する領域を特定して処理速度を向上させる技術が記載されている。これは、反射体からのエコー信号の周波数特性を導出し、この平均値および標準偏差から、探索窓を設定するものである。
同一の反射体からのエコー信号を見つけるため、最初の発振パルスを「参照波」、二番目の発振パルスを「探索波」とし、参照波と探索波との相関値が大きい場合に、同一の反射体からのエコー信号として特定するのであるが、探索波ではない反射波を探索波であると誤認してしまうことがあるという従来技術の欠点に対し、探索窓の範囲で探索波を探すことによって誤認を減らすことができる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228620 describes a technique for improving the processing speed by setting a search window and specifying a region where cross-correlation processing is executed. This derives the frequency characteristic of the echo signal from the reflector, and sets the search window from this average value and standard deviation.
In order to find an echo signal from the same reflector, the first oscillation pulse is the “reference wave”, the second oscillation pulse is the “search wave”, and the correlation value between the reference wave and the search wave is large. Searching for the search wave within the search window, which is identified as an echo signal from the reflector, but the reflected wave that is not the search wave may be mistaken for the search wave Can reduce false positives.

特開2000−97742号公報JP 2000-97742 A 特許3795510号公報Japanese Patent No. 3795510

特許文献2に記載の技術では、周波数特性を正確に導出するためには相当数の系列の測定データを取り入れる必要があり、結果としては処理時間が多く掛かってしまっていた。   In the technique described in Patent Document 2, it is necessary to incorporate a considerable number of series of measurement data in order to accurately derive the frequency characteristics, resulting in a long processing time.

本発明が解決しようとする課題は、相互相関処理の時間を短縮して使いやすい流速分布または流量を測定する技術を提供することにある。
請求項1から請求項4に記載の発明の目的は、相互相関処理の時間を短縮して使いやすい流速分布または流量を測定する流量計測装置を提供することにある。
請求項5から請求項8に記載の発明の目的は、相互相関処理の時間を短縮して使いやすい流速分布または流量を測定する流量計測方法を提供することにある。
請求項9から請求項12に記載の発明の目的は、相互相関処理の時間を短縮して使いやすい流速分布または流量を測定する流量計測プログラムを提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide a technique for measuring a flow velocity distribution or flow rate that is easy to use by reducing the time of cross-correlation processing.
An object of the invention described in claims 1 to 4 is to provide a flow rate measuring device for measuring a flow velocity distribution or a flow rate that is easy to use by reducing the time of cross-correlation processing.
An object of the invention described in claims 5 to 8 is to provide a flow rate measuring method for measuring a flow velocity distribution or a flow rate that is easy to use by reducing the time of cross-correlation processing.
An object of the invention described in claims 9 to 12 is to provide a flow rate measurement program for measuring an easy-to-use flow velocity distribution or flow rate by shortening the time of cross-correlation processing.

(請求項1)
請求項1に記載の発明は、 被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いることができる流量計測装置に係る。
すなわち、 トリガ信号を一定の発振周期で出力するエミッショントリガ発振手段と、 そのエミッショントリガ発振手段からのトリガ信号の出力を受けて超音波パルスを一定周期で生成し、被測定流体の流れる流体配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一トランスデューサと、 その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置に固定される第二トランスデューサと、 その第二トランスデューサおよび前記第一トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手段と、 その信号処理手段において処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法・算出手段を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手段と、 前記信号処理手段において処理されたエコー処理信号を、変動探索窓・算出手段および相互相関法・算出手段を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手段と、を備える。
前記伝搬時間差法・算出手段は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出する。
前記変動探索窓・算出手段は、前記トリガ信号の発振周期ごとに、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定する。
前記相互相関法・算出手段は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出することとしたことを特徴とする。
(Claim 1)
The invention according to claim 1 relates to a flow rate measuring apparatus capable of using flow velocity measurement by a propagation time difference method and flow velocity measurement by a cross-correlation method for a pipe through which a fluid to be measured flows.
That is, an emission trigger oscillating means for outputting a trigger signal at a constant oscillation period, and an ultrasonic pulse is generated at a constant period in response to the output of the trigger signal from the emission trigger oscillating means, and the fluid pipe through which the fluid to be measured flows A first transducer that outputs an ultrasonic echo and receives an ultrasonic echo; a second transducer that is fixed at a position facing the downstream side of the pipe to which the first transducer is fixed; and the second transducer And the signal processing means for processing the ultrasonic echo received by the first transducer into an echo processing signal, and the echo processing signal processed by the signal processing means using the propagation time difference method / calculation means An average flow velocity calculating means for calculating a flow velocity, and an eco-process processed by the signal processing means. Using the fluctuation search window / calculation means and the cross-correlation method / calculation means, the position and velocity of the reflector along the measurement line are calculated, and the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated. And a flow velocity distribution / flow rate calculating means.
The propagation time difference method / calculation means includes an ultrasonic pulse received by the second transducer after the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer has passed through the fluid to be measured, and an ultrasonic pulse oscillated from the second transducer. The average flow velocity in the pipe is calculated by analyzing the time difference from the ultrasonic pulse received by the first transducer after the sonic pulse has passed through the fluid to be measured.
The fluctuation search window / calculation means sets the size of the search window using the average flow velocity for each oscillation period of the trigger signal.
The cross-correlation method / calculation means generates an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured while either the first transducer or the second transducer oscillates. Alternatively, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation of the reference wave and the search wave in the search window for the echo processing signal received by either of the second transducers and processed by the signal processing means. It is characterized by that.

(作用)
まず、エミッショントリガ発振手段がトリガ信号を一定の発振周期で出力する。第一トランスデューサは、そのエミッショントリガ発振手段からのトリガ信号の出力を受けて超音波パルスを一定周期で生成し、被測定流体の流れる流体配管内の測定線に沿って出力する。第二トランスデューサもまた、エミッショントリガ発振手段からのトリガ信号の出力を受けて超音波パルスを一定周期で生成し、被測定流体の流れる流体配管内の測定線に沿って出力する。
その第二トランスデューサおよび前記第一トランスデューサが受信した超音波エコーは、信号処理手段がエコー処理信号に信号処理する。
その信号処理手段において処理されたエコー処理信号から、平均流速算出手段が、伝搬時間差法・算出手段を用いて配管内の平均流速を算出する。すなわち、その前記伝搬時間差法・算出手段は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出する。
算出された配管内の平均流速は、前記変動探索窓・算出手段において、前記トリガ信号の発振周期ごとに、探索窓の大きさを設定するのに用いる。それによって、探索窓を効率的、効果的に決定することができる。
一方、前記信号処理手段において処理されたエコー処理信号は、流速分布・流量算出手段が変動探索窓・算出手段および相互相関法・算出手段を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出する。探索窓の決定が効率的、効果的になされているので、正確で迅速な被測定流体の流速分布または流量を算出が可能となる。
(Function)
First, the emission trigger oscillation means outputs a trigger signal at a constant oscillation period. The first transducer receives an output of the trigger signal from the emission trigger oscillating means, generates an ultrasonic pulse at a constant period, and outputs it along a measurement line in a fluid pipe through which the fluid to be measured flows. The second transducer also receives an output of the trigger signal from the emission trigger oscillating means, generates an ultrasonic pulse at a constant period, and outputs it along a measurement line in the fluid piping through which the fluid to be measured flows.
The ultrasonic echoes received by the second transducer and the first transducer are subjected to signal processing by the signal processing means into an echo processing signal.
From the echo processing signal processed by the signal processing means, the average flow velocity calculation means calculates the average flow velocity in the pipe using the propagation time difference method / calculation means. In other words, the said propagation time difference method, calculation means, an ultrasonic pulse the ultrasonic pulses oscillated from the first transducer is received by the second transducer after transmitted through the fluid to be measured, emitted from the second transducer The average flow velocity in the pipe is calculated by analyzing the time difference from the ultrasonic pulse received by the first transducer after the ultrasonic pulse transmitted through the fluid to be measured.
The calculated average flow velocity in the pipe is used for setting the size of the search window for each oscillation period of the trigger signal in the fluctuation search window / calculation means. Thereby, the search window can be determined efficiently and effectively.
On the other hand, the echo processing signal processed by the signal processing means is obtained by using the fluctuation search window / calculation means and the cross-correlation method / calculation means by the flow velocity distribution / flow rate calculation means, and the position of the reflector along the measurement line. And the speed are calculated. Since the search window is determined efficiently and effectively, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured can be calculated accurately and quickly.

(請求項2)
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の流量計測装置の構成を少々変更した、被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いることができる流量計測装置に係る。
請求項1に係る流量計測装置との相違点は、トリガ信号を一定の発振周期で出力するエミッショントリガ発振手段を必須構成としていない点、および変動探索窓・算出手段における探索窓の大きさの設定方法を異ならせた点である。 すなわち、請求項2に係る流量計測装置の変動探索窓・算出手段は、伝搬時間差法・算出手段を用いて算出した平均流速を用いて探索窓の大きさを設定する点は共通するものの、所定のまとまった発振周期で、設定することとしている点で相違する。
(Claim 2)
According to the second aspect of the present invention, the flow rate measurement by the propagation time difference method and the flow rate measurement by the cross-correlation method are performed on the pipe through which the fluid to be measured flows, in which the configuration of the flow measurement device according to the first aspect is slightly changed. The present invention relates to a flow measuring device that can be used.
The difference from the flow rate measuring apparatus according to claim 1 is that the emission trigger oscillation means for outputting the trigger signal at a constant oscillation period is not essential, and the size of the search window in the fluctuation search window / calculation means is set. This is a different method. That is, the fluctuation search window / calculation means of the flow rate measuring apparatus according to claim 2 is common in that the size of the search window is set using the average flow velocity calculated using the propagation time difference method / calculation means. It is different in that it is set with a set oscillation cycle.

ここで、「所定のまとまった発振周期」とは、例えば、0.1秒〜1秒分である。この範囲は、経験的に把握されたものである。0.1秒未満だと乱流の変動を受けやすく、1秒より大きいとポンプの出力変動等の流量そのものが変化してその影響を受けやすいからである。例えば「0.1秒をまとまった発振周期」とし、エコー信号をまとめて取得した後に流速分布・流量を算出する場合、1回だけ平均流速を算出した後、100回分のトリガ信号を発生させ、100の超音波エコーを取得し、平均流速から得られた同一の探索窓を用いて99の流速分布・流量を算出する。   Here, the “predetermined oscillation period” is, for example, 0.1 second to 1 second. This range has been obtained empirically. If it is less than 0.1 seconds, it is easy to be affected by turbulent flow, and if it is longer than 1 second, the flow rate itself such as pump output fluctuation changes and is easily affected. For example, when calculating the flow velocity distribution and flow rate after acquiring echo signals collectively with “0.1 second oscillation period”, after calculating the average flow velocity only once, 100 trigger signals are generated, Ultrasonic echoes are acquired, and 99 flow velocity distributions and flow rates are calculated using the same search window obtained from the average flow velocity.

(作用)
変動探索窓・算出手段は、伝搬時間差法・算出手段にて別途算出した平均流速を用いて探索窓の大きさを設定するが、所定のまとまった発信周期で設定する。
探索窓の決定が効率的、効果的になされているので、正確で迅速な被測定流体の流速分布または流量を算出が、流速分布・流量算出手段が変動探索窓・算出手段および相互相関法・算出手段を用いて可能となる。
(Function)
The fluctuation search window / calculation unit sets the size of the search window using the average flow velocity separately calculated by the propagation time difference method / calculation unit, but sets the search window with a predetermined transmission cycle.
Since the search window is determined efficiently and effectively, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured can be calculated accurately and quickly. This is possible using calculation means.

(請求項3)
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2のいずれかに記載の流量計測装置を限定したものである。
すなわち、前記変動探索窓・算出手段は、前記平均流速値から得られる変動窓の探索範囲を仮設定したら、その仮設定の所定倍数に探索範囲を設定することを特徴とする。
(Claim 3)
The invention according to claim 3 limits the flow rate measuring device according to claim 1 or claim 2.
That is, the fluctuation search window / calculation means temporarily sets a search range of a fluctuation window obtained from the average flow velocity value, and sets the search range to a predetermined multiple of the temporary setting.

(用語説明)
「所定倍数」とは、各測定現場で経験的に特定される数値を採用する。たとえば、流速が速い場合や配管径が太いような場合には小さめの数値とした方が、流速分布または流量の算出を速くすることができる。逆に、流速が遅い場合や配管径が細いような場合には大きめの数値としたほうが、流速分布または流量の算出を正確することができる。
なお、探索範囲を前記平均流速値の二倍に設定すること、すなわち所定倍数を2とすることが合理的であることが、多くの測定現場から経験的に把握されている。
(Glossary)
As the “predetermined multiple”, a numerical value specified empirically at each measurement site is adopted. For example, when the flow velocity is high or the pipe diameter is large, the calculation of the flow velocity distribution or flow rate can be made faster by using a smaller numerical value. Conversely, when the flow velocity is slow or the pipe diameter is small, the calculation of the flow velocity distribution or flow rate can be made more accurate by setting a larger numerical value.
It has been empirically understood from many measurement sites that it is reasonable to set the search range to twice the average flow velocity value, that is, to set the predetermined multiple to 2.

(請求項4)
請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3に記載の発明において、伝搬時間差法・算出手段によってリアルタイムに算出した平均流速と相互相関法・算出手段で算出した流速分布データとを関連づけて蓄積することによってデータベース化しておき、伝搬時間差法・算出手段によって算出した平均流速を用いて、そのデータベースから流速分布データを抽出して用いるということを特徴とする流量計測装置に係る。
(Claim 4)
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the invention, the average flow velocity calculated in real time by the propagation time difference method / calculation means and the flow velocity distribution data calculated by the cross-correlation method / calculation means are obtained. The present invention relates to a flow rate measuring apparatus characterized in that a database is created by associating and accumulating, and the flow velocity distribution data is extracted from the database using the average flow velocity calculated by the propagation time difference method / calculating means.

(作用)
伝搬時間差法・算出手段によって平均流速データをリアルタイムに算出する。また、その平均流速データを用いた相互相関法・算出手段で流速分布データを算出する。そして、当該平均流速データと当該流速分布データとを関連づけて蓄積することによってデータベース化する。
伝搬時間差法・算出手段によって平均流速データはリアルタイムで算出できるものの、相互相関法・算出手段をリアルタイムで活用して流速分布または流量を出力するのに適さないような場合、予め構築されたデータベースから、当該平均流速データに関連する流速分布データを抽出し、流速分布または流量を算出して出力することができる。
(Function)
The average flow velocity data is calculated in real time by the propagation time difference method / calculation means. Further, the flow velocity distribution data is calculated by the cross-correlation method / calculation means using the average flow velocity data. Then, the average flow velocity data and the flow velocity distribution data are stored in association with each other to form a database.
If the average flow velocity data can be calculated in real time by the propagation time difference method / calculation means, but the cross correlation method / calculation means is not suitable for outputting the flow velocity distribution or flow rate in real time, use a pre-built database. The flow velocity distribution data related to the average flow velocity data can be extracted, and the flow velocity distribution or the flow rate can be calculated and output.

(請求項5)
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の流量計測装置に対応する方法発明であって、被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いた流量計測方法に係る。
すなわち、トリガ信号を一定の発振周期で出力するエミッショントリガ発振手順と、 そのエミッショントリガ発振手順によるトリガ信号の出力を受けた第一トランスデューサが超音波パルスを一定周期で生成し、被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一超音波送受信手順と、 その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定した第二トランスデューサが超音波パルスを送受信する第二超音波送受信手順と、 前記第一トランスデューサおよび前記第二トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手順と、 その信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手順と、 前記信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、変動探索窓および相互相関法を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手順と、を備える。
前記伝搬時間差法は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出する。
前記変動探索窓は、前記トリガ信号の発振周期ごとに、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定する。
前記相互相関法は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出する。
(Claim 5)
The invention according to claim 5 is a method invention corresponding to the flow rate measuring device according to claim 1, wherein the flow velocity measurement by the propagation time difference method and the flow velocity measurement by the cross correlation method are performed on the pipe through which the fluid to be measured flows. This relates to a flow measurement method using
That is, an emission trigger oscillation procedure that outputs a trigger signal at a constant oscillation cycle, and the first transducer that receives the trigger signal output by the emission trigger oscillation procedure generates an ultrasonic pulse at a constant cycle, and the fluid to be measured flows The first ultrasonic transmission / reception procedure for outputting along the measurement line in the pipe and receiving the ultrasonic echo, and the second transducer fixed to the position facing the downstream side of the pipe to which the first transducer is fixed are super Processed by a second ultrasonic transmission / reception procedure for transmitting / receiving a sound pulse, a signal processing procedure for processing an ultrasonic echo received by the first transducer and the second transducer into an echo processing signal, and the signal processing procedure. Calculate the average flow velocity in the pipe using the propagation time difference method for the echo processing signal. And the echo processing signal processed in the signal processing procedure, using a variation search window and a cross-correlation method, to calculate the position and velocity of the reflector along the measurement line, A flow velocity distribution / flow rate calculation procedure for calculating a flow velocity distribution or a flow rate.
In the propagation time difference method, the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer is transmitted through the fluid to be measured and then received by the second transducer, and the ultrasonic pulse oscillated from the second transducer is The average flow velocity in the pipe is calculated by analyzing the time difference from the ultrasonic pulse received by the first transducer after passing through the fluid to be measured.
The fluctuation search window sets the size of the search window using the average flow velocity for each oscillation period of the trigger signal.
In the cross-correlation method, either the first transducer or the second transducer oscillates, and an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured is generated by the first transducer or the first transducer. For the echo processing signal received by either of the two transducers and processed by the signal processing means, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation between the reference wave and the search wave in the search window.

(請求項6)
請求項6に記載の発明は、請求項2に記載の流量計測装置に対応する方法発明であり、被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いた流量計測方法に係る。
すなわち、第一トランスデューサが超音波パルスを被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一超音波送受信手順と、 その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定した第二トランスデューサが超音波パルスを送受信する第二超音波送受信手順と、 前記第一トランスデューサおよび前記第二トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手順と、 その信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手順と、 前記信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、変動探索窓および相互相関法を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手順と、を備える。
前記伝搬時間差法は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出する。
前記変動探索窓は、所定のまとまった発振周期で、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定する。
前記相互相関法は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出する。
(Claim 6)
The invention according to claim 6 is a method invention corresponding to the flow rate measuring device according to claim 2, wherein flow velocity measurement by the propagation time difference method and flow velocity measurement by the cross-correlation method are performed on the pipe through which the fluid to be measured flows. This relates to a flow rate measurement method using.
That is, the first transducer outputs an ultrasonic pulse along a measurement line in a pipe through which the fluid to be measured flows, and receives a first ultrasonic transmission / reception procedure for receiving an ultrasonic echo, and a pipe on which the first transducer is fixed A second ultrasonic transmission / reception procedure in which a second transducer fixed to a position facing the downstream side of the ultrasonic wave transmits / receives an ultrasonic pulse, and ultrasonic processing received by the first transducer and the second transducer as an echo processing signal A signal processing procedure, an echo processing signal processed in the signal processing procedure, an average flow velocity calculation procedure for calculating an average flow velocity in the pipe using a propagation time difference method, and an echo processed in the signal processing procedure Calculating the position and velocity of the reflector along the measurement line using a variation search window and cross-correlation method for the processed signal; A flow velocity distribution / flow rate calculation procedure for calculating a flow velocity distribution or a flow rate of the fluid to be measured.
In the propagation time difference method, the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer is transmitted through the fluid to be measured and then received by the second transducer, and the ultrasonic pulse oscillated from the second transducer is The average flow velocity in the pipe is calculated by analyzing the time difference from the ultrasonic pulse received by the first transducer after passing through the fluid to be measured.
The fluctuation search window sets the size of the search window using the average flow velocity at a predetermined set oscillation period.
In the cross-correlation method, either the first transducer or the second transducer oscillates, and an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured is generated by the first transducer or the first transducer. For the echo processing signal received by either of the two transducers and processed by the signal processing means, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation between the reference wave and the search wave in the search window.

(請求項7)
請求項7に記載の発明は、請求項5または請求項6のいずれかに記載の流量計測装置を限定したものである。
すなわち、前記変動探索窓は、前記平均流速値から得られる変動窓の探索範囲を仮設定したら、その仮設定の所定倍数に探索範囲を設定することを特徴とする。
(Claim 7)
The invention according to claim 7 limits the flow rate measuring device according to claim 5 or 6.
That is, the fluctuation search window temporarily sets a search range of the fluctuation window obtained from the average flow velocity value, and sets the search range to a predetermined multiple of the temporary setting.

(請求項8)
請求項8に記載の発明は、請求項5から請求項7のいずれかに記載の流量計測方法を限定したものである。
すなわち、前記流速分布・流量算出手段が算出した流速分布データと前記平均流速算出手段が算出した平均流速とを関連付けて流速分布データベースに蓄積する流速分布データベース作成手順と、 前記流速分布データベースから所定の平均流速データに対応する流速分布データを抽出することによって、被測定流体の流速分布または流量を算出する蓄積データ利用算出手順と、を備えたことを特徴とする。
(Claim 8)
The invention according to claim 8 limits the flow rate measuring method according to any one of claims 5 to 7.
That is, a flow velocity distribution database creation procedure for associating the flow velocity distribution data calculated by the flow velocity distribution / flow velocity calculation means with the average flow velocity calculated by the average flow velocity calculation means and accumulating in the flow velocity distribution database; And a stored data utilization calculation procedure for calculating a flow velocity distribution or a flow rate of the fluid to be measured by extracting flow velocity distribution data corresponding to the average flow velocity data.

(請求項9)
請求項9に記載の発明は、請求項5に記載の流量計測方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムに係り、 被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いた流量計測方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。
そのプログラムは、 トリガ信号を一定の発振周期で出力するエミッショントリガ発振手順と、 そのエミッショントリガ発振手順によるトリガ信号の出力を受けた第一トランスデューサが超音波パルスを一定周期で生成し、被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一超音波送受信手順と、 その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定した第二トランスデューサが超音波パルスを送受信する第二超音波送受信手順と、 前記第一トランスデューサおよび前記第二トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手順と、 その信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手順と、 前記信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、変動探索窓および相互相関法を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手順と、をコンピュータに実行させるものである。
前記伝搬時間差法は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出する。
前記変動探索窓は、前記トリガ信号の発振周期ごとに、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定する。
前記相互相関法は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出する。
(Claim 9)
A ninth aspect of the present invention relates to a computer program for causing a computer to execute the flow rate measuring method according to the fifth aspect, and a flow velocity measurement and cross-correlation method using a propagation time difference method for a pipe through which a fluid to be measured flows. It is a computer program for making a computer perform the flow rate measuring method using the flow velocity measurement by.
The program includes an emission trigger oscillation procedure that outputs a trigger signal at a constant oscillation cycle, and the first transducer that receives the trigger signal output by the emission trigger oscillation procedure generates an ultrasonic pulse at a constant cycle, and The first ultrasonic transmission / reception procedure for receiving ultrasonic echoes while outputting along the measurement line in the pipe through which the pipe flows, and the second transducer fixed at a position facing the downstream side of the pipe to which the first transducer is fixed A second ultrasonic transmission / reception procedure for transmitting / receiving ultrasonic pulses, a signal processing procedure for processing an ultrasonic echo received by the first transducer and the second transducer into an echo processing signal, and processing by the signal processing procedure The calculated echo processing signal is averaged to calculate the average flow velocity in the pipe using the propagation time difference method. Calculate the position and velocity of the reflector along the measurement line from the flow velocity calculation procedure and the echo processing signal processed in the signal processing procedure, using a variation search window and a cross-correlation method, The flow rate distribution / flow rate calculation procedure for calculating the flow rate distribution or flow rate of the fluid is executed by a computer.
In the propagation time difference method, the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer is transmitted through the fluid to be measured and then received by the second transducer, and the ultrasonic pulse oscillated from the second transducer is The average flow velocity in the pipe is calculated by analyzing the time difference from the ultrasonic pulse received by the first transducer after passing through the fluid to be measured.
The fluctuation search window sets the size of the search window using the average flow velocity for each oscillation period of the trigger signal.
In the cross-correlation method, either the first transducer or the second transducer oscillates, and an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured is generated by the first transducer or the first transducer. For the echo processing signal received by either of the two transducers and processed by the signal processing means, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation between the reference wave and the search wave in the search window.

(請求項10)
請求項10に記載の発明は、請求項6に記載の流量計測方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムに係る。
すなわち、第一トランスデューサが超音波パルスを被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一超音波送受信手順と、 その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定した第二トランスデューサが超音波パルスを送受信する第二超音波送受信手順と、 前記第一トランスデューサおよび前記第二トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手順と、 その信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手順と、 前記信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、変動探索窓および相互相関法を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手順と、をコンピュータに実行させるものである。
前記伝搬時間差法は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出する。
前記変動探索窓は、所定のまとまった発振周期で、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定する。
前記相互相関法は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出する。
(Claim 10)
The invention according to claim 10 relates to a computer program for causing a computer to execute the flow rate measuring method according to claim 6.
That is, the first transducer outputs an ultrasonic pulse along a measurement line in a pipe through which the fluid to be measured flows, and receives a first ultrasonic transmission / reception procedure for receiving an ultrasonic echo, and a pipe on which the first transducer is fixed A second ultrasonic transmission / reception procedure in which a second transducer fixed to a position facing the downstream side of the ultrasonic wave transmits / receives an ultrasonic pulse, and ultrasonic processing received by the first transducer and the second transducer as an echo processing signal A signal processing procedure, an echo processing signal processed in the signal processing procedure, an average flow velocity calculation procedure for calculating an average flow velocity in the pipe using a propagation time difference method, and an echo processed in the signal processing procedure Calculating the position and velocity of the reflector along the measurement line using a variation search window and cross-correlation method for the processed signal; A flow rate distribution / flow rate calculation procedure for calculating a flow rate distribution or a flow rate of the fluid to be measured is executed by a computer.
In the propagation time difference method, the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer is transmitted through the fluid to be measured and then received by the second transducer, and the ultrasonic pulse oscillated from the second transducer is The average flow velocity in the pipe is calculated by analyzing the time difference from the ultrasonic pulse received by the first transducer after passing through the fluid to be measured.
The fluctuation search window sets the size of the search window using the average flow velocity at a predetermined set oscillation period.
In the cross-correlation method, either the first transducer or the second transducer oscillates, and an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured is generated by the first transducer or the first transducer. For the echo processing signal received by either of the two transducers and processed by the signal processing means, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation between the reference wave and the search wave in the search window.

(請求項11)
請求項11に記載の発明は、請求項7に記載のコンピュータプログラムを限定したものであり、
前記変動探索窓は、前記平均流速値から得られる変動窓の探索範囲を仮設定したら、その仮設定の所定倍数に探索範囲を設定することを特徴とする。
(Claim 11)
The invention described in claim 11 limits the computer program described in claim 7,
If the search range of the fluctuation window obtained from the average flow velocity value is temporarily set, the search range is set to a predetermined multiple of the temporary setting.

(請求項12)
請求項12に記載の発明は、請求項9から請求項11に記載のコンピュータプログラムを限定したものである。
前記流速分布・流量算出手段が算出した流速分布データと前記平均流速算出手段が算出した平均流速とを関連付けて流速分布データベースに蓄積する流速分布データベース作成手順と、
前記流速分布データベースから所定の平均流速データに対応する流速分布データを抽出することによって、被測定流体の流速分布または流量を算出する蓄積データ利用算出手順と、コンピュータに実行させることとしたことを特徴とする。
(Claim 12)
The invention described in claim 12 limits the computer program described in claims 9-11.
A flow velocity distribution database creation procedure for associating the flow velocity distribution data calculated by the flow velocity distribution / flow velocity calculation means with the average flow velocity calculated by the average flow velocity calculation means and accumulating in the flow velocity distribution database;
By extracting flow velocity distribution data corresponding to predetermined average flow velocity data from the flow velocity distribution database, the stored data utilization calculation procedure for calculating the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is executed by a computer. And

請求項12にて限定した手順は、例えば、伝搬時間差法・算出手段によって平均流速データはリアルタイムで算出できるものの、相互相関法・算出手段をリアルタイムで活用して流速分布または流量を出力するのに適さないような場合において、選択的に実行される。   The procedure defined in claim 12 is, for example, to output the flow velocity distribution or flow rate using the cross-correlation method / calculation means in real time, although the average flow velocity data can be calculated in real time by the propagation time difference method / calculation means. In cases where it is not suitable, it is selectively executed.

請求項9から請求項12に記載のコンピュータプログラムを、所定の情報処理端末にインストールし、第一および第二トランスデューサを設定すれば、請求項1から請求項4に記載する流量計測装置を提供することとなる。   If the computer program according to any one of claims 9 to 12 is installed in a predetermined information processing terminal and the first and second transducers are set, the flow measuring device according to any one of claims 1 to 4 is provided. It will be.

請求項1から請求項4に記載の発明によれば、相互相関処理の時間を短縮して使いやすい流速分布または流量を測定する流量計測装置を提供することができた。
請求項5から請求項8に記載の発明によれば、相互相関処理の時間を短縮して使いやすい流速分布または流量を測定する流量計測方法を提供することができた。
請求項9から請求項12に記載の発明によれば、相互相関処理の時間を短縮して使いやすい流速分布または流量を測定する流量計測プログラムを提供することができた。
According to the first to fourth aspects of the present invention, it is possible to provide a flow rate measuring device that measures a flow velocity distribution or a flow rate that is easy to use by reducing the time of cross-correlation processing.
According to the invention described in claims 5 to 8, it is possible to provide a flow rate measuring method for measuring a flow velocity distribution or a flow rate that is easy to use by reducing the time of cross-correlation processing.
According to the invention described in claims 9 to 12, it is possible to provide a flow rate measurement program for measuring a flow velocity distribution or flow rate that is easy to use by reducing the time of cross-correlation processing.

本願発明を、実施形態および図面を参照して説明する。ここで使用する図面は、図1から図12である。図1、図3、図4および図5は、本願発明の実施形態を示すブロック図である。図2は、本発明の原理を示す概念図である。図6は、ハードウェア構成図である。図7から図12は、相互相関法の処理手順を説明した図である。   The present invention will be described with reference to embodiments and drawings. The drawings used here are FIGS. 1 to 12. 1, FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 5 are block diagrams showing embodiments of the present invention. FIG. 2 is a conceptual diagram showing the principle of the present invention. FIG. 6 is a hardware configuration diagram. 7 to 12 are diagrams for explaining the processing procedure of the cross-correlation method.

(図1)
図1は、本発明の第一の実施形態をブロック図で示している。すなわち、第一の実施形態は、伝搬時間差法・算出システムにて平均流速を算出し、相互相関法・算出システムにおける探索窓の設定において前記平均流速を用い、相互相関法によって被測定流体の流速分布または流量を算出するものである。
(Figure 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. That is, in the first embodiment, the average flow velocity is calculated by the propagation time difference method / calculation system, the average flow velocity is used in setting the search window in the cross-correlation method / calculation system, and the flow velocity of the fluid to be measured by the cross-correlation method. The distribution or flow rate is calculated.

伝搬時間差法・算出システムは、上流および下流で対向する超音波トランスデューサからの超音波を送信し、各トランスデューサにて互いの超音波を受信する。上流に設置されたトランスデューサから下流に設置されたトランスデューサに向かう超音波のほうが、下流に設置されたトランスデューサから上流に設置されたトランスデューサに向かう超音波よりも速い。流体の流れに沿って進むからである。その伝搬時間の差を捉えることで流速分布を算出するのが、伝搬時間差法・算出システムである。   The propagation time difference method / calculation system transmits ultrasonic waves from ultrasonic transducers facing each other upstream and downstream, and receives each other's ultrasonic waves at each transducer. The ultrasonic wave directed from the transducer installed upstream to the transducer installed downstream is faster than the ultrasonic wave directed from the transducer installed downstream to the transducer installed upstream. This is because it proceeds along the flow of the fluid. The propagation time difference method / calculation system calculates the flow velocity distribution by capturing the difference in propagation time.

一方、相互相関法・算出システムは、単独の超音波トランスデューサからの超音波を送信し、反射体に反射された反射波を受信する。送信する超音波は、参照波と探索波があり、探索窓の範囲でそれを探索する。この探索窓の範囲設定が大きければ間違いが少なく、流速分布の算出も正確になるが、範囲が大きすぎると計算時間が多く掛かる。
そこで、前述の伝搬時間差法・算出システムにて算出された平均流速を用いて探索窓を設定することで、合理的な探索範囲とし、流速分布または流量を算出して、出力手段に算出結果を出力させるものである。単位時間の流量ではなく、流速分布を出力する場合を示すため、図1において二点破線にて示している。
On the other hand, the cross-correlation method / calculation system transmits an ultrasonic wave from a single ultrasonic transducer and receives a reflected wave reflected by the reflector. The ultrasonic wave to be transmitted has a reference wave and a search wave, and searches for them within the search window. If the range setting of the search window is large, there are few mistakes and the calculation of the flow velocity distribution is accurate. However, if the range is too large, it takes a lot of calculation time.
Therefore, by setting the search window using the average flow velocity calculated by the propagation time difference method / calculation system described above, a reasonable search range is obtained, the flow velocity distribution or flow rate is calculated, and the calculation result is output to the output means. It is what is output. In order to show the case where the flow velocity distribution is output instead of the unit time flow rate, it is indicated by a two-dot broken line in FIG.

(図2)
図2では、参照窓およびその参照波のエコー信号、探索窓および探索窓のエコー信号を図示するとともに、それらから平均流速を用いて探索範囲を決定する手順を、概念的に示したものである。
従来、探索窓の大きさをエミッショントリガの発振周期τごとに設定する変動探索窓法では、各τにおいてデジタル超音波エコー信号をFFTにより算出する平均周波数fG及びσから、統計学のいわゆる3σルール(正規分布において、平均値±3σの範囲に全体の99.7%が包含される)により、出現し得る周波数帯を平均周波数fG±3σの範囲とみなし、存在し得る超音波反射体の速度の最小値umin及び最大値umax をfG +3σ、fG−3σから求め、探索窓の大きさΔτmin及びΔτmaxを決定しこの範囲の中で探索波を探すようにする(図中(a)の範囲)。
この探索窓の大きさを求める計算は、3σルールを用いて範囲を限定しているものの、膨大な計算が必要となっていた。
(Figure 2)
FIG. 2 illustrates the reference window, the echo signal of the reference wave, the search window, and the echo signal of the search window, and conceptually shows the procedure for determining the search range using the average flow velocity therefrom. .
Conventionally, in the variable search window method in which the size of the search window is set for each oscillation period τ of the emission trigger, the so-called 3σ rule of statistics is calculated from the average frequencies fG and σ calculated by FFT of the digital ultrasonic echo signal at each τ. (In the normal distribution, 99.7% of the whole is included in the range of the average value ± 3σ), the frequency band that can appear is regarded as the range of the average frequency fG ± 3σ, and the velocity of the ultrasonic reflector that can exist The minimum value umin and the maximum value umax are determined from fG + 3σ and fG-3σ, the search window sizes Δτmin and Δτmax are determined, and the search wave is searched in this range (range (a) in the figure). .
The calculation for obtaining the size of the search window is limited in scope using the 3σ rule, but requires enormous calculation.

一方、本発明では、伝搬時間差法により算出した平均流速から予測される位置及びその予測される位置(図中(d)にて示す位置および範囲)を中心とし、探索範囲をその平均流速の整数倍と設定することにより、探索窓の大きさを決定するものである図中(b)の範囲)。これにより、探索範囲を3σルールよりも小さくすることが可能になる。
なお、流れ方向が特定されるため一方の探索窓は不要となり、探索窓の一方を特定できる(図中(c)の範囲)。
On the other hand, in the present invention, the position predicted from the average flow velocity calculated by the propagation time difference method and the predicted position (the position and range indicated by (d) in the figure) are the center, and the search range is an integer of the average flow velocity. By setting it to double, the size of the search window is determined (range (b) in the figure). This makes it possible to make the search range smaller than the 3σ rule.
Since the flow direction is specified, one search window is not necessary, and one of the search windows can be specified (range (c) in the figure).

(図3)
図3において、データの流れを数字で示し、以下の説明にて用いる。
図3に示す第二の実施形態は、伝搬時間差法・算出システムにおいて平均流速データを算出したら、相互相関法・算出システムに送る(1)という点は、第一の実施形態と同じである(第一の実施形態と同じ処理手順の場合については、二点破線にて示している)。
伝搬時間差法・算出システムにて流速分布データが算出できたら、それを、前述の平均流速データとともに流速分布データベースに蓄積することでデータベース化するのである(2,3)。
そして、この流速分布データベースから適切な関連データを抽出し、流速分布または流量を算出する(4)。
(Figure 3)
In FIG. 3, the data flow is indicated by numerals and used in the following description.
The second embodiment shown in FIG. 3 is the same as the first embodiment in that the average flow velocity data is calculated in the propagation time difference method / calculation system and sent to the cross-correlation method / calculation system (1) ( The case of the same processing procedure as in the first embodiment is indicated by a two-dot broken line).
Once the flow velocity distribution data can be calculated by the propagation time difference method / calculation system, it is compiled into a database by accumulating it in the flow velocity distribution database together with the aforementioned average flow velocity data (2, 3).
Then, relevant relevant data is extracted from the flow velocity distribution database, and the flow velocity distribution or flow rate is calculated (4).

この実施形態によれば、伝搬時間差法・算出手段によって平均流速データはリアルタイムで算出できるものの、相互相関法・算出手段をリアルタイムで活用して流速分布または流量を出力するのに適さないような場合であっても、流速分布または流量を算出して出力することができる。   According to this embodiment, the average flow velocity data can be calculated in real time by the propagation time difference method / calculation means, but the cross-correlation method / calculation means is not suitable for outputting the flow velocity distribution or flow rate in real time. Even so, the flow velocity distribution or flow rate can be calculated and output.

(図4)
図4においては、前述の第一の実施形態を実線で、第二の実施形態のみに関わる部分を二点破線で示している。
エミッショントリガ発振手段が、第一および第二のトランスデューサにトリガ信号を発振する。すると、それぞれのトランスデューサに設けられた超音波パルス発振手段が配管内の被測定流体に向かって超音波パルスを発信する。そして、各トランスデューサにて互いが発振した超音波パルスを受信するとともに、必要な反射波を受信する。この図示例では、第一トランスデューサが自らの発振した超音波パルスによる反射波(超音波エコー)と、第二トランスデューサが発振した超音波パルスとを受信する。第二トランスデューサは、第一トランスデューサが発振した超音波パルスのみを受信する。
(Fig. 4)
In FIG. 4, the first embodiment described above is indicated by a solid line, and a portion related only to the second embodiment is indicated by a two-dot broken line.
An emission trigger oscillation means oscillates a trigger signal for the first and second transducers. Then, the ultrasonic pulse oscillation means provided in each transducer transmits an ultrasonic pulse toward the fluid to be measured in the pipe. And while receiving the ultrasonic pulse which mutually oscillated in each transducer, it receives a necessary reflected wave. In this illustrated example, the first transducer receives a reflected wave (ultrasonic echo) by an ultrasonic pulse oscillated by itself and an ultrasonic pulse oscillated by the second transducer. The second transducer receives only the ultrasonic pulse generated by the first transducer.

各トランスデューサが受信した超音波パルス、超音波エコーは、信号処理手段によって適切な信号処理がなされる。図5にて示すこととしてこの図では図示を省略するが、ローパスフィルタによるフィルタリング、ADコンバータによるアナログデジタル変換、ウォールフィルタによるウォールフィルタリング処理などである。   The ultrasonic pulse and ultrasonic echo received by each transducer are subjected to appropriate signal processing by the signal processing means. As shown in FIG. 5, although not shown in this figure, filtering by a low-pass filter, analog-digital conversion by an AD converter, wall filtering processing by a wall filter, and the like.

前記信号処理手段によって処理された処理信号は、平均流速算出手段および流速分布・流量算出手段に、それぞれ必要なデータが送られる。
平均流速算出手段では、伝搬時間差法算出手段によって平均流速データが算出される。平均流速データを蓄積するための平均流速データベースが設けられている場合には、関連データとともにデータベース化される。
The processing signal processed by the signal processing means is sent necessary data to the average flow velocity calculation means and the flow velocity distribution / flow rate calculation means.
In the average flow velocity calculation means, the average flow velocity data is calculated by the propagation time difference method calculation means. When an average flow velocity database for accumulating average flow velocity data is provided, it is databased together with related data.

流速分布・流量算出手段では、変動探索窓・算出手段が、探索波と参照波とを、探索窓の範囲で探索する。この探索窓の範囲設定において、前述の平均流速データを用いる。そして、相互相関・算出手段によって流速分布または流量を算出し、出力手段を介して算出結果を出力するのである。   In the flow velocity distribution / flow rate calculation means, the fluctuation search window / calculation means searches for the search wave and the reference wave within the search window. In the search window range setting, the above average flow velocity data is used. Then, the flow velocity distribution or flow rate is calculated by the cross-correlation / calculation means, and the calculation result is output via the output means.

(図5)
図5には、第一の実施形態における信号処理手段について詳細に説明したものである。
すなわち、信号処理手段は、ローパスフィルタ30b、ADコンバータ32、ウォールフィルタ処理部33を備えて構成されている。ローパスフィルタ30bによって不要な周波数成分を取り除き、ADコンバータ32にてアナログデジタル変換を実行する。そして、ウォールフィルタ処理部33のウォールフィルタによりクラッタノイズを除去する。
以上のようにして処理された処理信号が、平均流速算出手段および流速分布・流量算出手段37にて用いられることとなる。
(Fig. 5)
FIG. 5 illustrates in detail the signal processing means in the first embodiment.
That is, the signal processing means includes a low-pass filter 30b, an AD converter 32, and a wall filter processing unit 33. An unnecessary frequency component is removed by the low-pass filter 30b, and analog-digital conversion is executed by the AD converter 32. Then, the clutter noise is removed by the wall filter of the wall filter processing unit 33.
The processing signal processed as described above is used in the average flow velocity calculation means and the flow velocity distribution / flow rate calculation means 37.

(図6)
図6は、前述してきた第一または第二の実施形態のシステム構成を概略にて示している。
パソコン(図中「「PC」」11)と、そのパソコン11が読み出し実行可能な超音波流速分布および流量測定プログラムとが協働し、被測定流体が流れる配管18に対して、超音波流速分布計および流量計として機能する。すなわち、パソコン11に内蔵されるハードディスクには、超音波流速分布および流量測定プログラムがインストールされている。
(Fig. 6)
FIG. 6 schematically shows the system configuration of the first or second embodiment described above.
The personal computer ("PC" 11 in the figure) and the ultrasonic flow velocity distribution and flow rate measurement program that can be read and executed by the personal computer 11 cooperate with each other, and the ultrasonic flow velocity distribution is applied to the pipe 18 through which the fluid to be measured flows. Functions as a meter and flow meter. That is, the ultrasonic velocity distribution and flow measurement program is installed in the hard disk built in the personal computer 11.

配管18には、上流側において第一トランスデューサ15、それに向かい合う下流側に第二トランスデューサ15aが固定される。
超音波トランスデューサ15,15aは、配管18に所定の設置角度θをなして外側から設置される。第一トランスデューサ15から発信された超音波パルスは、図1に示される測定線MLに沿って、配管18内を流れる被測定流体17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。超音波反射体(気泡48)によって反射された反射波は、超音波トランスデューサ15に戻る。また、第二トランスデューサ15aから発信された超音波パルスも受信する。
一方、第二トランスデューサ15aは、第一トランスデューサ15から発信された超音波パルスを受信する。
In the pipe 18, a first transducer 15 is fixed on the upstream side, and a second transducer 15 a is fixed on the downstream side facing the first transducer 15.
The ultrasonic transducers 15 and 15a are installed on the pipe 18 from the outside at a predetermined installation angle θ. The ultrasonic pulse transmitted from the first transducer 15 is incident and suspended (mixed) in the fluid to be measured 17 flowing in the pipe 18 along the measurement line ML shown in FIG. It is reflected by. The reflected wave reflected by the ultrasonic reflector (bubble 48) returns to the ultrasonic transducer 15. The ultrasonic pulse transmitted from the second transducer 15a is also received.
On the other hand, the second transducer 15 a receives the ultrasonic pulse transmitted from the first transducer 15.

図示は省略しているが、前述のトランスデューサ15,15aは、音響インピーダンスを整合させるため、音響カプラを介して配管18に設置されることが一般的である。
超音波流速分布および流量測定時において、例えば、トランスデューサ15,15aが発信する超音波パルスの周波数の制御や反射波を受信する際のゲイン調整等の測定に付随的な処理操作(以下、「基本処理操作」)は、事前設定される基本処理プログラムによって各種機能が実現される。基本処理プログラムは、例えば、パソコン11に内蔵されるハードディスク等のパソコン11が読み出し可能な記録手段に記録され、保存される。
Although illustration is omitted, the above-described transducers 15 and 15a are generally installed in the pipe 18 via an acoustic coupler in order to match the acoustic impedance.
At the time of ultrasonic flow velocity distribution and flow rate measurement, for example, processing operations associated with measurement such as control of the frequency of ultrasonic pulses transmitted by the transducers 15 and 15a and gain adjustment when receiving reflected waves (hereinafter referred to as “basic”). The “processing operation”) has various functions realized by a preset basic processing program. The basic processing program is recorded and stored in a recording means readable by the personal computer 11 such as a hard disk built in the personal computer 11, for example.

(図7)
相互相関・算出手段は、流速を算出する処理を実行するのであるが、それを繰り返して流速プロファイルを作成して蓄積することもできる。作成したプロファイルは、算出した流速の誤差修正などに用いる。
また、流速分布については、関連するデータとともに、データベース化する。流速分布のデータをデータベース化して備えることで、リアルタイムな平均流速データの算出が困難な場合などに用いることができる。
(Fig. 7)
The cross-correlation / calculation means executes a process for calculating the flow velocity, but it can be repeated to create and store a flow velocity profile. The created profile is used for error correction of the calculated flow velocity.
The flow velocity distribution is made into a database together with related data. By providing the data of flow velocity distribution in a database, it can be used when it is difficult to calculate real-time average flow velocity data.

(図8)
図8では、図5の信号処理手段を詳述しており、トリガ信号および超音波エコー信号受信波形とADコンバータ32のサンプリングのタイミングとの関係を説明している。
横軸は時間軸、縦軸は信号レベルであり、上段はトリガ信号の時間変化、中段は超音波エコー信号受信波形の時間変化、下段はADコンバータ32のサンプリングのタイミングが図示される。図8の上段に示すようにトリガ信号は、例えば、所定時間(τ)間隔毎にパルス状の信号が次々と出力されている。このトリガ信号のタイミングに合わせて超音波エコー信号の受信およびADコンバータ32のサンプリングのタイミングが制御される。
(Fig. 8)
FIG. 8 details the signal processing means of FIG. 5 and explains the relationship between the trigger signal and ultrasonic echo signal reception waveform and the sampling timing of the AD converter 32.
The horizontal axis represents the time axis, the vertical axis represents the signal level, the upper stage shows the time change of the trigger signal, the middle stage shows the time change of the received waveform of the ultrasonic echo signal, and the lower stage shows the sampling timing of the AD converter 32. As shown in the upper part of FIG. 8, for example, pulse signals are output one after another as the trigger signal at predetermined time (τ) intervals. The timing of reception of the ultrasonic echo signal and the sampling of the AD converter 32 are controlled in accordance with the timing of this trigger signal.

ADコンバータ32は、図8の下段に示すように、超音波エコー信号を極めて短時間幅、例えば1μs毎にデジタルサンプリング処理して、デジタル超音波エコー信号を取得、すなわち、所要系列数の時系列データ(例えば、512系列分)を取得する。ADコンバータ32が、所要系列数分の時系列データの取得を完了すると、ウォールフィルタ(WF)処理工程としてデジタル超音波エコー信号に対してウォールフィルタ処理部33がWF処理を実行する。ウォールフィルタ処理部33はクラッタノイズを低減する。WF処理が完了した超音波エコー信号は、信号解析手順によって信号解析される。   As shown in the lower part of FIG. 8, the AD converter 32 digitally samples the ultrasonic echo signal for a very short time width, for example, every 1 μs, and obtains the digital ultrasonic echo signal, that is, the time series of the required number of series. Data (for example, 512 series) is acquired. When the AD converter 32 completes acquisition of time series data for the required number of series, the wall filter processing unit 33 executes WF processing on the digital ultrasonic echo signal as a wall filter (WF) processing step. The wall filter processing unit 33 reduces clutter noise. The ultrasonic echo signal for which the WF process has been completed is subjected to signal analysis by a signal analysis procedure.

信号解析とは、相互相関法を用いて超音波エコー信号を解析することにより、配管18内を流れる流体17の測定線(ステンレス管の直径方向線)MLに沿う速度分布を求めること又はMLに沿う速度分布を求め、求めた流速分布を配管18の内部面積に沿って積分することにより流量を求めることである。   The signal analysis is to obtain a velocity distribution along the measurement line (diameter direction line of the stainless steel pipe) ML of the fluid 17 flowing in the pipe 18 by analyzing the ultrasonic echo signal using the cross-correlation method. The flow rate is obtained by obtaining a velocity distribution along the line and integrating the obtained flow velocity distribution along the internal area of the pipe 18.

信号解析手順は、流体中の超音波反射体群の位置および速度を算出する反射体位置・速度算出工程と、この反射体位置・速度算出工程で算出した流体中の超音波反射体群の位置および速度から流体の流速分布を算出する流速分布算出工程と、この流速分布算出工程で算出した流速分布を配管18の内部面積に沿う積分演算を行い、流量を算出する流量算出工程とを備える。   The signal analysis procedure includes a reflector position / velocity calculation step for calculating the position and velocity of the ultrasonic reflector group in the fluid, and a position of the ultrasonic reflector group in the fluid calculated in the reflector position / velocity calculation step. And a flow rate calculation step of calculating a flow rate distribution of the fluid from the velocity, and a flow rate calculation step of calculating the flow rate by performing an integral operation along the internal area of the pipe 18 with respect to the flow rate distribution calculated in the flow rate distribution calculation step.

信号解析手順としての超音波エコー信号の信号解析は、まず、反射体位置・速度算出工程として反射体位置・速度算出部36が、超音波反射体群の位置および速度を算出する。超音波反射体群の位置および速度の算出は、極めて短時間幅、例えば1μs毎に512系列サンプリングされるデジタル超音波エコー信号の連続する系列、すなわち、n番目の系列に含まれる反射波(参照波)45とn+1番目の系列(nは、1<n<511を満たす整数)に含まれる反射波(探索波)46との相互相関を計算する。   In the signal analysis of the ultrasonic echo signal as the signal analysis procedure, first, the reflector position / velocity calculation unit 36 calculates the position and velocity of the ultrasonic reflector group as a reflector position / velocity calculation step. The position and velocity of the ultrasonic reflector group are calculated for a very short time width, for example, a continuous series of digital ultrasonic echo signals sampled 512 series every 1 μs, that is, reflected waves included in the nth series (see Wave) 45 and the cross-correlation between the reflected wave (search wave) 46 included in the (n + 1) th series (n is an integer satisfying 1 <n <511).

相互相関計算処理ステップとしての参照波45と探索波46との相互相関の計算は、探索窓の大きさを、変動探索窓法を用いて設定し、探索波46における必要な探索範囲において、参照波45との相互相関をn=1からn=511まで実行する。そして、参照波45と探索波46との相互相関を計算し、相関値がある一定値(閾値)以上の場合、同一の超音波反射体からの反射波とみなす位相特定ステップを実行し、続いて、位相差計算ステップにより特定した参照波45および探索波46の位相差を求め、その位相差から超音波反射体の位置および速度を算出する位置・速度算出ステップを実行する。   The calculation of the cross-correlation between the reference wave 45 and the search wave 46 as the cross-correlation calculation processing step is performed by setting the size of the search window using the variation search window method, and in the necessary search range in the search wave 46 Cross correlation with wave 45 is performed from n = 1 to n = 511. Then, the cross-correlation between the reference wave 45 and the search wave 46 is calculated, and when the correlation value is equal to or greater than a certain value (threshold value), a phase specifying step that regards the reflected wave from the same ultrasonic reflector is executed, Then, the phase difference between the reference wave 45 and the search wave 46 specified in the phase difference calculation step is obtained, and the position / velocity calculation step for calculating the position and velocity of the ultrasonic reflector from the phase difference is executed.

このようにして、参照波45と探索波46との相関値がある一定値(閾値)以上の場合、同一の超音波反射体からの反射波とみなして、流体17中で超音波を反射した各超音波反射体の位置および速度を算出していく。そして、流速分布算出工程として算出された超音波反射体群の位置および速度から流速分布算出部37が被測定流体17の流速分布を算出する。   In this way, when the correlation value between the reference wave 45 and the search wave 46 is a certain value (threshold value) or more, it is regarded as a reflected wave from the same ultrasonic reflector and the ultrasonic wave is reflected in the fluid 17. The position and speed of each ultrasonic reflector are calculated. Then, the flow velocity distribution calculating unit 37 calculates the flow velocity distribution of the fluid 17 to be measured from the position and velocity of the ultrasonic reflector group calculated as the flow velocity distribution calculating step.

流速分布算出部37は、得られた超音波反射体群の位置および速度データから測定対象となる被測定流体17の流速分布を算出する。算出する被測定流体17の流速分布は、その流速を流体17中に懸濁される超音波反射体群の速度とみなして、得られた超音波反射体群の位置および速度データから配管18(ステンレス配管)の位置およびその位置における超音波反射体群の速度の関係、すなわち、配管18内の流体17の流速分布を算出する。   The flow velocity distribution calculation unit 37 calculates the flow velocity distribution of the fluid to be measured 17 to be measured from the position and velocity data of the obtained ultrasonic reflector group. The calculated flow velocity distribution of the fluid 17 to be measured is regarded as the velocity of the ultrasonic reflector group suspended in the fluid 17, and the pipe 18 (stainless steel is obtained from the position and velocity data of the obtained ultrasonic reflector group. The relationship between the position of the pipe) and the velocity of the ultrasonic reflector group at that position, that is, the flow velocity distribution of the fluid 17 in the pipe 18 is calculated.

なお、信号解析手順は、反射体位置・速度算出工程と、流速分布算出工程と、流量算出工程とを備えているが、信号解析手順は、反射体位置・速度算出工程と、流速分布算出工程とを備える形態でもよい。この場合、超音波流速分布計および流量計10は、配管18内の被測定流体17の流速分布のみを算出し、流量の算出を行なわず、パソコン11のディスプレイ等の表示可能な表示手段に流速分布が表示される。   The signal analysis procedure includes a reflector position / velocity calculation step, a flow velocity distribution calculation step, and a flow rate calculation step. However, the signal analysis procedure includes a reflector position / velocity calculation step and a flow velocity distribution calculation step. The form provided with. In this case, the ultrasonic flow velocity distribution meter and the flow meter 10 calculate only the flow velocity distribution of the fluid 17 to be measured in the pipe 18 and do not calculate the flow rate, and the flow velocity is displayed on a display means such as a display of the personal computer 11. The distribution is displayed.

(図9)
図9は、図1に示される超音波流速分布計および流量計において、パソコン11が超音波流速分布および流量測定プログラムを実行することによりなされる超音波流速分布および流量測定処理方法を説明する処理フロー図である。
すなわち、超音波流速分布および流量測定処理方法は、受信した超音波エコー信号を信号処理する信号処理手順と、信号処理後の超音波エコー信号を信号解析して流体17の流速分布および流量を得る信号解析手順とを具備する。
(Fig. 9)
FIG. 9 is a process for explaining the ultrasonic flow velocity distribution and flow measurement processing method performed by the personal computer 11 executing the ultrasonic flow velocity distribution and flow measurement program in the ultrasonic flow velocity distribution meter and flow meter shown in FIG. FIG.
That is, the ultrasonic flow velocity distribution and flow rate measurement processing method obtains the flow velocity distribution and flow rate of the fluid 17 by performing signal processing on the received ultrasonic echo signal and signal analysis of the ultrasonic echo signal after the signal processing. A signal analysis procedure.

信号処理手順は、受信した超音波エコー信号のうち使用した超音波と同じ周波数帯を抽出するBPF処理を行なうBPF処理工程と、超音波エコー信号をAD変換するAD変換工程と、超音波エコー信号に重畳するクラッタノイズ成分を低減するWF処理工程とを備える。   The signal processing procedure includes a BPF processing step for performing BPF processing for extracting the same frequency band as the used ultrasonic wave from the received ultrasonic echo signal, an AD conversion step for AD converting the ultrasonic echo signal, and an ultrasonic echo signal. And a WF processing step for reducing clutter noise components superimposed on the.

信号解析手順は、測定対象である流体17中の超音波反射体群の位置および速度を算出する反射体位置・速度算出工程と、反射体位置・速度算出工程で算出した超音波反射体群の位置および速度から流体の流速分布を算出する流速分布算出工程と、流速分布算出工程で算出した流速分布から流体17の流量を算出する流量算出工程とを備える。   The signal analysis procedure includes a reflector position / velocity calculating step for calculating the position and velocity of the ultrasonic reflector group in the fluid 17 to be measured, and the ultrasonic reflector group calculated in the reflector position / velocity calculating step. A flow velocity distribution calculating step of calculating a flow velocity distribution of the fluid from the position and velocity, and a flow rate calculating step of calculating a flow rate of the fluid 17 from the flow velocity distribution calculated in the flow velocity distribution calculating step.

まず、パソコン11に内蔵されるCPU等の演算処理手段が超音波流速分布および流量測定PG12を読み出し実行して、信号処理手順(ステップS1〜ステップS3)および信号解析手順(ステップS4〜ステップS6)を実行する。
超音波流速分布および流量測定処理方法における信号処理手順は、ステップS1でBPF処理工程が、ステップS2でAD変換工程が、ステップS3でWF処理工程がなされる。
First, arithmetic processing means such as a CPU built in the personal computer 11 reads out and executes the ultrasonic flow velocity distribution and the flow measurement PG 12, and performs a signal processing procedure (steps S1 to S3) and a signal analysis procedure (steps S4 to S6). Execute.
In the signal processing procedure in the ultrasonic flow velocity distribution and flow rate measurement processing method, the BPF processing step is performed in step S1, the AD conversion step is performed in step S2, and the WF processing step is performed in step S3.

(図10)
図10は、信号解析手順における反射体群位置・速度算出工程(ステップS4)のより詳細な処理ステップを表した処理フロー図を示す。
ステップS4の反射体群位置・速度算出工程は、相互相関計算処理ステップ(ステップS21)と、位相特定ステップ(ステップS22)と、位相差計算ステップ(ステップS23)と、位置・速度算出ステップ(ステップS24)と、探索完了判別ステップ(ステップS25)とを備える。
(Fig. 10)
FIG. 10 is a process flowchart showing more detailed processing steps of the reflector group position / velocity calculating step (step S4) in the signal analysis procedure.
The reflector group position / velocity calculating step in step S4 includes a cross-correlation calculating step (step S21), a phase specifying step (step S22), a phase difference calculating step (step S23), and a position / velocity calculating step (step). S24) and a search completion determination step (step S25).

反射体群位置・速度算出工程は、まず、ステップS21で相互相関計算処理ステップがなされ、相互相関法による参照波45および探索波46の相互相関を計算し相関値を算出する。相関値の算出は、探索波46の探索窓の大きさを変動探索窓法にて設定し、探索波46の探索範囲において、参照波45の参照範囲との相互相関を計算することでなされる。相関値の算出が完了すると、相互相関計算処理ステップ(ステップS21)は完了し、続いて、ステップS22で位相特定ステップがなされる。   In the reflector group position / velocity calculating step, first, a cross-correlation calculation processing step is performed in step S21, and the cross-correlation between the reference wave 45 and the search wave 46 by the cross-correlation method is calculated to calculate a correlation value. The correlation value is calculated by setting the size of the search window of the search wave 46 by the variable search window method and calculating the cross-correlation with the reference range of the reference wave 45 in the search range of the search wave 46. . When the calculation of the correlation value is completed, the cross-correlation calculation processing step (step S21) is completed, and then the phase specifying step is performed in step S22.

ステップS22の位相特定ステップでは、相互相関計算処理ステップ(ステップS21)で得られた相関値が閾値s以上となる関係を有する探索波46の位相が特定される。閾値sは、PG実行前又は実行時に設定する。位相特定ステップ(ステップS22)は完了し、続いて、ステップS23で位相差計算ステップがなされる。   In the phase identification step of step S22, the phase of the search wave 46 having a relationship in which the correlation value obtained in the cross correlation calculation processing step (step S21) is equal to or greater than the threshold value s is identified. The threshold s is set before or during execution of the PG. The phase identification step (step S22) is completed, and then a phase difference calculation step is performed in step S23.

ステップS23の位相差計算ステップでは、特定した探索波46の位相と参照波45の参照した位相との位相差を計算する。位相差の計算が完了すると、位相差計算ステップ(ステップS23)は完了し、続いて、ステップS24で位置・速度算出ステップがなされる。
ステップS24の位置・速度算出ステップでは、計算した位相差から探索波46の探索範囲にある超音波反射体の位置および速度を算出する。探索波46の探索範囲にある超音波反射体の位置および速度の算出が完了すると、位置・速度算出ステップ(ステップS24)は完了し、続いて、ステップS25の探索完了判別ステップがなされる。
In the phase difference calculation step of step S23, the phase difference between the phase of the identified search wave 46 and the phase referred to by the reference wave 45 is calculated. When the calculation of the phase difference is completed, the phase difference calculation step (step S23) is completed, and then the position / velocity calculation step is performed in step S24.
In the position / velocity calculating step of step S24, the position and velocity of the ultrasonic reflector within the search range of the search wave 46 are calculated from the calculated phase difference. When the calculation of the position and velocity of the ultrasonic reflector within the search range of the search wave 46 is completed, the position / velocity calculation step (step S24) is completed, and then the search completion determination step of step S25 is performed.

ステップS25の探索完了判別ステップでは、探索波46において探索する全ての探索範囲について探索が完了したかを判別する。全ての探索範囲について探索が完了していない場合(ステップS25でNOの場合)には、ステップS21に進み、ステップS21以降の処理ステップを繰り返す。ステップS21以降の処理ステップを繰り返すことで、流体17中を流動する超音波反射体群の位置および速度が算出される。一方、全ての探索範囲について探索が完了している場合(ステップS25でYESの場合)には、反射体群位置・速度算出工程を終了する。   In the search completion determination step of step S25, it is determined whether or not the search has been completed for all search ranges searched in the search wave 46. If the search has not been completed for all search ranges (NO in step S25), the process proceeds to step S21, and the processing steps after step S21 are repeated. By repeating the processing steps after step S21, the position and speed of the ultrasonic reflector group flowing in the fluid 17 are calculated. On the other hand, when the search has been completed for all the search ranges (YES in step S25), the reflector group position / velocity calculating step is terminated.

信号解析手順にて反射体群位置・速度算出工程(ステップS4)が完了すると、続いて、流速分布算出工程(ステップS5)がなされる。ステップS5の流速分布算出工程では、反射体群位置・速度算出工程で算出された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(例えば、対応時刻τ1)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。   When the reflector group position / velocity calculating step (step S4) is completed in the signal analysis procedure, the flow velocity distribution calculating step (step S5) is subsequently performed. In the flow velocity distribution calculating step in step S5, the relationship between the position and velocity of the ultrasonic reflector group, that is, the flow velocity distribution is calculated from the reflector group position and velocity calculated in the reflector group position / velocity calculating step. When calculating the flow velocity distribution, the velocity of all the ultrasonic reflectors acquired at the same position at the same corresponding time (for example, corresponding time τ1) in each series is calculated by averaging or squaring.

流速分布が算出されると、流速分布算出工程(ステップS5)を完了し、続いて、流量算出工程(ステップS6)がなされる。ステップS6の流量算出工程では、算出した配管18の内の流速分布を配管18の内部面積に沿う積分演算することで流量を算出する。この時、配管18の内径D等の流速分布以外に積分演算に必要な情報は、超音波流速分布および流量測定処理がなされる前に入力設定しておく。   When the flow velocity distribution is calculated, the flow velocity distribution calculation step (step S5) is completed, and then the flow rate calculation step (step S6) is performed. In the flow rate calculation step of step S6, the flow rate is calculated by integrating the flow velocity distribution in the calculated pipe 18 along the internal area of the pipe 18. At this time, information necessary for the integral calculation other than the flow velocity distribution such as the inner diameter D of the pipe 18 is input and set before the ultrasonic flow velocity distribution and flow rate measurement processing is performed.

流量の算出が完了すると、流量算出工程(ステップS6)は完了し、信号解析手順は全処理工程を完了する。信号解析手順が完了すると、超音波流速分布および流量測定処理方法における全処理手順を完了する。超音波流速分布および流量測定処理結果の表示は、パソコン11に内蔵されるCPU等の演算処理手段が超音波流速分布および流量測定プログラムの全処理手順を完了後、基本処理プログラムを読み出して実行することでなされる。   When the calculation of the flow rate is completed, the flow rate calculation step (step S6) is completed, and the signal analysis procedure completes all the processing steps. When the signal analysis procedure is completed, the entire processing procedure in the ultrasonic flow velocity distribution and flow rate measurement processing method is completed. The display of the ultrasonic flow velocity distribution and the flow measurement processing result is performed by reading out and executing the basic processing program after the arithmetic processing means such as the CPU built in the personal computer 11 completes the entire processing procedure of the ultrasonic flow velocity distribution and flow measurement program. That is done.

(図11)
図11では、流速分布のプロファイルができた場合、測定線の1/4の地点(直径の1/4の地点)が平均流速であると仮定できる根拠を示している。
すなわち、流体配管における被測定流体は、配管の中央付近で速度が最大となり、配管の内壁においてゼロとなる。したがって、測定線の1/4の地点を平均流速であると仮定して算出しても、大きな誤差を生じない。平均流速のデータは、直接的に流速を算出するのではなく、探索窓の設定に用いるだけだからである。
(Fig. 11)
FIG. 11 shows the basis on which it is possible to assume that a quarter of the measurement line (a quarter of the diameter) is an average flow velocity when a flow velocity distribution profile is created.
That is, the fluid to be measured in the fluid pipe has a maximum speed near the center of the pipe and zero on the inner wall of the pipe. Therefore, even if the calculation is performed assuming that the quarter of the measurement line is the average flow velocity, a large error does not occur. This is because the average flow velocity data is not used to directly calculate the flow velocity but only to set the search window.

(ウォールフィルタ)
超音波流速分布計および流量計10において、被測定流体17を案内する流体配管に金属配管18を用いた場合、測定対象流体17の流速分布および流量を測定すると、受信した超音波エコー信号には、クラッタノイズと呼ばれるノイズ成分が顕著に重畳する。このノイズ成分によって誤ったトレーサ粒子の位置および速度情報を得る可能性がある。これを避けるため、前述したWF処理部33によるクラッタノイズ低減処理を実行する。以下、WFによるクラッタノイズ低減処理方法について説明する。
(Wall filter)
In the ultrasonic flow velocity distribution meter and the flow meter 10, when the metal pipe 18 is used as the fluid pipe that guides the fluid 17 to be measured, the flow velocity distribution and the flow rate of the measurement target fluid 17 are measured. In addition, a noise component called clutter noise is significantly superimposed. This noise component can lead to incorrect tracer particle position and velocity information. In order to avoid this, the clutter noise reduction processing by the WF processing unit 33 described above is executed. Hereinafter, a clutter noise reduction processing method using WF will be described.

(図12)
図12では、トリガ信号、超音波エコー信号およびクラッタノイズの時系列変化を説明している。
個々の系列のクラッタノイズは、どの系列においてもその1つ1つは略同様であり、時間の経過に伴い減衰振動するノイズである。このクラッタノイズは、系列数分のノイズが時間差τずつスライドして重畳したノイズとなるので、様々な周波数成分を有するとともに1番目〜n番目の系列の開始時点ごとにn個のピークを有する。
(Fig. 12)
FIG. 12 illustrates a time series change of the trigger signal, the ultrasonic echo signal, and the clutter noise.
Each series of clutter noise is substantially the same in any series, and is a noise that attenuates and oscillates as time passes. The clutter noise is noise in which the noise corresponding to the number of series slides and is superimposed by the time difference τ, and thus has various frequency components and n peaks for each start time of the 1st to nth series.

従来のLPF(ローパスフィルタ)およびHPF(ハイパスフィルタ)を用いたフィルタリング処理やBPF(バンドパスフィルタ)を用いたフィルタリング処理では、様々な周波数成分を有するクラッタノイズを有効にフィルタリング処理できず、クラッタノイズの生じる部分をトレーサ粒子群からの超音波パルスの反射波として捉え、クラッタノイズを誤って有効信号として信号解析がなされていた。
そこで、クラッタノイズを有効信号として捉えるのを防止し、このクラッタノイズを有効信号に対して十分に低減するべくWF(ウォールフィルタ)を使用したフィルタリング処理(WF処理)を実行する。WF処理では、まず、デジタル超音波エコー信号から対応時刻エコーレベル信号が取得される。
In conventional filtering processing using LPF (low pass filter) and HPF (high pass filter) and filtering processing using BPF (band pass filter), clutter noise having various frequency components cannot be effectively filtered. The part where this occurs is regarded as the reflected wave of the ultrasonic pulse from the tracer particle group, and the clutter noise is erroneously analyzed as an effective signal.
Therefore, a filtering process (WF process) using a WF (wall filter) is executed to prevent the clutter noise from being recognized as an effective signal and to sufficiently reduce the clutter noise with respect to the effective signal. In the WF process, first, a corresponding time echo level signal is acquired from a digital ultrasonic echo signal.

本願発明は、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。   The present invention can be used in the flow meter and current meter manufacturing industry, the flow meter and current meter sales and maintenance business, the plant maintenance and maintenance business, and the computer program production and maintenance business related to plant control. There is.

本発明に係る第一の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明における探索窓の設定原理を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the setting principle of the search window in this invention. 本発明に係る第一の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一および第二の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 1st and 2nd embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一および第二の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 1st and 2nd embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一から第三の実施形態のハードウェア構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the hardware constitutions of 1st to 3rd embodiment which concerns on this invention. 流速プロファイルの作成手順を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the preparation procedure of the flow velocity profile. トリガ信号および超音波エコー信号受信波形とADコンバータのサンプリングのタイミングとの関係を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the relationship between a trigger signal and an ultrasonic echo signal reception waveform, and the timing of sampling of AD converter. 本発明に係る超音波流速分布および流量測定処理方法の信号処理手順および信号解析手順を示す処理フロー図である。It is a processing flowchart which shows the signal processing procedure and signal analysis procedure of the ultrasonic flow velocity distribution and flow measurement processing method according to the present invention. 本発明に係る流速分布および流量測定処理方法による反射体位置・速度算出工程を示す処理フロー図である。It is a processing flowchart which shows the reflector position and speed calculation process by the flow velocity distribution and flow measurement processing method according to the present invention. 測定線の1/4の地点(直径の1/4の地点)が平均流速であると仮定できる根拠を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the basis which can assume that the point (1/4 of a diameter) of a measurement line is an average flow velocity. トリガ信号(上段)、超音波エコー信号(中段)およびクラッタノイズの時系列変化(下段)を説明した説明図である。It is explanatory drawing explaining the time series change (lower stage) of a trigger signal (upper stage), an ultrasonic echo signal (middle stage), and clutter noise. 伝搬時間差法の原理を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the principle of a propagation time difference method. 相互相関法の原理を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the principle of a cross correlation method.

符号の説明Explanation of symbols

10 流量計 11 パソコン(PC)
14 信号線 14a 信号線
15 トランスデューサ 15a 超音波パルス発振機
17 被測定流体 18 配管(金属配管)
30b ローパスフィルタ 32 ADコンバータ
33 ウォールフィルタ処理部 37 流速分布・流量算出手段
45 参照波 46 探索波
48 気泡(反射体)
10 Flow meter 11 Personal computer (PC)
14 signal line 14a signal line 15 transducer 15a ultrasonic pulse oscillator 17 fluid to be measured 18 piping (metal piping)
30b Low-pass filter 32 AD converter 33 Wall filter processing unit 37 Flow velocity distribution / flow rate calculation means 45 Reference wave 46 Search wave 48 Bubble (reflector)

Claims (12)

被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いることができる流量計測装置であって、
トリガ信号を一定の発振周期で出力するエミッショントリガ発振手段と、
そのエミッショントリガ発振手段からのトリガ信号の出力を受けて超音波パルスを一定周期で生成し、被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一トランスデューサと、
その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定して超音波パルスを送受信する第二トランスデューサと、
その第二トランスデューサおよび前記第一トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手段と、
その信号処理手段において処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法・算出手段を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手段と、
前記信号処理手段において処理されたエコー処理信号を、変動探索窓・算出手段および相互相関法・算出手段を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手段と、を備え、
前記伝搬時間差法・算出手段は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出することとし、
前記変動探索窓・算出手段は、前記トリガ信号の発振周期ごとに、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定し、 前記相互相関法・算出手段は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出することとしたことを特徴とする流量計測装置。
A flow rate measuring device that can use flow velocity measurement by a propagation time difference method and flow velocity measurement by a cross-correlation method for a pipe through which a fluid to be measured flows,
An emission trigger oscillation means for outputting a trigger signal at a constant oscillation period;
A first transducer that receives an output of a trigger signal from the emission trigger oscillation means, generates ultrasonic pulses at a constant period, outputs the ultrasonic pulses along a measurement line in a pipe through which a fluid to be measured flows, and receives an ultrasonic echo When,
A second transducer for transmitting and receiving ultrasonic pulses while being fixed to a position facing the downstream side of the pipe to which the first transducer is fixed;
Signal processing means for processing the ultrasonic echo received by the second transducer and the first transducer into an echo processing signal;
The echo processing signal processed in the signal processing means, an average flow velocity calculating means for calculating an average flow velocity in the pipe using a propagation time difference method / calculating means,
The echo processing signal processed in the signal processing means is calculated using the variation search window / calculation means and the cross-correlation method / calculation means to calculate the position and velocity of the reflector along the measurement line, and to be measured A flow velocity distribution / flow rate calculating means for calculating the flow velocity distribution or flow rate of the fluid,
The propagation time difference method / calculation means includes an ultrasonic pulse received by the second transducer after the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer has passed through the fluid to be measured, and an ultrasonic pulse oscillated from the second transducer. By calculating the average flow velocity in the pipe by analyzing the time difference with the ultrasonic pulse received by the first transducer after the sonic pulse has passed through the fluid to be measured,
The fluctuation search window / calculation means sets the size of the search window using the average flow velocity for each oscillation period of the trigger signal, and the cross-correlation method / calculation means includes the first transducer or the second Either one of the transducers oscillates, and either the first transducer or the second transducer receives an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured, and the signal processing means outputs a signal. A flow rate measuring apparatus characterized in that, for a processed echo processing signal, a flow velocity distribution or a flow rate of a fluid to be measured is calculated from a cross-correlation between a reference wave and a search wave in the search window.
被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いることができる流量計測装置であって、
超音波パルスを被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一トランスデューサと、
その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定して超音波パルスを送受信する第二トランスデューサと、
その第二トランスデューサおよび前記第一トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手段と、
その信号処理手段において処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法・算出手段を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手段と、
前記信号処理手段において処理されたエコー処理信号を、変動探索窓・算出手段および相互相関法・算出手段を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手段と、を備え、
前記伝搬時間差法・算出手段は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出することとし、
前記変動探索窓・算出手段は、所定のまとまった発振周期で、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定し、
前記相互相関法・算出手段は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出することとしたことを特徴とする流量計測装置。
A flow rate measuring device that can use flow velocity measurement by a propagation time difference method and flow velocity measurement by a cross-correlation method for a pipe through which a fluid to be measured flows,
A first transducer for outputting an ultrasonic pulse along a measurement line in a pipe through which a fluid to be measured flows, and receiving an ultrasonic echo;
A second transducer for transmitting and receiving ultrasonic pulses while being fixed to a position facing the downstream side of the pipe to which the first transducer is fixed;
Signal processing means for processing the ultrasonic echo received by the second transducer and the first transducer into an echo processing signal;
The echo processing signal processed in the signal processing means, an average flow velocity calculating means for calculating an average flow velocity in the pipe using a propagation time difference method / calculating means,
The echo processing signal processed in the signal processing means is calculated using the variation search window / calculation means and the cross-correlation method / calculation means to calculate the position and velocity of the reflector along the measurement line, and to be measured A flow velocity distribution / flow rate calculating means for calculating the flow velocity distribution or flow rate of the fluid,
The propagation time difference method / calculation means includes an ultrasonic pulse received by the second transducer after the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer has passed through the fluid to be measured, and an ultrasonic pulse oscillated from the second transducer. By calculating the average flow velocity in the pipe by analyzing the time difference with the ultrasonic pulse received by the first transducer after the sonic pulse has passed through the fluid to be measured,
The fluctuation search window / calculation means sets the size of the search window using the average flow velocity at a predetermined unity oscillation period,
The cross-correlation method / calculation means generates an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured while either the first transducer or the second transducer oscillates. Alternatively, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation of the reference wave and the search wave in the search window for the echo processing signal received by either of the second transducers and processed by the signal processing means. A flow rate measuring device characterized by that.
前記変動探索窓・算出手段は、前記平均流速値から得られる変動窓の探索範囲を仮設定したら、その仮設定の所定倍数に探索範囲を設定することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の流量計測装置。   3. The fluctuation search window / calculation means, when temporarily setting a search range of a fluctuation window obtained from the average flow velocity value, sets the search range to a predetermined multiple of the temporary setting. The flow measuring device according to any one of the above. 前記流速分布・流量算出手段が算出した流速分布データと前記平均流速算出手段が算出した平均流速とを関連付けて蓄積する流速分布データベースを備え、
前記流速分布・流量算出手段は、前記流速分布データベースから所定の平均流速データに対応する流速分布データを抽出することによって、被測定流体の流速分布または流量を算出可能としたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の流量計測装置。
A flow velocity distribution database that accumulates the flow velocity distribution data calculated by the flow velocity distribution / flow velocity calculation means and the average flow velocity calculated by the average flow velocity calculation means in association with each other;
The flow velocity distribution / flow rate calculation means can calculate a flow velocity distribution or a flow rate of a fluid to be measured by extracting flow velocity distribution data corresponding to predetermined average flow velocity data from the flow velocity distribution database. The flow rate measuring device according to any one of claims 1 to 3.
被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いた流量計測方法であって、
トリガ信号を一定の発振周期で出力するエミッショントリガ発振手順と、
そのエミッショントリガ発振手順によるトリガ信号の出力を受けた第一トランスデューサが超音波パルスを一定周期で生成し、被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一超音波送受信手順と、
その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定した第二トランスデューサが超音波パルスを送受信する第二超音波送受信手順と、
前記第一トランスデューサおよび前記第二トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手順と、
その信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手順と、
前記信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、変動探索窓および相互相関法を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手順と、を備え、
前記伝搬時間差法は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出することとし、
前記変動探索窓は、前記トリガ信号の発振周期ごとに、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定することとし、
前記相互相関法は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出することとしたことを特徴とする流量計測方法。
A flow rate measurement method using flow velocity measurement by a propagation time difference method and flow velocity measurement by a cross-correlation method for a pipe through which a fluid to be measured flows,
An emission trigger oscillation procedure that outputs a trigger signal at a constant oscillation period;
Upon receiving the trigger signal output from the emission trigger oscillation procedure, the first transducer generates an ultrasonic pulse at a constant period, outputs it along the measurement line in the pipe through which the fluid to be measured flows, and receives an ultrasonic echo. A first ultrasonic transmission / reception procedure;
A second ultrasonic transmission / reception procedure in which the second transducer fixed to a position facing the downstream side of the pipe to which the first transducer is fixed transmits and receives an ultrasonic pulse;
A signal processing procedure for signal processing the ultrasonic echoes received by the first transducer and the second transducer into an echo processing signal;
The echo processing signal processed in the signal processing procedure, an average flow velocity calculation procedure for calculating the average flow velocity in the pipe using the propagation time difference method,
The echo processing signal processed in the signal processing procedure is used to calculate the position and velocity of the reflector along the measurement line using a fluctuation search window and a cross-correlation method. A flow velocity distribution / flow rate calculation procedure for calculating the flow rate,
In the propagation time difference method, the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer is transmitted through the fluid to be measured and then received by the second transducer, and the ultrasonic pulse oscillated from the second transducer is By calculating the average flow velocity in the pipe by analyzing the time difference with the ultrasonic pulse received by the first transducer after passing through the measured fluid,
The variation search window is to set the size of the search window using the average flow velocity for each oscillation period of the trigger signal,
In the cross-correlation method, either the first transducer or the second transducer oscillates, and an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured is generated by the first transducer or the first transducer. For the echo processing signal received by either of the two transducers and processed by the signal processing means, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation of the reference wave and the search wave in the search window. A flow measurement method characterized by
被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いた流量計測方法であって、
第一トランスデューサが超音波パルスを被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一超音波送受信手順と、
その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定した第二トランスデューサが超音波パルスを送受信する第二超音波送受信手順と、
前記第一トランスデューサおよび前記第二トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手順と、
その信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手順と、
前記信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、変動探索窓および相互相関法を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手順と、を備え、
前記伝搬時間差法は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出することとし、
前記変動探索窓は、所定のまとまった発振周期で、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定し、
前記相互相関法は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出することとしたことを特徴とする流量計測方法。
A flow rate measurement method using flow velocity measurement by a propagation time difference method and flow velocity measurement by a cross-correlation method for a pipe through which a fluid to be measured flows,
A first ultrasonic transmission / reception procedure in which the first transducer outputs an ultrasonic pulse along a measurement line in a pipe through which the fluid to be measured flows, and receives an ultrasonic echo;
A second ultrasonic transmission / reception procedure in which the second transducer fixed to a position facing the downstream side of the pipe to which the first transducer is fixed transmits and receives an ultrasonic pulse;
A signal processing procedure for signal processing the ultrasonic echoes received by the first transducer and the second transducer into an echo processing signal;
The echo processing signal processed in the signal processing procedure, an average flow velocity calculation procedure for calculating the average flow velocity in the pipe using the propagation time difference method,
The echo processing signal processed in the signal processing procedure is used to calculate the position and velocity of the reflector along the measurement line using a fluctuation search window and a cross-correlation method. A flow velocity distribution / flow rate calculation procedure for calculating the flow rate,
In the propagation time difference method, the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer is transmitted through the fluid to be measured and then received by the second transducer, and the ultrasonic pulse oscillated from the second transducer is By calculating the average flow velocity in the pipe by analyzing the time difference with the ultrasonic pulse received by the first transducer after passing through the measured fluid,
The fluctuation search window is set with a predetermined oscillation period, and sets the size of the search window using the average flow velocity,
In the cross-correlation method, either the first transducer or the second transducer oscillates, and an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured is generated by the first transducer or the first transducer. For the echo processing signal received by either of the two transducers and processed by the signal processing means, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation of the reference wave and the search wave in the search window. A flow measurement method characterized by
前記変動探索窓は、前記平均流速値から得られる変動窓の探索範囲を仮設定したら、その仮設定の所定倍数に探索範囲を設定することを特徴とする請求項5または請求項6のいずれかに記載の流量計測方法。 The variation search window, the When the search range of the variation window obtained from the average flow velocity value provisionally set, claim 5 or claim 6, characterized in that to set the search range to a predetermined multiple of the temporarily set The flow measurement method described in 1. 前記流速分布・流量算出手段が算出した流速分布データと前記平均流速算出手段が算出した平均流速とを関連付けて流速分布データベースに蓄積する流速分布データベース作成手順と、
前記流速分布データベースから所定の平均流速データに対応する流速分布データを抽出することによって、被測定流体の流速分布または流量を算出する蓄積データ利用算出手順と、を備えたことを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載の流量計測方法。
A flow velocity distribution database creation procedure for associating the flow velocity distribution data calculated by the flow velocity distribution / flow velocity calculation means with the average flow velocity calculated by the average flow velocity calculation means and accumulating in the flow velocity distribution database;
The accumulated data utilization calculation procedure for calculating the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured by extracting flow velocity distribution data corresponding to predetermined average flow velocity data from the flow velocity distribution database. The flow rate measuring method according to any one of claims 5 to 7.
被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いた流量計測方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
そのプログラムは、 トリガ信号を一定の発振周期で出力するエミッショントリガ発振手順と、
そのエミッショントリガ発振手順によるトリガ信号の出力を受けた第一トランスデューサが超音波パルスを一定周期で生成し、被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一超音波送受信手順と、
その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定した第二トランスデューサが超音波パルスを送受信する第二超音波送受信手順と、
前記第一トランスデューサおよび前記第二トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手順と、
その信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手順と、
前記信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、変動探索窓および相互相関法を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手順と、をコンピュータに実行させるものであり、
前記伝搬時間差法は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出することとし、
前記変動探索窓は、前記トリガ信号の発振周期ごとに、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定し、
前記相互相関法は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出することとしたことを特徴とするコンピュータプログラム。
A computer program for causing a computer to execute a flow rate measurement method using a flow velocity measurement by a propagation time difference method and a flow velocity measurement by a cross-correlation method for a pipe through which a fluid to be measured flows,
The program consists of an emission trigger oscillation procedure that outputs a trigger signal at a fixed oscillation period,
Upon receiving the trigger signal output from the emission trigger oscillation procedure, the first transducer generates an ultrasonic pulse at a constant period, outputs it along the measurement line in the pipe through which the fluid to be measured flows, and receives an ultrasonic echo. A first ultrasonic transmission / reception procedure;
A second ultrasonic transmission / reception procedure in which the second transducer fixed to a position facing the downstream side of the pipe to which the first transducer is fixed transmits and receives an ultrasonic pulse;
A signal processing procedure for signal processing the ultrasonic echoes received by the first transducer and the second transducer into an echo processing signal;
The echo processing signal processed in the signal processing procedure, an average flow velocity calculation procedure for calculating the average flow velocity in the pipe using the propagation time difference method,
The echo processing signal processed in the signal processing procedure is used to calculate the position and velocity of the reflector along the measurement line using a fluctuation search window and a cross-correlation method. The flow rate distribution / flow rate calculation procedure for calculating the flow rate is executed by a computer.
In the propagation time difference method, the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer is transmitted through the fluid to be measured and then received by the second transducer, and the ultrasonic pulse oscillated from the second transducer is By calculating the average flow velocity in the pipe by analyzing the time difference with the ultrasonic pulse received by the first transducer after passing through the measured fluid,
The fluctuation search window sets the size of the search window using the average flow velocity for each oscillation period of the trigger signal,
In the cross-correlation method, either the first transducer or the second transducer oscillates, and an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured is generated by the first transducer or the first transducer. For the echo processing signal received by either of the two transducers and processed by the signal processing means, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation of the reference wave and the search wave in the search window. A computer program characterized by the above.
被測定流体の流れる配管に対して、伝搬時間差法による流速測定と相互相関法による流速測定とを用いた流量計測方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
そのプログラムは、第一トランスデューサが超音波パルスを被測定流体の流れる配管内の測定線に沿って出力するとともに、超音波エコーを受信する第一超音波送受信手順と、
その第一トランスデューサが固定された配管の下流側に対向する位置へ固定した第二トランスデューサが超音波パルスを送受信する第二超音波送受信手順と、
前記第一トランスデューサおよび前記第二トランスデューサが受信した超音波エコーをエコー処理信号に信号処理する信号処理手順と、
その信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、伝搬時間差法を用いて配管内の平均流速を算出する平均流速算出手順と、
前記信号処理手順にて処理されたエコー処理信号を、変動探索窓および相互相関法を用いて、前記測定線に沿った前記反射体の位置と速度とを算出し、被測定流体の流速分布または流量を算出する流速分布・流量算出手順と、をコンピュータに実行させるものであり、
前記伝搬時間差法は、前記第一トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第二トランスデューサで受信された超音波パルスと、前記第二トランスデューサから発振された超音波パルスが被測定流体内を透過後に前記第一トランスデューサで受信された超音波パルスとの時間差を解析することによって配管内の平均流速を算出することとし、
前記変動探索窓は、所定のまとまった発振周期で、前記平均流速を用いて探索窓の大きさを設定し、
前記相互相関法は、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが発振するとともに、被測定流体内の反射体にて反射されて生成される超音波エコーを、前記第一トランスデューサまたは前記第二トランスデューサのいずれかが受信し、前記信号処理手段が信号処理したエコー処理信号について、前記探索窓における参照波および探索波の相互相関から被測定流体の流速分布または流量を算出することとしたことを特徴とするコンピュータプログラム。
A computer program for causing a computer to execute a flow rate measurement method using a flow velocity measurement by a propagation time difference method and a flow velocity measurement by a cross-correlation method for a pipe through which a fluid to be measured flows,
The program includes a first ultrasonic transmission / reception procedure in which a first transducer outputs an ultrasonic pulse along a measurement line in a pipe through which a fluid to be measured flows and receives an ultrasonic echo;
A second ultrasonic transmission / reception procedure in which the second transducer fixed to a position facing the downstream side of the pipe to which the first transducer is fixed transmits and receives an ultrasonic pulse;
A signal processing procedure for signal processing the ultrasonic echoes received by the first transducer and the second transducer into an echo processing signal;
The echo processing signal processed in the signal processing procedure, an average flow velocity calculation procedure for calculating the average flow velocity in the pipe using the propagation time difference method,
The echo processing signal processed in the signal processing procedure is used to calculate the position and velocity of the reflector along the measurement line using a fluctuation search window and a cross-correlation method. The flow rate distribution / flow rate calculation procedure for calculating the flow rate is executed by a computer.
In the propagation time difference method, the ultrasonic pulse oscillated from the first transducer is transmitted through the fluid to be measured and then received by the second transducer, and the ultrasonic pulse oscillated from the second transducer is By calculating the average flow velocity in the pipe by analyzing the time difference with the ultrasonic pulse received by the first transducer after passing through the measured fluid,
The fluctuation search window is set with a predetermined oscillation period, and sets the size of the search window using the average flow velocity,
In the cross-correlation method, either the first transducer or the second transducer oscillates, and an ultrasonic echo generated by being reflected by a reflector in the fluid to be measured is generated by the first transducer or the first transducer. For the echo processing signal received by either of the two transducers and processed by the signal processing means, the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured is calculated from the cross-correlation of the reference wave and the search wave in the search window. A computer program characterized by the above.
前記変動探索窓は、前記平均流速値から得られる変動窓の探索範囲を仮設定したら、その仮設定の所定倍数に探索範囲を設定することを特徴とする請求項9または請求項10のいずれかに記載のコンピュータプログラム。   11. The variation search window, when temporarily setting a search range of the variation window obtained from the average flow velocity value, sets the search range to a predetermined multiple of the temporary setting. A computer program described in 1. 前記流速分布・流量算出手段が算出した流速分布データと前記平均流速算出手段が算出した平均流速とを関連付けて流速分布データベースに蓄積する流速分布データベース作成手順と、
前記流速分布データベースから所定の平均流速データに対応する流速分布データを抽出することによって、被測定流体の流速分布または流量を算出する蓄積データ利用算出手順と、コンピュータに実行させるための請求項9から請求項11のいずれかに記載コンピュータプログラム。
A flow velocity distribution database creation procedure for associating the flow velocity distribution data calculated by the flow velocity distribution / flow velocity calculation means with the average flow velocity calculated by the average flow velocity calculation means and accumulating in the flow velocity distribution database;
From the flow velocity distribution database, the flow rate distribution data corresponding to the predetermined average flow velocity data is extracted to calculate the flow velocity distribution or flow rate of the fluid to be measured. The computer program according to claim 11.
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