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JP4548485B2 - Pulse doppler type ultrasonic flow meter, its program - Google Patents
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JP4548485B2 - Pulse doppler type ultrasonic flow meter, its program - Google Patents

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Description

本発明は、パルス・ドップラー式超音波流量計に関する。   The present invention relates to a pulse Doppler ultrasonic flow meter.

クランプオン型超音波流量計は、水道管等の管状体の外周面の一部に超音波トランスジューサ(任意周波数の超音波パルスを送受信するモジュール)を装着し、この管状体の内部を流れる流体の流速・流量を、管状体の外側から測定する方式の流量計である。クランプオン型超音波流量計は、大別して、伝搬時間差式とパルス・ドップラー式とに分類できる。   A clamp-on type ultrasonic flowmeter is equipped with an ultrasonic transducer (module that transmits and receives ultrasonic pulses of an arbitrary frequency) on a part of the outer peripheral surface of a tubular body such as a water pipe, and the fluid flowing inside the tubular body This is a flow meter that measures the flow velocity / flow rate from the outside of the tubular body. Clamp-on type ultrasonic flowmeters can be roughly classified into a propagation time difference type and a pulse Doppler type.

伝搬時間差式は、超音波を、管状体の内部を流れる流体を斜めに横切るような経路で往復させて、超音波が往路と復路のそれぞれを伝搬するのに要する時間の差から、流体の流量を測定する方法である。   The propagation time difference formula is based on the difference in time required for the ultrasonic wave to travel in the forward path and the return path by reciprocating the ultrasonic wave in a path that crosses the fluid flowing inside the tubular body diagonally. Is a method of measuring.

一方、パルス・ドップラー式は、流体中に含まれる浮遊粒子や気泡等が、流体と同じ速度で移動すると仮定し、浮遊粒子や気泡等の移動速度から流体の流量を測定する方法である。これは、流体中に超音波を発信して、浮遊粒子等に反射された超音波の周波数がドップラー効果により変化することから、その周波数ズレに基づき流体の流速分布を算出し、更に流速分布を積分演算して流体の流量を算出するものである。   On the other hand, the pulse Doppler method is a method of measuring the flow rate of fluid from the moving speed of suspended particles, bubbles, etc., assuming that suspended particles, bubbles, etc. contained in the fluid move at the same speed as the fluid. This is because the frequency of the ultrasonic wave reflected by suspended particles or the like changes due to the Doppler effect, and the flow velocity distribution of the fluid is calculated based on the frequency deviation. The flow rate of the fluid is calculated by integral calculation.

この様なパルス・ドップラー式の流量測定技術は、例えば特許文献1に開示されているように、非定常状態の流体に対し、非接触で高精度な測定を可能としている。同技術では、周波数f0の超音波パルスを被測定流体に対して繰返し周波数fprfの一定の間隔で送信し、測線上の反射体にて反射した超音波エコーを受信する。これをもとに、ドップラーシフト周波数を算出し被測定流体の流速分布を求め、この流速分布に基づいて積分演算により流量を導くことで、流量計測を可能としている。Such a pulse-Doppler flow measurement technique, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228867, enables non-contact and high-precision measurement with respect to a fluid in an unsteady state. In this technique, an ultrasonic pulse having a frequency f 0 is transmitted to a fluid to be measured at a constant interval of a repetition frequency f prf and an ultrasonic echo reflected by a reflector on a survey line is received. Based on this, the Doppler shift frequency is calculated to determine the flow velocity distribution of the fluid to be measured, and the flow rate can be measured by deriving the flow rate by integral calculation based on this flow velocity distribution.

上記パルス・ドップラー法を用いた流量測定技術に関して、特許文献2には、流速の測定範囲を正/負の何れか一方にシフトすることで、流速の測定範囲を2倍とする流速切換え手法が提示されている。   Regarding the flow rate measurement technique using the pulse Doppler method, Patent Document 2 discloses a flow rate switching method that doubles the flow rate measurement range by shifting the flow rate measurement range to either positive or negative. Presented.

パルス・ドップラー法では、配管内の複数点(以降、チャネルと称す)のドップラーシフト周波数を求め、それを流速算出し、配管断面で積分することで流量を求める方式である。流速は、ドップラーシフト周波数から以下の(1)式によって算出する:   The pulse Doppler method is a method for obtaining a flow rate by obtaining Doppler shift frequencies at a plurality of points (hereinafter referred to as channels) in a pipe, calculating a flow velocity thereof, and integrating the cross section of the pipe. The flow velocity is calculated from the Doppler shift frequency by the following equation (1):

但し、ドップラーシフト周波数ffdは、サンプリング定理により、パルス繰返し周波数fprfによって決められる範囲(−fprf/2〜fprf/2の範囲)でしか計測できない。
これより、上記特許文献2の技術では、従来では測定範囲を正、負に均等に割り当てていたものを、正のみ、又は負のみに割り当てるようにしている。よって、測定範囲を2倍にするといっても、本当に測定範囲自体が2倍になるわけではない。すなわち、正のみの場合には測定範囲を0〜fprfとし、負のみの場合には測定範囲を−fprf〜0としているだけである。つまり、測定範囲は、結局、パルス繰返し周波数fprfの値そのものであり、それ以上大きくはできない。尚、上記正、負とは、流体の流れ方向を意味する(正方向、負方向)。
特開2000−97742号公報 特開2004−61109号公報 本発明の課題は、ドップラーシフト周波数が、繰返し周波数によって決められる測定範囲を超える場合でも、ドップラーシフト周波数計測値に対して適宜補正を行うことで、正しいドップラーシフト周波数分布を求めることができ、特に上記測定範囲を大幅に超える場合にも対応できるパルス・ドップラー式超音波流量計を提供することである。
However, the Doppler shift frequency f fd is the sampling theorem, can not be measured only within the range determined by the pulse repetition frequency f prf (-f prf / 2~f prf / 2 range).
From this, in the technique of the above-mentioned patent document 2, what is conventionally assigned to the measurement range equally to positive and negative is assigned only to positive or only negative. Therefore, even if the measurement range is doubled, it does not really double the measurement range itself. That is, the measurement range and 0 to F prf in the case of positive alone, but only has a -f prf ~0 the measurement range in the case of a negative only. In other words, the measurement range is, after all, the value of the pulse repetition frequency f prf itself, and cannot be increased further. The positive and negative mean the fluid flow direction (positive direction, negative direction).
JP 2000-97742 A JP, 2004-61109, A Even if a Doppler shift frequency exceeds the measuring range decided by repetition frequency, the subject of the present invention is correct Doppler shift frequency measurement, and correct Doppler shift frequency distribution by performing amendment suitably. In particular, the present invention provides a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter that can cope with a case where the measurement range is greatly exceeded.

本発明のパルスドップラー式超音波流量計は、超音波のドップラーシフトを利用して配管内を流れる被測定流体の流量を測定するパルスドップラー式超音波流量計において、所定のパルス繰返し周波数で超音波パルスを前記被測定流体に送出し、その超音波エコーを受信して、前記配管の管壁直近の第1チャネルから管中央の第mチャネルまでの各チャネルのドップラーシフト周波数を計測するドップラーシフト周波数計測手段と、該ドップラーシフト周波数計測手段による計測結果によって得られる、前記第1チャネルから第mチャネルまでのドップラーシフト周波数分布において、折り返しの影響を受けているチャネル範囲を求め、該求めたチャネル範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、ドップラーシフト周波数の測定範囲に基づいて得られる補正値を用いて補正するドップラーシフト周波数分布補正手段と、該ドップラーシフト周波数分布補正手段による補正後のドップラーシフト周波数分布を用いて前記被測定流体の流量を求める流量算出手段とを有するように構成する。   The pulse Doppler type ultrasonic flowmeter of the present invention is a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of a fluid to be measured that flows in a pipe using ultrasonic Doppler shift. A Doppler shift frequency for transmitting a pulse to the fluid to be measured, receiving an ultrasonic echo thereof, and measuring a Doppler shift frequency of each channel from the first channel closest to the pipe wall of the pipe to the m-th channel in the center of the pipe In the Doppler shift frequency distribution from the first channel to the m-th channel obtained from the measurement result by the measurement means and the Doppler shift frequency measurement means, a channel range affected by the aliasing is obtained, and the obtained channel range The measured value of Doppler shift frequency of each channel in A Doppler shift frequency distribution correction unit that corrects using a correction value obtained based on a fixed range, and a flow rate calculation that determines the flow rate of the fluid under measurement using the Doppler shift frequency distribution corrected by the Doppler shift frequency distribution correction unit. Means.

上記の通り、パルスドップラー式超音波流量計では、ドップラーシフト周波数の測定範囲は、パルス繰返し周波数fprfによって決められる。ドップラーシフト周波数が、この測定範囲を超える場合、その計測値は、折り返しの影響を受けた、間違った値として得られる。As described above, in the pulse Doppler ultrasonic flow meter, the measurement range of the Doppler shift frequency is determined by the pulse repetition frequency f prf . If the Doppler shift frequency exceeds this measurement range, the measured value is obtained as an incorrect value affected by aliasing.

これより、上記本発明のパルスドップラー式超音波流量計では、上記ドップラーシフト周波数分布補正手段によって、そのドップラーシフト周波数計測値が折り返しの影響を受けたものとなっているチャネルを全て判別し、この判別した各チャネルのドップラーシフト周波数計測値は、上記補正値を用いて補正する。   Thus, in the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter of the present invention, the Doppler shift frequency distribution correction means discriminates all the channels whose Doppler shift frequency measurement values are affected by the aliasing. The determined Doppler shift frequency measurement value of each channel is corrected using the correction value.

上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第1チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、前記第1チャネルが折り返しの影響を受けていない場合には、該第1チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値は補正せず、前記折り返しの発生箇所のチャネルから前記第mチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正する。   In the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter having the above-described configuration, for example, the Doppler shift frequency distribution correction unit determines whether or not the channel where the aliasing has occurred, and whether or not the first channel has already been affected by the aliasing. If the first channel is not affected by the aliasing, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel in the range from the first channel to the channel where the aliasing occurs is not corrected, The measurement value of the Doppler shift frequency of each channel in the range from the channel where the aliasing occurs to the m-th channel is corrected using the measurement range of the Doppler shift frequency as the correction value.

被測定流体の流速は、一様ではなく、管中央の方が管壁近傍よりも早い。よって、ドップラーシフト周波数の絶対値は、管中央の方が管壁近傍よりも大きい。これより、管壁近傍のチャネルは折り返しの影響を受けているのに、管中央側のチャネルは折り返しの影響を受けていない、等ということは、通常はあり得ない。その逆に、管壁近傍のチャネルは折り返しの影響を受けていないが、管中央側のチャネルは折り返しの影響を受けている、ということはあり得る。これより、上記構成では、折り返しの発生箇所があった場合には、そこから管中央までの範囲のチャネルが、折り返しの影響を受けているものとし、測定範囲fprfを補正値として用いて補正を行う。The flow rate of the fluid to be measured is not uniform, and the center of the tube is faster than the vicinity of the tube wall. Therefore, the absolute value of the Doppler shift frequency is larger in the center of the tube than in the vicinity of the tube wall. As a result, it is not normally possible that the channel near the tube wall is affected by folding, but the channel on the center side of the tube is not affected by folding. On the contrary, it is possible that the channel near the tube wall is not affected by folding, but the channel on the center side of the tube is affected by folding. Therefore, in the above configuration, if there is a turn-up point, the channel in the range from there to the center of the tube is assumed to be affected by the turn-back, and correction is performed using the measurement range f prf as the correction value. I do.

また、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第1チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、前記第1チャネルが折り返しの影響を受けている場合には、該第1チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として、前記補正を行い、前記折り返しの発生箇所のチャネルから前記第mチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲の2倍を前記補正値として補正する。   In the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter having the above-described configuration, for example, the Doppler shift frequency distribution correction means determines the channel where the aliasing occurs, and is the first channel already affected by the aliasing? If the first channel is affected by aliasing, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel in the range from the first channel to the channel where the aliasing occurs is The Doppler shift frequency measurement range is used as the correction value, the correction is performed, and the Doppler shift frequency measurement value of each channel in the range from the channel where the aliasing occurs to the m-th channel is measured. Two times the range is corrected as the correction value.

全てのチャネルが折り返しの影響を受けている場合もあり得る。この場合において、折り返しの発生箇所があった場合には、そこから管中央までの範囲のチャネルは、折り返しの影響を二重に受けていることになる。よって、この範囲のチャネルに対しては、測定範囲の2倍(2fprf)を補正値として用いる。勿論、第1チャネルから折り返しの発生箇所までの範囲の各チャネルに対しても、測定範囲fprfを補正値として用いて補正を行う。It is possible that all channels are affected by aliasing. In this case, if there is a place where folding occurs, the channel in the range from there to the center of the pipe is doubly affected by the folding. Therefore, twice the measurement range (2f prf ) is used as a correction value for channels in this range. Of course, each channel in the range from the first channel to the place where the aliasing occurs is corrected using the measurement range f prf as a correction value.

また、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第1チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、前記第1チャネルが折り返しの影響を受けていない場合であって、前記折り返しの発生箇所が複数存在する場合には、該第1チャネルから1番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値は補正せず、前記1番目の折り返しの発生箇所のチャネルから前記第mチャネルまでの範囲については、偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については補正せず、奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正する。   In the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter having the above-described configuration, for example, the Doppler shift frequency distribution correction unit determines the channel where the aliasing occurs and is already affected by the aliasing in the first channel. In the case where the first channel is not affected by the loopback and there are a plurality of loopback occurrence locations, the first loopback occurrence location from the first channel is determined. The measured value of the Doppler shift frequency of each channel in the range up to the channel is not corrected. For the range from the channel at the first aliasing occurrence point to the m-th channel, the even-numbered aliasing channel at the aliasing occurrence point To the odd-numbered channel where the fold occurs is not corrected and the odd-numbered For the range from the channel where the aliasing occurs to the even-numbered channel where the aliasing occurs, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel in the range is the correction value and the measured range of the Doppler shift frequency is the correction value. Correct as

上記の通り、ドップラーシフト周波数の絶対値は、管中央の方が管壁近傍よりも大きいので、管壁近傍から管中央までのドップラーシフト周波数分布は、例えば流れが正方向である場合には、基本的には増加していくものであるが、局所的な流速変動があった場合、部分的に減少する場合がある。この場合、折り返しの発生箇所が複数存在する場合がある。上記構成では、流速の局所的な変動があった場合にも、問題なく、ドップラーシフト周波数の測定値を補正して、正しいドップラーシフト周波数分布を得ることができる。   As described above, since the absolute value of the Doppler shift frequency is larger in the center of the tube than in the vicinity of the tube wall, the Doppler shift frequency distribution from the vicinity of the tube wall to the center of the tube is, for example, when the flow is in the positive direction, Although it basically increases, there may be a partial decrease when there is a local flow velocity fluctuation. In this case, there may be a plurality of places where folding occurs. With the above configuration, even when there is a local variation in the flow velocity, the measured value of the Doppler shift frequency can be corrected and a correct Doppler shift frequency distribution can be obtained without any problem.

また、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第1チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、前記第1チャネルが折り返しの影響を受けている場合であって、前記折り返しの発生箇所が複数存在する場合には、該第1チャネルから1番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正し、前記1番目の折り返しの発生箇所のチャネルから前記第mチャネルまでの範囲については、偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正し、奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲の2倍を前記補正値として補正する。   In the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter having the above-described configuration, for example, the Doppler shift frequency distribution correction unit determines the channel where the aliasing occurs and is already affected by the aliasing in the first channel. In the case where the first channel is affected by folding and there are a plurality of places where the folding occurs, the first occurrence of the folding from the first channel is determined. The measurement value of the Doppler shift frequency of each channel in the range up to the channel is corrected using the measurement range of the Doppler shift frequency as the correction value, and the range from the channel where the first aliasing occurs to the m-th channel Is the odd-numbered occurrence of the folding from the channel of the occurrence of the folding. For the range up to the number of channels, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel within the range is corrected using the measured range of the Doppler shift frequency as the correction value, and the even-numbered channel from the occurrence of the aliasing is corrected. For the range up to the channel at the position where the folding occurs, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel within the range is corrected using twice the measured range of the Doppler shift frequency as the correction value.

上記構成においても、流速の局所的な変動があった場合にも、問題なく、ドップラーシフト周波数の測定値を補正して、正しいドップラーシフト周波数分布を得ることができる。   Even in the above configuration, even when there is a local variation in the flow velocity, the correct Doppler shift frequency distribution can be obtained by correcting the measured value of the Doppler shift frequency without any problem.

また、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、更に、前記被測定流体の流れ方向を判別し、該判別した流れ方向が正方向である場合には、前記補正は、前記各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値に、前記補正値を加算する処理とする。   In the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter having the above-described configuration, for example, the Doppler shift frequency distribution correction unit further determines the flow direction of the fluid to be measured, and the determined flow direction is a positive direction. The correction is a process of adding the correction value to the measured value of the Doppler shift frequency of each channel.

同様に、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、更に、前記被測定流体の流れ方向を判別し、該判別した流れ方向が負方向である場合には、前記補正は、前記各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値から、前記補正値を減算する処理とする。   Similarly, in the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter having the above-described configuration, for example, the Doppler shift frequency distribution correction unit further determines the flow direction of the fluid to be measured, and the determined flow direction is a negative direction. The correction is a process of subtracting the correction value from the measured value of the Doppler shift frequency of each channel.

前記被測定流体の流れ方向の判別は、前記第1チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲又は前記第1チャネルから前記ドップラーシフト周波数の計測値が0を跨ぐ箇所のチャネルまでの範囲における各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値の累積加算値又は平均値を算出し、該算出した累積加算値又は平均値が正の値である場合には正方向、負の値の場合は負方向とするものである。   The flow direction of the fluid to be measured is determined in the range from the first channel to the channel where the folding occurs or in the range from the first channel to the channel where the measured value of the Doppler shift frequency crosses zero. The cumulative addition value or average value of the measured values of the Doppler shift frequency of each channel is calculated. When the calculated cumulative addition value or average value is a positive value, the positive direction is obtained. When the calculated cumulative addition value or average value is a negative value, the negative direction is obtained. To do.

被測定対象が、例えば時間帯によって被測定流体の流れ方向が逆転するものである場合でも、上記構成により随時、人手を介することなく自動的に、流れ方向を判定して、流れ方向に応じた補正処理を行うことができ、また、一台の流量計を設置するだけで対応できる。   Even in the case where the measurement target is the one in which the flow direction of the fluid to be measured is reversed depending on the time zone, for example, the flow direction is automatically determined without any manual intervention according to the above configuration, and the flow direction is determined according to the flow direction. Correction processing can be performed, and it can be handled by installing only one flow meter.

本発明のパルス・ドップラー式超音波流量計によれば、ドップラーシフト周波数が、繰返し周波数によって決められる測定範囲を超える場合でも、補正処理を行うことで、正しいドップラーシフト周波数分布を求めることができ、実質的にドップラーシフト周波数の測定可能範囲を、繰返し周波数によって決められる測定範囲よりも大きくすることができる。特に、ドップラーシフト周波数が、上記特許文献2の方法を用いても測定できないような値であっても、測定可能とすることができる。更に、正/負の何れか一方にしか対応できないのではなく、正/負の両方に対応できる。   According to the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter of the present invention, even when the Doppler shift frequency exceeds the measurement range determined by the repetition frequency, it is possible to obtain a correct Doppler shift frequency distribution by performing correction processing, The measurable range of the Doppler shift frequency can be substantially larger than the measurement range determined by the repetition frequency. In particular, even if the Doppler shift frequency is a value that cannot be measured using the method of Patent Document 2, it can be measured. Furthermore, it is not only possible to deal with either positive / negative, but it can deal with both positive / negative.

パルスドップラー式超音波流量計の構成図である。It is a block diagram of a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter. 測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例である。It is an example of the measurement result of the Doppler shift frequency exceeding a measurement range. 測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例である。It is an example of the measurement result of the Doppler shift frequency exceeding a measurement range. 測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例(その1)である。It is an example (the 1) of a measurement result of Doppler shift frequency exceeding a measurement range. 図3Aの例についての流れ方向判定を示す図である。It is a figure which shows the flow direction determination about the example of FIG. 3A. 図3Aの計測結果を周波数修正した例である。It is the example which frequency-corrected the measurement result of FIG. 3A. 測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例(その2)である。It is an example (the 2) of a measurement result of the Doppler shift frequency exceeding a measurement range. 図3Dの例についての流れ方向判定を示す図である。It is a figure which shows the flow direction determination about the example of FIG. 3D. 図3Dの計測結果を周波数修正した例である。It is the example which frequency-corrected the measurement result of FIG. 3D. 測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例(その3)である。It is an example (the 3) of a measurement result of the Doppler shift frequency exceeding a measurement range. 図4Aの例についての流れ方向判定を示す図である。It is a figure which shows the flow direction determination about the example of FIG. 4A. 図4Aの計測結果を周波数修正した例である。It is the example which frequency-corrected the measurement result of FIG. 4A. 測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例(その4)である。It is an example (the 4) of the measurement result of the Doppler shift frequency exceeding a measurement range. 図4Dの例についての流れ方向判定を示す図である。It is a figure which shows the flow direction determination about the example of FIG. 4D. 図4Dの計測結果を周波数修正した例である。It is the example which frequency-corrected the measurement result of FIG. 4D. 流量算出処理全体を概略的に示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the whole flow volume calculation process roughly. 図5のステップS2の処理の詳細フローチャート図である。It is a detailed flowchart figure of the process of step S2 of FIG. 図5のステップS3の処理の詳細フローチャート図である。It is a detailed flowchart figure of the process of step S3 of FIG. 図7のステップS38の処理の詳細フローチャート図である。It is a detailed flowchart figure of the process of step S38 of FIG. 図7のステップS39の処理の詳細フローチャート図である。It is a detailed flowchart figure of the process of step S39 of FIG. 図7のステップS41の処理の詳細フローチャート図である。It is a detailed flowchart figure of the process of step S41 of FIG. 図7のステップS42の処理の詳細フローチャート図である。It is a detailed flowchart figure of the process of step S42 of FIG. 測定範囲を超え且つ局所的な変動があるドップラーシフト周波数の計測結果の一例である。It is an example of a measurement result of a Doppler shift frequency that exceeds the measurement range and has a local variation. 図12Aの例についての流れ方向判定を示す図である。It is a figure which shows the flow direction determination about the example of FIG. 12A. 図12Aの計測結果を周波数修正した例である。It is the example which frequency-corrected the measurement result of FIG. 12A. 流体の流れ方向が変わる被測定対象の例である。It is an example of the to-be-measured object from which the flow direction of a fluid changes. 流体の流れ方向が変わる被測定対象の例である。It is an example of the to-be-measured object from which the flow direction of a fluid changes.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本実施形態のパルスドップラー式超音波流量計の構成を示すブロック図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter of the present embodiment.

図示のパルスドップラー式超音波流量計は、超音波トランスジューサ1、エミッタ2、発信器3、増幅器4、A/D変換器5、表示装置6、及びCPU10より成る。
発信器3から出力された周期信号が、エミッタ2に入力され、エミッタ2は、この周期信号から、超音波トランスジューサ1に超音波パルスを送出させるための電気パルスを生成し、超音波トランスジューサ1に入力する。超音波トランスジューサ1は、この電気パルスによって超音波パルスを配管の管壁を介して流体内に送出し、反射エコーを受信する。反射エコーは超音波トランスジューサ1によって電気信号に変換され、増幅器4で増幅される。増幅された電気信号及び発信器3の周期信号(すなわち送信波と受信波の信号)は、A/D変換器5でデジタル信号に変換されてCPU10に入力される。
The illustrated pulse Doppler type ultrasonic flowmeter includes an ultrasonic transducer 1, an emitter 2, a transmitter 3, an amplifier 4, an A / D converter 5, a display device 6, and a CPU 10.
The periodic signal output from the transmitter 3 is input to the emitter 2, and the emitter 2 generates an electrical pulse for causing the ultrasonic transducer 1 to transmit the ultrasonic pulse from the periodic signal, and the ultrasonic transducer 1 input. The ultrasonic transducer 1 sends out an ultrasonic pulse into the fluid through the pipe wall by this electric pulse, and receives a reflected echo. The reflected echo is converted into an electric signal by the ultrasonic transducer 1 and amplified by the amplifier 4. The amplified electrical signal and the periodic signal of the transmitter 3 (that is, the signal of the transmission wave and the reception wave) are converted into a digital signal by the A / D converter 5 and input to the CPU 10.

超音波トランスジューサ1は、配管の管壁7に設置されており、その反対側の管壁8に向けて超音波パルスを送信し、その途中にある(流体中に含まれ、流体の速度とほぼ同じ速度で移動する)気泡等の反射体9によって反射される反射エコーを受信する。   The ultrasonic transducer 1 is installed on the pipe wall 7 of the pipe, transmits an ultrasonic pulse toward the pipe wall 8 on the opposite side, and is in the middle (contained in the fluid, approximately equal to the velocity of the fluid). A reflected echo reflected by a reflector 9 such as a bubble (moving at the same speed) is received.

CPU10は、ドップラー周波数分布計測部11、周波数分布補正処理部12、及び流量演算処理部13を有する。ドップラー周波数分布計測部11は、各チャネルのドップラーシフト周波数を計測することで、例えば図2等に示すような、管壁8から管中央までの範囲のドップラー周波数分布を求める。すなわち、A/D変換器5から出力される送信波と受信波のディジタル信号から、両者の周波数差を求める。周波数分布補正処理部12は、ドップラー周波数分布計測部11によって求められた各チャネルのドップラーシフト周波数より、配管の断面上(実際には配管中央から管壁8(反対側の管壁)までの範囲)のドップラーシフト周波数の分布を求める。流量演算処理部13は、このドップラーシフト周波数分布に基づいて流速分布を求め、この流速分布に基づいて流量を算出する。   The CPU 10 includes a Doppler frequency distribution measurement unit 11, a frequency distribution correction processing unit 12, and a flow rate calculation processing unit 13. The Doppler frequency distribution measurement unit 11 obtains a Doppler frequency distribution in a range from the tube wall 8 to the center of the tube as shown in FIG. That is, the frequency difference between the transmission wave and the reception wave output from the A / D converter 5 is obtained. The frequency distribution correction processing unit 12 is a range from the Doppler shift frequency of each channel obtained by the Doppler frequency distribution measuring unit 11 to the cross section of the pipe (actually, from the pipe center to the pipe wall 8 (opposite pipe wall). ) Distribution of Doppler shift frequency. The flow rate calculation processing unit 13 obtains a flow velocity distribution based on the Doppler shift frequency distribution, and calculates a flow rate based on the flow velocity distribution.

尚、ドップラー周波数分布計測部11は、専用の回路によって実現してもよい。この場合には、A/D変換器5の出力は、このドップラー周波数分布計測回路に入力され、この回路によって得られたドップラー周波数分布が、CPU10に入力される。何れにしても、ドップラー周波数分布計測部11や上記回路、及び流量演算処理部13は、既存の構成であるので、特に詳細には説明しない。   The Doppler frequency distribution measurement unit 11 may be realized by a dedicated circuit. In this case, the output of the A / D converter 5 is input to this Doppler frequency distribution measuring circuit, and the Doppler frequency distribution obtained by this circuit is input to the CPU 10. In any case, the Doppler frequency distribution measurement unit 11, the circuit, and the flow rate calculation processing unit 13 are existing configurations and will not be described in detail.

本発明の特徴は、周波数分布補正処理部12にある。すなわち、従来の周波数分布演算処理部では、流速が早い場合、すなわちドップラー・シフト周波数が上記“繰返し周波数fprfによって決められる範囲(−fprf/2〜fprf/2の範囲)”を越える部分がある場合には、“折り返し”が発生する為、求められたドップラーシフト周波数の分布が間違ったものとなる。流速分布、流量は、このドップラーシフト周波数分布に基づいて算出されるので、流速分布、流量の算出結果も間違ったものとなってしまうという問題があった。本発明の周波数分布補正処理部12では、“折り返し”が発生したドップラーシフト周波数分布を正しいものへと補正する。これによって、“折り返し”が発生した場合でも、正しく、流速分布、流量を算出できる。A feature of the present invention resides in the frequency distribution correction processing unit 12. That is, in the conventional frequency distribution processing unit, exceeds if the flow velocity is fast, or "range determined by the repetition frequency f prf (-f prf / 2~f prf / 2 range)" Doppler shift frequency is the moiety If there is, “folding” occurs, so that the distribution of the calculated Doppler shift frequency becomes wrong. Since the flow velocity distribution and the flow rate are calculated based on the Doppler shift frequency distribution, there is a problem that the calculation result of the flow velocity distribution and the flow rate is also wrong. The frequency distribution correction processing unit 12 of the present invention corrects the Doppler shift frequency distribution in which “folding” has occurred to a correct one. As a result, even when “turnback” occurs, the flow velocity distribution and the flow rate can be calculated correctly.

ここで、上記“折り返し”について説明する。
図2A、図2Bに、“折り返し”が発生したときのドップラーシフト周波数分布を示す。
Here, the “turning back” will be described.
2A and 2B show Doppler shift frequency distributions when “folding” occurs.

図2Aは流れが正方向、図2Bは流れが負方向である場合の例を示す。尚、流れの正、負とは、通常、図1に示すように、超音波パルスの送信方向が流れの上流である場合には流れは“正方向”、その逆である場合には流れは“負方向”であるものと区別している。そして、通常は、ドップラーシフト周波数が正の値であれば“流れは正”、ドップラーシフト周波数が負の値であれば“流れは負”であるものと識別できる。しかし、“折り返し”が発生した場合、図2A,図2Bに示す通り、ドップラーシフト周波数が正の部分と負の部分の両方が存在する。詳しくは後述するが、図2A,図2Bの例では、管壁8近辺(チャネル0〜チャネルiの範囲)のドップラーシフト周波数の値は正しいものであり(折り返しは発生していない)、従って図2Aでは管壁8近辺のドップラーシフト周波数は正であるので流れは正方向と判定でき、同様に図2Bでは流れが負方向と判定できる。“折り返し”が発生した場合の流れ方向の判定方法については後に説明する。   2A shows an example in which the flow is in the positive direction, and FIG. 2B shows an example in which the flow is in the negative direction. As shown in FIG. 1, the flow is normally “positive” when the transmission direction of the ultrasonic pulse is upstream of the flow, and the flow is opposite when the transmission direction is the opposite. Distinguishes from “negative direction”. Normally, it can be identified that “the flow is positive” if the Doppler shift frequency is a positive value, and “the flow is negative” if the Doppler shift frequency is a negative value. However, when “folding” occurs, as shown in FIGS. 2A and 2B, there are both a positive part and a negative part of the Doppler shift frequency. Although details will be described later, in the example of FIGS. 2A and 2B, the value of the Doppler shift frequency in the vicinity of the tube wall 8 (range of channel 0 to channel i) is correct (no aliasing occurs). In 2A, since the Doppler shift frequency near the tube wall 8 is positive, the flow can be determined as a positive direction, and in FIG. 2B, the flow can be determined as a negative direction. A method of determining the flow direction in the case where “folding” occurs will be described later.

図2Aの例では流れが正方向であるので、管壁8近傍のチャネル0から管中央に向かって徐々にドップラーシフト周波数の値が増大していき(上記の通り、管中央の方が流速が早いので)、図示の任意のチャネルiにおけるドップラーシフト周波数がほぼfprf/2となり、次のチャネルi+1のドップラーシフト周波数がfprf/2を越えた場合を示している。この場合、図示の通り、チャネルi+1のドップラーシフト周波数は“折り返し”によってほぼ−fprf/2となり、チャネルi+2以降のドップラーシフト周波数の値は、この−fprf/2から再び徐々に増加していく。すなわち、この例では、チャネルi+1から管中央のチャネルmまでのチャネル範囲(i+1〜m)が“折り返し”の影響を受けており、そのドップラーシフト周波数の値は間違ったものとなっている。In the example of FIG. 2A, since the flow is in the positive direction, the value of the Doppler shift frequency gradually increases from the channel 0 near the tube wall 8 toward the tube center (as described above, the flow velocity is higher in the tube center. This shows a case where the Doppler shift frequency in an arbitrary channel i shown in the figure is approximately f prf / 2, and the Doppler shift frequency of the next channel i + 1 exceeds f prf / 2. In this case, as shown in the figure, the Doppler shift frequency of the channel i + 1 becomes approximately −f prf / 2 due to “folding”, and the value of the Doppler shift frequency after the channel i + 2 gradually increases again from −f prf / 2. Go. That is, in this example, the channel range (i + 1 to m) from the channel i + 1 to the channel m at the center of the tube is affected by the “turnback”, and the value of the Doppler shift frequency is incorrect.

図2Bの例は、図2Aとは逆に、管壁8近辺のチャネルから管中央に向かって徐々にドップラーシフト周波数の値が減少していき(流れは管中央が速いので絶対値としては増加していく)、−fprf/2を越えた場合には“折り返し”によってfprf/2となり、そこから減少していく。In the example of FIG. 2B, the value of the Doppler shift frequency gradually decreases from the channel near the tube wall 8 toward the center of the tube, contrary to FIG. 2A. When −f prf / 2 is exceeded , it becomes “f prf / 2” by “folding” and decreases from there.

図3、図4に、上記“折り返し”が発生したときのドップラーシフト周波数分布の例と、これらを周波数分布補正処理部12によって修正したドップラーシフト周波数分布の例とを示す。   FIG. 3 and FIG. 4 show examples of Doppler shift frequency distributions when the above “folding” occurs, and examples of Doppler shift frequency distributions corrected by the frequency distribution correction processing unit 12.

“折り返し”が発生したときのドップラーシフト周波数分布は、大別して、4つのパターンに分けられる。すなわち、図3A、図3D、図4A、図4Dに示す4つのパターンがある。このうち、図3A、図4Aは図2A、図2Bに示したものと同じである。すなわち、管壁8近傍のチャネルは“折り返し”の影響を受けておらず、そのドップラーシフト周波数の計測値は正しい値となっているが、そこから管中央のチャネルmまでの範囲の何処かで、“折り返し”が発生しており、この“折り返し”発生チャネルiから管中央のチャネルmまでの範囲では、“折り返し”の影響を受けて、そのドップラーシフト周波数の計測値が間違った値となっているものである。   The Doppler shift frequency distribution when “folding” occurs is roughly divided into four patterns. That is, there are four patterns shown in FIGS. 3A, 3D, 4A, and 4D. Among these, FIGS. 3A and 4A are the same as those shown in FIGS. 2A and 2B. That is, the channel in the vicinity of the tube wall 8 is not affected by the “turnback”, and the measured value of the Doppler shift frequency is correct, but somewhere in the range from the channel to the channel m at the center of the tube. , "Folding" occurs, and in the range from this "folding" generation channel i to the channel m at the center of the tube, the measured value of the Doppler shift frequency becomes an incorrect value due to the influence of "folding". It is what.

一方、図3D、図4Dには、管壁8近傍のチャネル(チャネル0等)で既に“折り返し”が発生しているパターンを示している。また、この例では、更に、チャネルi+1の直前で“折り返し”が発生している。つまり、チャネルi+1〜チャネルmまでの範囲では、“折り返し”の影響を二重に受けている。図4Dも同様である。   On the other hand, FIGS. 3D and 4D show patterns in which “folding” has already occurred in a channel (channel 0 or the like) near the tube wall 8. Further, in this example, “folding” occurs immediately before channel i + 1. That is, in the range from channel i + 1 to channel m, the influence of “folding” is doubly affected. The same applies to FIG. 4D.

図3Aの周波数分布を周波数分布補正処理部12によって修正したものが図3Cである。同様に、図3Dに対しては図3F、図4Aに対しては図4C、図4Dに対しては図4Fが、周波数分布補正処理部12によって修正した周波数分布である。当然、修正後の周波数分布が正しい内容である。   FIG. 3C shows the frequency distribution of FIG. 3A corrected by the frequency distribution correction processing unit 12. Similarly, FIG. 3F for FIG. 3D, FIG. 4C for FIG. 4A, and FIG. 4F for FIG. 4D are the frequency distributions corrected by the frequency distribution correction processing unit 12. Naturally, the corrected frequency distribution is correct.

図3Cに示す通り、図3Aに示す周波数分布は、チャネル0〜チャネルiまでは正しいが、チャネルi+1以降は間違いであり、本当はチャネルi+1以降は全てfprf/2を越えており、更に管中央付近ではfprfを越えており、3/2fprfに近い値となっている。よって、特許文献2の手法を用いても、fprfを越えた部分については“折り返し”が発生してしまい、ドップラーシフト周波数分布は間違った内容となり、流量計測結果は間違った値となる。As shown in FIG. 3C, the frequency distribution shown in FIG. 3A is correct from channel 0 to channel i, but is incorrect after channel i + 1, and is actually over f prf / 2 after channel i + 1. In the vicinity, it exceeds f prf and is close to 3 / 2f prf . Therefore, even if the method of Patent Document 2 is used, “folding” occurs in the portion exceeding f prf , the Doppler shift frequency distribution has an incorrect content, and the flow measurement result has an incorrect value.

周波数分布補正処理部12では、まず、上記4つのパターンの何れに該当するかを判定し、該当したパターン用の修正処理を実行することで、間違った周波数分布を正しいものへと修正する。   First, the frequency distribution correction processing unit 12 determines which of the above four patterns corresponds, and executes correction processing for the corresponding pattern, thereby correcting the wrong frequency distribution to the correct one.

図3Aに示す周波数分布を修正する場合には、基本的には、“折り返し”が発生した箇所(チャネルi+1)を求め、このチャネルi+1以降の全てのチャネル(チャネルi+1〜管中央のチャネルmまで)のドップラーシフト周波数にfprfを加算すればよい(これは、図4Aのパターンでも同様である。但し、「加算」ではなく「減算」となる)。但し、後に説明する処理例のように、局所的な変動にも対応できるようにすることが望ましい。In the case of correcting the frequency distribution shown in FIG. 3A, basically, a location where “folding” occurs (channel i + 1) is obtained, and all channels after this channel i + 1 (channel i + 1 to channel m at the center of the tube). ) may be added to f prf the Doppler shift frequency (which is the same in the pattern of FIG. 4A. However, the in "addition" without "subtraction"). However, it is desirable to be able to cope with local fluctuations as in the processing example described later.

“折り返し”発生箇所のチャネルは、例えば図3Bに示すように、前のチャネルiとの差がfprf/2以上であることを以って、求めることができる。上記の通り、チャネルiとチャネルi+1との周波数差は、非常に大きい値(ほぼfprf程度)であり、且つ隣のチャネルとの周波数差がfprf/2以上となることは通常あり得ない(“折り返し”が発生したときだけ)からである。よって、当然、“折り返し”発生箇所判定の為の閾値は、「fprf/2以上」に限らず、通常はあり得ない値であれば何でもよい(例えば「2fprf/3以上」等)。これは、他のパターンにおいても同様である(図3E、図4B、図4Eに示す通り)。For example, as shown in FIG. 3B, the channel where the “folding” occurs can be obtained by the fact that the difference from the previous channel i is f prf / 2 or more. As described above, the frequency difference between channel i and channel i + 1 is a very large value (approximately about f prf ), and the frequency difference between adjacent channels is usually not more than f prf / 2. (Only when “wrapping” occurs). Therefore, naturally, the threshold value for determining the occurrence of “folding” is not limited to “f prf / 2 or more”, but may be any value that is not normally possible (for example, “2 f prf / 3 or more”). The same applies to other patterns (as shown in FIGS. 3E, 4B, and 4E).

一方、図3D、図4Dのパターンの場合には、チャネル0〜チャネルiの部分も“折り返し”の影響を受けた値となっている。更に、チャネルi+1〜チャネルmの部分は、2回分の“折り返し”の影響を受ける。これより、図3Dの場合、基本的には、チャネル0〜チャネルiの部分のドップラーシフト周波数にはfprfを加算し、チャネルi+1〜チャネルmの部分のドップラーシフト周波数には2×fprfを加算すればよい。但し、後に説明する処理例のように、局所的な変動にも対応できるようにすることが望ましい。これによって、図3Fに示すドップラーシフト周波数分布が得られる。図4Dの場合も同様であるが、「加算」ではなく「減算」となる。On the other hand, in the case of the patterns of FIGS. 3D and 4D, the channel 0 to channel i values are also affected by the “turnback”. Further, the channel i + 1 to the channel m are affected by “folding” twice. Thus, in the case of FIG. 3D, basically, f prf is added to the Doppler shift frequency of the channel 0 to channel i portions, and 2 × f prf is added to the Doppler shift frequency of the channel i + 1 to channel m portions. What is necessary is just to add. However, it is desirable to be able to cope with local fluctuations as in the processing example described later. Thereby, the Doppler shift frequency distribution shown in FIG. 3F is obtained. The same applies to the case of FIG. 4D, but “subtraction”, not “addition”.

図3Fに示す通り、管中央のチャネルmのドップラーシフト周波数は、3fprf/2を越えており、従来技術では(特許文献2の手法を用いても)測定できないものである。
以上述べたように、本例のパルスドップラー式超音波流量計によれば、流速が非常に早い為に、ドップラーシフト周波数の値がパルス繰返し周波数fprfによって決められる測定範囲を大幅に超える場合でも(2倍以上、3倍以上)、計測されたドップラーシフト周波数分布を補正することで、正しい流速・流量算出結果が得られるようになる。
As shown in FIG. 3F, the Doppler shift frequency of the channel m at the center of the tube exceeds 3 f prf / 2 and cannot be measured by the conventional technique (even using the method of Patent Document 2).
As described above, according to the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter of this example, even when the value of the Doppler shift frequency greatly exceeds the measurement range determined by the pulse repetition frequency f prf because the flow velocity is very fast. Correcting the measured Doppler shift frequency distribution (2 times or more, 3 times or more) enables to obtain a correct flow velocity / flow rate calculation result.

以上、周波数分布補正処理部12による処理について概略的に説明したが、以下、図5〜図11に示すフローチャート図を用いて詳細に説明する。尚、概略的に説明した処理、及び図5〜図11に示すフローチャート図の処理は、不図示のメモリ(ROM、フラッシュメモリ等)に格納された所定のアプリケーションプログラムや閾値等の各種設定値を、CPU10が読出し・実行することにより実現される。これは、ドップラーシフト周波数分布の算出処理や流速・流量算出処理についても同様である。   The processing by the frequency distribution correction processing unit 12 has been schematically described above, but will be described in detail below with reference to the flowcharts shown in FIGS. Note that the processing described schematically and the processing in the flowcharts shown in FIGS. 5 to 11 are performed by setting predetermined application programs and various setting values such as threshold values stored in a memory (not shown) (ROM, flash memory, etc.). This is realized by the CPU 10 reading and executing. The same applies to the calculation processing of the Doppler shift frequency distribution and the flow velocity / flow rate calculation processing.

図5は、CPU10による流量算出処理全体を概略的に示すフローチャート図である。
図5に示す通り、CPU10においては、まず、ドップラー周波数分布計測部11によって各チャネルのドップラーシフト周波数が算出され(ステップS1)、続いて周波数分布補正処理部12によって、まず流れ方向等を求めることで上記4つのパターンの何れに該当するかを判定し(ステップS2)、判定したパターン用の処理フローを用いて周波数シフト処理を実行することで(ステップS3)、ドップラーシフト周波数分布を“折り返し”の影響を排した正しいものへと修正する。
FIG. 5 is a flowchart schematically showing the entire flow rate calculation process by the CPU 10.
As shown in FIG. 5, in the CPU 10, first, the Doppler frequency distribution measurement unit 11 calculates the Doppler shift frequency of each channel (step S1), and then the frequency distribution correction processing unit 12 first obtains the flow direction and the like. To determine which of the above four patterns corresponds (step S2), and by performing frequency shift processing using the processing flow for the determined pattern (step S3), the Doppler shift frequency distribution is “turned back”. It corrects to the right thing which excluded the influence of.

その後は、修正されたドップラーシフト周波数分布を用いて、流量演算処理部13によって、従来通りの流速演算処理(ステップS4)、流量演算処理(ステップS5)を行えば、流体の流速が測定範囲を超えるような状況であっても正しく流速・流量を算出できる。   After that, if the flow rate calculation processing unit 13 performs the conventional flow rate calculation process (step S4) and the flow rate calculation process (step S5) using the corrected Doppler shift frequency distribution, the flow rate of the fluid will be within the measurement range. Even under such circumstances, the flow velocity and flow rate can be calculated correctly.

図6は、上記ステップS2の流れ方向判定処理の詳細フローチャート図である。
図6の処理では、まず、壁直近チャネルを現チャネルとする。すなわち、まず、壁直近チャネルをステップS12〜S15の処理の対象とする。壁直近チャネルとは上記管壁8に最も近いチャネル0である。その後は、チャネル1、チャネル2、・・・というように、管壁8直近のチャネル0から管中央のチャネルmまでの全てのチャネルについて、順次、各チャネルを処理対象として、ステップS12〜S15の処理を繰り返し実行する(ステップS16,S17)。すなわち、処理対象チャネルをチャネルi(i=0〜m)とし、最初はi=0とし、ステップS17でi=i+1の処理を行いながら、i=mとなるまで、ステップS12〜S15の処理を繰り返し実行する。
FIG. 6 is a detailed flowchart of the flow direction determination process in step S2.
In the processing of FIG. 6, first, the wall nearest channel is set as the current channel. That is, first, the wall nearest channel is set as a target of processing in steps S12 to S15. The channel closest to the wall is the channel 0 closest to the tube wall 8. After that, for all channels from channel 0 closest to the tube wall 8 to channel m at the center of the tube, such as channel 1, channel 2,... The process is repeatedly executed (steps S16 and S17). That is, the channel to be processed is channel i (i = 0 to m), i = 0 at the beginning, and the processing of steps S12 to S15 is performed until i = m while performing the processing of i = i + 1 in step S17. Run repeatedly.

ステップS12〜S15の処理について説明する。この処理は、基本的には、上記“折り返し”発生箇所を求めて記録しておく処理である。まず、現チャネルと次チャネルのドップラーシフト周波数の差分pを計算し(次チャネルi+1のドップラーシフト周波数−現チャネルiのドップラー周波数)、これを現チャネルiに関する差分値pとする(ステップS12)。そして、この差分値pの絶対値が所定の閾値(上記の通り、ここではfprf/2とする)以上の場合は(ステップS13,YES)、次チャネルi+1に対応する位相変位フラグをONにし(ステップS14)、閾値未満である場合には(ステップS13,NO)、次チャネルi+1に対応する位相変位フラグはOFFのままとする(ステップS15)。尚、特に図示しないが、予め各チャネル毎に位相変位フラグを対応付けた第1のテーブルを用意しており、デフォルトでは全ての位相変位フラグはOFFとなっている。また、上記差分値pは一時的に記憶しておく。また、既に述べた通り、上記閾値はfprf/2に限るものではなく、“折り返し”が発生した場合以外では通常起こり得ない値であれば何でもよい。The process of steps S12 to S15 will be described. This process is basically a process of finding and recording the “folding” occurrence location. First, the difference p i between the current channel and the next channel is calculated (the Doppler shift frequency of the next channel i + 1−the Doppler frequency of the current channel i), and this is set as the difference value p i for the current channel i (step S12). ). If the absolute value of the difference value p i is equal to or larger than a predetermined threshold (as described above, here, f prf / 2) (step S13, YES), the phase displacement flag corresponding to the next channel i + 1 is turned on. If it is less than the threshold (step S13, NO), the phase displacement flag corresponding to the next channel i + 1 is kept OFF (step S15). Although not particularly illustrated, a first table in which a phase displacement flag is associated with each channel is prepared in advance, and all phase displacement flags are OFF by default. The difference value p i is temporarily stored. Further, as described above, the threshold value is not limited to f prf / 2, and may be any value that cannot normally occur except when “folding” occurs.

尚、次チャネルとは、現チャネルの管中央方向での隣のチャネルである。
以上述べた処理によって上記第1のテーブルを作成・更新することで、その位相変位フラグがONであるチャネルが、“折り返し”発生箇所であることが分かる。
The next channel is a channel adjacent to the current channel in the center of the tube.
By creating / updating the first table by the processing described above, it can be seen that the channel whose phase displacement flag is ON is the place where “folding” occurs.

次に、再び、管壁8直近のチャネル0を現チャネルとし(ステップS18)、上記処理と同様にこのチャネル0から管中央のチャネルmまでの全てのチャネルを順次処理対象としながら(ステップS21,S22)、ステップS19、S20の処理を繰り返し実行する。尚、図には示していないが、ステップS18の処理の際に、上記差分値pの累積加算値を示す変数Pを初期化(P=0)とする。Next, again, the channel 0 closest to the tube wall 8 is set as the current channel (step S18), and all channels from the channel 0 to the channel m at the center of the tube are sequentially processed (step S21, S18). S22), Steps S19 and S20 are repeatedly executed. Although not shown in the figure, in the process of step S18, a variable P indicating the cumulative addition value of the difference value p i is initialized (P = 0).

ステップS19,S20の処理は、まず、上記第1のテーブルを参照して、現在の処理対象チャネルiの次チャネルi+1に対応する位相変位フラグがOFFか否かを判定し(ステップS19)、ONである場合には(ステップS19,NO)何も処理を行わず、OFFである場合には(ステップS19,YES)、この現チャネルiの上記差分値pを上記変数Pに加算する(P=P+p)処理を行う(ステップS20)。In the processes of steps S19 and S20, first, referring to the first table, it is determined whether or not the phase displacement flag corresponding to the next channel i + 1 of the current processing target channel i is OFF (step S19). (Step S19, NO) No processing is performed, and when it is OFF (step S19, YES), the difference value p i of the current channel i is added to the variable P (P = performs P + p i) processing (step S20).

チャネル0からチャネルmまでの全てのチャネルについて上記ステップS19,S20の処理を実行したら(ステップS21,YES)、上記変数Pが正か負かによって現在の測定対象流体の流れ方向を判定する。すなわち、変数P(差分値pの累積加算値)が正の場合には(ステップS23,YES)、流れは正方向であると判定し(ステップS24)、変数Pが負である場合には(ステップS23,NO)、流れは負方向であると判定する(ステップS25)。When the processing of steps S19 and S20 is executed for all channels from channel 0 to channel m (step S21, YES), the current flow direction of the fluid to be measured is determined depending on whether the variable P is positive or negative. That is, if the variable P (accumulated sum of the difference values p i) is positive (step S23, YES), if the flow is determined to be positive (step S24), and the variable P is negative (Step S23, NO), it is determined that the flow is in the negative direction (Step S25).

上記ステップS19の判定がNOである場合にはそのチャネルの差分値pは変数Pに加算しないので、“折り返し”による影響を排除しており、上記変数Pによって問題なく流れ方向を判定できる。すなわち、上述してある通り、管壁近くよりも管中央の方が流れが速いものであり、例えば正方向の流れであった場合には、基本的には、現チャネルよりも次チャネルの方が流れが速い(つまり、ドップラーシフト周波数が大きい)ので、上記差分値pは基本的には正の値となる(これは、“折り返し”の影響を受けている範囲でも基本的には正の値となる)。但し、場合によっては、後に図12に示すように、局所的な流速変動によって部分的に上記差分値pが負の値となる箇所が発生する可能性がある為、上記の通り、累積加算値により正/負を判断している。更に、“折り返し”箇所では差分値pは大きなマイナス(ほぼ−fprf)になるので、ステップS19で“折り返し”箇所の差分値を除外しているので、正方向の流れであれば変数Pの値は必ず正の値となる。When the determination in step S19 is NO, the difference value p i of the channel is not added to the variable P. Therefore, the influence of “turnback” is eliminated, and the flow direction can be determined without any problem by the variable P. That is, as described above, the flow is faster in the center of the tube than near the tube wall. For example, when the flow is in the positive direction, basically, the flow is in the next channel rather than the current channel. Since the flow is fast (that is, the Doppler shift frequency is large), the difference value p i is basically a positive value (this is basically a positive value even in the range affected by “folding”). Value). However, in some cases, as shown later in FIG. 12, there is a possibility that a portion where the difference value p i becomes a negative value partially due to local flow velocity fluctuations. Positive / negative is judged by the value. Further, since the difference value p i becomes a large minus (approximately −f prf ) at the “turn-back” location, the difference value at the “turn-back” location is excluded in step S19. The value of is always a positive value.

尚、流れが負方向の場合には、上記正方向の場合と逆であると考えればよい。つまり、この場合も当然、管壁近くよりも管中央の方が流れが速い(よって、上記差分値pの絶対値は、管中央の方が大きい)が、流れが負方向であることから、基本的には管壁直近から管中央に向けて各チャネルのドップラーシフト周波数は減少していくことになるので、上記差分値pは(上記一部の変動部分を除けば)負の値となり、よって変数Pも負の値となる。When the flow is in the negative direction, it may be considered that the flow is opposite to that in the positive direction. That, of course also in this case, towards the tube center is faster flow than near the tube wall (Thus, the absolute value of the difference value p i is the larger tube center) is, since the flow is in the negative direction Basically, since the Doppler shift frequency of each channel decreases from the position closest to the tube wall toward the center of the tube, the difference value p i is a negative value (except for some of the fluctuation portions). Therefore, the variable P is also a negative value.

上記処理によって、“折り返し”が発生している場合や局所的な流速変動が生じている場合でも、間違いなく流れ方向を判定できる。
上記図6の流れ方向判定処理が終了したら、続いて、図5のステップS3の周波数シフト処理を実行する。
By the above process, the flow direction can be definitely determined even when “turnback” occurs or when a local flow velocity fluctuation occurs.
When the flow direction determination process in FIG. 6 is completed, the frequency shift process in step S3 in FIG. 5 is subsequently executed.

図7に、この周波数シフト処理の詳細フローチャート図を示す。
上記処理によって流れ方向が判別できたことで、例えば流れが正方向である場合には、図3Aか図3Dの何れかのパターンであることが分かる。図3Aか図3Dかは、上述してある通り、処理開始チャネルである(処理の基準となる)管壁8直近のチャネル0において、既に“折り返し”の影響を受けているか否かによって判別できる。図7の処理では、上記流れ方向の判別結果に加えて、管壁8直近のチャネル0において既に“折り返し”の影響を受けているか否かを判別することによって、上記4つのパターンのどれに該当するのかを判定し、この判定結果に応じて図7のステップS38、S39、S41、S42の何れかの処理を実行するものである。そして、ステップS38の詳細フローチャートを図8に示し、ステップS39の詳細フローチャートを図9に示し、ステップS41の詳細フローチャートを図10に示し、ステップS42の詳細フローチャートを図11に示してある。
FIG. 7 shows a detailed flowchart of this frequency shift process.
Since the flow direction can be determined by the above processing, for example, when the flow is in the positive direction, it can be seen that the pattern is one of FIGS. 3A and 3D. As described above, FIG. 3A or 3D can be discriminated based on whether or not the channel 0 immediately adjacent to the tube wall 8 which is the processing start channel (the processing reference) is already affected by “turning back”. . In the process of FIG. 7, in addition to the result of determining the flow direction, it is determined whether any of the above four patterns is satisfied by determining whether or not the channel 0 closest to the tube wall 8 has already been affected by “folding”. 7 is executed, and one of steps S38, S39, S41, and S42 in FIG. 7 is executed according to the determination result. A detailed flowchart of step S38 is shown in FIG. 8, a detailed flowchart of step S39 is shown in FIG. 9, a detailed flowchart of step S41 is shown in FIG. 10, and a detailed flowchart of step S42 is shown in FIG.

図7の処理では、壁直近のチャネルから位相変位フラグがONであるチャネルまでの範囲のドップラーシフト周波数の平均値を求め、あるいは壁直近からドップラーシフト周波数が0を跨ぐまでの範囲のドップラーシフト周波数の平均値を求める。   In the process of FIG. 7, the average value of the Doppler shift frequency in the range from the channel closest to the wall to the channel whose phase displacement flag is ON is obtained, or the Doppler shift frequency in the range from the closest wall to the Doppler shift frequency crosses zero. Find the average value of.

すなわち、まず、管壁8直近のチャネル0を現チャネル(処理対象チャネル)とし(ステップS31)、このチャネル0から管中央に向けてチャネル1,2,3、・・というように順次、各チャネルを処理対象チャネルとしながら(ステップS35)、その位相変位フラグがONであるチャネルが現チャネルとなるまで、又はドップラーシフト周波数が0を跨ぐまで(すなわち、ステップS32でNOとなるかステップS34でYESとなるまで)、各チャネルのドップラーシフト周波数を順次累積加算していく(ステップS33)。すなわち、チャネルiのドップラーシフト周波数をffdiとし、ドップラーシフト周波数の累積加算値を示す変数をQとし、ステップS31の際に変数Qを初期化(Q=0)とすると、ステップS33の処理はQ=Q+ffdiとなる。That is, first, the channel 0 closest to the tube wall 8 is set as the current channel (channel to be processed) (step S31), and the channels 1, 2, 3,... To the processing target channel (step S35), until the channel whose phase displacement flag is ON becomes the current channel, or until the Doppler shift frequency crosses 0 (that is, NO in step S32 or YES in step S34) Until Doppler shift frequency of each channel is cumulatively added (step S33). That is, assuming that the Doppler shift frequency of channel i is f fdi , the variable indicating the cumulative addition value of the Doppler shift frequency is Q, and the variable Q is initialized (Q = 0) in step S31, the process of step S33 is Q = Q + f fdi .

尚、上記ドップラーシフト周波数が0を跨いだか否かの判定方法は、例えば、現チャネルiのドップラーシフト周波数と次チャネルi+1のドップラーシフト周波数とを比較して、一方が正の値、他方が負の値である場合には、ドップラーシフト周波数が0を跨いだと判定する。   The determination method of whether the Doppler shift frequency has crossed 0 is, for example, by comparing the Doppler shift frequency of the current channel i with the Doppler shift frequency of the next channel i + 1, one being a positive value and the other being a negative value. If the value is, it is determined that the Doppler shift frequency has crossed zero.

上記処理によって求められる変数(累積加算値)Qの値は、図3の例では、もし図3Aのパターンであった場合には、図示の範囲Aにおける各チャネルのドップラーシフト周波数の累積加算値Qが求められることになる。すなわち、この場合はステップS32でNOとなり、チャネル0から、位相変位フラグがONであるチャネルi+1の直前のチャネルiまでの範囲Aの各チャネルのドップラーシフト周波数の累積加算値Qが求められることになる。また、もし図3Dのパターンであった場合には図示の範囲Eにおける各チャネルのドップラーシフト周波数の累積加算値Qが求められることになる。すなわち、この場合には、ステップS34でYESとなり、チャネル0から、ドップラーシフト周波数が0を跨ぐ直前のチャネルまでの各チャネルのドップラーシフト周波数の累積加算値Qが求められることになる。   In the example of FIG. 3, the value of the variable (cumulative addition value) Q obtained by the above processing is the cumulative addition value Q of the Doppler shift frequency of each channel in the range A shown in the example of FIG. 3A. Will be required. That is, in this case, NO is determined in step S32, and the cumulative addition value Q of the Doppler shift frequencies of each channel in the range A from channel 0 to channel i immediately before channel i + 1 whose phase displacement flag is ON is obtained. Become. If the pattern shown in FIG. 3D is used, the cumulative addition value Q of the Doppler shift frequencies of each channel in the range E shown in the figure is obtained. That is, in this case, YES is obtained in step S34, and the cumulative addition value Q of the Doppler shift frequencies of each channel from the channel 0 to the channel immediately before the Doppler shift frequency crosses 0 is obtained.

図3A、図3Dを見れば明らかなように、図3Aの場合には累積加算値Qは正の値となり、図3Dの場合には累積加算値Qは負の値となる。図3Aのようなパターンの場合、既に述べたように、管壁8直近のチャネル0から“折り返し”発生箇所直前のチャネルiまでの範囲Aのドップラーシフト周波数の計測値は、正しい(“折り返し”の影響を受けていない)値であるので、正の値となる。但し、局所的な変動によって部分的にドップラーシフト周波数が負となるチャネルが存在する可能性を考慮して、範囲A全体の累積加算値を求めている(よって、変数Qは、累積加算値に限らず、例えば平均値等であってもよい)。   As is clear from FIGS. 3A and 3D, the cumulative added value Q is a positive value in the case of FIG. 3A, and the cumulative added value Q is a negative value in the case of FIG. 3D. In the case of the pattern as shown in FIG. 3A, as already described, the measured value of the Doppler shift frequency in the range A from the channel 0 closest to the tube wall 8 to the channel i immediately before the “folding” occurrence point is correct (“folding”). Since the value is not affected by (), it is a positive value. However, in consideration of the possibility that there is a channel in which the Doppler shift frequency is partially negative due to local fluctuations, the cumulative addition value of the entire range A is obtained (the variable Q is therefore set to the cumulative addition value). For example, it may be an average value).

一方、図3Dのパターンの場合、図示の範囲Bの領域(管壁8直近のチャネル0から“折り返し”発生箇所直前のチャネルiまでの範囲)も“折り返し”の影響を受けてドップラーシフト周波数が間違った値となり、更にこの様な場合特に比較的流速が低い管壁8近傍の領域(図示の範囲E)の各チャネルのドップラーシフト周波数は、通常、図示の通り、流れ方向が正であるにも係わらず、負の値となることが分かっている。   On the other hand, in the case of the pattern of FIG. 3D, the region of the range B shown in the figure (the range from the channel 0 immediately adjacent to the tube wall 8 to the channel i immediately before the “folding” occurrence point) is also affected by the “folding”, In such a case, the Doppler shift frequency of each channel in the region in the vicinity of the tube wall 8 (the range E in the figure) where the flow velocity is relatively low is usually positive as shown in the drawing. Nevertheless, it is known to be negative.

図4A、図4Dのパターンは、その逆に、管壁8近傍の領域が“折り返し”の影響を受けていない場合には変数Qは負の値となり、“折り返し”の影響を受けている場合には変数Qは正の値となる。   4A and 4D, conversely, when the region near the tube wall 8 is not affected by “folding”, the variable Q is a negative value and is affected by “folding”. The variable Q has a positive value.

これより、流れが正方向であり(ステップS36,YES)且つ上記変数Qが正の値である場合には(ステップS37,NO)、図3Aのパターンに対応したドップラーシフト周波数の修正処理(処理a)を実行する(ステップS38)。同様に、流れが正方向であり(ステップS36,YES)且つ上記変数Qが負の値である場合には(ステップS37,YES)、図3Dのパターンに対応したドップラーシフト周波数の修正処理(処理b)を実行する(ステップS39)。同様に、流れが負方向であり(ステップS36,NO)且つ上記変数Qが正の値である場合には(ステップS40,YES)、図4Dのパターンに対応したドップラーシフト周波数の修正処理(処理d)を実行する(ステップS42)。同様に、流れが負方向であり(ステップS36,NO)且つ上記変数Qが負の値である場合には(ステップS40,NO)、図4Aのパターンに対応したドップラーシフト周波数の修正処理(処理c)を実行する(ステップS41)。   Accordingly, when the flow is in the positive direction (step S36, YES) and the variable Q is a positive value (step S37, NO), the Doppler shift frequency correction process (process) corresponding to the pattern of FIG. a) is executed (step S38). Similarly, when the flow is in the positive direction (step S36, YES) and the variable Q is a negative value (step S37, YES), the Doppler shift frequency correction process (process) corresponding to the pattern of FIG. b) is executed (step S39). Similarly, when the flow is in the negative direction (step S36, NO) and the variable Q is a positive value (step S40, YES), a Doppler shift frequency correction process (process) corresponding to the pattern of FIG. 4D. d) is executed (step S42). Similarly, when the flow is in the negative direction (step S36, NO) and the variable Q is a negative value (step S40, NO), the Doppler shift frequency correction process (process) corresponding to the pattern of FIG. 4A is performed. c) is executed (step S41).

以下、図8〜図11を参照して、上記処理a,b,c,dについて詳細に説明する。
まず、図8に示す処理aの詳細フローチャートについて説明する。すなわち、流れが正方向で且つ管壁8近傍の領域が“折り返し”の影響を受けていない場合のドップラーシフト周波数の修正処理について説明する。
Hereinafter, the processes a, b, c, and d will be described in detail with reference to FIGS.
First, a detailed flowchart of process a shown in FIG. 8 will be described. In other words, the Doppler shift frequency correction process when the flow is in the forward direction and the region near the tube wall 8 is not affected by “folding” will be described.

図8の処理では、まず、レンジ周波数Rを初期化する(R=0)(ステップS51)。レンジ周波数Rとは、ドップラーシフト周波数の補正量を意味する。図3Aの例の場合、上述してある通り、図示の範囲Aについては補正する必要はないのでR=0とし、“折り返し”の影響を受けている図示の範囲Cに関しては、各チャネルのドップラーシフト周波数に一律fprfを加算すればよいので、ステップS56でレンジ周波数Rをfprfにしている。In the process of FIG. 8, first, the range frequency R is initialized (R = 0) (step S51). The range frequency R means a correction amount of the Doppler shift frequency. In the case of the example of FIG. 3A, as described above, there is no need to correct the range A shown in the figure, so that R = 0, and for the range C shown in FIG. Since it is sufficient to add f prf uniformly to the shift frequency, the range frequency R is set to f prf in step S56.

また、ステップS51では、位相変位済みフラグをOFFに設定する。この位相変位済みフラグ及びステップS54〜S56の処理は、図3Aのような例の場合には必要ない。しかしながら、局所的な変動によって、図3Aのケースが、例えば図12Aに示す状態になる場合もある。図12Aの例では、範囲C内における任意の範囲Fが、局所的な変動によってドップラーシフト周波数の値が部分的に減少した為に再び測定範囲内の値(ここではfprf/2未満)となっている。この場合、範囲Fにおけるドップラーシフト周波数の値は正しいので、修正する必要はない。この様な状況から、現チャネルが修正する必要があるものであるか否かを区別する為に、位相変位済みフラグを用いる。In step S51, the phase-shifted flag is set to OFF. This phase-shifted flag and the processing of steps S54 to S56 are not necessary in the case of the example shown in FIG. 3A. However, the case of FIG. 3A may be in the state shown in FIG. 12A due to local fluctuations, for example. In the example of FIG. 12A, an arbitrary range F within the range C is again a value within the measurement range (here, less than f prf / 2) because the value of the Doppler shift frequency is partially reduced due to local fluctuation. It has become. In this case, the value of the Doppler shift frequency in the range F is correct and does not need to be corrected. From this situation, the phase-shifted flag is used to distinguish whether or not the current channel needs to be corrected.

但し、ここでは、図8の処理の説明の前に、まず、局所的な変動を考慮しない場合の処理について説明する。この処理は、図8の処理において、位相変位済みフラグを用いない処理となる。すなわち、ステップS51で位相変位済みフラグをOFFに設定する処理は必要なく、またステップS54〜S56の処理に代えて、単にレンジ周波数Rをfprfにする処理を実行すればよい。これより、ステップS51でレンジ周波数Rを初期化したら、まず、現チャネルiを管壁8直近のチャネル0(i=0)とし、上記第1のテーブルを参照して、現チャネルの位相変位フラグがONであるかを判定する(ステップS53)。チャネル0の場合はフラグOFFであるので(ステップS53,NO)、そのままステップS57の処理に進む。ステップS57では、現チャネルのドップラーシフト周波数を、測定されたドップラーシフト周波数にレンジ周波数Rを加算した値へと補正とする。チャネル0の場合は、R=0であるので、ドップラーシフト周波数は測定値のままである(修正しない)。However, before describing the processing in FIG. 8, first, processing in the case where local variation is not considered will be described. This process is a process that does not use the phase-shifted flag in the process of FIG. That is, the process of setting the phase-shifted flag to OFF in step S51 is not necessary, and the process of simply setting the range frequency R to f prf may be executed instead of the processes of steps S54 to S56. Thus, when the range frequency R is initialized in step S51, first, the current channel i is set to channel 0 (i = 0) closest to the tube wall 8, and the phase shift flag of the current channel is referred to by referring to the first table. Is determined to be ON (step S53). Since the flag is OFF in the case of channel 0 (step S53, NO), the process directly proceeds to step S57. In step S57, the Doppler shift frequency of the current channel is corrected to a value obtained by adding the range frequency R to the measured Doppler shift frequency. In the case of channel 0, since R = 0, the Doppler shift frequency remains a measured value (not corrected).

そして、現チャネルが管中央のチャネルmとなるまで、チャネル0〜チャネルmまでの各チャネルを、順次、現チャネルとして、上記と同様の処理を繰り返し実行する。チャネル1以降も、その位相変位フラグがONであるチャネルが現チャネルとなるまでは、レンジ周波数Rは0のままなので、ドップラーシフト周波数は測定値のままである(修正しない)。そして、現チャネルの位相変位フラグがONの場合には(ステップS53,YES)、上記「レンジ周波数Rをfprfにする処理」を行う。これによって、本チャネルから管中央のチャネルmまでの全てのチャネルについて、ステップS57の処理は「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値+fprf」となる。Then, until the current channel becomes the channel m at the center of the tube, the same processing as described above is repeatedly performed by sequentially setting each channel from channel 0 to channel m as the current channel. Even after channel 1, until the channel whose phase displacement flag is ON becomes the current channel, the range frequency R remains 0, so the Doppler shift frequency remains the measured value (not corrected). Then, when the phase shift flag of the current channel is ON (step S53, YES), the above-mentioned “processing for setting the range frequency R to f prf ” is performed. As a result, for all channels from the main channel to channel m at the center of the tube, the processing in step S57 becomes “Doppler shift frequency = measured value of Doppler shift frequency + f prf ”.

尚、図10の処理を局所的な変動を考慮しない処理とした場合には、レンジ周波数Rが−fprfになる点以外は、上記処理と同じである。
続いて、図8の処理について、図12Aの例を参照しながら、上述した図3Aの例に対応した処理との違いについて説明する。
When the processing in FIG. 10 is a processing that does not consider local fluctuations, the processing is the same as the above processing except that the range frequency R is −f prf .
Next, the difference between the process of FIG. 8 and the process corresponding to the example of FIG. 3A described above will be described with reference to the example of FIG. 12A.

この場合、まず、ステップS51でレンジ周波数Rを初期化する(R=0)と共に、位相変位済みフラグをOFFにする点が異なる。そして、上記処理では現チャネルの位相変位フラグがONである場合には(ステップS53,YES)、単に「レンジ周波数Rをfprfにする処理」を行ったが、その代わりにステップS54〜S56の処理を行う点が異なる。In this case, first, the range frequency R is initialized in step S51 (R = 0), and the phase-displaced flag is turned off. In the above processing, when the phase shift flag of the current channel is ON (step S53, YES), the “processing to set the range frequency R to f prf ” is simply performed, but instead of steps S54 to S56. The difference is in the processing.

図12Aの例では、チャネルj、k、lの3つのチャネルの位相変位フラグがONになる。すなわち、まずチャネルjにおいて一旦、計測範囲fprf/2を超えることから、“折り返し”が生じるが、この例では図12Cに示すように、部分的にドップラーシフト周波数が減少する為、チャネルk〜チャネルlの範囲のドップラーシフト周波数は再び計測範囲fprf/2未満となる。尚、図12Cには、修正後のドップラーシフト周波数分布、すなわち本来の(正しい)ドップラーシフト周波数分布を示してある。In the example of FIG. 12A, the phase displacement flags of the three channels j, k, and l are turned on. That is, first, since the measurement range f prf / 2 is once exceeded in channel j, “turnback” occurs. In this example, as shown in FIG. 12C, the Doppler shift frequency is partially reduced. The Doppler shift frequency in the range of channel l is again below the measurement range f prf / 2. FIG. 12C shows the corrected Doppler shift frequency distribution, that is, the original (correct) Doppler shift frequency distribution.

この場合、チャネルk〜チャネルlの範囲のドップラーシフト周波数は正しいので、補正する必要はないが、上述した局所的な変動を考慮しない処理では、チャネルjから管中央のチャネルmまでの範囲の全てのチャネルは、一律に、補正されてしまう。   In this case, since the Doppler shift frequency in the range of channel k to channel l is correct, there is no need to correct it. However, in the above-described processing that does not consider the local variation, the entire range from channel j to channel m at the center of the tube These channels are uniformly corrected.

この場合、図12Aに示す通り、チャネルk、lにおいても“折り返し”が生じることから、図6の処理により、チャネルjだけでなくチャネルk、lも、その位相変位フラグがONになっている。   In this case, as shown in FIG. 12A, “folding” occurs in the channels k and l, so that the phase displacement flag is turned on not only for the channel j but also for the channels k and l by the processing of FIG. .

以上の事から、図8の処理を行うことで、図12の様の局所的な変動が生じている場合も問題なく、ドップラーシフト周波数分布を修正できる。
すなわち、図8の処理によれば、図12の例の場合、現チャネルがチャネルj,k,lのときにステップS53の判定がYESとなり、ステップS54〜S56の処理を行うことになり、そのときに位相変位済みフラグがONの場合にはステップS55の処理を実行し、OFFの場合にはステップS56の処理を実行する。
From the above, by performing the processing in FIG. 8, the Doppler shift frequency distribution can be corrected without any problem even when local fluctuations as shown in FIG. 12 occur.
That is, according to the process of FIG. 8, in the example of FIG. 12, when the current channel is channel j, k, l, the determination in step S53 is YES, and the process of steps S54 to S56 is performed. When the phase-shifted flag is ON, the process of step S55 is executed, and when it is OFF, the process of step S56 is executed.

まず、現チャネルがチャネルjのときには、ステップS51によって位相変位済みフラグがOFFになったままであるので、ステップS56の処理を実行する。ステップS56では、現在のレンジ周波数(補正値)Rにfprfを加算する(R=R+fprf)と共に位相変位済みフラグをONにする。ここでは、レンジ周波数RはステップS51で初期化された状態のままであるので、R=0+fprf=fprfとなる。これより、チャネルjからチャネルk−1までの各チャネルについては、ステップS57の処理は「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値+fprf」となり、ドップラーシフト周波数の修正が行われることになる。First, when the current channel is channel j, since the phase-shifted flag remains OFF in step S51, the process of step S56 is executed. In step S56, f prf is added to the current range frequency (correction value) R (R = R + f prf ), and the phase-shifted flag is turned ON. Here, since the range frequency R remains in the state initialized in step S51, R = 0 + f prf = f prf . Thus, for each channel from channel j to channel k−1, the processing in step S57 is “Doppler shift frequency = measured value of Doppler shift frequency + f prf ”, and the Doppler shift frequency is corrected.

そして、現チャネルがチャネルkになると、ステップS53の判定がYESとなり、位相変位済みフラグはONであるので(ステップS54,YES)、ステップS55の処理を実行する。ステップS55の処理では、現在のレンジ周波数Rからfprfを減算する(R=R−fprf)と共に位相変位済みフラグをOFFにする。ここでは、現在のレンジ周波数Rはfprfであるので、R=fprf−fprf=0となる。これより、チャネルkからチャネルl−1までの各チャネルについては、ステップS57の処理は「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値+0」となり、実質的にはドップラーシフト周波数の修正は行われないことになる。When the current channel becomes channel k, the determination in step S53 is YES and the phase-shifted flag is ON (step S54, YES), so the process of step S55 is executed. In the process of step S55, f prf is subtracted from the current range frequency R (R = R−f prf ) and the phase-shifted flag is turned OFF. Here, since the current range frequency R is f prf , R = f prf −f prf = 0. Thus, for each channel from channel k to channel 1-1, the process of step S57 is “Doppler shift frequency = measured value of Doppler shift frequency + 0”, and the Doppler shift frequency is not substantially corrected. It will be.

その後、現チャネルがlになったときには、上記チャネルjのときと同じ処理が行われることになり、チャネルlからチャネルmまでの各チャネルについては、ステップS57の修正処理は「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値+fprf」となり、ドップラーシフト周波数の修正が行われることになる。Thereafter, when the current channel becomes l, the same processing as that for the channel j is performed. For each channel from the channel l to the channel m, the correction processing in step S57 is “Doppler shift frequency = Doppler”. The measured value of the shift frequency + f prf ”, and the Doppler shift frequency is corrected.

次に図9に示す処理bについて説明する。図9の処理は、ステップS61においてレンジ周波数Rの初期値をfprfをとする点以外は、図8の処理と同じである。但し、レンジ周波数Rの初期値をfprfとしていることから、図3Dに示す範囲B内の各チャネルに関しては、ステップS67の処理は「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値+fprf」となり、範囲D内の各チャネルに関しては、ステップS67の処理は「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値+2fprf」となる。また、図12のような局所的な変動により位相変位フラグがONとなっているチャネルが複数ある場合には、上記チャネルk〜チャネルlの範囲に相当する範囲の各チャネルに対しては、ステップS67の処理は、「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値+fprf」となる。Next, the process b shown in FIG. 9 will be described. The process of FIG. 9 is the same as the process of FIG. 8 except that the initial value of the range frequency R is set to f prf in step S61. However, since the initial value of the range frequency R is set to f prf , for each channel in the range B shown in FIG. 3D, the processing in step S67 is “Doppler shift frequency = measured value of Doppler shift frequency + f prf ”. For each channel in the range D, the process of step S67 is “Doppler shift frequency = measured value of Doppler shift frequency + 2f prf ”. If there are a plurality of channels whose phase displacement flag is ON due to local fluctuations as shown in FIG. 12, the step is performed for each channel in the range corresponding to the range of channel k to channel l. The process of S67 is “Doppler shift frequency = measured value of Doppler shift frequency + f prf ”.

また、図10に示す処理cのフローについても、そのステップS75,S76の処理が、図8のステップS55,56の処理の「減算」が「加算」となり「加算」が「減算」となっていることから、ステップS77の修正処理が「修正無し」又は「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値−fprf」となる点以外は、図8の処理と同じであるので、詳しい説明は省略する。図10の処理によれば、上記チャネルjに相当するチャネルについてステップS76によってレンジ周波数RをR=R−fprf=−fprfとし、その後、上記チャネルkに相当するチャネルについてステップS75によってR=R+fprf=0とすることで「修正なし」の状態に戻し、更に上記チャネルlに相当するチャネルについてステップS76によってレンジ周波数Rを再びR=R−fprf=−fprfとすることになる。In addition, regarding the flow of the process c shown in FIG. 10, the processes in steps S75 and S76 are “addition” in the processes in steps S55 and S56 in FIG. Therefore, the correction process in step S77 is the same as the process in FIG. 8 except that “the correction is not performed” or “the Doppler shift frequency = the measured value of the Doppler shift frequency−f prf ”. To do. According to the processing of FIG. 10, the range frequency R is set to R = R−f prf = −f prf in step S76 for the channel corresponding to the channel j, and then R = R = R−f prf = −f prf for the channel corresponding to the channel k. By setting R + f prf = 0, the state is returned to the “no correction” state, and the range frequency R is again set to R = R−f prf = −f prf in step S76 for the channel corresponding to the channel l.

同様に、図11に示す処理dのフローについても、ステップS81においてレンジ周波数Rの初期値を−fprfとし、そのステップS85,S86の処理が、図8のステップS55,56の処理の「減算」が「加算」となり「加算」が「減算」となっていることから、ステップS87の処理が「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値−fprf」又は「ドップラーシフト周波数=ドップラーシフト周波数の測定値−2fprf」となる点以外は、図8の処理と同じであるので、詳しい説明は省略する。Similarly, in the flow of the process d shown in FIG. 11, the initial value of the range frequency R is set to −f prf in step S81, and the processes in steps S85 and S86 are “subtraction” of the processes in steps S55 and S56 in FIG. ”Is“ addition ”and“ addition ”is“ subtraction ”, the process of step S87 is“ Doppler shift frequency = measured value of Doppler shift frequency−f prf ”or“ Doppler shift frequency = Doppler shift frequency. Except for the point that the measured value is -2f prf ", the process is the same as the process of FIG.

図4Aのようなパターンにおいて図12のような局所的な変動が生じた場合には、図11の処理によって、上記チャネルj〜チャネルk−1に相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値からfprfを減算する補正を行い、上記チャネルk〜チャネルl−1に相当する各チャネルについては補正は行わず、上記チャネルl〜チャネルmに相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値からfprfを減算する補正を行うことになる。勿論、チャネル0からチャネルj−1に相当するチャネルまでの各チャネルについては、補正は行わないことになる。When a local variation as shown in FIG. 12 occurs in the pattern as shown in FIG. 4A, the Doppler shift frequency measurement is performed for each channel corresponding to the channel j to the channel k-1 by the processing of FIG. Correction is performed by subtracting f prf from the value, correction is not performed for each channel corresponding to channel k to channel 1-1, and Doppler shift frequency measurement is performed for each channel corresponding to channel 1 to channel m. Correction is performed by subtracting f prf from the value. Of course, no correction is performed for each channel from channel 0 to a channel corresponding to channel j-1.

図11の処理によれば、上記チャネルjに相当するチャネルについてステップS86によってレンジ周波数RをR=R−fprf=−2fprfとし、その後、上記チャネルkに相当するチャネルについてステップS85によってR=R+fprf=−fprfとし、更に上記チャネルlに相当するチャネルについてステップS86によってレンジ周波数Rを再びR=R−fprf=−2fprfとすることになる。According to the processing of FIG. 11, the range frequency R is set to R = R−f prf = −2f prf in step S86 for the channel corresponding to the channel j, and then R = in step S85 for the channel corresponding to the channel k. R + f prf = −f prf, and the range frequency R is again set to R = R−f prf = −2f prf in step S86 for the channel corresponding to the channel l.

この場合、上記チャネルj〜チャネルk−1に相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値から2fprfを減算する補正を行い、上記チャネルk〜チャネルl−1に相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値からfprfを減算する補正を行い、上記チャネルl〜チャネルmに相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値から2fprfを減算する補正を行うことになる。勿論、チャネル0からチャネルj−1に相当するチャネルまでの各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値からfprfを減算する補正を行うことになる。In this case, for each channel corresponding to channel j to channel k−1, correction is performed by subtracting 2f prf from the Doppler shift frequency measurement value, and for each channel corresponding to channel k to channel l−1. Then, correction for subtracting f prf from the Doppler shift frequency measurement value is performed, and correction for subtracting 2f prf from the Doppler shift frequency measurement value is performed for each channel corresponding to channel 1 to channel m. Of course, for each channel from channel 0 to the channel corresponding to channel j-1, correction is performed by subtracting f prf from the Doppler shift frequency measurement value.

上記本例のパルスドップラー式超音波流量計は、局所的な変動は考慮しているが、局所的な変動によって部分的に流れ方向が逆向きになるような状況は考慮していない。本例において被測定流体の流れ方向を判定するのは、例えば時間帯等によって流体の流れ方向が正方向になったり負方向になったりするシステムに対応する為である。   The pulse Doppler ultrasonic flowmeter of the present example considers local fluctuations, but does not consider the situation where the flow direction is partially reversed due to local fluctuations. The reason for determining the flow direction of the fluid to be measured in this example is to cope with a system in which the flow direction of the fluid becomes positive or negative depending on, for example, a time zone.

すなわち、例えば揚水発電のように、発電所の上下に貯水池を作り,電気の消費が少ない夜間の電力を利用して下池の水を上池へくみ上げておき,昼間,電力の必要量に応じて,上池と下池の落差を利用して発電する場合に、夜間と昼間で流れ方向が入れ替わる場合がある。また、大規模な浄水所の場合、浄水所から複数の給水所へ給水するが、下流の負荷に応じて給水所間で水量を調整する必要があり、その折に給水所間で水の流れ方向が変わる場合がある。   That is, for example, as in the case of pumped-storage power generation, reservoirs are created above and below the power plant, and the water in the lower pond is pumped up to the upper pond using nighttime power that consumes less electricity. , When generating electricity using the head and bottom of the lower pond, the flow direction may be switched between night and day. In the case of a large-scale water purification plant, water is supplied from a water purification plant to multiple water stations, but it is necessary to adjust the amount of water between water stations depending on the downstream load. The direction may change.

更に、図13に示す配管において、
(1)ある時はA,Bの弁を止めて、弁Cから弁Dへ流す(図13A)。
(2)それ以外はC,Dの弁を止めて、弁Aから弁Bへ流す(図13B)
場合がある。この時に配管のX地点では、(1)の場合と(2)の場合とでは、流れ方向が逆になる。この為、X地点に設置した流量計が流れ方向を判別する機能を有していれば、一台の流量計で計測できるというメリットがある。
Furthermore, in the piping shown in FIG.
(1) At a certain time, valves A and B are stopped and flow from valve C to valve D (FIG. 13A).
(2) Otherwise, stop valves C and D, and flow from valve A to valve B (Fig. 13B)
There is a case. At this time, at the point X of the pipe, the flow direction is reversed between the cases (1) and (2). For this reason, if the flow meter installed at the point X has a function of discriminating the flow direction, there is an advantage that measurement can be performed with one flow meter.

本発明のパルス・ドップラー式超音波流量計によれば、ドップラーシフト周波数が、繰返し周波数によって決められる測定範囲を超える場合でも、補正処理を行うことで、正しいドップラーシフト周波数分布を求めることができ、実質的にドップラーシフト周波数の測定可能範囲を、繰返し周波数によって決められる測定範囲よりも大きくすることができる。特に、ドップラーシフト周波数が、上記特許文献2の方法を用いても測定できないような値であっても、測定可能とすることができる。更に、正/負の何れか一方にしか対応できないのではなく、正/負の両方に対応できる。   According to the pulse Doppler type ultrasonic flowmeter of the present invention, even when the Doppler shift frequency exceeds the measurement range determined by the repetition frequency, it is possible to obtain a correct Doppler shift frequency distribution by performing correction processing, The measurable range of the Doppler shift frequency can be substantially larger than the measurement range determined by the repetition frequency. In particular, even if the Doppler shift frequency is a value that cannot be measured using the method of Patent Document 2, it can be measured. Furthermore, it is not only possible to deal with either positive / negative, but it can deal with both positive / negative.

Claims (10)

超音波のドップラーシフトを利用して配管内を流れる被測定流体の流量を測定するパルスドップラー式超音波流量計において、
所定のパルス繰返し周波数で超音波パルスを前記被測定流体に送出し、その超音波エコーを受信して、前記配管の管壁直近の第1チャネルから管中央の第mチャネルまでの各チャネルのドップラーシフト周波数を計測するドップラーシフト周波数計測手段と、
該ドップラーシフト周波数計測手段による計測結果によって得られる、前記第1チャネルから第mチャネルまでのドップラーシフト周波数分布において、折り返しの影響を受けているチャネル範囲を求め、該求めたチャネル範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、ドップラーシフト周波数の測定範囲に基づいて得られる補正値を用いて補正するドップラーシフト周波数分布補正手段と、
該ドップラーシフト周波数分布補正手段による補正後のドップラーシフト周波数分布を用いて前記被測定流体の流量を求める流量算出手段と、
を有することを特徴とするパルスドップラー式超音波流量計。
In the pulse Doppler ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of the fluid to be measured flowing in the pipe using the ultrasonic Doppler shift,
An ultrasonic pulse is transmitted to the fluid to be measured at a predetermined pulse repetition frequency, the ultrasonic echo is received, and the Doppler of each channel from the first channel closest to the pipe wall of the pipe to the m-th channel in the center of the pipe A Doppler shift frequency measuring means for measuring the shift frequency;
In the Doppler shift frequency distribution from the first channel to the m-th channel obtained by the measurement result by the Doppler shift frequency measuring means, a channel range affected by aliasing is obtained, and each channel within the obtained channel range is obtained. Doppler shift frequency distribution correction means for correcting the measured value of the Doppler shift frequency of using a correction value obtained based on the measurement range of the Doppler shift frequency,
A flow rate calculating means for obtaining a flow rate of the fluid under measurement using the Doppler shift frequency distribution corrected by the Doppler shift frequency distribution correcting means;
A pulse Doppler ultrasonic flowmeter characterized by comprising:
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第1チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、
前記第1チャネルが折り返しの影響を受けていない場合には、該第1チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値は補正せず、前記折り返しの発生箇所のチャネルから前記第mチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正することを特徴とする請求項1記載のパルスドップラー式超音波流量計。
The Doppler shift frequency distribution correction means determines a channel where the aliasing occurs and determines whether or not the first channel is already affected by aliasing,
When the first channel is not affected by aliasing, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel in the range from the first channel to the channel where the aliasing occurs is not corrected, and the occurrence of aliasing occurs. 2. The pulse Doppler method according to claim 1, wherein a measured value of a Doppler shift frequency of each channel in a range from a location channel to the m-th channel is corrected using the measured range of the Doppler shift frequency as the correction value. Ultrasonic flow meter.
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第1チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、
前記第1チャネルが折り返しの影響を受けている場合には、該第1チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として、前記補正を行い、前記折り返しの発生箇所のチャネルから前記第mチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲の2倍を前記補正値として補正することを特徴とする請求項1又は2記載のパルスドップラー式超音波流量計。
The Doppler shift frequency distribution correction means determines a channel where the aliasing occurs and determines whether or not the first channel is already affected by aliasing,
When the first channel is affected by the aliasing, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel in the range from the first channel to the channel where the aliasing occurs is the measurement range of the Doppler shift frequency. The correction value is used as the correction value, and the measured value of the Doppler shift frequency of each channel in the range from the channel where the aliasing occurs to the m-th channel is set to twice the measurement range of the Doppler shift frequency. The pulse Doppler type ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the pulse Doppler ultrasonic flowmeter is corrected as a correction value.
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第1チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、
前記第1チャネルが折り返しの影響を受けていない場合であって、前記折り返しの発生箇所が複数存在する場合には、
該第1チャネルから1番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値は補正せず、
前記1番目の折り返しの発生箇所のチャネルから前記第mチャネルまでの範囲については、偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については補正せず、奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正することを特徴とする請求項1記載のパルスドップラー式超音波流量計。
The Doppler shift frequency distribution correction means determines a channel where the aliasing occurs and determines whether or not the first channel is already affected by aliasing,
When the first channel is not affected by folding and there are a plurality of places where the folding occurs,
The measured value of the Doppler shift frequency of each channel in the range from the first channel to the first channel where the aliasing occurs is not corrected,
The range from the channel at the first fold occurrence point to the m-th channel is not corrected for the range from the even-numbered fold occurrence channel to the odd-numbered fold occurrence channel. , For the range from the odd-numbered channel where the aliasing occurs to the even-numbered channel where the aliasing occurs, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel within the range is measured The pulse Doppler ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein the correction value is corrected as the correction value.
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第1チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、
前記第1チャネルが折り返しの影響を受けている場合であって、前記折り返しの発生箇所が複数存在する場合には、
該第1チャネルから1番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正し、
前記1番目の折り返しの発生箇所のチャネルから前記第mチャネルまでの範囲については、
偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正し、
奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲の2倍を前記補正値として補正することを特徴とする請求項1記載のパルスドップラー式超音波流量計。
The Doppler shift frequency distribution correction means determines a channel where the aliasing occurs and determines whether or not the first channel is already affected by aliasing,
When the first channel is affected by aliasing and there are a plurality of aliasing locations,
Correcting the measured value of the Doppler shift frequency of each channel in the range from the first channel to the channel of the first occurrence of folding, with the measured range of the Doppler shift frequency as the correction value,
About the range from the channel where the first fold occurs to the m-th channel,
For the range from the even-numbered channel where the aliasing occurs to the odd-numbered channel where the aliasing occurs, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel within the range is the measurement range of the Doppler shift frequency. Correct as the correction value,
For the range from the odd-numbered channel where the aliasing occurs to the even-numbered channel where the aliasing occurs, the measured value of the Doppler shift frequency of each channel within the range is the same as the measurement range of the Doppler shift frequency. 2. The pulse Doppler type ultrasonic flowmeter according to claim 1, wherein 2 times is corrected as the correction value.
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、更に、前記被測定流体の流れ方向を判別し、
該判別した流れ方向が正方向である場合には、前記補正は、前記各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値に、前記補正値を加算する処理とすることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のパルスドップラー式超音波流量計。
The Doppler shift frequency distribution correction means further determines the flow direction of the fluid to be measured,
6. The correction according to claim 1, wherein when the determined flow direction is a positive direction, the correction is a process of adding the correction value to a measured value of the Doppler shift frequency of each channel. The pulse Doppler type ultrasonic flowmeter according to any one of the above.
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、更に、前記被測定流体の流れ方向を判別し、
該判別した流れ方向が負方向である場合には、前記補正は、前記各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値から、前記補正値を減算する処理とすることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のパルスドップラー式超音波流量計。
The Doppler shift frequency distribution correction means further determines the flow direction of the fluid to be measured,
The said correction is a process which subtracts the said correction value from the measured value of the Doppler shift frequency of each said channel when this determined flow direction is a negative direction. The pulse Doppler type ultrasonic flowmeter according to any one of the above.
各チャネル毎に、自チャネルの前記ドップラーシフト周波数の計測値とその隣のチャネルの前記ドップラーシフト周波数の計測値との差分の絶対値を求め、該絶対値が所定の閾値以上であるチャネルを、前記折り返しの発生箇所のチャネルとすることを特徴とする請求項2〜7の何れかに記載のパルスドップラー式超音波流量計。  For each channel, an absolute value of a difference between the measured value of the Doppler shift frequency of the own channel and the measured value of the Doppler shift frequency of the adjacent channel is obtained, and a channel whose absolute value is equal to or greater than a predetermined threshold value, The pulse Doppler type ultrasonic flowmeter according to any one of claims 2 to 7, wherein the channel is a channel where the folding occurs. 前記被測定流体の流れ方向の判別は、
前記第1チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲又は前記第1チャネルから前記ドップラーシフト周波数の計測値が0を跨ぐ箇所のチャネルまでの範囲における各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値の累積加算値又は平均値を算出し、該算出した累積加算値又は平均値が正の値である場合には正方向、負の値の場合は負方向とすることを特徴とする請求項2〜8の何れかに記載のパルスドップラー式超音波流量計。
Determination of the flow direction of the fluid to be measured is
Accumulation of measured values of Doppler shift frequency of each channel in the range from the first channel to the channel where the aliasing occurs or the range from the first channel to the channel where the measured value of Doppler shift crosses 0 9. An addition value or an average value is calculated, and when the calculated cumulative addition value or average value is a positive value, a positive direction is set, and when it is a negative value, a negative direction is set. The pulse Doppler ultrasonic flowmeter according to any one of the above.
超音波のドップラーシフトを利用して配管内を流れる被測定流体の流量を測定するパルスドップラー式超音波流量計のコンピュータに、
所定のパルス繰返し周波数で超音波パルスを前記被測定流体に送出し、その超音波エコーを受信して、前記配管の管壁直近の第1チャネルから管中央の第mチャネルまでの各チャネルのドップラーシフト周波数を計測する第1の機能と、
該第1の機能による計測結果によって得られる、前記第1チャネルから第mチャネルまでのドップラーシフト周波数分布において、折り返しの影響を受けているチャネル範囲を求め、該求めたチャネル範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、ドップラーシフト周波数の測定範囲に基づいて得られる補正値を用いて補正する第2の機能と、
該第2の機能による補正後のドップラーシフト周波数分布を用いて前記被測定流体の流量を求める第3の機能と、
を実現させる為のプログラム。
To the computer of a pulse Doppler type ultrasonic flowmeter that measures the flow rate of the fluid to be measured flowing in the pipe using the ultrasonic Doppler shift,
An ultrasonic pulse is transmitted to the fluid to be measured at a predetermined pulse repetition frequency, the ultrasonic echo is received, and the Doppler of each channel from the first channel closest to the pipe wall of the pipe to the m-th channel in the center of the pipe A first function for measuring the shift frequency;
In the Doppler shift frequency distribution from the first channel to the m-th channel obtained by the measurement result by the first function, a channel range affected by the aliasing is obtained, and each channel within the obtained channel range is obtained. A second function for correcting the measured value of the Doppler shift frequency using a correction value obtained based on the measurement range of the Doppler shift frequency;
A third function for determining the flow rate of the fluid to be measured using the Doppler shift frequency distribution corrected by the second function;
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