WO2017134828A1 - 測定装置、測定方法、及び測定プログラム - Google Patents
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- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
Definitions
- the present invention relates to a measuring apparatus, a measuring method, and a measuring program.
- Trigger method is one of the methods of measuring flow velocity using ultrasonic waves.
- an ultrasonic wave is propagated in a medium and received, a signal component exceeding the trigger level is detected from the received signal (that is, a trigger is detected), and the received wave is captured, and one or more included in the received wave
- a peak waveform exceeding the trigger level is identified from among the peak waveforms, the zero cross point is detected, and the propagation time is determined from the position of the zero cross point on the time axis.
- the ultrasonic flow measurement device described in Patent Document 1 sequentially detects the peak values of a plurality of peak waveforms included in the received wave on the time axis and compares them with the noise level. A peak waveform that first falls below the noise level is identified, and a zero-crossing point between the peak waveform and the immediately preceding peak waveform is detected.
- the ultrasonic flowmeter described in Patent Document 2 prepares a plurality of reference levels for detecting a received wave in a fixed relationship, and a certain peak waveform among a plurality of peak waveforms included in the received wave is When all of a certain number of reference levels are exceeded from the smaller of the reference levels not exceeding the previous peak waveform, the zero crossing point of the peak waveform is detected. That is, in the conventional method, the zero cross point is detected from the peak waveform where the trigger is detected.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-14771
- a trigger In order to accurately obtain the difference in the propagation time of the ultrasonic wave, a trigger must be detected for the corresponding peak waveform in the received wave obtained by propagating the ultrasonic wave in the direction of the medium flow and in the opposite direction. In order to detect the position of the zero cross point with high accuracy, it is necessary to detect the zero cross point for a peak waveform having a large peak value against noise (that is, a high SN ratio). However, the peak waveform for which a trigger is to be detected does not necessarily match the peak waveform with a high S / N ratio.
- a measurement unit that propagates and receives a measurement wave with respect to a medium, and a trigger detection unit that detects whether the level of the received measurement wave exceeds a predetermined trigger level And a specifying unit that specifies the reception timing of the measurement wave based on a waveform portion having a period different from the period exceeding the trigger level in the received measurement wave.
- the step of propagating and receiving the measurement wave with respect to the medium the step of detecting whether the level of the received measurement wave exceeds a predetermined trigger level, and the reception Determining the reception timing of the measurement wave based on a waveform portion having a period different from the period exceeding the trigger level in the measured wave.
- a measurement program for measuring a propagation time in which a medium propagates a measurement wave by the measurement device, the program causing the measurement device to propagate the measurement wave to the medium.
- a measurement unit for receiving, a trigger detection unit for detecting whether or not the level of the received measurement wave exceeds a predetermined trigger level, and a waveform having a period different from the period of the received measurement wave exceeding the trigger level A measurement program that functions as a specifying unit that specifies the reception timing of a measurement wave based on the portion is provided.
- the structure of the measuring apparatus which concerns on this embodiment is shown.
- the flow of the measuring method which concerns on this embodiment is shown.
- An example of the waveform of a transmission wave is shown.
- An example of the waveform of a received wave is shown.
- 2 shows an example of a hardware configuration of a computer according to the present embodiment.
- FIG. 1 shows a configuration of a measuring apparatus 100 according to the present embodiment.
- the measuring device 100 is a device that measures the flow velocity of the medium 98 flowing through the pipe 99 by measuring the time that the measurement wave propagates through the medium 98 (that is, the propagation time), and measures the flow velocity and the like with high accuracy.
- the purpose is to do.
- the medium 98 may be a liquid such as water or a gas such as air. Further, the medium 98 flows in the pipe 99 downward (in the direction of the white arrow), and this direction and the opposite direction are the forward direction and the reverse direction with respect to the flow of the medium, respectively.
- the measurement apparatus 100 includes a measurement unit 10 and a calculation unit 20.
- the measurement unit 10 is a unit that propagates and receives a measurement wave in the medium 98 flowing in the pipe 99.
- ultrasonic waves are used as measurement waves.
- the measurement unit 10 includes sensors 11 and 12, a switching unit 13, a transmission unit 14, a reception unit 15, and a control unit 16.
- Sensors 11 and 12 are transceivers that transmit and receive ultrasonic waves.
- the sensors 11 and 12 are respectively provided on one side of the outer surface of the existing pipe 99 in the radial direction (that is, on the left side of the pipe 99 extending in the vertical direction in the drawing) and on the other side (that is, on the right side).
- the position is shifted and fixed to one side (ie, upstream side) and the other side (ie, downstream side) of the direction.
- the sensors 11 and 12 receive the ultrasonic wave transmitted from the transmission unit 14 and output the ultrasonic wave propagating through the medium 98 in the pipe 99 and output it to the reception unit 15.
- the switching unit 13 is a unit that connects the sensors 11 and 12 to the transmission unit 14 or the reception unit 15, and includes four change-over switches 13a to 13d.
- the switching unit 13 receives a switching signal, for example, a high level signal (H signal) from the control unit 16, and connects the sensor 11 to the transmission unit 14 by the switch 13a and connects the sensor 12 to the reception unit 15 by the switch 13d.
- the switching unit 13 receives a low level signal (L signal) from the control unit 16 and connects the sensor 11 to the receiving unit 15 by the switch 13c and connects the sensor 12 to the transmitting unit 14 by the switch 13b.
- the transmission unit 14 has an ultrasonic source (not shown), and uses this to generate a drive signal (for example, an ON signal) from the control unit 16 to generate and output an ultrasonic wave.
- a drive signal for example, an ON signal
- the ultrasonic source for example, a piezoelectric element containing a mixture such as PZT can be employed.
- the receiving unit 15 receives a drive signal (for example, an ON signal) from the control unit 16 and receives an ultrasonic wave, and outputs a voltage signal having an intensity corresponding to the amplitude of the received ultrasonic wave as a received signal.
- a drive signal for example, an ON signal
- the receiving unit 15 may include an amplifier (not shown), and amplify the received signal through this amplifier and output the amplified signal.
- the control unit 16 is a unit that controls operations of the switching unit 13, the transmission unit 14, and the reception unit 15, generates a switching signal (for example, an H signal and an L signal), transmits the switching signal to the switching unit 13, and is driven.
- a signal (for example, an ON signal) is generated and transmitted to the transmission unit 14 and the reception unit 15.
- the control unit 16 synchronizes the switching signal and the drive signal, for example, repeatedly generates an H signal and an L signal at a constant period, and generates an ON signal in synchronization with the H signal and the L signal. Accordingly, when the switching signal is H and the driving signal is on, the ultrasonic wave output from the transmission unit 14 is transmitted to the sensor 11 via the switch 13a of the switching unit 13, and is output from the sensor 11 into the pipe 99.
- the ultrasonic wave output from the transmission unit 14 is transmitted to the sensor 12 via the switch 13 b, output from the sensor 12 into the pipe 99, and the medium 98 in the pipe 99. Is transmitted in the reverse direction (that is, the same path as the case of propagating in the forward direction) and received by the sensor 11 and received by the receiving unit 15 via the switch 13c.
- the calculation unit 20 is a unit that processes the reception signal output from the measurement unit 10 and calculates the flow velocity of the medium 98 and the like.
- the calculation unit 20 includes an AD converter 20a and a calculation unit 20b.
- the AD converter 20a is connected to the receiving unit 15 of the measurement unit 10, and converts a received signal (that is, a voltage signal) to be input from this to a digital signal.
- a received signal that is, a voltage signal
- the received signal is a sequence of digital values representing a signal waveform that varies with time.
- the calculation unit 20b calculates the flow velocity and the like by processing the received signal.
- the calculation unit 20b expresses the trigger detection unit 21, the specification unit 22, the flow velocity calculation unit 23, and the setting unit 24 by executing the control program.
- the trigger detection unit 21 is connected to the AD converter 20a and detects a trigger for a received signal to be input from now on, that is, detects whether the level of the received signal exceeds a predetermined trigger level. As a result, the trigger detection unit 21 captures the waveform of the ultrasonic wave (that is, the received wave) that has been propagated through the medium and received by the sensor 11 or 12, and outputs this. Details of trigger detection will be described later.
- the identifying unit 22 is connected to the trigger detecting unit 21 and identifies the reception timing of the ultrasonic wave from the received signal input from now on, that is, the received wave from which the waveform is captured by trigger detection.
- the specifying unit 22 is based on a waveform portion having a period different from the period exceeding the trigger level in the received wave, particularly a waveform portion of a later cycle (a positive integer N is used as a waveform portion after N cycles). Then, the reception timing of the ultrasonic wave is specified, and the result is output. The specific details of the reception timing will be described later.
- the flow velocity calculation unit 23 is connected to the specifying unit 22 and calculates the flow velocity of the medium 98 based on the reception timing of the ultrasonic wave input from now on, and outputs the result to the outside.
- the flow velocity calculation unit 23 receives the reception signal (referred to as the forward signal) received by propagating the ultrasonic wave in the forward direction with respect to the medium 98 and the received signal propagated in the reverse direction by the specifying unit 22. Based on the reception timing specified for each (reverse signal), the flow velocity of the medium 98 is calculated. Details of the calculation of the flow velocity and the like will be described later.
- the flow velocity calculation unit 23 is not limited to the reception timing specified for each of the forward and backward signals, but is based on the reception timing specified for each of two or more forward and backward signals.
- the flow rate or the like may be calculated.
- the flow velocity calculation unit 23 includes a plurality of sets each including one forward and reverse signal corresponding to each of two or more forward and reverse signals, for example, one forward direction received in succession.
- the difference in reception timing may be calculated for each of the plurality of sets, and the flow velocity of the medium 98 may be calculated from the average of these.
- the flow velocity calculation unit 23 calculates the average reception timing for two or more forward signals, similarly calculates the average reception timing for two or more reverse signals, and calculates the medium 98 from the difference between them. May be calculated.
- the setting unit 24 is an interface that is connected to the specifying unit 22 and transmits various setting information to the specifying unit 22 in accordance with designation from the outside. For example, the setting unit 24 transmits, to the specifying unit 22, an integer N that is information indicating how many cycles after the trigger level is exceeded for each of one or a plurality of received signals to specify the reception timing. To do.
- FIG. 2 shows a flow of a measuring method using the measuring apparatus 100 according to the present embodiment.
- step S1 ultrasonic waves are propagated to the medium 98 flowing through the pipe 99 by the measurement unit 10 and received.
- an example of the ultrasonic wave generated by the transmission unit 14 of the measurement unit 10, that is, the waveform of the transmission wave is shown in FIG.
- the transmission wave has a waveform in which a rectangular pulse having a positive amplitude is repeated one or more times (in this embodiment, three times) at a constant period (for example, several hundred kHz to several MHz).
- the measurement unit 10 repeats the above-described two operations of switching the switching unit 13 by the switching signal generated by the control unit 16 and driving the transmitting unit 14 and the receiving unit 15 by the driving signal at intervals of 1 to 5 milliseconds, for example. Accordingly, the ultrasonic wave is repeatedly propagated in the forward direction in the medium 98 in the pipe 99 from the sensor 11 and received by the sensor 12 to obtain a forward direction signal, and the reverse in the medium 98 in the pipe 99 from the sensor 12. Propagating in the direction (that is, the same path as the case of propagating in the forward direction) is received by the sensor 11 to obtain a backward signal.
- FIG. 4 shows an example of the ultrasonic wave received by the receiving unit 15 in response to the transmission of the transmission wave having the waveform shown in FIG. 3, that is, the waveform of the reception wave.
- the transmission wave generated by the transmission unit 14 is reflected by the element in the measurement unit 10 and is scattered in the pipe 99, so that the reception wave is repeated at a period equal to the generation period of the rectangular pulse in the transmission wave, Includes multiple peak waveforms that increase and decrease the envelope over longer periods.
- the number of peak waveforms is larger than the number of rectangular pulses in the transmission wave (3 in this example), and nine peak waveforms are observed.
- One peak waveform includes a mountain-shaped unit waveform having a positive amplitude (that is, a unit waveform having one maximum value) and a valley-shaped unit waveform having a negative amplitude (that is, a unit having one minimum value). Waveform)), but only unit waveforms having a positive amplitude are handled unless otherwise specified.
- Each peak waveform increases in maximum amplitude in order from the first wave to the fifth wave, and decreases in maximum order from the fifth wave to the ninth wave.
- Received signals (forward and reverse signals) received by the receiving unit 15 are sequentially transmitted to the calculation unit 20 and transmitted to the trigger detection unit 21 via the AD converter 20a.
- step S2 the trigger detection unit 21 of the calculation unit 20 detects a trigger for each received signal.
- the trigger detection unit 21 moves the capture range (so-called window) in the positive direction on the time axis with respect to each received signal with reference to time 0 when the ultrasonic wave is transmitted by the sensor 11 or 12.
- the amount of movement of the capture range is, for example, a typical propagation time of ultrasonic waves in the medium 98.
- the trigger detection unit 21 detects the maximum peak value (the value of the point e in FIG. 4) from the peak values of the plurality of peak waveforms included in the waveform of the received wave, and the value is predetermined (for example, , determines the trigger level L T by multiplying a been) rate input from the setting unit 24.
- the trigger detection unit 21 is the position where the amplitude of the received wave first exceeds the trigger level L T (shown using a one-dot chain line in FIG. 4) (the position of the point c in FIG. 4). And a peak waveform including the trigger position (second waveform in the example of FIG. 4) is specified from a plurality of peak waveforms included in the waveform of the received wave.
- Triggers must be detected for corresponding peak waveforms in the forward and reverse signals.
- the trigger level is set to the peak value of the preceding and succeeding peak waveforms, such as the peak waveforms of the fourth wave and the fifth wave in the example shown in FIG. If the difference is determined in accordance with the peak waveform having a small difference, for example, the waveform may be distorted due to noise or the like, so that a trigger may be detected for different peak waveforms in the forward and reverse signals. Therefore, the trigger level may be determined in accordance with a peak waveform having a large difference in peak value from the preceding and following peak waveforms. For example, in the example shown in FIG.
- the front side on the time axis It is desirable to determine the trigger level according to the peak waveform. Therefore, in this example, the rate is set to 0.3, for example. As a result, the trigger is detected for the peak waveform of the second wave in both the forward and backward signals.
- step S3 the specifying unit 22 of the calculation unit 20 detects any zero cross point of the plurality of peak waveforms included in the waveform of the received wave, and receives ultrasonic waves from the position of the zero cross point on the time axis. Identify timing.
- the identifying unit 22 identifies a peak waveform different from the peak waveform from which the trigger is detected from among a plurality of peak waveforms included in the waveform of the received wave, and detects the zero cross point. More specifically, the specifying unit 22 specifies a peak waveform corresponding to a cycle after the same number of cycles (after N cycles) from the peak waveform in which the trigger is detected for each of the forward signal and the backward signal. The zero cross point of is detected.
- N is an integer greater than or equal to 1, and is set to 2 in the example shown in FIG.
- a peak waveform having a large peak value among a plurality of peak waveforms included in the waveform of the received wave for example, the peak waveforms of the fourth wave and the fifth wave in the example shown in FIG.
- the waveform may be greatly distorted by an external environment such as temperature. Therefore, it is desirable to determine the integer N so that the zero cross point is detected for the peak waveform that has a large S / N ratio but is not necessarily the maximum peak value and is not easily influenced by the external environment.
- the specifying unit 22 specifies the peak waveform corresponding to the cycle after N cycles from the peak waveform where the trigger is detected.
- the specifying unit 22 acquires the repetition period of the peak waveform. This is equal to the repetition period of the rectangular pulse in the transmission wave.
- the time from the trigger position (point c in FIG. 4) to the zero cross trigger position (point d in FIG. 4) can be calculated by multiplying the repetition period by the number N of periods received from the setting unit 24.
- the zero cross trigger position can be determined by the sum of the time to the trigger position (point c in FIG. 4) and the repetition period ⁇ N.
- the identifying unit 22 identifies the peak waveform including the zero-cross trigger position (the peak waveform of the fourth wave in the example illustrated in FIG. 4), and the zero-cross points before and after the positive portion (unit waveform having a positive amplitude).
- the positions of a and b on the time axis are detected.
- the specifying unit 22 specifies the middle of the positions of the two zero cross points a and b as the ultrasonic wave reception timing.
- the integer N may be automatically set according to an instruction from the setting unit 24.
- the specifying unit 22 specifies a peak waveform for each of N from 1 to an arbitrary value, for example, detects a zero-cross point of the peak waveform, and receives or receives a measurement wave from the result.
- the value of N at which the flow velocity obtained from the above takes a stop value may be adopted.
- the specifying unit 22 specifies the peak waveform corresponding to the cycle after the same number of cycles (after N cycles) from the peak waveform where the trigger is detected for each of the forward direction signal and the backward direction signal, and specifies the zero cross point.
- a peak waveform may be selected and a zero cross point may be specified for the peak waveform.
- the reference ratio can be set to 0.7, for example.
- step S4 the flow velocity calculation unit 23 of the calculation unit 20 calculates the flow velocity and the like of the medium 98 based on the reception timing of the measurement wave specified for each of the forward direction signal and the reverse direction signal in step S3.
- the flow velocity calculation unit 23 subtracts the offset ⁇ , for example, the delay time derived from the transmission of the ultrasonic wave in the measurement unit 10, etc., from the reception timing specified for each of the forward direction signal and the reverse direction signal.
- the respective propagation times T1 and T2 when propagating through the medium 98 in the forward direction and the reverse direction are calculated.
- the flow velocity calculation unit 23 calculates the propagation time difference ⁇ T from the difference between the reception timings specified for each of the forward direction signal and the backward direction signal, or the difference between the propagation times T1 and T2.
- ⁇ is a constant derived from the structure of the pipe 99 and the like.
- the flow velocity calculation unit 23 may calculate the flow rate of the medium 98 by multiplying the calculated flow velocity by the cross-sectional area of the pipe 99.
- the flow velocity calculation unit 23 outputs a calculation result such as a flow rate to the outside. Thereby, a series of flows is completed.
- the measurement apparatus 100 of the present embodiment includes a measurement unit 10 that propagates and receives a measurement wave in a medium 98 that flows in the pipe 99 using the sensors 11 and 12 provided in the pipe 99, and the level of the received measurement wave.
- Trigger detection unit 21 that detects whether or not the trigger level exceeds a predetermined trigger level, and the reception timing of the measurement wave is specified based on the waveform portion having a period different from the period that exceeds the trigger level in the received measurement wave
- the specifying unit 22 is provided.
- the identifying unit 22 identifies the reception timing of the measurement wave based on the waveform portion having a period different from the period exceeding the trigger level detected by the trigger detecting unit 21, thereby corresponding peaks in the forward and backward signals.
- the trigger is detected for the front peak waveform on the time axis where the difference between the peak waveform before and after and the peak value is large so that the trigger is detected for the waveform, and the rear SN is detected on the time axis so as to detect the position of the zero cross point with high accuracy.
- a zero cross point can be detected for a peak waveform having a high ratio.
- the two sensors 11 and 12 that transmit and receive the measurement wave are provided, and the two measurement waves are transmitted and received between them in the forward direction and the reverse direction in the medium.
- the number of sensors is not limited to two but may be three or more, and the measurement wave is transmitted through one propagation path. In addition to propagating along the forward and backward directions, it may be propagated forward or backward along two (or more) different propagation paths.
- a transmission sensor is provided on one side of the outer surface of the pipe 99, and the first and second receptions are provided at positions on the other side of the outer surface of the pipe 99 that are equidistant from the transmission sensor in the forward and reverse directions.
- the sensor for transmission is provided, the measurement wave is transmitted from the transmission sensor in the forward direction and received by the first reception sensor, and another measurement wave is transmitted from the transmission sensor in the reverse direction and received by the second reception sensor. May be.
- a transmission sensor is provided on one side of the outer surface of the pipe 99, and a plurality of reception sensors are provided on the other side of the outer surface of the pipe 99 at positions different from the transmission sensor with respect to the flow direction of the medium. Two or more measurement waves may be transmitted in different directions from the sensor and received by a plurality of receiving sensors.
- the calculation unit 20b included in the calculation unit 20 executes the control program to cause the trigger detection unit 21, the identification unit 22, the flow velocity calculation unit 23, and the setting unit 24 to be executed.
- the present invention is not limited to this and may be configured as an analog circuit.
- the trigger detection unit 21 inputs a voltage value of the reception signal input from the AD converter 20a and a voltage value corresponding to the trigger level, and outputs a comparator that outputs a voltage signal representing the comparison result. Can be configured.
- the ultrasonic wave is used as the measurement wave propagating through the medium.
- the measurement wave is not limited to this, and can propagate through the medium 98 flowing in the pipe 99 from the outside of the pipe 99.
- a sound wave may be used as long as it is a measurement wave.
- the measuring apparatus 100 measures the propagation time when the ultrasonic wave propagates in the flow direction in the medium and the propagation time when the ultrasonic wave propagates in the opposite direction, and determines the difference between the results of the medium based on the difference between the results.
- the present invention is not limited to this, and an apparatus for measuring the propagation time of ultrasonic waves in a medium and measuring the propagation distance such as the thickness, level, etc. of the medium based on the measurement result It is good.
- FIG. 5 shows an example of a hardware configuration of the computer 1900 according to the present embodiment.
- a computer 1900 according to this embodiment is connected to a CPU peripheral unit having a CPU 2000, a RAM 2020, a graphic controller 2075, and a display device 2080 that are connected to each other by a host controller 2082, and to the host controller 2082 by an input / output controller 2084.
- Input / output unit having communication interface 2030, hard disk drive 2040, and CD-ROM drive 2060, and legacy input / output unit having ROM 2010, flexible disk drive 2050, and input / output chip 2070 connected to input / output controller 2084 With.
- the host controller 2082 connects the RAM 2020 to the CPU 2000 and the graphic controller 2075 that access the RAM 2020 at a high transfer rate.
- the CPU 2000 operates based on programs stored in the ROM 2010 and the RAM 2020 and controls each unit.
- the graphic controller 2075 acquires image data generated by the CPU 2000 or the like on a frame buffer provided in the RAM 2020 and displays it on the display device 2080.
- the graphic controller 2075 may include a frame buffer for storing image data generated by the CPU 2000 or the like.
- the input / output controller 2084 connects the host controller 2082 to the communication interface 2030, the hard disk drive 2040, and the CD-ROM drive 2060, which are relatively high-speed input / output devices.
- the communication interface 2030 communicates with other devices via a network.
- the hard disk drive 2040 stores programs and data used by the CPU 2000 in the computer 1900.
- the CD-ROM drive 2060 reads a program or data from the CD-ROM 2095 and provides it to the hard disk drive 2040 via the RAM 2020.
- the ROM 2010, the flexible disk drive 2050, and the relatively low-speed input / output device of the input / output chip 2070 are connected to the input / output controller 2084.
- the ROM 2010 stores a boot program that the computer 1900 executes at startup and / or a program that depends on the hardware of the computer 1900.
- the flexible disk drive 2050 reads a program or data from the flexible disk 2090 and provides it to the hard disk drive 2040 via the RAM 2020.
- the input / output chip 2070 connects the flexible disk drive 2050 to the input / output controller 2084 and inputs / outputs various input / output devices via, for example, a parallel port, a serial port, a keyboard port, a mouse port, and the like. Connect to controller 2084.
- the program provided to the hard disk drive 2040 via the RAM 2020 is stored in a recording medium such as the flexible disk 2090, the CD-ROM 2095, or an IC card and provided by the user.
- the program is read from the recording medium, installed in the hard disk drive 2040 in the computer 1900 via the RAM 2020, and executed by the CPU 2000.
- a program installed in the computer 1900 and causing the computer 1900 to function as the measuring apparatus 100 includes a trigger detection module, a specific module, a flow velocity calculation module, and a setting module. These programs or modules work on the CPU 2000 or the like to cause the computer 1900 to function as the trigger detection unit 21, the specification unit 22, the flow velocity calculation unit 23, and the setting unit 24, respectively.
- the information processing described in these programs is read into the computer 1900, whereby the trigger detecting unit 21, the specifying unit 22, the flow velocity calculation, which are specific means in which the software and the various hardware resources described above cooperate.
- the unit 23 and the setting unit 24 function.
- the specific measurement apparatus 100 according to the intended purpose is constructed
- the CPU 2000 executes a communication program loaded on the RAM 2020 and executes a communication interface based on the processing content described in the communication program.
- a communication process is instructed to 2030.
- the communication interface 2030 reads transmission data stored in a transmission buffer area or the like provided on a storage device such as the RAM 2020, the hard disk drive 2040, the flexible disk 2090, or the CD-ROM 2095, and sends it to the network.
- the reception data transmitted or received from the network is written into a reception buffer area or the like provided on the storage device.
- the communication interface 2030 may transfer transmission / reception data to / from the storage device by a DMA (direct memory access) method. Instead, the CPU 2000 transfers the storage device or the communication interface 2030 as a transfer source.
- the transmission / reception data may be transferred by reading the data from the data and writing the data to the communication interface 2030 or the storage device of the transfer destination.
- the CPU 2000 is all or necessary from among files or databases stored in an external storage device such as a hard disk drive 2040, a CD-ROM drive 2060 (CD-ROM 2095), and a flexible disk drive 2050 (flexible disk 2090).
- This portion is read into the RAM 2020 by DMA transfer or the like, and various processes are performed on the data on the RAM 2020. Then, CPU 2000 writes the processed data back to the external storage device by DMA transfer or the like.
- the RAM 2020 and the external storage device are collectively referred to as a memory, a storage unit, or a storage device.
- the CPU 2000 can also store a part of the RAM 2020 in the cache memory and perform reading and writing on the cache memory. Even in such a form, the cache memory bears a part of the function of the RAM 2020. Therefore, in the present embodiment, the cache memory is also included in the RAM 2020, the memory, and / or the storage device unless otherwise indicated. To do.
- the CPU 2000 performs various operations, such as various operations, information processing, condition determination, information search / replacement, etc., described in the present embodiment, specified for the data read from the RAM 2020 by the instruction sequence of the program. Is written back to the RAM 2020. For example, when performing the condition determination, the CPU 2000 determines whether the various variables shown in the present embodiment satisfy the conditions such as large, small, above, below, equal, etc., compared to other variables or constants. When the condition is satisfied (or not satisfied), the program branches to a different instruction sequence or calls a subroutine.
- the CPU 2000 can search for information stored in a file or database in the storage device. For example, in the case where a plurality of entries in which the attribute value of the second attribute is associated with the attribute value of the first attribute are stored in the storage device, the CPU 2000 displays the plurality of entries stored in the storage device. The entry that matches the condition in which the attribute value of the first attribute is specified is retrieved, and the attribute value of the second attribute that is stored in the entry is read, thereby associating with the first attribute that satisfies the predetermined condition The attribute value of the specified second attribute can be obtained.
- the program or module shown above may be stored in an external recording medium.
- an optical recording medium such as DVD or CD
- a magneto-optical recording medium such as MO
- a tape medium such as an IC card, and the like
- a storage device such as a hard disk or RAM provided in a server system connected to a dedicated communication network or the Internet may be used as a recording medium, and the program may be provided to the computer 1900 via the network.
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Abstract
測定装置100は、配管99に設けられたセンサ11及び12を用いて配管内を流れる媒質98中に測定波を伝搬させて受信する測定ユニット10、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部21、及び受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する特定部22を備える。特定部が、トリガ検出部により検出されるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて測定波の受信タイミングを特定することで、順方向及び逆方向信号において対応するピーク波形についてトリガ検出するよう前後のピーク波形とピーク値の差の大きい時間軸上で前側のピーク波形についてトリガを検出し、ゼロクロス点の位置を高精度で検出するよう時間軸上で後側のSN比の高いピーク波形についてゼロクロス点を検出することができる。
Description
本発明は、測定装置、測定方法、及び測定プログラムに関する。
超音波が媒質中を伝搬する時間(伝搬時間と呼ぶ)を媒質の流れの方向に超音波を伝搬させた場合と逆方向に伝播させた場合とのそれぞれについて測定することで、それらの結果の差分から媒質が流れる速度(すなわち、流速)、量(すなわち、流量)、或いはこれらに関係する量(流速等と総称する)を測定することができる。
超音波を用いて流速等を測定する方法の1つに、トリガ法がある。トリガ法では、超音波を媒質中に伝播させて受信し、受信信号の中からトリガレベルを超える信号成分を検出(すなわち、トリガを検出)して受信波を捉え、受信波に含まれる1以上のピーク波形のなかからトリガレベルを超えるピーク波形を特定してそのゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点の時間軸上の位置から伝搬時間を決定する。
ゼロクロス点の検出について、例えば特許文献1に記載の超音波式流量測定装置は、受信波に含まれる複数のピーク波形のピーク値を時間軸上を遡って順次検出するとともにノイズレベルと比較し、ノイズレベルを最初に下回るピーク波形を特定して、そのピーク波形とその直前のピーク波形との間のゼロクロス点を検出する。また、特許文献2に記載の超音波流量計は、受信波を検知するための基準レベルを一定の関係で複数用意し、受信波に含まれる複数のピーク波形のうちのあるピーク波形が、その直前のピーク波形が超えていない基準レベルのうち小さい方から一定数の基準レベルのすべてを超えた場合に、そのピーク波形のゼロクロス点を検出する。つまり、従来の方法においては、トリガが検出されたピーク波形からゼロクロス点が検出されている。
特許文献1 特開2008-14771号公報
特許文献2 特開2006-3296号公報
特許文献1 特開2008-14771号公報
特許文献2 特開2006-3296号公報
超音波の伝搬時間の差分を正確に得るには、超音波を媒質の流れの方向及び逆方向に伝搬させてそれぞれ得た受信波において、対応するピーク波形についてトリガが検出されなければならない。また、ゼロクロス点の位置を高精度で検出するためには、ノイズに対してピーク値の大きい(すなわち、SN比の高い)ピーク波形についてゼロクロス点を検出しなければならない。しかし、トリガが検出されるべきピーク波形とSN比の高いピーク波形とは必ずしも一致しない。
本発明の第1の態様においては、媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する特定部と、を備える測定装置が提供される。
本発明の第2の態様においては、媒質に対して測定波を伝搬させて受信する段階と、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出する段階と、受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する段階と、を備える測定方法が提供される。
本発明の第3の態様においては、測定装置により媒質が測定波を伝搬する伝搬時間を測定するための測定プログラムであって、プログラムは、測定装置を、媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する特定部と、して機能させる測定プログラムが提供される。
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、本実施形態に係る測定装置100の構成を示す。測定装置100は、測定波が媒質98中を伝搬する時間(すなわち、伝搬時間)を測定することで媒質98が配管99内を流れる流速等を測定する装置であり、高精度で流速等を測定することを目的とする。なお、媒質98は、水などの液体であり、或いは空気などの気体でもよい。また、媒質98は、配管99内を図面下向き(白抜き矢印の方向)に流れ、この方向及び逆の方向をそれぞれ媒質の流れに対する順方向及び逆方向とする。測定装置100は、測定ユニット10及び演算部20を備える。
測定ユニット10は、配管99内を流れる媒質98中に測定波を伝搬させて受信するユニットである。測定波として、本実施形態では、超音波を使用する。測定ユニット10は、センサ11,12、切替部13、送信部14、受信部15、及び制御部16を含む。
センサ11及び12は、超音波を送受信する送受信機である。センサ11及び12は、それぞれ、既設の配管99の外表面の径方向の一側(すなわち、図面上下方向に延びる配管99の左側)及び他側(すなわち、右側)に、ただし媒質98の流れの方向の一側(すなわち、上流側)及び他側(すなわち、下流側)に位置をずらして固定されている。センサ11及び12は、送信部14から送信される超音波を受けて配管99内に出力し、また配管99内の媒質98中を伝搬する超音波を受けて受信部15に出力する。
切替部13は、センサ11及び12を送信部14又は受信部15に接続するユニットであり、4つの切り替えスイッチ13a~13dを含む。切替部13は、制御部16から切替信号、例えばハイレベル信号(H信号)を受けて、スイッチ13aによりセンサ11を送信部14に接続するとともにスイッチ13dによりセンサ12を受信部15に接続する。また、切替部13は、制御部16からローレベル信号(L信号)を受けて、スイッチ13cによりセンサ11を受信部15に接続するとともにスイッチ13bによりセンサ12を送信部14に接続する。
送信部14は、超音波源(不図示)を有し、これを用いて制御部16から駆動信号(例えばON信号)を受けて超音波を生成し、出力する。超音波源として、例えばPZT等の混合物を含む圧電素子を採用することができる。
受信部15は、制御部16から駆動信号(例えばON信号)を受けて超音波を受信し、受信した超音波の振幅に応じた強度の電圧信号を受信信号として出力する。なお、受信部15は、増幅器(不図示)を有し、これを介して受信信号を増幅して出力することとしてもよい。
制御部16は、切替部13、送信部14、及び受信部15の動作を制御するユニットであり、切替信号(例えば、H信号及びL信号)を生成して切替部13に送信するとともに、駆動信号(例えば、オン信号)を生成して送信部14及び受信部15に送信する。ここで、制御部16は、切替信号及び駆動信号を同期して、例えばH信号及びL信号を一定周期で繰り返し生成するとともに、H信号及びL信号に同期してON信号を生成する。それにより、切替信号がH及び駆動信号がオンの場合、送信部14から出力される超音波は、切替部13のスイッチ13aを介してセンサ11に送信され、センサ11から配管99内に出力され、配管99内の媒質98を順方向に伝搬してセンサ12により受信され、スイッチ13dを介して受信部15により受信される。切替信号がL及び駆動信号がオンの場合、送信部14から出力される超音波は、スイッチ13bを介してセンサ12に送信され、センサ12から配管99内に出力され、配管99内の媒質98を逆方向(すなわち、順方向に伝搬する場合と同じパスを逆方向)に伝搬してセンサ11により受信され、スイッチ13cを介して受信部15により受信される。
演算部20は、測定ユニット10から出力される受信信号を処理して媒質98の流速等を演算するユニットである。演算部20は、ADコンバータ20a及び算出部20bを含む。
ADコンバータ20aは、測定ユニット10の受信部15に接続され、これから入力される受信信号(すなわち、電圧信号)をデジタル信号に変換する。それにより、受信信号は、時間に対して変化する信号波形を表すデジタル値のシーケンスとなる。
算出部20bは、受信信号を演算処理して流速等を算出する。算出部20bは、制御用プログラムを実行することにより、トリガ検出部21、特定部22、流速算出部23、及び設定部24を発現する。
トリガ検出部21は、ADコンバータ20aに接続され、これから入力される受信信号についてトリガを検出する、すなわち受信信号のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出する。それにより、トリガ検出部21は、媒質中を伝搬してセンサ11又は12により受信された超音波(すなわち、受信波)の波形を捉え、これを出力する。なお、トリガ検出の詳細については後述する。
特定部22は、トリガ検出部21に接続され、これから入力される受信信号、すなわちトリガ検出されて波形が捉えられた受信波より、超音波の受信タイミングを特定する。本実施形態では、特定部22は、受信波においてトリガレベルを超えた周期とは異なる周期、特に後の周期の波形部分(正の整数Nを用いてN周期後の波形部分とする)に基づいて、超音波の受信タイミングを特定し、その結果を出力する。なお、受信タイミングの特定の詳細については後述する。
流速算出部23は、特定部22に接続され、これから入力される超音波の受信タイミングに基づいて、媒質98の流速等を算出し、その結果を外部出力する。ここで、流速算出部23は、特定部22により、媒質98に対して超音波を順方向に伝搬させて受信した受信信号(順方向信号と呼ぶ)及び逆方向に伝搬させて受信した受信信号(逆方向信号とよぶ)についてそれぞれ特定された受信タイミングに基づいて、媒質98の流速等を算出する。なお、流速等の算出の詳細については後述する。
なお、流速算出部23は、各1つの順方向及び逆方向信号についてそれぞれ特定された受信タイミングに限らず、各2以上の順方向及び逆方向信号についてそれぞれ特定された受信タイミングに基づいて媒質98の流速等を算出してもよい。係る場合、流速算出部23は、各2以上の順方向及び逆方向信号を対応する各1つの順方向及び逆方向信号をそれぞれ含む複数の組、例えば連続して受信された各1つの順方向及び逆方向信号をそれぞれ含む複数の組に分け、複数の組のそれぞれについて受信タイミングの差分を算出し、それらの平均より媒質98の流速等を算出してよい。或いは、流速算出部23は、2以上の順方向信号に対して受信タイミングの平均を算出し、同様に2以上の逆方向信号に対して受信タイミングの平均を算出し、それらの差分より媒質98の流速等を算出してよい。
設定部24は、特定部22に接続され、これに外部からの指定に応じて各種設定情報を送信するインターフェイスである。設定部24は、例えば、1又は複数の受信信号のそれぞれについてトリガレベルを超えてから何周期後の波形部分を用いて受信タイミングを特定するかを表す情報である整数Nを特定部22に送信する。
図2は、本実施形態に係る測定装置100を用いた測定方法のフローを示す。
ステップS1では、測定ユニット10により、配管99を流れる媒質98に超音波を伝搬させて受信する。ここで、測定ユニット10の送信部14により生成される超音波、すなわち送信波の波形の一例を、図3に示す。送信波は、正の振幅を有する矩形パルスを一定周期(例えば、数100kHz~数MHz)で1又は複数回(本実施形態では3回とする)繰り返す波形を有する。
測定ユニット10は、制御部16が生成する切替信号による切替部13の切替並びに駆動信号による送信部14及び受信部15の駆動の2つの前述の動作を例えば1~5ミリ秒の間隔で繰り返す。それにより、超音波を、繰り返し、センサ11から配管99内の媒質98中を順方向に伝搬させてセンサ12により受信して順方向信号を得るとともにセンサ12から配管99内の媒質98中を逆方向(すなわち、順方向に伝搬する場合と同じパスを逆方向)に伝搬させてセンサ11により受信して逆方向信号を得る。
ここで、図3に示される波形の送信波の送信に対して受信部15により受信される超音波、すなわち受信波の波形の一例を図4に示す。送信部14により生成された送信波が測定ユニット10内の素子において反射することで、また配管99内で散乱することで、受信波は、送信波における矩形パルスの発生周期に等しい周期で繰り返し、より長い周期でエンベロープを増大及び減少する複数のピーク波形を含む。ここで、ピーク波形の数は送信波における矩形パルスの数(本例では3)より多く、9つのピーク波形が観測される。なお、1つのピーク波形は、正の振幅を有する山形の単位波形(すなわち、1つの極大値を有する単位波形)と負の振幅を有する谷形の単位波形(すなわち、1つの極小値を有する単位波形)とのセットを含むものとしたが、特に断らない限り正の振幅を有する単位波形のみを扱うものとする。各ピーク波形は第1波から第5波まで順に最大振幅を増大し、第5波から第9波まで順に最大振幅を減少する。
最大振幅を順に増大する第1波から第5波のピーク波形において、連続する2つ(第i波及び第j波)のピーク波形の最大振幅の値(すなわち、ピーク値)の差dijについて関係d12>d23>d34>d45が成立する。つまり、受信波に含まれる複数のピーク波形のうち、時間軸上で前側のピーク波形ほど前後のピーク波形とのピーク値の差が大きい。ただし、SN比は前側のピーク波形ほど低い。
受信部15により受信される受信信号(順方向及び逆方向信号)は順次、演算部20に送信され、ADコンバータ20aを介してトリガ検出部21に送信される。
ステップS2では、演算部20のトリガ検出部21により、受信信号のそれぞれについてトリガを検出する。
まず、トリガ検出部21は、受信信号のそれぞれについて、センサ11又は12により超音波を送信した時刻0を基準に取り込み範囲(いわゆるウィンドウ)を時間軸を正方向に移動する。取り込み範囲の移動量は、例えば媒質98中における超音波の典型的な伝搬時間の程度である。それにより、受信信号において、媒質中を伝搬してセンサ11又は12により受信された超音波、すなわち受信波の全体(図4に示される波形の受信波における第1波から第9波のピーク波形)が捉えられる。
次に、トリガ検出部21は、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形のピーク値から最大のピーク値(図4における点eの値)を検出し、その値に予め定められた(例えば、設定部24から入力された)レートを乗算してトリガレベルLTを決定する。
最後に、トリガ検出部21は、受信波の振幅がトリガレベルLT(図4において一点鎖線を用いて示される)を最初に超える位置(図4における点cの位置であり、これをトリガ位置と呼ぶ)を検出し、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形からトリガ位置を含むピーク波形(図4の例では第2波のピーク波形)を特定する。
トリガは、順方向及び逆方向信号において対応するピーク波形について検出されなければならない。ここで、トリガレベルを、受信波に含まれる複数のピーク波形のうち、例えば図4に示される例における第4波及び第5波のピーク波形のように、前後のピーク波形とのピーク値の差が小さいピーク波形に合わせて決定すると、例えばノイズ等により波形が歪むことで、順方向及び逆方向信号において異なるピーク波形についてトリガが検出されることがある。従って、前後のピーク波形とのピーク値の差の大きいピーク波形に合わせてトリガレベルを決定するとよい。例えば図4に示される例において、最大振幅を順に増大する第1波から第5波のピーク波形において関係d12>d23>d34>d45が成立することから、時間軸上で前側のピーク波形に合わせてトリガレベルを決定するのが望ましい。そこで、本例では、レートを例えば0.3と設定している。これにより、順方向及び逆方向信号のいずれにおいても第2波のピーク波形についてトリガが検出されることとなる。
ステップS3では、演算部20の特定部22により、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形のうちのいずれかのゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点の時間軸上の位置から超音波の受信タイミングを特定する。
ゼロクロス点は、その位置を高精度で検出するために、SN比の高いピーク波形について検出することが望ましい。ここで、トリガ検出部21によりトリガが検出されるべきピーク波形とSN比の高いピーク波形とは必ずしも一致しない。そこで、本実施形態では、特定部22は、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形のなかからトリガが検出されたピーク波形と異なるピーク波形を特定してそのゼロクロス点を検出する。より詳細には、特定部22は、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて、トリガが検出されたピーク波形から同一周期数後(N周期後)の周期に対応するピーク波形を特定して、それぞれのゼロクロス点を検出する。ここで、Nは1以上の整数であり、図4に示される例においては2と定められている。
整数Nの設定について、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形のうちピーク値の大きいピーク波形、例えば図4に示される例における第4波及び第5波のピーク波形は、測定ユニット10内の素子における超音波の反射等の影響を含んでいることから、温度などの外部環境により波形が大きく歪むことがある。そこで、SN比が大きく、しかしピーク値は必ずしも最大ではなく、外部環境の影響を受け難いピーク波形についてゼロクロス点を検出するよう整数Nを定めるのが望ましい。
特定部22が、トリガが検出されたピーク波形からN周期後の周期に対応するピーク波形を特定する方法について具体的に説明する。まず、特定部22は、ピーク波形の繰返し周期を取得する。これは、送信波における矩形パルスの繰返し周期に等しい。そして、この繰り返し周期に設定部24から受信する周期数Nを掛けることで、トリガ位置(図4における点c)からゼロクロストリガ位置(図4における点d)までの時間を算出することができる。これより、ゼロクロストリガ位置は、トリガ位置までの時間(図4における点c)と繰り返し周期×Nとの和で定めることができる。そして、特定部22は、ゼロクロストリガ位置を含むピーク波形(図4に示される例では第4波のピーク波形)を特定し、その正部分(正の振幅を有する単位波形)の前後のゼロクロス点a及びbの時間軸上の位置を検出する。特定部22は、2つのゼロクロス点a及びbの位置の中間を超音波の受信タイミングとして特定する。
なお、整数Nは、設定部24からの指示により自動設定することとしてもよい。係る場合、特定部22は、例えば1から任意の値までのNに対してそれぞれピーク波形を特定し、そのピーク波形のゼロクロス点を検出し、その結果より得られる測定波の受信タイミング又は受信タイミングから得られる流速等が停留値をとるNの値を採用してもよい。
なお、特定部22は、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて、トリガが検出されたピーク波形から同一周期数後(N周期後)の周期に対応するピーク波形を特定して、ゼロクロス点を特定するに限らず、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて、最大のピーク値(図4における点eの値)に対して基準割合以上のピーク値を有する周期のピーク波形のうち最先の周期のピーク波形を選択し、このピーク波形についてゼロクロス点を特定することとしてもよい。基準割合は、例えば0.7と定めることができる。
ステップS4では、演算部20の流速算出部23により、ステップS3において順方向及び逆方向信号のそれぞれについて特定された測定波の受信タイミングに基づいて、媒質98の流速等を算出する。流速算出部23は、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて特定された受信タイミングにオフセットτ、例えば測定ユニット10内での超音波の送信等に由来する遅延時間を減算することで、超音波を媒質98中を順方向及び逆方向に伝搬させた場合のそれぞれの伝搬時間T1及びT2を算出する。また、流速算出部23は、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて特定された受信タイミングの差分、又は伝搬時間T1及びT2の差分より伝搬時間差ΔTを算出する。流速算出部23は、伝搬時間T1及びT2並びに伝搬時間差ΔTを用いて、媒質98の流速V=γΔT/((T1+T2)/2-(2τ))2を算出する。ここで、γは、配管99の構造等に由来する定数である。なお、流速算出部23は、算出された流速に配管99の断面積を乗算して媒質98の流量を算出してもよい。最後に、流速算出部23は、流量等の算出結果を外部出力する。それにより、一連のフローが終了する。
本実施形態の測定装置100は、配管99に設けられたセンサ11及び12を用いて配管99内を流れる媒質98中に測定波を伝搬させて受信する測定ユニット10、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部21、及び受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する特定部22を備える。特定部22が、トリガ検出部21により検出されるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて測定波の受信タイミングを特定することで、順方向及び逆方向信号において対応するピーク波形についてトリガ検出するよう前後のピーク波形とピーク値の差の大きい時間軸上で前側のピーク波形についてトリガを検出し、ゼロクロス点の位置を高精度で検出するよう時間軸上で後側のSN比の高いピーク波形についてゼロクロス点を検出することができる。
なお、本実施形態に係る測定装置100では、測定波を送受信する2つのセンサ11及び12を設け、それらの間で測定波を送受信することで2つの測定波を媒質中を順方向及び逆方向にそれぞれ伝搬させ、それぞれの測定波の受信タイミングの差分から媒質の流速等を算出することとしたが、センサの数は2つに限らず3つ以上でもよく、また測定波を1つの伝搬経路に沿って順方向及び逆方向に伝搬させるに限らず異なる2つ(又はそれ以上)の伝搬経路に沿って順方向又は逆方向に伝搬させてもよい。例えば、配管99の外表面の一側に送信用センサを設け、配管99の外表面の他側であり送信用センサから順方向及び逆方向に等距離離間する位置にそれぞれ第1及び第2受信用センサを設け、送信用センサから順方向に測定波を送信して第1受信用センサにより受信するとともに、送信用センサから逆方向に別の測定波を送信して第2受信用センサにより受信してもよい。また、配管99の外表面の一側に送信用センサを設け、配管99の外表面の他側であり媒質の流れの方向に関して送信用センサと異なる位置に複数の受信用センサを設け、送信用センサから異なる方向に2以上の測定波を送信して複数の受信用センサによりそれぞれ受信してもよい。
なお、本実施形態に係る測定装置100では、演算部20に含まれる算出部20bは、制御用プログラムを実行することによりトリガ検出部21、特定部22、流速算出部23、及び設定部24を発現する、すなわちデジタル回路として構成されることとしたが、これに限らず、アナログ回路として構成されてもよい。係る場合、例えば、トリガ検出部21は、ADコンバータ20aから入力される受信信号の電圧値とトリガレベルに対応する電圧値とを入力してそれらの比較結果を表す電圧信号を出力する比較器を用いて構成することができる。
また、本実施形態の測定装置100では、媒質中を伝搬させる測定波として超音波を用いたが、これに限らず、配管99の外側から配管99内を流れる媒質98中を伝搬することができる測定波であれば例えば音波を用いてもよい。
また、本実施形態の測定装置100は、超音波を媒質中に流れの方向に伝播した際の伝播時間と逆方向に伝播した際の伝播時間とを測定し、それらの結果の差分から媒質の流速を得る装置としたが、これに限らず、媒質中での超音波の伝播時間を測定し、その結果に基づいて媒質を特定する装置或いは媒質の厚み、レベル等の伝搬距離を測定する装置としてもよい。
図5は、本実施形態に係るコンピュータ1900のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ1900は、ホスト・コントローラ2082により相互に接続されるCPU2000、RAM2020、グラフィック・コントローラ2075、及び表示装置2080を有するCPU周辺部と、入出力コントローラ2084によりホスト・コントローラ2082に接続される通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、及びCD-ROMドライブ2060を有する入出力部と、入出力コントローラ2084に接続されるROM2010、フレキシブルディスク・ドライブ2050、及び入出力チップ2070を有するレガシー入出力部とを備える。
ホスト・コントローラ2082は、RAM2020と、高い転送レートでRAM2020をアクセスするCPU2000及びグラフィック・コントローラ2075とを接続する。CPU2000は、ROM2010及びRAM2020に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等がRAM2020内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置2080上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ2075は、CPU2000等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
入出力コントローラ2084は、ホスト・コントローラ2082と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス2030、ハードディスクドライブ2040、CD-ROMドライブ2060を接続する。通信インターフェイス2030は、ネットワークを介して他の装置と通信する。ハードディスクドライブ2040は、コンピュータ1900内のCPU2000が使用するプログラム及びデータを格納する。CD-ROMドライブ2060は、CD-ROM2095からプログラム又はデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。
また、入出力コントローラ2084には、ROM2010と、フレキシブルディスク・ドライブ2050、及び入出力チップ2070の比較的低速な入出力装置とが接続される。ROM2010は、コンピュータ1900が起動時に実行するブート・プログラム、及び/又は、コンピュータ1900のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ2050は、フレキシブルディスク2090からプログラム又はデータを読み取り、RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供する。入出力チップ2070は、フレキシブルディスク・ドライブ2050を入出力コントローラ2084へと接続すると共に、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を入出力コントローラ2084へと接続する。
RAM2020を介してハードディスクドライブ2040に提供されるプログラムは、フレキシブルディスク2090、CD-ROM2095、又はICカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、RAM2020を介してコンピュータ1900内のハードディスクドライブ2040にインストールされ、CPU2000において実行される。
コンピュータ1900にインストールされ、コンピュータ1900を測定装置100として機能させるプログラムは、トリガ検出モジュール、特定モジュール、流速算出モジュール、及び設定モジュールを備える。これらのプログラム又はモジュールは、CPU2000等に働きかけて、コンピュータ1900を、トリガ検出部21、特定部22、流速算出部23、及び設定部24としてそれぞれ機能させる。
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータ1900に読込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段であるトリガ検出部21、特定部22、流速算出部23、及び設定部24として機能する。そして、これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ1900の使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の測定装置100が構築される。
一例として、コンピュータ1900と外部の装置等との間で通信を行う場合には、CPU2000は、RAM2020上にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理内容に基づいて、通信インターフェイス2030に対して通信処理を指示する。通信インターフェイス2030は、CPU2000の制御を受けて、RAM2020、ハードディスクドライブ2040、フレキシブルディスク2090、又はCD-ROM2095等の記憶装置上に設けた送信バッファ領域等に記憶された送信データを読み出してネットワークへと送信し、もしくは、ネットワークから受信した受信データを記憶装置上に設けた受信バッファ領域等へと書き込む。このように、通信インターフェイス2030は、DMA(ダイレクト・メモリ・アクセス)方式により記憶装置との間で送受信データを転送してもよく、これに代えて、CPU2000が転送元の記憶装置又は通信インターフェイス2030からデータを読み出し、転送先の通信インターフェイス2030又は記憶装置へとデータを書き込むことにより送受信データを転送してもよい。
また、CPU2000は、ハードディスクドライブ2040、CD-ROMドライブ2060(CD-ROM2095)、フレキシブルディスク・ドライブ2050(フレキシブルディスク2090)等の外部記憶装置に格納されたファイルまたはデータベース等の中から、全部または必要な部分をDMA転送等によりRAM2020へと読み込ませ、RAM2020上のデータに対して各種の処理を行う。そして、CPU2000は、処理を終えたデータを、DMA転送等により外部記憶装置へと書き戻す。このような処理において、RAM2020は、外部記憶装置の内容を一時的に保持するものとみなせるから、本実施形態においてはRAM2020および外部記憶装置等をメモリ、記憶部、または記憶装置等と総称する。本実施形態における各種のプログラム、データ、テーブル、データベース等の各種の情報は、このような記憶装置上に格納されて、情報処理の対象となる。なお、CPU2000は、RAM2020の一部をキャッシュメモリに保持し、キャッシュメモリ上で読み書きを行うこともできる。このような形態においても、キャッシュメモリはRAM2020の機能の一部を担うから、本実施形態においては、区別して示す場合を除き、キャッシュメモリもRAM2020、メモリ、及び/又は記憶装置に含まれるものとする。
また、CPU2000は、RAM2020から読み出したデータに対して、プログラムの命令列により指定された、本実施形態中に記載した各種の演算、情報の加工、条件判断、情報の検索・置換等を含む各種の処理を行い、RAM2020へと書き戻す。例えば、CPU2000は、条件判断を行う場合においては、本実施形態において示した各種の変数が、他の変数または定数と比較して、大きい、小さい、以上、以下、等しい等の条件を満たすかどうかを判断し、条件が成立した場合(又は不成立であった場合)に、異なる命令列へと分岐し、またはサブルーチンを呼び出す。
また、CPU2000は、記憶装置内のファイルまたはデータベース等に格納された情報を検索することができる。例えば、第1属性の属性値に対し第2属性の属性値がそれぞれ対応付けられた複数のエントリが記憶装置に格納されている場合において、CPU2000は、記憶装置に格納されている複数のエントリの中から第1属性の属性値が指定された条件と一致するエントリを検索し、そのエントリに格納されている第2属性の属性値を読み出すことにより、所定の条件を満たす第1属性に対応付けられた第2属性の属性値を得ることができる。
また、請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
以上に示したプログラム又はモジュールは、外部の記録媒体に格納されてもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク2090、CD-ROM2095の他に、DVD又はCD等の光学記録媒体、MO等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ICカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワーク又はインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスク又はRAM等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムをコンピュータ1900に提供してもよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
10…測定ユニット、11,12…センサ、13…切替部、13a,13b,13c,13d…スイッチ、14…送信部、15…受信部、16…制御部、20…演算部、20a…ADコンバータ、20b…算出部、21…トリガ検出部、22…特定部、23…流速算出部、24…設定部、98…媒質、99…配管、100…測定装置、1900…コンピュータ、2000…CPU、2010…ROM、2020…RAM、2030…通信インターフェイス、2040…ハードディスクドライブ、2050…ドライブ、2060…ROMドライブ、2070…入出力チップ、2075…コントローラ、2080…表示装置、2082…コントローラ、2084…入出力コントローラ、2090…フレキシブルディスク、2095…ROM。
Claims (10)
- 媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する特定部と、
を備える測定装置。 - 前記特定部は、前記受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期より後の周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する請求項1に記載の測定装置。
- 前記特定部は、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分のゼロクロス点を検出し、
検出されたゼロクロス点に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する
請求項1または2に記載の測定装置。 - 前記測定ユニットは、前記媒質に対して2つの測定波を互いに逆方向に伝搬させて受信し、
当該測定装置は、前記2つの測定波のそれぞれの受信タイミングに基づいて、前記媒質の流速を算出する流速算出部を更に備える
請求項1から3のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記流速算出部は、
前記2つの測定波のそれぞれの受信タイミングに基づいて、前記2つの測定波を互いに逆方向に伝搬させた場合の伝搬時間差を算出し、
前記伝搬時間差に基づいて、前記媒質の流速を算出する
請求項4に記載の測定装置。 - 前記2以上の測定波のそれぞれにおける、前記トリガレベルを超えてから何周期後の波形部分を用いて受信タイミングを特定するかを、外部からの指定に応じて設定する設定部を更に備える請求項4または5に記載の測定装置。
- 前記特定部は、
前記2以上の測定波のうち一の測定波について、ピーク点に対して基準割合以上のピークを有する周期の波形部分のうち最先の周期の波形部分を選択し、
選択した波形部分に基づいて、前記一の測定波の受信タイミングを特定する
請求項4から6のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記測定ユニットは、流体である前記媒質に対して超音波の前記測定波を伝搬させて受信する請求項1から7のいずれか一項に記載の測定装置。
- 媒質に対して測定波を伝搬させて受信する段階と、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出する段階と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する段階と、
を備える測定方法。 - 測定装置により媒質が測定波を伝搬する伝搬時間を測定するための測定プログラムであって、
当該プログラムは、前記測定装置を、
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する特定部と、
して機能させる測定プログラム。
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