JPH067132B2 - Ultrasonic velocity measuring device, ultrasonic sonic velocity measuring device and ultrasonic velocity / flow direction / sonic velocity measuring device - Google Patents
Ultrasonic velocity measuring device, ultrasonic sonic velocity measuring device and ultrasonic velocity / flow direction / sonic velocity measuring deviceInfo
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- JPH067132B2 JPH067132B2 JP61276834A JP27683486A JPH067132B2 JP H067132 B2 JPH067132 B2 JP H067132B2 JP 61276834 A JP61276834 A JP 61276834A JP 27683486 A JP27683486 A JP 27683486A JP H067132 B2 JPH067132 B2 JP H067132B2
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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、流体中に超音波を伝搬させて流体の流速・流
向・音速を測定する測定装置、特に測定精度の向上化に
関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a measuring device for propagating an ultrasonic wave in a fluid to measure a flow velocity, a flow direction, and a sound velocity of the fluid, and particularly to improvement of measurement accuracy. .
従来、流体中に超音波を伝搬させて流体の流速を測定す
る方法は時間差法，フェーズロック法及び位相差法の三
方法に大別される。Conventionally, methods for propagating ultrasonic waves in a fluid to measure the flow velocity of the fluid are roughly classified into three methods, that is, a time difference method, a phase lock method, and a phase difference method.
時間差法は、各々送受信を行なうトランスデューサを流
体の流れ方向に所定距離おいて設け、一方のトランスデ
ューサから超音波パルスを流体の流に沿った方向すなわ
ち順方向に発射し、この超音波パルスを他方のトランス
デューサで受信し、次に超音波パルスの送受信を高速で
切替えて流れと逆らった方向すなわち逆方向に超音波パ
ルスを発射して、順方向，逆方向の超音波パルスの伝搬
時間差Δｔを測定することにより流速を求める方法であ
る。In the time difference method, transducers for transmitting and receiving are provided at a predetermined distance in the direction of fluid flow, and one transducer emits ultrasonic pulses in the direction along the fluid flow, that is, in the forward direction, and this ultrasonic pulse is emitted in the other direction. The ultrasonic pulse is received by the transducer, and then the ultrasonic pulse is transmitted and received at high speed to emit the ultrasonic pulse in the direction opposite to the flow, that is, in the opposite direction, and the propagation time difference Δt between the forward and reverse ultrasonic pulses is measured. This is a method of obtaining the flow velocity.
フェーズロック法は時間差法における順方向，逆方向の
超音波の伝搬時間を所定のパルス数に対応させ、その周
波数の差Δｆを測定することにより流速を求める方法で
ある。The phase-lock method is a method in which the propagation time of ultrasonic waves in the forward and backward directions in the time difference method is made to correspond to a predetermined number of pulses, and the flow rate Δf is determined by measuring the frequency difference Δf.
位相差法は超音波パルスの代りに連続波又はバースト波
を発射し、受信波と送信波との位相差Δφを測定するこ
とにより流速を求める方法である。The phase difference method is a method in which a continuous wave or a burst wave is emitted instead of an ultrasonic pulse and the flow velocity is obtained by measuring the phase difference Δφ between the received wave and the transmitted wave.
上記従来の時間差法による流速の測定方法においては、
超音波パルスの伝搬時間差Δｔは音速Ｃの影響を受ける
ため、流体中の正確な音速Ｃを知る必要がある。この音
速Ｃは流体の温度，圧力，組成により変化するので、流
体の流速を正確に測定するためには音速Ｃが一定とみな
せる場合に限定されるか、音速Ｃの補正が必要であると
いう問題点がある。In the conventional method of measuring the flow velocity by the time difference method,
Since the propagation time difference Δt of the ultrasonic pulse is influenced by the sound velocity C, it is necessary to know the accurate sound velocity C in the fluid. Since this sonic velocity C changes depending on the temperature, pressure, and composition of the fluid, in order to accurately measure the flow velocity of the fluid, it is limited to the case where the sonic velocity C can be regarded as constant, or the sonic velocity C needs to be corrected. There is a point.
また、伝搬時間差Δｔは一般にカウンタにより測定され
るが、伝搬時間差Δｔが小さいときは測定分解能を上げ
ることが困難であるという問題点もある。Further, the propagation time difference Δt is generally measured by a counter, but when the propagation time difference Δt is small, it is difficult to increase the measurement resolution.
フェーズロック法によると周波数の差Δｆは音速ｃと無
関係に測定することができ、かつ所定のパルス数Ｎを大
きく選べば周波数の差Δｆも大となり、測定分解能も上
げることができる。しかし、一般的に時間差法に比べて
回路構成が複雑になるという問題点がある。According to the phase-lock method, the frequency difference Δf can be measured independently of the sound velocity c, and if the predetermined pulse number N is selected large, the frequency difference Δf becomes large and the measurement resolution can be increased. However, there is a problem that the circuit configuration is generally more complicated than that of the time difference method.
また、超音波パルスを送受信する上記時間差法及びフェ
ーズロック法においては、受信パルスの到達時間を正確
にとらえる必要があるが、トランスデューサの立上り特
性が急峻でないと正確な到達時間を測定することが困難
でなるという問題点もある。Further, in the time difference method and the phase lock method for transmitting and receiving ultrasonic pulses, it is necessary to accurately detect the arrival time of the received pulse, but it is difficult to measure the accurate arrival time unless the rising characteristics of the transducer are steep. There is also the problem that
位相差法はトランスデューサの立上り特性、気泡、異物
の影響は比較的小さいが、受信波と送信波の位相差Δφ
が時間差法と同様に音速Ｃの影響を受けるという問題点
がある。The phase difference method has a relatively small effect on the rising characteristics of the transducer, bubbles, and foreign matter, but the phase difference Δφ between the received wave and the transmitted wave
Is affected by the sound velocity C as in the time difference method.
さらに、位相差Δφの検出範囲は一般に±９０度以内で
あるので流速の測定範囲が限定される。この位相差Δφ
の範囲を拡大するために送信波を低周波で変調をかけ
て、この低周波の位相を検出することもできるが、回路
構成が複雑となる問題点がある。Further, since the detection range of the phase difference Δφ is generally within ± 90 degrees, the measurement range of the flow velocity is limited. This phase difference Δφ
It is possible to modulate the transmission wave at a low frequency in order to expand the range, and detect the phase of this low frequency, but there is a problem that the circuit configuration becomes complicated.
本発明にかかる問題点を解決するためになされたもので
あり、簡単な構成で高精度に流体の流速，流向及び音速
を測定することができる測定装置を得ることを目的とす
るものである。The present invention has been made in order to solve the problems of the present invention, and an object of the present invention is to obtain a measuring device capable of highly accurately measuring the flow velocity, flow direction, and sound velocity of a fluid with a simple configuration.
本発明に係る超音波流速計は一対のトランスデューサ，
送受切替回路，可変周波数発振回路，送信回路，受信回
路，混合回路，計数回路及び演算器とを備えている。The ultrasonic velocity meter according to the present invention comprises a pair of transducers,
It is provided with a transmission / reception switching circuit, a variable frequency oscillation circuit, a transmission circuit, a reception circuit, a mixing circuit, a counting circuit and an arithmetic unit.
トランスデューサは超音波の送信を行なう送波用トラン
スデューサと受信を行なう受波用トランスデューサの一
組からなり、各トランスデューサは流体流路の管壁に所
定の距離を隔てて配置されている。The transducer is composed of a set of a wave transmitting transducer for transmitting ultrasonic waves and a wave receiving transducer for receiving ultrasonic waves, and each transducer is arranged at a predetermined distance on the tube wall of the fluid flow path.
送受切替回路は上記一対のトランスデューサの送受信を
各トランスデューサ毎に交互に切替える。The transmission / reception switching circuit alternately switches transmission / reception of the pair of transducers for each transducer.
可変周波数発振回路は上記トランスデューサで送信する
超音波の周波数を時間に対して直線的に変化する。The variable frequency oscillating circuit linearly changes the frequency of the ultrasonic wave transmitted by the transducer with respect to time.
送信回路は可変周波数発振回路の出力をサンプリングし
てバースト波とし送波用トランスデューサを駆動する。The transmission circuit samples the output of the variable frequency oscillating circuit to generate a burst wave and drives the wave transmission transducer.
受信回路は超音波を受信した受波用トランスデューサの
出力を増巾する。The receiving circuit widens the output of the receiving transducer that receives the ultrasonic wave.
混合回路は受信回路の出力と可変周波数発生回路の出力
とを混合し、両出力の周波数の差を出力する。The mixing circuit mixes the output of the receiving circuit and the output of the variable frequency generating circuit, and outputs the difference between the frequencies of both outputs.
計数回路は混合回路の出力の周期もしくは周波数を計測
する。The counting circuit measures the cycle or frequency of the output of the mixing circuit.
演算器は上記送受切替回路の切替動作によって得られる
各トランスデューサの順方向および逆方向における計数
回路の計測値の差を演算し、演算した計測値の差にあら
かじめ定めた係数を乗じて流速を算出する。The calculator calculates the difference between the measured values of the counter circuit in the forward direction and the reverse direction of each transducer obtained by the switching operation of the transmission / reception switching circuit, and calculates the flow velocity by multiplying the calculated difference between the measured values by a predetermined coefficient. To do.
また、本発明に係る超音波音速装置は上記超音波流速装
置の流速を算出する演算器に代えて音速演算器を備えて
いる。Further, the ultrasonic sonic velocity device according to the present invention includes a sonic velocity calculator instead of the calculator for calculating the flow velocity of the ultrasonic velocity device.
音速演算器は送受切替回路の切替動作によって得られる
各トランスデューサの順方向および逆方向における計数
回路の計測値の和を演算し、演算した計測値の和にあら
かじめ定めた係数を乗じて音速を算出する。The sound velocity calculator calculates the sum of the measured values of the counter circuit in the forward and reverse directions of each transducer obtained by the switching operation of the transmission / reception switching circuit, and calculates the sound velocity by multiplying the calculated sum of the measured values by a predetermined coefficient. To do.
また、本発明に係る超音波流速，流向，音速測定装置は
上記超音波流速測定装置の一対のトランスデューサに代
えて流体中に立体的に配置された複数個のトランスデュ
ーサを備えている。Further, the ultrasonic flow velocity, flow direction and sound velocity measuring device according to the present invention includes a plurality of transducers arranged three-dimensionally in the fluid instead of the pair of transducers of the ultrasonic flow velocity measuring device.
また上記超音波流速測定装置の演算器に代えて流速演算
器，流向演算器及び音速演算器を備えている。Further, a flow velocity calculator, a flow direction calculator and a sound velocity calculator are provided instead of the calculator of the ultrasonic flow velocity measuring device.
流速演算器は送受切替回路の切替動作により得られる各
トランスデューサの順方向および逆方向における計数回
路の計測値の差を各々演算し、演算した計測値の差とあ
らかじめ定められた係数および各トランスデューサの中
心線の方向余弦とより流速のＸ，Ｙ，Ｚ座礁軸成分およ
び流速を算出する。The flow velocity calculator calculates the difference between the measured values of the counting circuit in the forward direction and the reverse direction of each transducer obtained by the switching operation of the transmission / reception switching circuit, and the calculated difference between the measured value and the predetermined coefficient and The X, Y, and Z stranding axis components of the flow velocity and the flow velocity are calculated from the direction cosine of the center line.
流向演算器は上記流速演算器で算出した流速のＸ，Ｙ，
Ｚ座標軸成分および流速とより流速の方向余分弦を算出
する。The flow direction calculator is X, Y of the flow velocity calculated by the flow velocity calculator,
The extra chord in the direction of the flow velocity is calculated from the Z coordinate axis component and the flow velocity.
音速演算器は上記超音波音速測定装置の音速演算器と同
様に各トランスデューサの順方向および逆方向における
計数回路の計測値の和を各々演算し、演算した計測値の
和にあらかじめ定めた係数を乗じて音速を算出する。The sonic velocity calculator, like the sonic velocity calculator of the ultrasonic sonic velocity measuring device, respectively calculates the sum of the measured values of the counting circuit in the forward direction and the reverse direction of each transducer, and a predetermined coefficient is added to the calculated sum of the measured values. The sound velocity is calculated by multiplying.
本発明においては、流体中に配置したトランスデューサ
から送信する送信波として周波数変調波を用い、送信波
と受信波との周波数の差を検出することにより音速と無
関係に流速を測定し、かつ送信する超音波の音速も測定
する。In the present invention, a frequency-modulated wave is used as a transmission wave transmitted from a transducer arranged in a fluid, and a flow velocity is measured and transmitted irrespective of sound velocity by detecting a difference in frequency between the transmission wave and the reception wave. The speed of sound of ultrasonic waves is also measured.
また、流体中に立体的に配置した複数個のトランスデュ
ーサによる超音波の送受信により流速と同時に流向をも
測定する。In addition, the flow direction as well as the flow direction is measured by transmitting and receiving ultrasonic waves by a plurality of transducers arranged three-dimensionally in the fluid.
〔実施例１〕 第１図は本発明の超音波流速測定装置の原理を説明する
トランスデューサの配置を示す超音波の送信を行なう送
波用トランスデューサと受信を行なう受波用トランスデ
ューサの一組からなる一対のトランスデューサＰ0，Ｐ1
は流速Ｖの流体中に配置されている。[Embodiment 1] FIG. 1 shows a set of transducers for explaining the principle of an ultrasonic flow velocity measuring apparatus according to the present invention. The transducer includes a transmitter for transmitting ultrasonic waves and a transducer for receiving waves for receiving ultrasonic waves. A pair of transducers P 0 and P 1
Are arranged in a fluid having a flow velocity V.
まず、上記のように配置下トランスデューサＰ0，Ｐ1に
よる本発明の原理を説明する。First, the principle of the present invention using the under-position transducers P 0 and P 1 as described above will be described.
超音波はまずトランスデューサＰ0から送信され、他の
トランスデューサＰ1で受信する。次にトランスデュー
サＰ1から超音波を送信しトランスデューサＰ0で受信す
る。超音波は後述するように周波数が直線的に偏移する
バースト波を送信し、その受信波と送信波の周波数差を
求めることにより測定流体の流速Ｖを測定する。The ultrasonic wave is first transmitted from the transducer P 0 and received by the other transducer P 1 . Then received by the transducer P 0 transmits ultrasound from the transducer P 1. The ultrasonic wave transmits a burst wave whose frequency shifts linearly as described later, and the flow velocity V of the measurement fluid is measured by obtaining the frequency difference between the received wave and the transmitted wave.
すなわち、基準周波数をｆ0（Hz）、時間ｔに介する周
波数変化立をｋとして、送信波の周波数ｆT（Hz）を ｆT＝ｆ0（１＋ｋｔ） …………(1) とすると、流体の流れ方向に超音波を送信する場合すな
わちトランスデューサＰ0から送信し、トランスデュー
サＰ1で受信する場合の超音波の伝播時間ｔdは超音波の
音速をＣとすると次式で表わせる。That is, assuming that the reference frequency is f 0 (Hz), the frequency change rise over time t is k, and the frequency of the transmitted wave f T (Hz) is f T = f 0 (1 + kt) (1) When the ultrasonic wave is transmitted in the fluid flow direction, that is, when the ultrasonic wave is transmitted from the transducer P 0 and is received by the transducer P 1 , the ultrasonic wave propagation time t d can be expressed by the following equation, where C is the speed of sound of the ultrasonic wave.
このとき、トランスデューサＰ1が受信する受信波の周
波数ｆRは ｆR＝ｆ0｛１＋ｋ（ｔ−ｔd）｝ …………(3) となり、送信波の周波数ｆTと受信波の周波数ｆRとの周
波数の差ｆdは(1)と(3)式から となる。 At this time, the frequency f R of the received wave received by the transducer P 1 becomes f R = f 0 {1 + k (t−t d )} (3), and the frequency f T of the transmitted wave and the frequency of the received wave From the equations (1) and (3), the frequency difference f d from f R is Becomes
一方、トランスデューサＰ1から超音波を送信し、トラ
ンスデューサＰ0で受信する場合の超音波の伝播時間ｔu
は次式で表わされる。On the other hand, ultrasonic waves are transmitted from the transducer P 1, ultrasonic wave propagation time t u in receiving by transducer P 0
Is expressed by the following equation.
したがって、トランスデューサＰ0が受信する受信波の
周波数ｆRは ｆR＝ｆ0｛１＋ｋ（ｔ−ｔu）｝…………(6) となり、送信波と受信波の周波数差ｆuは(1)式と(6)式
から となる。 Therefore, the frequency f R of the received wave received by the transducer P 0 is f R = f 0 {1 + k (t−t u )} (6), and the frequency difference f u between the transmitted wave and the received wave is ( From equations (1) and (6) Becomes
上記(4)式と(7)式から流速Ｖと音速Ｃは次式で求められ
る。From the above equations (4) and (7), the flow velocity V and the sound velocity C are obtained by the following equations.
上記(8)式から送信波と受信波の周波数差ｆd，ｆuを測
定すると音速Ｃの影響なしに流速Ｖを求めることができ
る。また(9)式から音速Ｃを求めることもできる。 By measuring the frequency differences f d and f u between the transmitted wave and the received wave from the above equation (8), the flow velocity V can be obtained without the influence of the sound velocity C. The sound velocity C can also be obtained from the equation (9).
第２図は本実施例により超音波を送受信し、送信波と受
信波との周波数差を求める回路ブロック図である。第２
図において、１はクロックパルス発生回路、２はクロッ
クパルス発生回路１からは出力するクロック信号を受け
てタイミング信号を出力するタイミングパルス発生回路
である。３はクロクパルス発生回路１とタイミングパル
ス発生回路２の信号を受けて各トランスデューサＰ0，
Ｐ1で送信する超音波の周波数を時間に対して直線的に
変化する可変周波数発信回路であり、可変周波数発振回
路３はアンドゲート４，カウンタ５，フリップ・フロッ
プ６，ディジタル・アナログ変換器７及び電圧制御発振
器８からなる。９はタイミングパルス発生回路２から出
力するタイミング信号により電圧制御発振器８からの出
力をサンプリクしてバースト波とするアナログゲート、
１０はアナログゲート９を介して送られる電圧制御発振
器８の出力を各トランスデューサＰ0，Ｐ1の送波用トラ
ンスデューサを介して送る送信回路である。FIG. 2 is a block diagram of a circuit for transmitting and receiving ultrasonic waves and obtaining the frequency difference between the transmitted wave and the received wave according to this embodiment. Second
In the figure, 1 is a clock pulse generation circuit, and 2 is a timing pulse generation circuit which receives a clock signal output from the clock pulse generation circuit 1 and outputs a timing signal. 3 receives each signal of the clock pulse generation circuit 1 and the timing pulse generation circuit 2 and receives each transducer P 0 ,
The variable frequency oscillator circuit 3 is a variable frequency oscillator circuit that linearly changes the frequency of the ultrasonic wave transmitted at P 1 , and the variable frequency oscillator circuit 3 includes an AND gate 4, a counter 5, a flip-flop 6, and a digital-analog converter 7. And a voltage controlled oscillator 8. Reference numeral 9 is an analog gate that samples the output from the voltage controlled oscillator 8 into a burst wave by the timing signal output from the timing pulse generation circuit 2.
Reference numeral 10 is a transmission circuit for transmitting the output of the voltage controlled oscillator 8 transmitted via the analog gate 9 via the wave transmission transducers of the transducers P 0 and P 1 .
１１はタイミングパルス発生回路２のタイミング信号を
受けて、トランスデューサＰ0，Ｐ1の送受信を切替える
送受切替回路、１３は各トランスデューサＰ0，Ｐ1の受
波用トランスデューサで受信し、送受切替回路１１を介
して送られた信号を増巾する受信回路である。11 receives the timing signal from the timing pulse generating circuit 2, receive switching circuit for switching transmission and reception of the transducers P 0, P 1, 13 is received by the reception transducers of each transducer P 0, P 1, transmission and reception switching circuit 11 It is a receiving circuit that amplifies the signal sent via.
１４は受信回路１３の出力と電圧制御発振器８の出力を
混合し、両出力の周波数の差を送出する混合回路、２３
はタイミングパルス発生回路２から出力するタイミング
信号により混合回路１４からの出力をサンプリングして
ビート波を出力するアナログゲート、１５はアナログゲ
ート２３の出力の周期を計測する計数回路である。計数
回路１５は基準信号発生器１６、コンパレータ１７、周
期検出回路１８、アンドゲート１９およびカウンタ２０
からなる。Reference numeral 14 is a mixing circuit for mixing the output of the receiving circuit 13 and the output of the voltage controlled oscillator 8 and sending out the difference between the frequencies of both outputs, 23
Is an analog gate that outputs the beat wave by sampling the output from the mixing circuit 14 according to the timing signal output from the timing pulse generation circuit 2, and 15 is a counting circuit that measures the cycle of the output of the analog gate 23. The counting circuit 15 includes a reference signal generator 16, a comparator 17, a cycle detection circuit 18, an AND gate 19 and a counter 20.
Consists of.
２１はカウンタ２０から送られる計測値により流速を演
算する演算回路、２２は演算回路２１の入力を設定し、
出力を表示する入出力回路である。21 is an arithmetic circuit for calculating the flow velocity based on the measurement value sent from the counter 20, 22 is an input of the arithmetic circuit 21,
It is an input / output circuit that displays the output.
上記のように構成した超音波流速測定装置及び超音波音
速測定装置の動作を第３図に示した波形図に基いて説明
する。The operation of the ultrasonic flow velocity measuring device and the ultrasonic sound velocity measuring device configured as described above will be described based on the waveform diagram shown in FIG.
第３図において記号Ａ1からＰ1で示した波形は第２図に
示した回路図の主要部における出力波形を示し、記号Ａ
1等のサフィックス１はディジタル信号波形、サフィク
ス２はアナログ波形、サフィクス３は周波数偏移量を示
す。Waveforms indicated by symbols A 1 to P 1 in FIG. 3 indicate output waveforms in the main part of the circuit diagram shown in FIG.
A suffix 1 such as 1 indicates a digital signal waveform, a suffix 2 indicates an analog waveform, and a suffix 3 indicates a frequency deviation amount.
タイミングパルス発生回路２はクロックパルス発生回路
１からのクロック信号を受けて周期Ｔ1のタイミング信
号Ａ1を送受切替回路１１に出力する。送受切替回路１
１はタイミング信号Ａ1の半周期毎にトランスデューサ
Ｐ0，Ｐ1管の超音波の送受信の切替を行なう。Timing pulse generating circuit 2 outputs a timing signal A 1 of period T 1 for transmission and reception switching circuit 11 receives the clock signal from the clock pulse generator 1. Transmission / reception switching circuit 1
Reference numeral 1 switches between transmission and reception of ultrasonic waves through the transducers P 0 and P 1 every half cycle of the timing signal A 1 .
また、タイミングパルス発生回路２からタイミング信号
Ａ1の半周期毎にスタート信号Ｂ1をカウンタ２０と可変
周波数発振回路３のフリップ・フロップ６のセット端子
に送る。スタート信号Ｂ1が入力されるフリップ・フロ
ップ６にはクロックパルス発生回路１からクロック信号
が送られると共にカウンタ５から送信スタートよりＴ2
時間の間入力信号Ｃ1が送られ、このＴ2時間の間フリッ
プ・フロップ６の出力信号Ｄ1がアンドゲート４に送ら
れる。このＴ2時間は電圧制御発振器８の発振期間を制
御する。Further, the start signal B 1 is sent from the timing pulse generation circuit 2 to the counter 20 and the set terminal of the flip-flop 6 of the variable frequency oscillation circuit 3 every half cycle of the timing signal A 1 . A clock signal is sent from the clock pulse generation circuit 1 to the flip-flop 6 to which the start signal B 1 is input, and T 2 is sent from the counter 5 from the transmission start.
The input signal C 1 is sent during the time, and the output signal D 1 of the flip-flop 6 is sent to the AND gate 4 during this T 2 time. This T 2 time controls the oscillation period of the voltage controlled oscillator 8.
アンドゲート４には、上記フリップ・フロップ６の出力
信号Ｄ1とクロックパルス発生回路１からのクロック信
号が入力されランプ信号発生用カウンタ５にクロック信
号を送る。カウンタ５からはＴ2時間、計数信号をディ
ジタル・アナログ変換器７に送り、ディジタル・アナロ
グ変換器７からは計数信号に応じた電圧が電圧制御発振
器８に送られる。The AND gate 4 receives the output signal D 1 of the flip-flop 6 and the clock signal from the clock pulse generation circuit 1 and sends the clock signal to the ramp signal generation counter 5. The counter 5 sends a count signal to the digital-analog converter 7 for T 2 time, and the digital-analog converter 7 sends a voltage corresponding to the count signal to the voltage controlled oscillator 8.
電圧制御発振器８はディジタルアナログ変換器７の出力
電圧によりＴ2時間の間ランプ波を発生させ発振周波数
を直線的に変化させ、発振周波数偏移量Ｅ3の信号を出
力する。一方、タイミングパルス発生回路２から時間Ｔ
3のタイミング信号Ｆ1がアナログゲート９に送られ、ア
ナログゲート９はＴ3時間の間だけ電圧制御発振器８の
出力Ｇ2，Ｇ3を送信回路１０に送る。なお、第３図のＧ
2は送信巾を制御する時間Ｔ3のアナログゲート９の出力
波形図、Ｇ3は周波数偏移量を示す。送信回路１０はア
ナログゲート９からの出力を増巾し、送受切替回路１１
を介して各トランスデューサＰ0，Ｐ1の送波用トランス
デューサを駆動し超音波を発生させる。The voltage controlled oscillator 8 generates a ramp wave for T 2 time by the output voltage of the digital-analog converter 7 to linearly change the oscillation frequency and outputs a signal of the oscillation frequency deviation amount E 3 . On the other hand, from the timing pulse generation circuit 2 to the time T
The timing signal F 1 of 3 is sent to the analog gate 9, and the analog gate 9 sends the outputs G 2 and G 3 of the voltage controlled oscillator 8 to the transmission circuit 10 only for the time T 3 . Incidentally, G in FIG.
2 is an output waveform diagram of the analog gate 9 at time T 3 for controlling the transmission width, and G 3 is a frequency deviation amount. The transmission circuit 10 widens the output from the analog gate 9, and the transmission / reception switching circuit 11
The transducers for wave transmission of the transducers P 0 and P 1 are driven via the to generate ultrasonic waves.
各トランスデューサＰ0，Ｐ1の受波用トランスデューサ
は超音波を受信し、その出力信号は送受切替回路１１を
介して受信回路１３に送られ、受信回路１３で増巾され
て、受信出力Ｈ2，Ｈ3として混合回路１４に送られる。
なお、Ｈ2は受信出力波形、Ｈ3は受信出力の周波数偏移
量を示す。混合回路１４には同時に電圧制御発振器８の
出力である発振周波数偏移量Ｅ3が送られ、受信出力の
周波数偏移量Ｈ3との差が出力される。The receiving transducers of the transducers P 0 and P 1 receive the ultrasonic waves, and the output signal thereof is sent to the receiving circuit 13 via the transmission / reception switching circuit 11, is amplified by the receiving circuit 13, and the receiving output H 2 , H 3 are sent to the mixing circuit 14.
It should be noted that H 2 represents a reception output waveform, and H 3 represents a frequency shift amount of the reception output. At the same time, the oscillation frequency shift amount E 3 which is the output of the voltage controlled oscillator 8 is sent to the mixing circuit 14, and the difference from the received output frequency shift amount H 3 is output.
第３図はＪ2はこの混合回路１４から出力するビート波
形を示す。FIG. 3 shows a beat waveform J 2 output from the mixing circuit 14.
このビート波Ｊ2はアナログゲート２３に送られる。ア
ナログゲート２３にはタイミングパルス発生回路２か
ら、受信波の到達が予想される時間より僅かに短い時間
Ｔ4より、送信パルス巾Ｔ3よりやや長いパルス巾Ｔ5の
パルス信号Ｋ1が送られ、雑音による誤動作をさけるた
めアナログゲート２３からＴ5時間の間だけビート波Ｊ2
が計数回路１５のコンパレート１７に送られる。コンパ
レータ１７では、このビート波Ｊ2と基準信号発生器１
６から出力する基準信号、第３図においてはゼロクロス
信号とを比較し、ビート波Ｊ2の１周期若しくはあらか
じめ設定されて複数周期を検出する。第３図のＬ1はコ
ンパレータ１７から出力されるビート波Ｊ2の１周期Ｔ
を示し、この信号Ｌ1が周期検出回路１８に送られ、ビ
ート波の周期Ｔをボルドし、アンドゲート１９に周期信
号Ｍ1を送る。アンドゲート１９にはこの周期信号Ｍ1と
クロックパルス発生回路１からのクロック信号が入力
し、周期Ｔの間クロック信号Ｐ1をカウンタ２０に送
る。カウンタ２０はクロック信号Ｐ1を計数し、計数し
たパルス数Ｎが演算回路２１に送られる。なおカウンタ
２０はタイミングパルス発生回路２のスタート信号Ｂ1
によりリセットされる。This beat wave J 2 is sent to the analog gate 23. From the timing pulse generating circuit 2 to the analog gate 23, slightly shorter than the time for arrival of the received wave is expected T 4, somewhat pulse signal K 1 of long pulse width T 5 is sent from the transmitting pulse width T 3 , The beat wave J 2 from the analog gate 23 only for the time T 5 in order to avoid malfunction due to noise.
Are sent to the comparator 17 of the counting circuit 15. In the comparator 17, the beat wave J 2 and the reference signal generator 1
The reference signal output from 6 and the zero-cross signal in FIG. 3 are compared to detect one cycle of the beat wave J 2 or a plurality of cycles set in advance. L 1 in FIG. 3 is one cycle T of the beat wave J 2 output from the comparator 17.
This signal L 1 is sent to the cycle detection circuit 18 to bend the cycle T of the beat wave and send the cycle signal M 1 to the AND gate 19. The AND gate 19 receives the periodic signal M 1 and the clock signal from the clock pulse generation circuit 1, and sends the clock signal P 1 to the counter 20 during the period T. The counter 20 counts the clock signal P 1, and the counted pulse number N is sent to the arithmetic circuit 21. The counter 20 uses the start signal B 1 of the timing pulse generating circuit 2.
Is reset by.
演算回路２１に送られたパルス数Ｎは上記(8)式，(9)式
に示した1/fu，1/fdに比例しているから、このパルス数
から(8)式により流速Ｖを求めることができる。また、
このパルス数Ｎから(9)式により音速Ｃを求めることも
できる。Velocity pulse number N which is sent to the arithmetic circuit 21 is above (8), (9) because proportional to 1 / f u, 1 / f d shown in equation, the pulse number (8) V can be obtained. Also,
The sound velocity C can also be obtained from the pulse number N by the equation (9).
この流速Ｖの測定に際しては、上記で説明したように、
発振周波数偏移量Ｅ3と受信出力の周波数偏移量Ｈ3との
差のみ検出しているから、トランスデューサの立上り特
性に影響されずに流速を求めることができる。When measuring the flow velocity V, as described above,
Since only the difference between the oscillation frequency shift amount E 3 and the received output frequency shift amount H 3 is detected, the flow velocity can be obtained without being affected by the rising characteristics of the transducer.
次に、上記(8)式，(9)式に基いて流速Ｖ及び音速Ｃを算
出する演算回路２１の動作を第４図に示したブロック図
に基いて説明する。第４図において、４０は第２図に示
したカウンタ２０から演算回路２１に送られたパルス数
Ｎを示し、送受切替回路１１の切替動作によって得られ
るトランスデューサＰ0，Ｐ1の順方向および逆方向にお
けるパルス数Ｎを各々メモリ４１に記憶する。メモリ４
１からは1/fd，1/fuを減算器４２に送り、減算器４２で
両信号の差を演算し、乗算器４３に送る。乗算器４３
は、この差信号にあらかじめ入力設定器４４に設定され
ている既知るの係数 を乗算して音速Ｖを演算し入出力回路２２に出力する。Next, the operation of the arithmetic circuit 21 for calculating the flow velocity V and the sound velocity C based on the equations (8) and (9) will be described with reference to the block diagram shown in FIG. In FIG. 4, reference numeral 40 denotes the number of pulses N sent from the counter 20 shown in FIG. 2 to the arithmetic circuit 21, and the forward and reverse directions of the transducers P 0 and P 1 obtained by the switching operation of the transmission / reception switching circuit 11. The number of pulses N in each direction is stored in the memory 41. Memory 4
From 1, 1 / f d and 1 / f u are sent to the subtractor 42, the difference between the two signals is calculated by the subtractor 42, and the result is sent to the multiplier 43. Multiplier 43
Is a known coefficient set in advance in the input setting unit 44 for this difference signal. Is multiplied by to calculate the sound velocity V and output to the input / output circuit 22.
音速Ｃを算出する場合にはメモリ４１に記憶された1/
fu，1/fdを加算器４５に送り、加算器４５で両信号の和
を演算した後、乗算器４６で入力設定器４４から送られ
る係数Ｋを乗算して音速Ｃを演算する。When the sound velocity C is calculated, 1 /
After sending f u and 1 / f d to the adder 45, the adder 45 calculates the sum of both signals, and then the multiplier 46 multiplies the coefficient K sent from the input setting unit 44 to calculate the sound velocity C.
〔具体例〕 基準周波数ｆ0を４０ＫHz、時間５ｍｓ間の周波数の偏
移を８ＫHz、すなわち周波数変化率ｋを トランスデューサＰ0，Ｐ1の距離Ｌを２０cm、音速Ｃを
３４０ｍ／ｓとして、１ｍ／ｓの流速Ｖを測定する場
合、順方向における周波数差ｆdは９３8.４２Hz、逆方
向における周波数差ｆuは９３4.９５Hzとなり、各々の
逆数は、 となり、この差 は6.２５μｓとなる。[Specific example] The reference frequency f 0 is 40 KHz, and the frequency deviation during 5 ms is 8 KHz, that is, the frequency change rate k is When the distance L between the transducers P 0 and P 1 is 20 cm and the sound velocity C is 340 m / s and a flow velocity V of 1 m / s is measured, the frequency difference f d in the forward direction is 938.42 Hz and the frequency difference f u in the reverse direction is f u. Becomes 934.95Hz, and the reciprocal of each is And this difference Is 6.25 μs.
いま、カウンタ２０の計数時間をビート波の１周期と
し、測定分解能を0.５％とすると、カウンタ２０のクロ
ック周波数は となり、８ビットのカウンタで３２ＭＨのクロックパル
スを計数すれば良い。Now, assuming that the counting time of the counter 20 is one cycle of the beat wave and the measurement resolution is 0.5%, the clock frequency of the counter 20 is Therefore, it is sufficient to count 32 MH clock pulses with an 8-bit counter.
また、トランスデューサＰ0，Ｐ1間の距離Ｌあるいはビ
ート波の計数周期を大とすると が大となり、同一クロックパルスで低流速まで測定する
ことができる。Further, if the distance L between the transducers P 0 and P 1 or the counting cycle of the beat wave is set to be large, Is large, and low flow velocity can be measured with the same clock pulse.
なお、上記実施例はトランスデューサＰ0，Ｐ1を流管２
４の軸に対して同一方向の管壁に取付けた場合について
説明したが、第５図に示すようにトランスデューサ
Ｐ0，Ｐ1を流間２４の軸に沿って所定の間隔をへだて、
かつ流間２４の軸に対して対象の位置に取付けても上記
実施例と同様な作用・効果を奏することができる。In the above embodiment, the transducers P 0 and P 1 are connected to the flow tube 2
The case where the transducers P 0 and P 1 are attached to the tube wall in the same direction with respect to the axis of No. 4 has been described. As shown in FIG.
Moreover, even if it is attached at a target position with respect to the shaft of the stream 24, the same operation and effect as those of the above-described embodiment can be achieved.
〔実施例２〕 次にトランスデューサを流体中に立体的に配置し、流
速，流向を測定する本発明の一実施例を説明する。[Embodiment 2] Next, an embodiment of the present invention in which a transducer is three-dimensionally arranged in a fluid and a flow velocity and a flow direction are measured will be described.
第６図は本実施例のトランスデューサの配置を示す。超
音波の送信を行なう送波用トランスデューサと受信を行
なう受波用トランスデューサの１組からなる各トランス
デューサＰ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3は流速Ｖの流体中に設けた
三角錐の各頂点に配置されている。なお、説明を簡単に
するために第６図においてはトランスデューサＰ0を流
体中に設けた直交座標、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標の原点の位置に
配置し、他のトランスデューサＰ1，Ｐ2，Ｐ3はＺ軸に
垂直な平面上でＺ軸に対して対称な位置になるものとす
る。FIG. 6 shows the arrangement of the transducers of this embodiment. Each transducer P 0 , P 1 , P 2 , P 3 consisting of one set of a wave transmitting transducer for transmitting ultrasonic waves and a wave receiving transducer for receiving ultrasonic waves is each apex of a triangular pyramid provided in a fluid having a flow velocity V. It is located in. To simplify the explanation, in FIG. 6, the transducer P 0 is arranged at the origin of the Cartesian coordinates, X, Y, Z coordinates provided in the fluid, and the other transducers P 1 , P 2 , P are arranged. It is assumed that 3 is a position symmetrical with respect to the Z axis on a plane perpendicular to the Z axis.
また、トランスデューサＰ0と他のトランスデューサ
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3との中心線 の方向余弦を各々（1，ｍ1，ｎ1），（2，ｍ2，
ｎ2）及び（3，ｍ3，ｎ3）とし、流速Ｖの方向余弦を
（，ｍ，ｎ）とする。Further, the center line between the transducer P 0 and the other transducers P 1 , P 2 , P 3 Direction cosine of ( 1 , m 1 , n 1 ), ( 2 , m 2 ,
n 2 ) and ( 3 , m 3 , n 3 ), and the direction cosine of the flow velocity V is (, m, n).
まず、上記のように配置したトランスデューサＰ0，
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3による本発明の原理を説明する。First, the transducer P 0 arranged as described above,
The principle of the present invention based on P 1 , P 2 and P 3 will be described.
超音波はまず原点に位置するトランスデューサＰ0から
送信され、他のトランスデューサＰ1，Ｐ2，Ｐ3により
受信する。次に他のトランスデューサＰ0，Ｐ1，Ｐ2，
Ｐ3により超音波を送信し、トランスデューサＰ0で受信
し、各トランスデューサの中心線 間の超音波の受信波と送信波の周波数差を求めることに
より測定流体の流速Ｖを測定する。The ultrasonic wave is first transmitted from the transducer P 0 located at the origin and received by the other transducers P 1 , P 2 and P 3 . Next, the other transducers P 0 , P 1 , P 2 ,
The ultrasonic wave is transmitted by P 3 and is received by the transducer P 0 , and the center line of each transducer is transmitted. The flow velocity V of the measurement fluid is measured by obtaining the frequency difference between the received wave and the transmitted wave of the ultrasonic wave between them.
いまトランスデューサＰ0及び他のトランスデューサ
Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3を順次切替えて送受信を行ない、そのと
き得られた周波数差を第１表に示すように表わす。Now, the transducer P 0 and the other transducers P 1 , P 2 , and P 3 are sequentially switched to perform transmission and reception, and the frequency difference obtained at that time is shown in Table 1.
また、流速Ｖとトランスデューサの中心線 とのなす角を各々θ1，θ2，θ3、音速をＣ、トランス
デューサＰ0と他のトランスデューサＰ1，Ｐ2，Ｐ3間の
距離をＬとすると、周波数差は次式で表わされる。 Also, the flow velocity V and the center line of the transducer When the angles formed by and are θ 1 , θ 2 , and θ 3 , respectively, the sound velocity is C, and the distance between the transducer P 0 and the other transducers P 1 , P 2 , and P 3 is L, the frequency difference is expressed by the following equation. .
ここでｉは１，２，３を示す。 Here, i indicates 1, 2, and 3.
(10)，(11)式より 但しＦi＝（１／fid−１／fiu）、 であり、計数ｆ0ＫＬは既知であり周波数差fid，fiuは
測定できる値である。一方cosθiはトランスデューサの
中心線 の方向余弦と流速Ｖとの方向余弦から Ｖcosθi＝Ｖ・i＋Ｖm・mi＋Ｖn・ni＝ＶX・i＋ＶY・mi＋ＶZ・ni ……
……(13) となる。ここでＶX，ＶY，ＶZは流速ＶのＸ，Ｙ，Ｚ軸
に対する成分である。From equations (10) and (11) Where F i = (1 / fid-1 / fiu), And the count f 0 KL is known, and the frequency differences fid and fiu are measurable values. On the other hand, cos θ i is the center line of the transducer From the direction cosine of the direction cosine of V and the direction cosine of the flow velocity V Vcos θ i = V ・ i + Vm ・ mi + Vn ・ ni = V X・ i + V Y・ mi + V Z・ ni ......
(13) Here, V X , V Y and V Z are components of the flow velocity V with respect to the X, Y and Z axes.
(12)，(13)より ＶX・1＋ＶY・ｍ1＋ＶZ・ｎ1＝ＫＦ1 ＶX・2＋ＶY・ｍ2＋ＶZ・ｎ2＝ＫＦ2 ……(14) ＶX・3＋ＶY・ｍ3＋ＶZ・ｎ3＝ＫＦ3 この(14)式を解くことによりＶX，ＶY，ＶZを求めるこ
とができる。但し、 となるように各トランスデューサを配置しておく。した
がって流速Ｖは次式で求めることができる。From (12) and (13) V X · 1 + V Y · m 1 + V Z · n 1 = KF 1 V X · 2 + V Y · m 2 + V Z · n 2 = KF 2 …… (14) V X · 3 + V Y · m 3 + V Z · n 3 = KF 3 By solving this equation (14), V X , V Y and V Z can be obtained. However, Arrange each transducer so that Therefore, the flow velocity V can be calculated by the following equation.
また、流速Ｖの方向余弦（，ｍ，ｎ）も次式で求める
ことができる。 Further, the direction cosine (, m, n) of the flow velocity V can also be obtained by the following equation.
さらにトランスデューサの各中心線における音速を
Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3とすると(10)，(11)式より次式となる。 Furthermore, assuming that the sound velocity at each center line of the transducer is C 1 , C 2 , and C 3 , the following equations are obtained from the equations (10) and (11).
ここで とすると Ｃ1＝ＫＧ1 Ｃ2＝ＫＧ2 …………(19) Ｃ3＝ＫＧ3 となり、音速の平均値Ｃｍは次式で求められる。 here Then, C 1 = KG 1 C 2 = KG 2 (19) C 3 = KG 3 , and the average value Cm of the sound velocity is calculated by the following equation.
上記(14)式から(16)式に基づき、流速Ｖ及び流速Ｖの方
向余弦の，ｍ，ｎ，を求めるに際し、(14)式から(16)
式に示すように流速Ｖとその方向余弦は上記実施例１と
同様に音速Ｃとは無関係に求めることができるから、温
度補正を必要とせずに流速Ｖとその方向に精度良く求め
ることができる。 When calculating the flow velocity V and the direction cosine of the flow velocity V, m and n, based on the above equations (14) to (16), the equation (14) to (16)
As shown in the equation, the flow velocity V and its direction cosine can be obtained independently of the sound velocity C as in the first embodiment, so that the flow velocity V and its direction can be obtained accurately without temperature correction. .
第７図は本実施例により超音波を送受信し、送信波と受
信波との周波数差を求める回路ブロック図である。図に
おいてトランスデューサＰ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3の配置、リ
ングカウンタ１２及び送受切替回路１１以外の部分は上
記第２図に示した実施例と全く同じである。FIG. 7 is a circuit block diagram for transmitting and receiving ultrasonic waves and obtaining the frequency difference between the transmitted wave and the received wave according to this embodiment. In the figure, the arrangement of the transducers P 0 , P 1 , P 2 , P 3 and the parts other than the ring counter 12 and the transmission / reception switching circuit 11 are exactly the same as the embodiment shown in FIG.
リングカウンタ１２は３進リングカウンタからなりタイ
ミングパルス発生回路２のタイミング信号を受けて超音
波を送受信するトランスデューサＰ0，Ｐ1、トランスデ
ューサＰ0，Ｐ2及びトランスデューサＰ0，Ｐ3の各組の
切替信号を送受切替回路１１に送る。送受切替回路１２
はこの切替信号によりトランスデューサの組を選択し、
かつ各トランスデューサの組の送受信を切替える。The ring counter 12 is composed of a ternary ring counter, and includes transducers P 0 , P 1 , transducers P 0 , P 2 and transducers P 0 , P 3 for transmitting and receiving ultrasonic waves in response to the timing signal from the timing pulse generating circuit 2. A switching signal is sent to the transmission / reception switching circuit 11. Transmission / reception switching circuit 12
Selects a set of transducers with this switching signal,
Moreover, the transmission / reception of each transducer set is switched.
上記のようにトランスデューサＰ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3を流
体中に立体的に配置した超音波流速・流向・音速測定装
置の動作を説明する。The operation of the ultrasonic flow velocity / flow direction / sound velocity measuring device in which the transducers P 0 , P 1 , P 2 , and P 3 are three-dimensionally arranged in the fluid as described above will be described.
第８図は本実施例の動作を説明する波形図であり、波形
Ａ1および波形Ｂ1から波形Ｐ1は上記第３図に示した波
形と全く同じである。リングカウンタ１２はタイミング
パルス発生回路２からのタイミング信号Ａ1を受けて流
体中に立体的に配置されたトランスデューサの組を選択
する選択信号Ｓ11，Ｓ21，Ｓ31を送受切替回路１１に出
力する。送受切替回路１１は選択信号Ｓ11を受けるとト
ランスデューサＰ0，Ｐ1を選択し、トランスデューサＰ
0，Ｐ1間で超音波の送受信を行なうかまた、送受切替回
路１１が選択信号Ｓ21をうけるとトランスデューサ
Ｐ0，Ｐ2を選択し、このトランスデューサＰ0，Ｐ2間で
超音波の送受信を行ない、選択信号Ｓ31を受けるととト
ランスデューサＰ0，Ｐ3を選択し、超音波の送受信を行
なう。FIG. 8 is a waveform diagram for explaining the operation of this embodiment, and the waveforms A 1 and B 1 to P 1 are exactly the same as the waveforms shown in FIG. The ring counter 12 receives the timing signal A 1 from the timing pulse generation circuit 2 and outputs selection signals S 11 , S 21 , S 31 for selecting a set of transducers three-dimensionally arranged in the fluid to the transmission / reception switching circuit 11. To do. Upon receiving the selection signal S 11 , the transmission / reception switching circuit 11 selects the transducers P 0 and P 1 , and the transducer P 0
The ultrasonic transmission / reception is performed between 0 and P 1 , or when the transmission / reception switching circuit 11 receives the selection signal S 21 , the transducers P 0 and P 2 are selected, and the ultrasonic transmission / reception is performed between the transducers P 0 and P 2. When receiving the selection signal S 31 , the transducers P 0 and P 3 are selected and ultrasonic waves are transmitted and received.
上記のトランスデューサの各組で超音波の送受信を行な
い、実施例と同様に信号処理を行ない、各々周期Ｔの間
カウンタ２０で計数したパルス数Ｎを演算回路２１に送
り、演算回路２１で流体の流速，流向及び流体中の音速
の演算を行なう。Ultrasonic waves are transmitted and received by each set of the above transducers, signal processing is performed in the same manner as in the embodiment, the pulse number N counted by the counter 20 during each period T is sent to the arithmetic circuit 21, and the arithmetic circuit 21 generates the fluid. Calculates the flow velocity, flow direction, and sound velocity in the fluid.
第９図は演算回路２１の構成を示すブロック図であり、
図において４０はカウンタ２０から演算回路２１に送ら
れたパルス数Ｎを示し、送受切替回路１１の切替動作に
よって得られる各トランスデューサの組Ｐ0Ｐ1，Ｐ
0Ｐ2，Ｐ0Ｐ3の順方向及び逆方向におけるパルス数Ｎを
各々メモリ４１に記憶する。メモリ４１からは各トラン
スデューサの組に応じた１／ｆｉｄ，１／ｆｉｕを減算
器４２に送り、減算器４２で各トランスデューサの組の
差Ｆｉを演算する。減算器４２で演算された信号Ｆｉは
ＶX，ＶY，ＶZ演算回路４７に送られ、あらかじめ入力
設定器４４に設定された各トランスデューサの中心線 の方向余弦ｉ，ｍｉ，ｎｉと既知の係数Ｋとを用いて
流速ＶのＸ，Ｙ，Ｚ軸成分ＶX，ＶY，ＶZを演算する。
このＶX，ＶY，ＶZは(14)式に基づき行列演算を行なう
ことにより得られる。ＶX，ＶY，ＶZ演算回路４７で演
算したＶX，ＶY，ＶZはＶ演算回路４８に送られ(15)式
に基づき流速Ｖが演算される。またＶX，ＶY，ＶZ演算
回路４７で演算された流速ＶのＸ，Ｙ，Ｚ軸成分ＶX，
ＶY，ＶZはＶ演算回路４８で演算された流速Ｖが方向余
弦演算回路４９に送られ、(16)式に基づき流速Ｖの方向
余弦，ｍ，ｎが演算される。FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the arithmetic circuit 21,
In the figure, reference numeral 40 denotes the number of pulses N sent from the counter 20 to the arithmetic circuit 21, and each transducer set P 0 P 1 , P obtained by the switching operation of the transmission / reception switching circuit 11 is shown.
The numbers of pulses N in the forward and backward directions of 0 P 2 and P 0 P 3 are stored in the memory 41, respectively. From the memory 41, 1 / fid and 1 / fiu corresponding to each transducer group are sent to the subtractor 42, and the subtractor 42 calculates the difference Fi of each transducer group. The signal Fi calculated by the subtractor 42 is sent to the V X , V Y , V Z calculation circuit 47, and the center line of each transducer set in the input setting unit 44 in advance. The X, Y, and Z axis components V X , V Y , and V Z of the flow velocity V are calculated by using the direction cosines i, mi, and of i and the known coefficient K.
The V X , V Y , and V Z can be obtained by performing matrix calculation based on the equation (14). The V X , V Y , and V Z calculated by the V X , V Y , and V Z calculation circuit 47 are sent to the V calculation circuit 48, and the flow velocity V is calculated based on the equation (15). Also, the X, Y, and Z axis components V X of the flow velocity V calculated by the V X , V Y , V Z calculation circuit 47,
For V Y and V Z , the flow velocity V calculated by the V calculation circuit 48 is sent to the direction cosine calculation circuit 49, and the direction cosine, m, and n of the flow velocity V are calculated based on the equation (16).
一方、メモリ４１に記憶された各トランスデューサの組
に応じた１／ｆｉｄ，１／ｆｉｕは加算器４７に送ら
れ、加算器４７で各トランスデューサの組の和Ｇｉを演
算する。演算された各々の和Ｇｉは音速演算回路５０に
送られ、(19)式に基づき既知の係数Ｋが乗算され、各ト
ランスデューサの中心線 間の音速Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3が求められる。音速演算回路５
０から各々の音速Ｃ1，Ｃ2，Ｃ3がＣｍ演算回路５１に
送られ音速の平均値Ｃｍが演算される。On the other hand, 1 / fid and 1 / fiu corresponding to each transducer set stored in the memory 41 are sent to the adder 47, and the adder 47 calculates the sum Gi of each transducer set. Each calculated sum Gi is sent to the sound velocity calculation circuit 50, multiplied by a known coefficient K based on the equation (19), and the center line of each transducer is calculated. The sound velocities C 1 , C 2 and C 3 are obtained. Sound velocity calculation circuit 5
The respective sound speeds C 1 , C 2 , C 3 from 0 are sent to the Cm calculation circuit 51, and the average value Cm of the sound speeds is calculated.
上記のように演算回路２１で演算された音速Ｖ，音速Ｖ
の方向余弦，ｍ，ｎ及び音速の平均値Ｃｍは第７図に
示した出力回路２２に出力され表示される。The sound velocity V and the sound velocity V calculated by the calculation circuit 21 as described above.
The direction cosine, m, n and the average value Cm of the sound velocity are output to the output circuit 22 shown in FIG. 7 and displayed.
なお、上記実施例では超音波を送受するトランスデュー
サＰ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3を流速Ｖの流体中に設けた三角錐
の各頂点に配置した場合について説明したが、第１０図
に示すようにトランスデューサＰX，ＰX′，ＰY，
ＰY′，ＰZ，ＰZ′を流体中に直交するＸ，Ｙ，Ｚ座標
上に配置しても同様に流速，流向及び音速を測定するこ
とができる。In the above embodiment, the case where the transducers P 0 , P 1 , P 2 and P 3 for transmitting and receiving ultrasonic waves are arranged at the respective vertices of the triangular pyramid provided in the fluid having the flow velocity V has been described. As shown, the transducers P X , P X ′, P Y ,
Even if P Y ′, P Z , and P Z ′ are arranged on the X, Y, and Z coordinates orthogonal to each other in the fluid, the flow velocity, flow direction, and sound velocity can be similarly measured.
第１０図は本発明の他の実施例に係るトランスデューサ
の配置を示し、超音波の送受信を行なうトランスデュー
サＰX，ＰX′は流体中に直交するＸ，Ｙ，Ｚ座標の原点
Ｏを中心に距離Ｌだけ隔ててＸ軸上に配置されている。
また、トランスデューサＰY，ＰY′は原点Ｏを中心に距
離Ｌだけ隔ててＹ軸上に配置され、トランスデューサＰ
Z，ＰZ′は、原点Ｏを中心に距離Ｌだけ隔ててＺ軸上に
配置されている。各トランスデューサは、超音波の送信
を行なう送波用トランスデューサと、受信を行なう受波
用トランスデューサの１組からなる。FIG. 10 shows the arrangement of transducers according to another embodiment of the present invention. Transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves P X , P X ′ are centered on the origin O of X, Y, Z coordinates orthogonal to the fluid. They are arranged on the X axis at a distance L.
Also, the transducers P Y and P Y ′ are arranged on the Y axis with a distance L from the origin O as a center, and the transducer P
Z and P Z ′ are arranged on the Z axis with a distance L from the origin O. Each transducer is composed of one set of a wave transmitting transducer for transmitting ultrasonic waves and a wave receiving transducer for receiving ultrasonic waves.
第１１図は第１０図に示したＸ，Ｙ，Ｚ座標に対する流
体の流速Ｖを示し、流速ＶのＸ，Ｙ，Ｚ座標に対する方
向余弦（，ｍ，ｎ）とし、流速ＶとＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸
とのなす角をθX，θY，θZとする。FIG. 11 shows the flow velocity V of the fluid with respect to the X, Y, Z coordinates shown in FIG. 10, and the direction cosine (, m, n) of the flow velocity V with respect to the X, Y, Z coordinates, and the flow velocity V and the X axis, The angles formed by the Y-axis and the Z-axis are θ X , θ Y , and θ Z.
第１０図に示すトランスデューサの配置において、超音
波は各座標軸の一方に配置されたトランスデューサ
ＰX，ＰY，ＰZから送信され、他方に配置されたトラン
スデューサＰX′，ＰY′，ＰZ′により各受信する。次
にトランスデューサＰX′，ＰY′，ＰZ′から各々超音
波を送信しトランスデューサＰX，ＰY，ＰZで受信す
る。この流速に対する順方向と逆方向の周波数差を測定
することにより上記実施例と同様に流速Ｖ等を求めるこ
とができる。In the arrangement of the transducers shown in FIG. 10, ultrasonic waves are transmitted from the transducers P X , P Y , P Z arranged on one of the coordinate axes and the transducers P X ′, P Y ′, P Z arranged on the other side. 'Receive each. Next, ultrasonic waves are transmitted from the transducers P X ′, P Y ′ and P Z ′, respectively, and received by the transducers P X , P Y and P Z. By measuring the frequency difference in the forward direction and the reverse direction with respect to this flow velocity, the flow velocity V and the like can be obtained as in the above-mentioned embodiment.
すなわち第１０図において、Ｘ軸上のトランスデューサ
ＰX，ＰX′、Ｙ軸上のトランスデューサＰY，ＰY′及び
Ｚ軸上のトランスデューサＰZ，ＰZ′を各々順次切替え
て送受信を行ない、そのとき得られる周波数差を第２表
に示すように表わすと 各座標軸のトランスデューサ間の距離はＬであるから、
送信波と受信波の周波数差は各々(10)，(11)式と同様に
次式で表わせる。That is, in FIG. 10, the transducers P X and P X ′ on the X axis, the transducers P Y and P Y ′ on the Y axis and the transducers P Z and P Z ′ on the Z axis are sequentially switched to perform transmission and reception. The frequency difference obtained at that time is expressed as shown in Table 2. Since the distance between the transducers on each coordinate axis is L,
The frequency difference between the transmitted wave and the received wave can be expressed by the following equations as in Eqs. (10) and (11).
ここでｉはＸ，Ｙ，Ｚを示す。 Here, i represents X, Y, and Z.
(21)，(22)式より (23)式において係数ｆ0ＫＬは既知であり、周波数差ｆ
ｉｄ，ｆｉｕは測定でき、かつ各トランスデューサは方
向余弦が（１，０，０），（０，１，０），（０，０，
１）のＸ，Ｙ，Ｚ軸上にあり、Ｖcosθｉは流速Ｖの
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸成分ＶX，ＶY，ＶZであるから、上記実施
例と同様に ｆ0ＫＬ／２＝Ｋ とすると ＶX＝ＫＦX ＶY＝ＫＦY …………(24) ＶZ＝ＫＦZ となる。From equations (21) and (22) In the equation (23), the coefficient f 0 KL is known, and the frequency difference f
id, fiu can be measured, and the direction cosine of each transducer is (1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0,
1) on the X, Y, Z axes, and Vcos θi is the X, Y, Z axis components V X , V Y , V Z of the flow velocity V. If f 0 KL / 2 = K, then V X = KF X V Y = KF Y (24) V Z = KF Z
したがって上記実施例に示した(15)，(16)式により、流
速Ｖと流速Ｖの方向余弦，ｍ，ｎを求めることができ
る。Therefore, the flow velocity V and the direction cosine of the flow velocity V, m, and n can be obtained from the equations (15) and (16) shown in the above embodiment.
また、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向における音速ＣX，ＣY，ＣZも
(21)，(22)式から としてもとめられ、この音速ＣX，ＣY，ＣZから音速の
平均値Ｃｍを求めることができる。The sound speeds C X , C Y , and C Z in the X, Y, and Z axis directions are also
From equations (21) and (22) The sound velocity average value Cm can be obtained from the sound velocities C X , C Y , and C Z.
第１２図は第１０図に示すようにＸ，Ｙ，Ｚ軸上に６個
のトランスデューサを配置した場合の流速Ｖ，流速Ｖの
方向余弦，ｍ，ｎ及び音速を測定する回路ブロック図
を示し、図において１〜３，９〜１５，２１は第７図に
示した実施例の場合と全く同じものであり、第７図に示
した実施例と相違する点は送受切替回路１１によるトラ
ンスデューサの組の選択が異なるのみである。すなわち
リングカウンタ１２はタイミングパルス発生回路２から
のタイミング信号Ａ1を受けて送受切替回路１１にＹ，
Ｙ，Ｚ軸上に配置されたトランスデューサの組を選択す
る選択信号Ｓ11，Ｓ21，Ｓ31を出力する。送受切替回路
１１は選択信号Ｓ11を受けるとＸ軸上に配置されたトラ
ンスデューサＰX，ＰX′を選択し、トランスデューサＰ
X，ＰX′間で超音波の送受信を行なう。また、送受切替
回路１１が選択信号Ｓ21を受けるとＹ軸上に配置された
トランスデューサＰY，ＰY′を選択し、このトランスデ
ューサＰY，ＰY′間で超音波の送受信を行ない、選択信
号Ｓ31を受けるとＺ軸上に配置されたトランスデューサ
ＰZ，ＰZ′を選択し、トランスデューサＰZ，ＰZ′間で
超音波の送受信を行なう。FIG. 12 shows a circuit block diagram for measuring the flow velocity V, the direction cosine of the flow velocity V, m, n, and the speed of sound when six transducers are arranged on the X, Y, and Z axes as shown in FIG. In the figure, 1 to 3, 9 to 15 and 21 are exactly the same as those in the embodiment shown in FIG. 7. The difference from the embodiment shown in FIG. Only the choice of set is different. That is, the ring counter 12 receives the timing signal A 1 from the timing pulse generating circuit 2 and sends Y / Y to the transmission / reception switching circuit 11.
Select signals S 11 , S 21 , and S 31 for selecting a set of transducers arranged on the Y and Z axes are output. When the transmission / reception switching circuit 11 receives the selection signal S 11 , the transmission / reception switching circuit 11 selects the transducers P X and P X ′ arranged on the X-axis, and the transducer P P
Ultrasonic waves are transmitted and received between X and P X ′. Further, when the transmission / reception switching circuit 11 receives the selection signal S 21 , it selects the transducers P Y and P Y ′ arranged on the Y axis, transmits and receives ultrasonic waves between the transducers P Y and P Y ′, and selects them. When receiving the signal S 31 , the transducers P Z and P Z ′ arranged on the Z axis are selected, and ultrasonic waves are transmitted and received between the transducers P Z and P Z ′.
この各トランスデューサの組による超音波の順方向，逆
方向の周波数差を求め第７図に示した実施例と同様に流
体の流速Ｖ、流速Ｖの方向余弦，ｍ，ｎ及び音速の平
均値Ｃｍを測定することができる。As in the embodiment shown in FIG. 7, the frequency difference between the forward direction and the backward direction of the ultrasonic waves is obtained by each set of the transducers, and the flow velocity V of the fluid, the direction cosine of the flow velocity V, m, n, and the average value Cm of the sound velocity are obtained. Can be measured.
上記実施例に示した流体は特にその種類を限定する必要
がないから、室内，構造物内の空気の流れの速、グラウ
ンドの風の測定、海流の測定，気象観測等に適用し得る なお上記実施例１，実施例２においては可変周波数発振
回路３で発振周波数を波形Ｅ3で示すように時間に対し
て直線的に増加する場合について説明したが、発振周波
数を時間に対して直線的に減少した場合、あるいは３角
波状に偏移動させても上記各実施例と同様に流速度等を
測定することができる。Since the types of the fluids shown in the above embodiments are not particularly limited, they can be applied to the speed of the air flow in the room and the structure, the measurement of the wind of the ground, the measurement of the ocean current, the meteorological observation, etc. In the first and second embodiments, the case where the oscillation frequency is linearly increased with time as shown by the waveform E 3 in the variable frequency oscillation circuit 3 has been described, but the oscillation frequency is linearly increased with time. The flow velocity and the like can be measured in the same manner as in each of the above-mentioned examples even when the flow rate is decreased or even when the magnetic field is deviated in a triangular wave shape.
第１３図は三角波を発生する可変周波数発生回路３のブ
ロック図を示し、第１４図(a)，(b)はこの可変周波数発
振回路３の波形を示し、(a)は三角波を発生する場合、
(b)は逆三角波を発生する場合である。FIG. 13 shows a block diagram of a variable frequency generating circuit 3 for generating a triangular wave, and FIGS. 14 (a) and 14 (b) show the waveforms of the variable frequency oscillating circuit 3, where (a) shows a case of generating a triangular wave. ,
(b) is a case where an inverted triangular wave is generated.
この可変周波数発振回路３の動作を第１３図，第１４図
(a)に基いて説明する。The operation of the variable frequency oscillator circuit 3 is shown in FIGS.
It will be explained based on (a).
可変周波数発振回路３のカウンタ５は例えば８進アップ
／ダウンカウンタからなり、カウンタ５にはアンドゲー
ト４からクロックパルスＣpが入力されており、このク
ロックパルスＣpを計数した計数信号をディジタル・ア
ナログ変換器７に送る。第１４図においてＣOはカウン
タＳでクロックパルスＣpを計数しているときの波形を
示す。The counter 5 of the variable frequency oscillating circuit 3 is composed of, for example, an octal up / down counter, the clock pulse C p is input from the AND gate 4 to the counter 5, and the count signal counting the clock pulse C p is digitally counted. Send to the analog converter 7. In FIG. 14, C O shows a waveform when the counter S is counting the clock pulses C p .
ディジタル・アナログ変換器７からは上記計数信号に応
じて増加する電圧信号Ａｖが電圧制御発振器８に送られ
ている。こん状態でカウンタ５からキャリー信号Ｃyが
フリップフロップ６に送られると、フリップフロップ６
の出力信号Ｑが低レベル、出力信号Ｑが高レベルとなり
カウンタ５をダウンカウンタに切替え、カウンタ５に入
力するクロックパルスＣpのパルス数に応じて計数信号
を減少させる。ディジタル・アナログ変換器７はこの計
数信号の減少に応じた電圧信号Ａｖを電圧制御発振器８
に送り三角波を発生させる。なお第１４図(b)に示した
逆三角波を発生する場合も同様な動作を行なう。From the digital / analog converter 7, a voltage signal Av that increases according to the count signal is sent to the voltage controlled oscillator 8. When the carry signal C y is sent from the counter 5 to the flip-flop 6 in this state, the flip-flop 6
Output signal Q becomes low level and output signal Q becomes high level, the counter 5 is switched to a down counter, and the count signal is decreased according to the number of clock pulses C p input to the counter 5. The digital-analog converter 7 outputs the voltage signal Av corresponding to the decrease of the count signal to the voltage controlled oscillator 8
To generate a triangular wave. The same operation is performed when the inverse triangular wave shown in FIG. 14 (b) is generated.
上記のように三角波を発生すると、流体の温度が変化し
ている場合、順方向および逆方向の計測時刻の相違によ
る温度の影響を減少することができ、かつ周波数変化範
囲の狭いトランスデューサを使用することができる利点
を有する。When the triangular wave is generated as described above, when the temperature of the fluid is changing, it is possible to reduce the influence of the temperature due to the difference in the measurement times in the forward direction and the reverse direction, and use a transducer with a narrow frequency change range. It has the advantage that it can.
また、上記各実施例の可変周波数発振回路３において用
いたカウンタ５とディジタル・アナログ変換器７の代り
にアナログ積分回路を使うこともできる。Further, instead of the counter 5 and the digital-analog converter 7 used in the variable frequency oscillation circuit 3 of each of the above embodiments, an analog integration circuit can be used.
さらに、上記各実施例においては計数回路１５でビート
波の１周期を検出した場合について説明したが、ビート
波の複数周期を検出することにより測定精度の向上を図
ることができる。Further, in each of the above embodiments, the case where one cycle of the beat wave is detected by the counting circuit 15 has been described, but the measurement accuracy can be improved by detecting a plurality of cycles of the beat wave.
また、上記各実施例における送受切替回路１１の動作に
ついては順方向，逆方向と切替える場合について説明し
たが、順方向を複数回繰返した後に逆方向を複数回繰返
すように切替えることにより流体の温度が変化している
場合の測定精度の向上を図ることもできる。The operation of the transmission / reception switching circuit 11 in each of the above embodiments has been described as switching between the forward direction and the reverse direction. However, the temperature of the fluid is changed by switching the forward direction a plurality of times and then the reverse direction a plurality of times. It is also possible to improve the measurement accuracy in the case where is changing.
また、上記実施例においては流体の流速と共に超音波の
音速Ｃも測定することができるから、流体中の音速と温
度が一義的な対応関係にあれば、音速と温度の関係から
流体温度も求めることができる。さらに流体中の音速と
流体成分との対応関係より流体の成分も検知することが
できる。Further, in the above embodiment, the sound velocity C of the ultrasonic waves can be measured together with the flow velocity of the fluid. Therefore, if the sound velocity in the fluid and the temperature have a unique correspondence relationship, the fluid temperature is also obtained from the relationship between the sound velocity and the temperature. be able to. Furthermore, the component of the fluid can also be detected from the correspondence relationship between the speed of sound in the fluid and the fluid component.
本発明は以上説明したように、流体中に 配置したトランスデューサから送信する超音波の送信波
として周波数変調波を用い、送信波と受信波との周波数
の差を検出して流体の流速，流向を測定するから、流体
の温度と関係する音速とは無関係に、かつトランスデュ
ーサの立上り特性に影響されずに、精度良く流体の流
速，流向を測定することができる。As described above, the present invention uses the frequency modulation wave as the transmission wave of the ultrasonic wave transmitted from the transducer arranged in the fluid, and detects the difference in frequency between the transmission wave and the reception wave to detect the flow velocity and the flow direction of the fluid. Since the measurement is performed, the flow velocity and the flow direction of the fluid can be accurately measured regardless of the speed of sound related to the temperature of the fluid and without being affected by the rising characteristics of the transducer.
また送信波と受信波と周波数の差により流体中の音速を
測定することができるから、流体の温度も検出すること
ができる。Further, since the speed of sound in the fluid can be measured by the difference in frequency between the transmitted wave and the received wave, the temperature of the fluid can also be detected.
さらに装置に流体の温度補償回路等が不要であり回路構
成が簡単であるため安定した流速・流向・音速測定装置
を低価格で作成できる効果も有する。Furthermore, since the device does not require a temperature compensation circuit for the fluid and has a simple circuit configuration, it has the effect that a stable velocity / flow direction / sound velocity measuring device can be produced at a low cost.
第１図は本発明の実施例に係るトランスデューサの配置
図、第２図は上記実施例の回路ブロック図、第３図は上
記回路ブロック図の各部の波形を示す波形図、第４図は
第２図に示した演算回路の制御ブロック図、第５図は上
記実施例におけるトランスデューサの他の配置図、第６
図は本発明の他の実施例に係るトランスデューサの配置
図、第７図は第６図に示した実施例の回路ブロック図、
第８図は第７図に示した回路ブロック図の各部の波形を
示す波形図、第９図は第７図に示した演算回路の制御ブ
ロック図、第１０図は本発明は他の実施例の係るトラン
スデューサの配置図、第１１図は第１０図に示した実施
例の説明図、第１２図は第１０図に示した実施例の回路
ブロック図、第１３図は本発明の可変周波数発振回路の
他の実施例を示す回路ブロック図、第１４図(a)，(b)は
各々第１３に示した回路ブロック図の各部の波形を示す
波形図である。 Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3，ＰX，ＰX′，ＰY，ＰY′，ＰZ，
ＰZ′……トランスデューサ、Ｖ……流速、１……クロ
ックパルス発生回路、２……タイミングパルス発生回
路、３……可変周波数発振回路、９……アナログゲー
ト、１０……送信回路、１１……送受切替回路、１２…
…リングカウンタ、１３……受信回路、１４……混合回
路、１５……計数回路、２１……演算回路、２３……ア
ナログゲート、４１……メモリ、４２……減算器、４
３，４６……乗算器、４５……加算器、４７……ＶX，
ＶY，ＶZ……演算回路、４８……Ｖ演算回路、４９……
方向余弦演算回路、５０……音速演算回路、５１……Ｃ
ｍ演算回路。FIG. 1 is a layout diagram of a transducer according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit block diagram of the above embodiment, FIG. 3 is a waveform diagram showing waveforms of respective portions of the circuit block diagram, and FIG. FIG. 5 is a control block diagram of the arithmetic circuit shown in FIG. 2, FIG. 5 is another layout diagram of the transducer in the above embodiment, and FIG.
FIG. 7 is a layout view of a transducer according to another embodiment of the present invention, FIG. 7 is a circuit block diagram of the embodiment shown in FIG. 6,
FIG. 8 is a waveform diagram showing the waveform of each part of the circuit block diagram shown in FIG. 7, FIG. 9 is a control block diagram of the arithmetic circuit shown in FIG. 7, and FIG. 10 is another embodiment of the present invention. FIG. 11 is an arrangement diagram of a transducer according to FIG. 11, FIG. 11 is an explanatory view of the embodiment shown in FIG. 10, FIG. 12 is a circuit block diagram of the embodiment shown in FIG. 10, and FIG. 13 is a variable frequency oscillation of the present invention. A circuit block diagram showing another embodiment of the circuit, and FIGS. 14 (a) and 14 (b) are waveform diagrams showing waveforms of respective parts of the circuit block diagram shown in FIG. P 0 , P 1 , P 2 , P 3 , P X , P X ′, P Y , P Y ′, P Z ,
PZ '... Transducer, V ... Flow rate, 1 ... Clock pulse generation circuit, 2 ... Timing pulse generation circuit, 3 ... Variable frequency oscillation circuit, 9 ... Analog gate, 10 ... Transmission circuit, 11 ... … Transmit / receive switching circuit, 12…
... ring counter, 13 ... receiving circuit, 14 ... mixing circuit, 15 ... counting circuit, 21 ... arithmetic circuit, 23 ... analog gate, 41 ... memory, 42 ... subtractor, 4
3, 46 ... Multiplier, 45 ... Adder, 47 ... V X ,
V Y , V Z ... Operation circuit, 48 ... V operation circuit, 49 ...
Direction cosine calculation circuit, 50 ... Sonic velocity calculation circuit, 51 ... C
m arithmetic circuit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大賀 明夫 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株式 会社東京計器内 (56)参考文献 特開 昭57−131085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−32121（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−50781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−33124（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akio Oga 2-16-46 Minami-Kamata, Ota-ku, Tokyo Tokyo Keiki Co., Ltd. (56) References JP-A-57-131085 (JP, A) JP-A-SHO 58-32121 (JP, A) JP-A-53-50781 (JP, A) JP-A-58-33124 (JP, A)
Claims (8)
を行う一対のトランスデューサと、 該一対のトランスデューサの送受信を各トランスデュー
サ毎に切り換える送受信切替回路と、 上記トランスデューサで送信する超音波の周波数を時間
に対して直線的に変化する可変周波数発振回路と、 該可変周波数発振回路の出力をサンプリングしてバース
ト波とし送波用トランスデューサを駆動する送信回路
と、 上記超音波を受信した受波用トランスデューサの出力を
増巾する受信回路と、該受信回路の出力と上記可変周波
数発振回路の出力を混合し周波数の差を出力する混合回
路と、 該混合回路の出力の周期もしくは周波数を計測する計数
回路と、 上記送受切換回路の切換動作によって得られる各トラン
スデューサの順方向および逆方向における上記計数回路
の計測値の差を演算し、演算した計測値の差にあらかじ
め定めた係数を乗じて流速を算出する演算器と をそなえた超音波流速測定装置。1. A pair of transducers installed on the wall of a fluid flow path for transmitting / receiving ultrasonic waves, a transmission / reception switching circuit for switching transmission / reception of the pair of transducers for each transducer, and ultrasonic waves transmitted by the transducers. A variable frequency oscillating circuit that changes the frequency linearly with time, a transmitting circuit that drives the transducer for transmitting by sampling the output of the variable frequency oscillating circuit as a burst wave, and a receiving wave that receives the ultrasonic wave. Circuit for increasing the output of the transducer, a mixing circuit for mixing the output of the receiving circuit and the output of the variable frequency oscillating circuit and outputting the difference in frequency, and measuring the cycle or frequency of the output of the mixing circuit The counting circuit and the forward and backward directions of each transducer obtained by the switching operation of the transmission / reception switching circuit. That the difference between the measured value of the counting circuit calculates the, computed measured values ultrasonic velocimetry device provided with a calculator for calculating the flow rate by multiplying a predetermined coefficient to the difference.
スを計数するカウンタと該カウンタの計数値をアナログ
電圧に変換するディジタル−アナログ変換器とを有する
ランプ電圧発生器と該ランプ電圧発生器の出力電圧によ
り周波数を可変する電圧制御発振器とを備えた特許請求
の範囲第１項記載の超音波流速測定装置。2. A ramp voltage generator having a counter for counting a predetermined clock pulse by a variable frequency oscillation circuit and a digital-analog converter for converting the count value of the counter into an analog voltage, and an output of the ramp voltage generator. The ultrasonic flow velocity measuring apparatus according to claim 1, further comprising a voltage controlled oscillator that changes a frequency according to a voltage.
超音波の送受信を行う一対のトランスデューサと、該一
対のトランスデューサの送受信を各トランスデューサ毎
に切り換える送受信切替回路と、上記トランスデューサ
で送信する超音波の周波数を時間に対して直線的に変化
する可変周波数発振回路と、該可変周波数発振回路の出
力をサンプリングしてバースト波とし送波用トランスデ
ューサを駆動する送信回路と、上記超音波を受信した受
波用トランスデューサの出力を増巾する受信回路と、 該受信回路の出力と上記可変周波数発振回路の出力を混
合し周波数の差を出力する混合回路と、 該混合回路の出力の周期もしくは周波数を計測する計数
回路と、 上記送受切替回路の切替動作によって得られる各トラン
スデューサの順方向および逆方向における上記計数回路
の計測値の和を演算し、演算した計測値の和にあらかじ
め定めた係数を乗じて音速を算出する音速演算器と を備えた超音波音速測定装置。3. A pair of transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves, which are installed in a pipe wall of a fluid channel or in a fluid, a transmission / reception switching circuit for switching transmission / reception of the pair of transducers for each transducer, and transmission by the transducers. A variable frequency oscillating circuit that linearly changes the frequency of ultrasonic waves, a transmitting circuit that samples the output of the variable frequency oscillating circuit to form a burst wave, and drives a transmitting transducer, and receives the ultrasonic wave. A receiving circuit for increasing the output of the receiving transducer, a mixing circuit for mixing the output of the receiving circuit with the output of the variable frequency oscillating circuit and outputting a difference in frequency, and a cycle or frequency of the output of the mixing circuit. The counter circuit for measuring the forward and backward directions of each transducer obtained by the switching operation of the transmission / reception switching circuit. Calculates the sum of the measured value of the counter circuit in the reverse direction, the ultrasonic sound velocity measuring apparatus and a sound velocity calculator for calculating the sound speed by multiplying a predetermined coefficient to the sum of the calculated measurement values.
スを計数するカウンタと該カウンタの計数値をアナログ
電圧に変換するディジタル−アナログ変換器とを有する
ランプ電圧発生器と、 該ランプ電圧発生器の出力電圧により周波数を可変する
電圧制御発振器と を備えた特許請求の範囲第３項記載の超音波音速測定装
置。4. A ramp voltage generator having a counter for counting a predetermined number of clock pulses by a variable frequency oscillating circuit and a digital-analog converter for converting the count value of the counter into an analog voltage; and a ramp voltage generator of the ramp voltage generator. The ultrasonic sound velocity measuring device according to claim 3, further comprising a voltage controlled oscillator whose frequency is variable according to an output voltage.
を行なう複数個のトランスデューサと、 該複数個のトランスデューサの送受信を各トランスデュ
ーサ毎に切替える送受切替回路と、 上記トランスデューサで送信する超音波の周波数を時間
に対して直線的に変化する可変周波数発振回路と、 該可変周波数発振回路の出力をサンプリングしてバース
ト波とし、送波用トランスデューサを駆動する送信回路
と、 上記超音波を受信した受波用トランスデューサの出力を
増巾する受信回路と、 該受信回路の出力と上記可変周波数発振回路の出力を混
合し周波数の差を出力する混合回路と、 該混合回路の出力の周期もしくは周波数を計測する計数
回路と、 上記送受切替回路の切替動作により得られる各トランス
デューサの順方向および逆方向における上記計数回路の
計測値の差を各々演算し、演算した計測値の差と、あら
かじめ定められた係数および各トランスデューサの中心
線の方向余弦とより流速のＸ，Ｙ，Ｚ座標軸成分及び流
速を算出する流速演算器と、 該流速演算器で算出した流速のＸ，Ｙ，Ｚ座標軸成分及
び流速とより流速の方向余弦を算出する流向演算器と、 上記各トランスデューサの順方向および逆方向における
上記計数回路の計測値の和を各々演算し、演算した計測
値の和にあらかじめ定めた係数を乗じて音速を算出する
音速演算器と、 を備えた超音波流速・流向・音速測定装置。5. A plurality of transducers arranged three-dimensionally in a fluid for transmitting / receiving ultrasonic waves, a transmission / reception switching circuit for switching transmission / reception of the plurality of transducers for each transducer, and ultrasonic waves transmitted by the transducers. Variable frequency oscillating circuit that linearly changes the frequency with respect to time, a transmission circuit that drives the transducer for wave transmission by sampling the output of the variable frequency oscillating circuit, and receives the ultrasonic wave. A receiving circuit that widens the output of the receiving transducer, a mixing circuit that mixes the output of the receiving circuit and the output of the variable frequency oscillating circuit and outputs the difference in frequency, and a cycle or frequency of the output of the mixing circuit. The counting circuit to measure and the forward and reverse directions of each transducer obtained by the switching operation of the transmission / reception switching circuit The difference between the measured values of the above counting circuit is calculated, and the difference between the calculated values, the predetermined coefficient and the direction cosine of the center line of each transducer are used to calculate the X, Y, Z coordinate axis components of the flow velocity and the flow velocity. A flow velocity calculator for calculating, a flow direction calculator for calculating the direction cosine of the flow velocity based on the X, Y, and Z coordinate axis components of the flow velocity calculated by the flow velocity calculator and the flow velocity; An ultrasonic flow velocity / flow direction / sound velocity measuring device comprising: a sound velocity calculator that calculates the sum of the measured values of the counting circuit and calculates the sound velocity by multiplying the calculated sum of the measured values by a predetermined coefficient.
体の頂点に相当する位置に各々配置した特許請求の範囲
第５項記載の超音波流速・流向・音速測定装置。6. The ultrasonic velocity / flow direction / sound velocity measuring device according to claim 5, wherein a plurality of transducers are arranged at positions corresponding to the vertices of pyramids in the fluid.
するＸ，Ｙ，Ｚ軸上に原点を中心に対向して配置した特
許請求の範囲第５項記載の超音波流速・流向・音速測定
装置。7. An ultrasonic velocity / flow direction / sound velocity measuring device according to claim 5, wherein a plurality of transducers are arranged on the X, Y and Z axes orthogonal to the fluid so as to face each other with the origin as the center. .
スを計数するカウンタと該カウンタの計数値をアナログ
電圧に変換するディジタル−アナログ変換器とを有する
ランプ電圧発生器と、 該ランプ電圧発生器の出力電圧により周波数を可変する
電圧制御発振器と を備えた特許請求の範囲第５項乃至第７項のいずれかに
記載の超音波流速・流向・音速測定装置。8. A ramp voltage generator having a counter for counting a predetermined clock pulse by a variable frequency oscillation circuit and a digital-analog converter for converting the count value of the counter into an analog voltage; and a ramp voltage generator of the ramp voltage generator. An ultrasonic flow velocity / flow direction / sound velocity measuring device according to any one of claims 5 to 7, further comprising: a voltage controlled oscillator whose frequency is variable according to an output voltage.
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| KR100519481B1 (en) * | 2003-05-17 | 2005-10-06 | (주)씨엠엔텍 | Apparatus for measuring the speed of sound and Methode of measuring delayed time in ultrasonic flowmeter by using the apparatus and Methode of measuring distance between ultrasonic transducers in fluid by using the apparatus |
| CN114235128B (en) * | 2021-11-09 | 2024-07-12 | 珠海市蓝衡科技有限公司 | Sound velocity measuring method, circuit, device and storage medium |
-
1986
- 1986-11-21 JP JP61276834A patent/JPH067132B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63153470A (en) | 1988-06-25 |
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