JP2775011B2 - 流量検出装置 - Google Patents
流量検出装置Info
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- JP2775011B2 JP2775011B2 JP1250625A JP25062589A JP2775011B2 JP 2775011 B2 JP2775011 B2 JP 2775011B2 JP 1250625 A JP1250625 A JP 1250625A JP 25062589 A JP25062589 A JP 25062589A JP 2775011 B2 JP2775011 B2 JP 2775011B2
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- Japan
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- fuel
- flow rate
- detecting
- absorbing rubber
- pipe
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、管内を移動する流体の流速を求めることに
よって流量を検出する流量検出装置に関するものであ
る。
よって流量を検出する流量検出装置に関するものであ
る。
例えば、車両用エンジンに燃料タンクからの燃料を供
給する燃料管などには、燃料が任意の速度でエンジン方
向に移動する。このときの瞬時の燃料流量データはエン
ジン制御のための重要なデータであり、また該燃料流量
データにより燃費や燃料消費量を演算することも可能で
ある。
給する燃料管などには、燃料が任意の速度でエンジン方
向に移動する。このときの瞬時の燃料流量データはエン
ジン制御のための重要なデータであり、また該燃料流量
データにより燃費や燃料消費量を演算することも可能で
ある。
このように管内を流れる流体の流速によって流量を検
出する流量検出装置の1つとして、超音波ドップラ方式
による装置が提案されている。
出する流量検出装置の1つとして、超音波ドップラ方式
による装置が提案されている。
第7図は該提案の流量検出装置の構成を示し、同図に
おいて、1は内部に燃料Aが流される燃料管、15,16は
それぞれ燃料管1の管壁に並べて設けられ、超音波をそ
れぞれ送信及び受信する送信器及び受信器である。燃料
Aは上述のように燃料タンクからエンジン方向に所定流
速で移動する。また送信器15からの超音波は、この燃料
Aの移動方向に対して所定角度θを成す方向から燃料A
に対して送信される。
おいて、1は内部に燃料Aが流される燃料管、15,16は
それぞれ燃料管1の管壁に並べて設けられ、超音波をそ
れぞれ送信及び受信する送信器及び受信器である。燃料
Aは上述のように燃料タンクからエンジン方向に所定流
速で移動する。また送信器15からの超音波は、この燃料
Aの移動方向に対して所定角度θを成す方向から燃料A
に対して送信される。
以上の構成において、燃料管1内を流れる燃料Aの中
には、微細な気泡Bが無数にかつランダムに含まれてい
る。そこで送信器15より角度θで燃料A内に超音波を送
信すると、燃料A中の各気泡Bによって超音波が反射さ
れ、反射波が受信器16により受信されて検出される。こ
のとき送信器15からの超音波の送信周波数をfsとする
と、受信器16において受信される反射波の周波数f
rは、 v:燃料Aの流速 c:燃料A中の音速 となる。従ってドップラ周波数fdは、 となり、該ドップラ周波数fdを測定することにより、
燃料Aの流速vを求めることができる。また、燃料管1
の断面積は既知であるので、燃料Aの流量を検出するこ
とができる。
には、微細な気泡Bが無数にかつランダムに含まれてい
る。そこで送信器15より角度θで燃料A内に超音波を送
信すると、燃料A中の各気泡Bによって超音波が反射さ
れ、反射波が受信器16により受信されて検出される。こ
のとき送信器15からの超音波の送信周波数をfsとする
と、受信器16において受信される反射波の周波数f
rは、 v:燃料Aの流速 c:燃料A中の音速 となる。従ってドップラ周波数fdは、 となり、該ドップラ周波数fdを測定することにより、
燃料Aの流速vを求めることができる。また、燃料管1
の断面積は既知であるので、燃料Aの流量を検出するこ
とができる。
上述の従来の装置にあっては、流速vが低いときには
ドップラ周波数fdが小さくなり、該周波数fdを正確に
測定することが難しくなって、式(2)より求まる流速
vに誤差が生じる。
ドップラ周波数fdが小さくなり、該周波数fdを正確に
測定することが難しくなって、式(2)より求まる流速
vに誤差が生じる。
また、送信される超音波の角度θをθ=90°とすれ
ば、反射波の強度が最も大きくなるが、式(2)におい
てcosθ=0となってドップラ周波数fdが発生しなくな
る。そこで、θ<90°に設定してドップラ周波数fdを
発生させるようにしているが、反射波の強度が低下して
しまい、S/Nが悪化するという問題を生じる。
ば、反射波の強度が最も大きくなるが、式(2)におい
てcosθ=0となってドップラ周波数fdが発生しなくな
る。そこで、θ<90°に設定してドップラ周波数fdを
発生させるようにしているが、反射波の強度が低下して
しまい、S/Nが悪化するという問題を生じる。
よって本発明は、流体の流速が低くても該流速による
流量を正確に検出できると共に、S/Nの良好な流量検出
装置を提供することを課題とする。
流量を正確に検出できると共に、S/Nの良好な流量検出
装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため本発明により成された流量検
出装置は、管内を流れる流体の流速により流体の流量を
検出する流量検出装置において、前記管の内壁に設けら
れた音波吸収ラバーと、前記管の管壁及び音波吸収ラバ
ーを貫通して設けられ前記液体に対して超音波を送信す
る送信手段と、前記管の管壁及び音波吸収ラバーを貫通
して設けられ前記超音波の液体中に含まれる気泡による
点散乱体によって反射される反射波を受信する受信手段
と、該受信手段により受信した反射波に基づいて液体の
移動速度に応じた音圧振幅の変動数を検出する検出手段
と、該検出手段により検出した変動数から液体の流量を
演算する演算手段とを備えることを特徴としている。
出装置は、管内を流れる流体の流速により流体の流量を
検出する流量検出装置において、前記管の内壁に設けら
れた音波吸収ラバーと、前記管の管壁及び音波吸収ラバ
ーを貫通して設けられ前記液体に対して超音波を送信す
る送信手段と、前記管の管壁及び音波吸収ラバーを貫通
して設けられ前記超音波の液体中に含まれる気泡による
点散乱体によって反射される反射波を受信する受信手段
と、該受信手段により受信した反射波に基づいて液体の
移動速度に応じた音圧振幅の変動数を検出する検出手段
と、該検出手段により検出した変動数から液体の流量を
演算する演算手段とを備えることを特徴としている。
以上の構成において、送信手段より送信された超音波
は液体中の無数の気泡による点散乱体において反射し、
反射空間中に音圧振幅の空間的ゆらぎが形成される。こ
のとき液体の移動に伴い点散乱体が移動すると、前記音
圧振幅の空間的ゆらぎも同様の速度で移動する。そこで
受信手段より前記反射波を受信し、該受信した反射波に
基づいて前記検出手段により液体の移動速度に応じた音
圧振幅の変動数を検出し、演算手段により前記変動数か
ら移動速度を算出することによって液体の流量を検出す
る。しかも、内壁に音波吸収ラバーを設け送信手段及び
受信手段を管壁及び音波吸収ラバーを貫通して設けるこ
とにより、管壁に入射した超音波は吸収され点散乱体か
らの反射波のみが検出可能となり、よって確実な流速検
出が実現できる。
は液体中の無数の気泡による点散乱体において反射し、
反射空間中に音圧振幅の空間的ゆらぎが形成される。こ
のとき液体の移動に伴い点散乱体が移動すると、前記音
圧振幅の空間的ゆらぎも同様の速度で移動する。そこで
受信手段より前記反射波を受信し、該受信した反射波に
基づいて前記検出手段により液体の移動速度に応じた音
圧振幅の変動数を検出し、演算手段により前記変動数か
ら移動速度を算出することによって液体の流量を検出す
る。しかも、内壁に音波吸収ラバーを設け送信手段及び
受信手段を管壁及び音波吸収ラバーを貫通して設けるこ
とにより、管壁に入射した超音波は吸収され点散乱体か
らの反射波のみが検出可能となり、よって確実な流速検
出が実現できる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明による流量検出装置の一実施例を示す
図であり、同図において1は燃料管、2は超音波を送信
する送信器、3は超音波の反射波を受信する受信器であ
る。14は燃料管1の流速を検出しようとする内壁全周に
取り付けられた音波吸収ラバーであり、送信器2及び受
信器3は管壁と音波吸収ラバー14を貫通して取り付けら
れ、それらの音波送信面及び音波受信面が管内部の燃料
Aに接触されている。送信器2は、それからの超音波が
燃料Aの移動方向に対して直角方向に送信するように設
定されている。また音波吸収ラバー14は、その密度ρと
音速cとの積ρc値が、燃料Aの密度と音速との積と等
しい値を有するように設定されている。
図であり、同図において1は燃料管、2は超音波を送信
する送信器、3は超音波の反射波を受信する受信器であ
る。14は燃料管1の流速を検出しようとする内壁全周に
取り付けられた音波吸収ラバーであり、送信器2及び受
信器3は管壁と音波吸収ラバー14を貫通して取り付けら
れ、それらの音波送信面及び音波受信面が管内部の燃料
Aに接触されている。送信器2は、それからの超音波が
燃料Aの移動方向に対して直角方向に送信するように設
定されている。また音波吸収ラバー14は、その密度ρと
音速cとの積ρc値が、燃料Aの密度と音速との積と等
しい値を有するように設定されている。
以上の構成において、本発明の動作原理について説明
する。
する。
上述したように燃料A中には無数の気泡Bが分布して
いるが、音波の反射から見ると多数の微小な点散乱体が
不規則かつ充分微細に分布している状況と考えられる。
いるが、音波の反射から見ると多数の微小な点散乱体が
不規則かつ充分微細に分布している状況と考えられる。
このような点散乱体に超音波が入射すると、その反射
波により反射空間中に音圧振幅の空間的なゆらぎ、つま
り音圧振幅分布を形成する。この音圧振幅分布を検出す
ることによって流速を検出することができる。
波により反射空間中に音圧振幅の空間的なゆらぎ、つま
り音圧振幅分布を形成する。この音圧振幅分布を検出す
ることによって流速を検出することができる。
すなわち、第1図に示すように送信器2からの超音波
の波長λが均一なものであり、また直進性も良好なと
き、該超音波が点散乱体の分布した検出対象に入射する
と、各点散乱体にて反射が生じる。このとき各点散乱体
からの反射波はその位相がランダムに干渉するため、こ
の干渉によって反射波が空間に形成する音圧は音圧振幅
の大きい部分と小さい部分がランダムに分布したものと
なる。ここで、超音波の波長λに比べて点散乱体間の平
均ピッチが小さくなると、空間中における反射面である
点散乱体から等距離にある面において、音圧振幅の大小
の分布の平均ピッチ(例えば音圧振幅の大きい点から、
次の大きい点までの平均距離)は、飽和した値をとる。
このように反射音圧の振幅の大小が空間中にランダムに
分布した状態をスペックル状態という。
の波長λが均一なものであり、また直進性も良好なと
き、該超音波が点散乱体の分布した検出対象に入射する
と、各点散乱体にて反射が生じる。このとき各点散乱体
からの反射波はその位相がランダムに干渉するため、こ
の干渉によって反射波が空間に形成する音圧は音圧振幅
の大きい部分と小さい部分がランダムに分布したものと
なる。ここで、超音波の波長λに比べて点散乱体間の平
均ピッチが小さくなると、空間中における反射面である
点散乱体から等距離にある面において、音圧振幅の大小
の分布の平均ピッチ(例えば音圧振幅の大きい点から、
次の大きい点までの平均距離)は、飽和した値をとる。
このように反射音圧の振幅の大小が空間中にランダムに
分布した状態をスペックル状態という。
ここで第1図において、燃料Aに対して送信された超
音波のビーム幅をwとし、燃料管1の中心と受信器3の
距離をRとし、検出対象である点散乱体が速度V(大文
字Vは速度のベクトル表示である)で移動したとする
と、反射波が空間中に形成する上記音圧振幅も同様に速
度Vで移動する。そこで、第1図に示す燃料管1に設け
た受信器3により、第2図(a)及び(b)に示すよう
な音圧振幅分布の移動が時間的な出力振幅変動として検
出される。つまり、この出力振幅変動により空間のスペ
ックルが検出されたことになる。この第2図(a)及び
(b)から、検出対象の移動速度Vが速ければ単位時間
当りの音圧振幅数も多くなり、遅くなれば音圧振幅数も
少なくなる。
音波のビーム幅をwとし、燃料管1の中心と受信器3の
距離をRとし、検出対象である点散乱体が速度V(大文
字Vは速度のベクトル表示である)で移動したとする
と、反射波が空間中に形成する上記音圧振幅も同様に速
度Vで移動する。そこで、第1図に示す燃料管1に設け
た受信器3により、第2図(a)及び(b)に示すよう
な音圧振幅分布の移動が時間的な出力振幅変動として検
出される。つまり、この出力振幅変動により空間のスペ
ックルが検出されたことになる。この第2図(a)及び
(b)から、検出対象の移動速度Vが速ければ単位時間
当りの音圧振幅数も多くなり、遅くなれば音圧振幅数も
少なくなる。
第3図は上記受信器3により得られる反射波の音圧振
幅特性より燃料Aの移動速度V(流速)を求める装置の
一実施例を示し、同図において、4はエンベロープ検波
器、5は直流阻止回路、6はゼロクロスカウンタ、7は
演算回路である。
幅特性より燃料Aの移動速度V(流速)を求める装置の
一実施例を示し、同図において、4はエンベロープ検波
器、5は直流阻止回路、6はゼロクロスカウンタ、7は
演算回路である。
この構成において、受信器3から出力される第4図
(a)の音圧振幅信号はエンベロープ検波器4により第
4図(b)に示すそのエンベロープ成分が検出され、受
信音圧振幅の強度I(=|P|2)(大文字Pは音圧のベク
トル表示である)が検出される。次に、このエンベロー
プ成分を直流阻止回路5を通過させることによりその直
流成分が阻止され、第4図(c)に示す交流成分のみ出
力される。すなわち、強度Iの変動分ΔI(=I−<I
>;<I>はIの平均値)が求まる。そしてこの変動分
ΔIはゼロクロスカウンタ6に入力され、単位時間当り
のゼロクロスn1,n2…の数N0を算出する。該ゼロクロ
ス数N0は点散乱体の移動速度Vに対応した値となる。
そこで検出されたゼロクロス数N0は演算回路7に入力
され、該演算回路7により移動速度Vを算出する。ここ
でゼロクロス数N0と移動速度Vの関係は、 となるから、演算回路7は式(3)により、入力された
N0から移動速度Vを算出する。
(a)の音圧振幅信号はエンベロープ検波器4により第
4図(b)に示すそのエンベロープ成分が検出され、受
信音圧振幅の強度I(=|P|2)(大文字Pは音圧のベク
トル表示である)が検出される。次に、このエンベロー
プ成分を直流阻止回路5を通過させることによりその直
流成分が阻止され、第4図(c)に示す交流成分のみ出
力される。すなわち、強度Iの変動分ΔI(=I−<I
>;<I>はIの平均値)が求まる。そしてこの変動分
ΔIはゼロクロスカウンタ6に入力され、単位時間当り
のゼロクロスn1,n2…の数N0を算出する。該ゼロクロ
ス数N0は点散乱体の移動速度Vに対応した値となる。
そこで検出されたゼロクロス数N0は演算回路7に入力
され、該演算回路7により移動速度Vを算出する。ここ
でゼロクロス数N0と移動速度Vの関係は、 となるから、演算回路7は式(3)により、入力された
N0から移動速度Vを算出する。
ここで第5図に示すように媒質Xから他の媒質Yに対
して超音波が両者の境界面に垂直に入射したとすると、
反射率H及び透過率Tは、 Z1=ρ1c1、Z2=ρ2c2 ρ1:媒質Iの密度、c1:媒質Iの音速 ρ2:媒質IIの密度、c2:媒質Iの音速 となる。従って、式(6)よりZ1=Z2であれば、H=
0となり媒質Yに入射する超音波は全て媒質Yに透過
し、媒質Xには反射されない。
して超音波が両者の境界面に垂直に入射したとすると、
反射率H及び透過率Tは、 Z1=ρ1c1、Z2=ρ2c2 ρ1:媒質Iの密度、c1:媒質Iの音速 ρ2:媒質IIの密度、c2:媒質Iの音速 となる。従って、式(6)よりZ1=Z2であれば、H=
0となり媒質Yに入射する超音波は全て媒質Yに透過
し、媒質Xには反射されない。
そこで第1図において、音波吸収ラバー14のρc値を
燃料Aのρc値と等しくなるように設定すれば、送信器
2より超音波の中で、燃料A中の気泡Bで反射せずに通
過したものは送信器2側の音波吸収ラバー14と対向する
側の音波吸収ラバー14に到達する。このとき音波吸収ラ
バー14のρc値は燃料Aのρc値と等しいので、式
(6)よりH=0となり超音波は全て音波吸収ラバー14
を透過する。該ラバー14内で超音波が充分に減衰され、
再び燃料管1の壁面で反射して燃料A内に入射すること
はない。以上により、受信器3は燃料A中の気泡Bによ
る反射波のみ検出するので、スペックルの検出を正確に
行うことができる。
燃料Aのρc値と等しくなるように設定すれば、送信器
2より超音波の中で、燃料A中の気泡Bで反射せずに通
過したものは送信器2側の音波吸収ラバー14と対向する
側の音波吸収ラバー14に到達する。このとき音波吸収ラ
バー14のρc値は燃料Aのρc値と等しいので、式
(6)よりH=0となり超音波は全て音波吸収ラバー14
を透過する。該ラバー14内で超音波が充分に減衰され、
再び燃料管1の壁面で反射して燃料A内に入射すること
はない。以上により、受信器3は燃料A中の気泡Bによ
る反射波のみ検出するので、スペックルの検出を正確に
行うことができる。
第6図(a)及び(b)はまた、音波吸収ラバーを使
用した本発明の他の実施例を示し、同図(a)では送信
器2よりの超音波が燃料Aの移動方向に対して所定角度
θ(<90°)方向に送信されるように設定され、更に同
図(b)では同図(a)において受信器3を送信器2と
対向する側の音波吸収ラバー14に取り付けたものであ
り、その他の構成は第1図と同様である。
用した本発明の他の実施例を示し、同図(a)では送信
器2よりの超音波が燃料Aの移動方向に対して所定角度
θ(<90°)方向に送信されるように設定され、更に同
図(b)では同図(a)において受信器3を送信器2と
対向する側の音波吸収ラバー14に取り付けたものであ
り、その他の構成は第1図と同様である。
なお、第1図並びに第6図(a)及び(b)におい
て、音波吸収ラバー14のρc値は燃料Aのρc値と近似
する値となるようにしてもよく、同様の効果を奏する。
また、第1図並びに第6図(a)及び(b)において、
受信器3よりの反射波から流速を検出する装置は、第3
図の装置を用いればよい。
て、音波吸収ラバー14のρc値は燃料Aのρc値と近似
する値となるようにしてもよく、同様の効果を奏する。
また、第1図並びに第6図(a)及び(b)において、
受信器3よりの反射波から流速を検出する装置は、第3
図の装置を用いればよい。
更に、上述の実施例では、流体としての燃料の流量を
検出する例を示している関係で、流体を流す管を燃料管
としているが、これは流体を流すものであれば何でもよ
い。
検出する例を示している関係で、流体を流す管を燃料管
としているが、これは流体を流すものであれば何でもよ
い。
以上説明したように本発明によれば、液体の移動速度
が低くても、その速度及び流量を正確に検出することが
でき、また受信器は液体中の気泡による反射波のみ検出
するので、スペックルの検出を正確に行うことができS/
Nも良好となる。
が低くても、その速度及び流量を正確に検出することが
でき、また受信器は液体中の気泡による反射波のみ検出
するので、スペックルの検出を正確に行うことができS/
Nも良好となる。
第1図は本発明による流量検出装置の一実施例を示す
図、 第2図は第1図の受信器より検出される反射波特性を示
す図、 第3図は本発明により流速及びこれに基づく流量を算出
する装置例を示す図、 第4図は第3図の装置の各部波形図、 第5図は第1図の実施例の動作を説明するための図、 第6図は本発明による流量検出装置の別の実施例を示す
図、 第7図は従来の流量検出装置の一例を示す図である。 1……燃料管、2……送信器、3……受信器、4,8……
エンベロープ検波器、5,11……直流阻止回路、6,12……
ゼロクロスカウンタ、7……演算回路、14……音波吸収
ラバー、A……燃料、B……気泡。
図、 第2図は第1図の受信器より検出される反射波特性を示
す図、 第3図は本発明により流速及びこれに基づく流量を算出
する装置例を示す図、 第4図は第3図の装置の各部波形図、 第5図は第1図の実施例の動作を説明するための図、 第6図は本発明による流量検出装置の別の実施例を示す
図、 第7図は従来の流量検出装置の一例を示す図である。 1……燃料管、2……送信器、3……受信器、4,8……
エンベロープ検波器、5,11……直流阻止回路、6,12……
ゼロクロスカウンタ、7……演算回路、14……音波吸収
ラバー、A……燃料、B……気泡。
Claims (1)
- 【請求項1】管内を流れる流体の流速により流体の流量
を検出する流量検出装置において、 前記管の内壁に設けられた音波吸収ラバーと、 前記管の管壁及び音波吸収ラバーを貫通して設けられ前
記液体に対して超音波を送信する送信手段と、 前記管の管壁及び音波吸収ラバーを貫通して設けられ前
記超音波の液体中に含まれる気泡による点散乱体によっ
て反射される反射波を受信する受信手段と、 該受信手段により受信した反射波に基づいて液体の移動
速度に応じた音圧振幅の変動数を検出する検出手段と、 該検出手段により検出した変動数から液体の流量を演算
する演算手段とを備える ことを特徴とする流量検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1250625A JP2775011B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 流量検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1250625A JP2775011B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 流量検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03113324A JPH03113324A (ja) | 1991-05-14 |
JP2775011B2 true JP2775011B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=17210639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1250625A Expired - Lifetime JP2775011B2 (ja) | 1989-09-28 | 1989-09-28 | 流量検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2775011B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005064286A1 (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 超音波流量計 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3175632B2 (ja) * | 1997-04-18 | 2001-06-11 | 松下電器産業株式会社 | シーンチェンジ検出方法およびシーンチェンジ検出装置 |
JP7372792B2 (ja) * | 2019-09-12 | 2023-11-01 | 古野電気株式会社 | 水中探知装置および気泡検出方法 |
CN115792273B (zh) * | 2022-11-02 | 2024-02-23 | 清华大学 | 用于测量流体流速的方法、测流设备和计算机存储介质 |
-
1989
- 1989-09-28 JP JP1250625A patent/JP2775011B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005064286A1 (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | The Tokyo Electric Power Company, Incorporated | 超音波流量計 |
JPWO2005064286A1 (ja) * | 2003-12-26 | 2007-07-19 | 東京電力株式会社 | 超音波流量計 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03113324A (ja) | 1991-05-14 |
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