JP7651326B2 - Propagation measurement method, gas flow rate measurement method, propagation measurement program, gas flow rate measurement program, gas flow rate measurement device, and oxygen concentrator - Google Patents
Propagation measurement method, gas flow rate measurement method, propagation measurement program, gas flow rate measurement program, gas flow rate measurement device, and oxygen concentrator Download PDFInfo
- Publication number
- JP7651326B2 JP7651326B2 JP2021039136A JP2021039136A JP7651326B2 JP 7651326 B2 JP7651326 B2 JP 7651326B2 JP 2021039136 A JP2021039136 A JP 2021039136A JP 2021039136 A JP2021039136 A JP 2021039136A JP 7651326 B2 JP7651326 B2 JP 7651326B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measurement
- time
- propagation
- gas
- pulse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
本発明は、超音波センサから発信される超音波の伝搬状況を測定する伝搬測定方法、および伝搬測定方法を含むガス流速測定方法等に関する。 The present invention relates to a propagation measurement method for measuring the propagation state of ultrasonic waves emitted from an ultrasonic sensor, and a gas flow velocity measurement method including the propagation measurement method.
従来、ガスの流通する測定管内の測定流路に超音波送受信器を対向して配置して、ガスの流量および濃度を計測する超音波式のガス濃度流量測定装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, there is known an ultrasonic gas concentration flow rate measuring device that measures the flow rate and concentration of gas by arranging ultrasonic transmitters opposite each other in the measurement flow path inside a measurement pipe through which gas flows (see, for example, Patent Document 1).
このようなガス濃度流量測定装置は酸素濃縮装置にも使用されている。特許文献2に示すように酸素濃縮装置は、例えば空気を圧縮した後に空気中の窒素を取り除き、高濃度の酸素を生成する装置である。なお酸素濃縮装置は、例えば呼吸不全等の理由により在宅で酸素を補給しなければならない患者に対して酸素を供給するために用いられる装置である。 Such gas concentration flow rate measuring devices are also used in oxygen concentrators. As shown in Patent Document 2, an oxygen concentrator is a device that, for example, compresses air and then removes nitrogen from the air to produce highly concentrated oxygen. Note that oxygen concentrators are devices used to supply oxygen to patients who must receive oxygen supplements at home due to reasons such as respiratory failure.
ここで超音波式のガス濃度流量測定装置では、まず測定流路におけるガスの流れの上流側の超音波センサから発信された超音波が伝搬する速度と、下流側の超音波センサから発信された超音波が伝搬する速度との差分に基づいてガスの流速を算出し、この流速に基づいてガスの流量および濃度が算出し測定される。したがって、より正確にガスの流量および濃度を測定するためには、測定流路内での超音波の伝搬状況を正しく把握する必要がある。 In an ultrasonic gas concentration flow rate measuring device, the gas flow rate is first calculated based on the difference between the speed at which ultrasonic waves emitted from the ultrasonic sensor on the upstream side of the gas flow in the measurement flow path propagate and the speed at which ultrasonic waves emitted from the ultrasonic sensor on the downstream side propagate, and the gas flow rate and concentration are calculated and measured based on this flow rate. Therefore, in order to measure the gas flow rate and concentration more accurately, it is necessary to correctly grasp the propagation conditions of ultrasonic waves in the measurement flow path.
そこで本発明は、超音波の伝搬状況を正確に把握することで、超音波の伝搬時間を正確に測定可能な伝搬測定方法等を提供する。 Therefore, the present invention provides a propagation measurement method that can accurately measure the propagation time of ultrasonic waves by accurately grasping the propagation conditions of the ultrasonic waves.
本発明の一態様に係る伝搬測定方法は、ガスが流通可能な測定流路の上流側および下流側にそれぞれ配置された一対の超音波センサから発信された超音波の前記測定流路における伝搬状況を測定する伝搬測定方法であって、上流側の前記超音波センサから下流側の前記超音波センサに向かう順方向に、および、下流側の前記超音波センサから上流側の前記超音波センサに向かう逆方向に、複数個のパルスを含む前記超音波のパルス群を交互に発信して前記測定流路内を伝搬させるステップと、前記パルス群のうちの基準パルスが一方の前記超音波センサから発信されてから、前記パルス群のうちの前記基準パルスよりも伝搬方向前方側の先行パルスを他方の前記超音波センサで受信すると推定されるまでの時間である測定待ち時間初期値を設定するステップと、前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までの基準パルス受信時間を検出するステップと、前記測定待ち時間初期値と前記基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスの伝搬時間を算出するステップと、を含んでいる。 The propagation measurement method according to one aspect of the present invention is a propagation measurement method for measuring the propagation status in a measurement flow path of ultrasonic waves transmitted from a pair of ultrasonic sensors arranged on the upstream and downstream sides of the measurement flow path through which gas can flow, and includes the steps of transmitting a pulse group of ultrasonic waves including a plurality of pulses alternately in a forward direction from the upstream ultrasonic sensor toward the downstream ultrasonic sensor and in a reverse direction from the downstream ultrasonic sensor toward the upstream ultrasonic sensor to transmit the ultrasonic waves in the measurement flow path, setting an initial measurement waiting time value that is the time from when a reference pulse in the pulse group is transmitted from one ultrasonic sensor to when a leading pulse in the pulse group that is forward in the propagation direction than the reference pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor, detecting a reference pulse reception time from when the leading pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor to when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor, and calculating the propagation time of the pulse in the measurement flow path from the sum of the initial measurement waiting time value and the reference pulse reception time.
上記伝搬測定方法は、前記伝搬時間から予め定めた待ち時間算出用調整値を減じて更新後測定待ち時間を算出するステップと、前記測定待ち時間初期値を前記更新後測定待ち時間に置き換えるステップと、をさらに含み、前記更新後測定待ち時間を用いて前記基準パルス受信時間を検出するステップ、および前記伝搬時間を算出するステップを再度実行する。 The above propagation measurement method further includes a step of calculating an updated measurement waiting time by subtracting a predetermined waiting time calculation adjustment value from the propagation time, and a step of replacing the measurement waiting time initial value with the updated measurement waiting time, and a step of detecting the reference pulse reception time using the updated measurement waiting time and a step of calculating the propagation time are executed again.
上記伝搬測定方法は、前記更新後測定待ち時間を算出した後に、前記更新後測定待ち時間が予め定めた範囲内の値であるか否かを判断するステップと、前記更新後測定待ち時間が予め定めた範囲外の値である場合にのみ、前記更新後測定待ち時間に予め定めた待ち時間補正値を加算することで前記更新後測定待ち時間を補正するステップと、をさらに含んでもよい。 The above propagation measurement method may further include a step of determining whether the post-update measurement waiting time is within a predetermined range after calculating the post-update measurement waiting time, and a step of correcting the post-update measurement waiting time by adding a predetermined waiting time correction value to the post-update measurement waiting time only if the post-update measurement waiting time is outside the predetermined range.
上記伝搬測定方法では、前記更新後測定待ち時間が予め定めた範囲内の値になるまで、前記伝搬時間を算出するステップ、前記更新後測定待ち時間を算出するステップ、および前記更新後測定待ち時間を補正するステップを繰り返してもよい。 In the above propagation measurement method, the steps of calculating the propagation time, calculating the post-update measurement waiting time, and correcting the post-update measurement waiting time may be repeated until the post-update measurement waiting time becomes a value within a predetermined range.
上記伝搬測定方法では、前記更新後測定待ち時間が予め定めた範囲内の値であるか否かを判断するステップにおいて、前記順方向の前記パルスの前記伝搬時間と前記逆方向の前記パルスの前記伝搬時間とから求められる前記測定流路における音速に基づいて算出したガスの分子量に基づいて判断を行ってもよい。 In the above propagation measurement method, in the step of determining whether the post-update measurement waiting time is within a predetermined range, the determination may be made based on the molecular weight of the gas calculated based on the sound speed in the measurement flow path obtained from the propagation time of the pulse in the forward direction and the propagation time of the pulse in the reverse direction.
上記伝搬測定方法では、前記更新後測定待ち時間を補正するステップにおいて、ガスの前記分子量が、予め定められた最小閾値よりも小さくなる場合に前記順方向および前記逆方向の各々において、前記更新後測定待ち時間が長くなるような前記待ち時間補正値を前記更新後測定待ち時間に加算し、または、予め定められた最大閾値よりも大きくなる場合に前記順方向および前記逆方向の各々において、前記更新後測定待ち時間が短くなるような前記待ち時間補正値を前記更新後測定待ち時間に加算してもよい。 In the above propagation measurement method, in the step of correcting the post-update measurement waiting time, a waiting time correction value may be added to the post-update measurement waiting time such that the post-update measurement waiting time becomes longer in each of the forward direction and the reverse direction when the molecular weight of the gas becomes smaller than a predetermined minimum threshold, or a waiting time correction value may be added to the post-update measurement waiting time such that the post-update measurement waiting time becomes shorter in each of the forward direction and the reverse direction when the molecular weight of the gas becomes larger than a predetermined maximum threshold.
上記伝搬測定方法では、前記更新後測定待ち時間が予め定めた範囲内の値であるか否かを判断するステップにおいて、前記順方向の前記パルスの前記伝搬時間と前記逆方向の前記伝搬時間との差分が予め定められた最大値よりも大きくなるか否かに基づいて判断を行ってもよい。 In the above propagation measurement method, in the step of determining whether the post-update measurement waiting time is within a predetermined range, the determination may be made based on whether the difference between the propagation time of the pulse in the forward direction and the propagation time in the reverse direction is greater than a predetermined maximum value.
上記伝搬測定方法では、前記更新後測定待ち時間を補正するステップにおいて、前記逆方向の前記パルスにおける前記更新後測定待ち時間を前記順方向の前記パルスにおける前記更新後測定待ち時間に一致させるか、または、前記順方向の前記パルスにおける前記更新後測定待ち時間を前記逆方向の前記パルスにおける前記更新後測定待ち時間に一致させるような前記待ち時間補正値を前記更新後測定待ち時間に加算してもよい。
In the above propagation measurement method, in the step of correcting the post-update measurement waiting time, the post-update measurement waiting time for the pulse in the reverse direction may be made to coincide with the post-update measurement waiting time for the pulse in the forward direction, or the waiting time correction value may be added to the post-update measurement waiting time for the pulse in the forward direction so as to coincide with the post-update measurement waiting time for the pulse in the reverse direction.
上記伝搬測定方法では、前記更新後測定待ち時間が予め定めた範囲内の値であるか否かを判断するステップにおいて、前記伝搬時間を算出するステップを再度実行した後に、該伝搬時間の変化量が予め定めた最大変化量よりも大きくなるか否かに基づいて判断を行ってもよい。 In the above propagation measurement method, in the step of determining whether the post-update measurement waiting time is within a predetermined range, the step of calculating the propagation time may be executed again, and then the determination may be made based on whether the amount of change in the propagation time is greater than a predetermined maximum amount of change.
上記伝搬測定方法では、前記待ち時間算出用調整値をtinv_ostとし、前記基準パルスが前記パルス群のうちのN1個目のパルスとし、前記先行パルスが前記パルス群のうちのN2個目のパルスとし、前記パルスの周期をXとしたとき、前記待ち時間算出用調整値は以下の式(1)を満足してもよい。0<tinv_ost<(N1-N2)×X・・・(1) In the above propagation measurement method, when the waiting time calculation adjustment value is t inv_ost , the reference pulse is the N1th pulse of the pulse group, the leading pulse is the N2th pulse of the pulse group, and a period of the pulse is X, the waiting time calculation adjustment value may satisfy the following formula (1): 0<t inv_ost <(N 1 -N 2 )×X (1)
上記伝搬測定方法では、前記基準パルス受信時間を検出するステップ、および前記伝搬時間を算出するステップは、同じ前記測定待ち時間初期値を用いて、および同じ前記更新後測定待ち時間を用いて複数回実行され、同じ前記測定待ち時間初期値、および同じ前記更新後測定待ち時間を用いて前記伝搬時間を算出するステップが複数回実行されて得られた複数の値のグループを、同じ前記測定待ち時間初期値、および同じ前記更新後測定待ち時間毎で、それぞれ同一条件下サンプル値群としたとき、前記伝搬時間を算出するステップでは、前記同一条件下サンプル値群から該同一条件下サンプル値群の中央値以外の少なくとも一部を除いた平均値を、前記伝搬時間としてもよい。 In the above propagation measurement method, the step of detecting the reference pulse reception time and the step of calculating the propagation time are performed multiple times using the same initial measurement wait time value and the same post-update measurement wait time, and when a group of multiple values obtained by performing the step of calculating the propagation time multiple times using the same initial measurement wait time value and the same post-update measurement wait time is taken as a group of sample values under the same conditions for the same initial measurement wait time value and the same post-update measurement wait time, the step of calculating the propagation time may use an average value obtained by excluding at least a portion of the group of sample values under the same conditions other than the median value from the group of sample values under the same conditions as the propagation time.
本発明の一態様に係るガス流速測定方法は、前記測定流路へのガスの流入を遮断した状態とするステップと、上記の伝搬測定方法を、前記測定流路へのガスの流入を遮断した状態において実行するステップと、前記伝搬測定方法の実行後にガスを前記測定流路へ流入させるステップと、ガスが前記測定流路へ流入している状態での前記測定流路における前記パルスが伝搬する時間であるガス流入時伝搬時間を測定するステップと、前記順方向の前記ガス流入時伝搬時間と前記逆方向の前記ガス流入時伝搬時間とに基づいて、前記測定流路におけるガスの流速を算出する流速算出ステップと、を含み、前記ガス流入時伝搬時間を測定するステップは、前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までのガス流入時基準パルス受信時間を検出するステップと、前記更新後測定待ち時間と前記ガス流入時基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスのガス流入時伝搬時間を算出するステップと、前記ガス流入時伝搬時間から前記待ち時間算出用調整値を減じてガス流入時更新後測定待ち時間を算出するステップと、前記更新後測定待ち時間を前記ガス流入時更新後測定待ち時間に置き換えるステップと、を含み、前記ガス流入更新後測定待ち時間を用いて前記ガス流入時基準パルス受信時間を検出するステップ、および前記ガス流入時伝搬時間を算出するステップを再度実行する。 A gas flow rate measurement method according to one aspect of the present invention includes a step of blocking the inflow of gas into the measurement flow path, a step of performing the above-mentioned propagation measurement method while blocking the inflow of gas into the measurement flow path, a step of flowing gas into the measurement flow path after performing the propagation measurement method, a step of measuring a gas inflow propagation time, which is the time it takes for the pulse to propagate in the measurement flow path while gas is flowing into the measurement flow path, and a flow rate calculation step of calculating the flow rate of gas in the measurement flow path based on the gas inflow propagation time in the forward direction and the gas inflow propagation time in the reverse direction, and the step of measuring the gas inflow propagation time includes a step of detecting the preceding pulse with the other ultrasonic sensor. The method includes the steps of detecting the gas inflow reference pulse reception time from the time when it is estimated that the pulse will be received to the time when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor, calculating the gas inflow propagation time of the pulse in the measurement flow path from the sum of the post-update measurement wait time and the gas inflow reference pulse reception time, calculating the gas inflow post-update measurement wait time by subtracting the wait time calculation adjustment value from the gas inflow propagation time, and replacing the post-update measurement wait time with the gas inflow post-update measurement wait time, and re-executing the steps of detecting the gas inflow reference pulse reception time using the gas inflow post-update measurement wait time and calculating the gas inflow propagation time.
上記ガス流速測定方法では、前記測定待ち時間初期値を設定するステップでは、ガスの温度およびガスの分子量から前記測定流路内の音速を算出し、該音速によって、前記測定流路における前記伝搬方向の長さを除して前記測定待ち時間初期値を算出してもよい。 In the above gas flow velocity measurement method, in the step of setting the measurement waiting time initial value, the sound speed in the measurement flow path may be calculated from the gas temperature and the molecular weight of the gas, and the measurement waiting time initial value may be calculated by dividing the length of the measurement flow path in the propagation direction by the sound speed.
本発明の一態様に係る伝搬測定プログラムは、ガスが流通可能な測定流路の上流側および下流側にそれぞれ配置された一対の超音波センサから発信された超音波の前記測定流路における伝搬状況を測定するために、計算機を、上流側の前記超音波センサから下流側の前記超音波センサに向かう順方向に、および、下流側の前記超音波センサから上流側の前記超音波センサに向かう逆方向に、複数個のパルスを含む前記超音波のパルス群を交互に発信させて前記測定流路内を伝搬させるセンサ動作手段、前記パルス群のうちの基準パルスが一方の前記超音波センサから発信されてから、前記パルス群のうちの前記基準パルスよりも伝搬方向前方側の先行パルスを他方の前記超音波センサで受信すると推定されるまでの時間である測定待ち時間初期値を設定する待ち時間初期値設定手段、前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までの基準パルス受信時間を検出するパルス検出手段、および前記測定待ち時間初期値と前記基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスの伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段、として機能させる。 In one aspect of the present invention, a propagation measurement program causes a computer to function as: a sensor operating means for alternately transmitting a group of ultrasonic pulses including a plurality of pulses in a forward direction from the upstream ultrasonic sensor to the downstream ultrasonic sensor and in a reverse direction from the downstream ultrasonic sensor to the upstream ultrasonic sensor, so as to propagate the group of ultrasonic pulses through the measurement flow path, in order to measure the propagation status of the ultrasonic waves transmitted from a pair of ultrasonic sensors arranged on the upstream and downstream sides of a measurement flow path through which gas can flow; a waiting time initial value setting means for setting a measurement waiting time initial value, which is the time from when a reference pulse of the group of pulses is transmitted from one ultrasonic sensor to when a leading pulse of the group of pulses that is forward in the propagation direction of the reference pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor; a pulse detection means for detecting a reference pulse reception time from when the leading pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor to when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor; and a propagation time calculation means for calculating the propagation time of the pulse in the measurement flow path from the sum of the measurement waiting time initial value and the reference pulse reception time.
上記伝搬測定プログラムでは、前記計算機を、前記伝搬時間から、予め定めた待ち時間算出用調整値を減じて更新後測定待ち時間を算出する更新後待ち時間算出手段、および、前記測定待ち時間初期値を前記更新後測定待ち時間に置き換える待ち時間更新手段、としてさらに機能させ、前記計算機を、前記更新後測定待ち時間を用いて前記パルス検出手段および前記伝搬時間算出手段として再度機能させてもよい。 In the above propagation measurement program, the computer may further function as an updated waiting time calculation means for calculating an updated measurement waiting time by subtracting a predetermined waiting time calculation adjustment value from the propagation time, and as a waiting time update means for replacing the measurement waiting time initial value with the updated measurement waiting time, and the computer may function again as the pulse detection means and the propagation time calculation means using the updated measurement waiting time.
本発明の一態様に係るガス流速測定プログラムは、前記計算機を、前記測定流路へのガスの流入を遮断した状態とするガス遮断手段、上記の伝搬測定プログラムを前記測定流路へのガスの流入を遮断した状態において実行するガス遮断時伝搬測定手段、前記伝搬測定プログラムの実行後にガスを前記測定流路へ流入させるガス流入手段、ガスが前記測定流路へ流入している状態での前記測定流路における前記パルスが伝搬する時間であるガス流入時伝搬時間を測定するガス流入時伝搬測定手段、および、前記順方向の前記ガス流入時伝搬時間と前記逆方向の前記ガス流入時伝搬時間とに基づいて、前記測定流路におけるガスの流速を算出する流速算出手段、として機能させ、前記ガス流入時伝搬測定手段は、前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までのガス流入時基準パルス受信時間を検出するガス流入時パルス検出手段と、前記更新後測定待ち時間と前記ガス流入時基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスのガス流入時伝搬時間を算出するガス流入時伝搬時間算出手段と、前記ガス流入時伝搬時間から前記待ち時間算出用調整値を減じてガス流入時更新後測定待ち時間を算出するガス流入時更新後待ち時間算出手段と、前記更新後測定待ち時間を前記ガス流入時更新後測定待ち時間に置き換える待ち時間置き換え手段と、を含み、前記計算機を、前記ガス流入時更新後測定待ち時間を用いて前記ガス流入時パルス検出手段および前記ガス流入時伝搬時間算出手段として再度機能させる。 A gas flow velocity measurement program according to one aspect of the present invention causes the computer to function as a gas blocking means for blocking the inflow of gas into the measurement flow path, a gas blocking propagation measurement means for executing the above-mentioned propagation measurement program while the inflow of gas into the measurement flow path is blocked, a gas inflow means for flowing gas into the measurement flow path after the propagation measurement program is executed, a gas inflow propagation measurement means for measuring a gas inflow propagation time, which is the time it takes for the pulse to propagate in the measurement flow path while gas is flowing into the measurement flow path, and a flow velocity calculation means for calculating the flow velocity of gas in the measurement flow path based on the gas inflow propagation time in the forward direction and the gas inflow propagation time in the reverse direction, and the gas inflow propagation measurement means receives the preceding pulse at the other ultrasonic sensor. The apparatus includes a gas inflow pulse detection means for detecting a gas inflow reference pulse reception time from the time when the gas inflow is estimated to be received to the time when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor, a gas inflow propagation time calculation means for calculating a gas inflow propagation time of the pulse in the measurement flow path from the sum of the updated measurement waiting time and the gas inflow reference pulse reception time, a gas inflow post-update waiting time calculation means for calculating a gas inflow post-update measurement waiting time by subtracting the waiting time calculation adjustment value from the gas inflow propagation time, and a waiting time replacement means for replacing the updated measurement waiting time with the gas inflow post-update measurement waiting time, and causes the computer to function again as the gas inflow pulse detection means and the gas inflow propagation time calculation means using the gas inflow post-update measurement waiting time.
本発明の一態様に係るガス流速測定装置は、ガスが流通する測定流路を形成する測定部と、前記測定流路へのガスの流入を調節する弁と、前記測定流路における上流側および下流側にそれぞれ配置された一対の超音波センサと、ガスの温度を測定する温度センサと、一方の前記超音波センサから発信された超音波が前記測定流路を伝搬する時間、および他方の前記超音波センサから発信された超音波が前記測定流路を伝搬する時間に基づいてガスの流速を算出する演算装置と、を備え、前記演算装置は、前記弁の開度を調節する開閉操作部と、前記弁が前記測定流路へのガスの流入を遮断した閉状態において、上流側の前記超音波センサから下流側の前記超音波センサに向かう順方向に、および、下流側の前記超音波センサから上流側の前記超音波センサに向かう逆方向に、複数個のパルスを含む前記超音波のパルス群を交互に発信させて前記測定流路内を伝搬させるセンサ動作部と、前記閉状態において、前記パルス群のうちの基準パルスが一方の前記超音波センサから発信されてから、前記パルス群のうちの前記基準パルスよりも伝搬方向前方側の先行パルスを他方の前記超音波センサで受信すると推定されるまでの時間である測定待ち時間初期値を設定する待ち時間初期値設定部と、前記閉状態において、前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までの基準パルス受信時間を検出するパルス検出部と、前記閉状態において、前記測定待ち時間初期値と前記基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスの伝搬時間を算出する伝搬時間算出部と、前記閉状態において、前記伝搬時間から、予め定めた待ち時間算出用調整値を減じて更新後測定待ち時間を算出する更新後待ち時間算出部と、前記閉状態において、前記測定待ち時間初期値を前記更新後測定待ち時間に置き換える待ち時間更新部と、を有し、前記パルス検出部は、前記更新後測定待ち時間を用いて前記基準パルス受信時間を再度検出し、かつ、前記伝搬時間算出部は、前記更新後測定待ち時間を用いて前記伝搬時間を再度算出し、前記演算装置は、前記弁が前記測定流路へガスを流入させている開状態において、前記一方の前記超音波センサから発信された前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信したと推定される時から、前記一方の前記超音波センサから発信された前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までのガス流入時基準パルス受信時間を検出するガス流入時パルス検出部と、前記開状態において、前記更新後測定待ち時間と前記ガス流入時基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスが伝搬する時間であるガス流入時伝搬時間を算出するガス流入時伝搬時間算出部と、前記開状態において、前記ガス流入時伝搬時間から、前記待ち時間算出用調整値を減じてガス流入時更新後測定待ち時間を算出するガス流入時更新後待ち時間算出部と、前記開状態において、前記更新後測定待ち時間を前記ガス流入時更新後測定待ち時間に置き換えるガス流入時待ち時間更新部と、をさらに有し、前記ガス流入時パルス検出部は、前記ガス流入時更新後測定待ち時間を用いて前記ガス流入時基準パルス受信時間を再度検出し、かつ、前記ガス流入時伝搬時間算出部は、前記ガス流入時更新後測定待ち時間を用いて前記ガス流入時伝搬時間を再度算出し、前記演算装置は、前記順方向の前記ガス流入時伝搬時間と前記逆方向の前記ガス流入時伝搬時間とに基づいて、前記測定流路におけるガスの流速を算出する流速算出部をさらに有する。 A gas flow velocity measuring device according to one aspect of the present invention comprises a measuring section forming a measurement flow path through which gas flows, a valve that adjusts the inflow of gas into the measurement flow path, a pair of ultrasonic sensors arranged on the upstream and downstream sides of the measurement flow path, a temperature sensor that measures the temperature of the gas, and a calculation device that calculates the flow velocity of the gas based on the time it takes for an ultrasonic wave emitted from one of the ultrasonic sensors to propagate through the measurement flow path and the time it takes for an ultrasonic wave emitted from the other ultrasonic sensor to propagate through the measurement flow path. The calculation device includes an opening/closing operation section that adjusts the opening degree of the valve, and a valve that alternately transmits a group of ultrasonic pulses including a plurality of pulses in a forward direction from the upstream ultrasonic sensor to the downstream ultrasonic sensor and in a reverse direction from the downstream ultrasonic sensor to the upstream ultrasonic sensor when the valve is in a closed state in which the inflow of gas into the measurement flow path is blocked. a sensor operation unit that propagates the pulse through a measurement flow path; a latency initial value setting unit that sets a measurement latency initial value, which is a time from when a reference pulse of the pulse group is transmitted from one of the ultrasonic sensors to when a leading pulse that is further forward in the propagation direction than the reference pulse of the pulse group is estimated to be received by the other ultrasonic sensor in the closed state; a pulse detection unit that detects a reference pulse reception time from when it is estimated that the leading pulse is received by the other ultrasonic sensor to when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor in the closed state; a propagation time calculation unit that calculates a propagation time of the pulse through the measurement flow path from the sum of the measurement latency initial value and the reference pulse reception time in the closed state; and an update unit that calculates an updated measurement latency by subtracting a predetermined latency calculation adjustment value from the propagation time in the closed state. the pulse detection unit detects the reference pulse reception time again using the updated measurement waiting time, and the propagation time calculation unit calculates the propagation time again using the updated measurement waiting time; and the arithmetic device includes a gas inflow pulse detection unit that detects a gas inflow reference pulse reception time from a time when the leading pulse transmitted from one of the ultrasonic sensors is estimated to be received by the other of the ultrasonic sensors to a time when the reference pulse transmitted from one of the ultrasonic sensors is received by the other of the ultrasonic sensors in an open state in which the valve is allowing gas to flow into the measurement flow path, and a propagation time update unit that calculates a propagation time of the reference pulse transmitted from the one of the ultrasonic sensors in the open state from a sum of the updated measurement waiting time and the gas inflow reference pulse reception time. The gas inflow propagation time calculation unit calculates a gas inflow propagation time, which is the time it takes for a pulse to propagate; a gas inflow post-update waiting time calculation unit calculates a gas inflow post-update measurement waiting time by subtracting the waiting time calculation adjustment value from the gas inflow propagation time in the open state; and a gas inflow waiting time update unit replaces the post-update measurement waiting time with the gas inflow post-update measurement waiting time in the open state. The gas inflow pulse detection unit detects the gas inflow reference pulse reception time again using the gas inflow post-update measurement waiting time, and the gas inflow propagation time calculation unit calculates the gas inflow propagation time again using the gas inflow post-update measurement waiting time. The arithmetic device further includes a flow velocity calculation unit that calculates the gas flow velocity in the measurement flow path based on the gas inflow propagation time in the forward direction and the gas inflow propagation time in the reverse direction.
本発明の一態様に係る酸素濃縮装置は、酸素含有ガスの流速を算出する上記のガス流速測定装置と、前記ガス流速測定装置を設けた濃縮装置本体と、を備え、前記演算装置は、前記酸素含有ガスの流速に基づき前記酸素含有ガスの流量および該酸素含有ガス中の酸素濃度を算出する流量濃度算出部をさらに有する。 An oxygen concentrator according to one aspect of the present invention includes the above-mentioned gas flow rate measurement device that calculates the flow rate of the oxygen-containing gas, and a concentrator main body provided with the gas flow rate measurement device, and the arithmetic device further includes a flow rate concentration calculation unit that calculates the flow rate of the oxygen-containing gas and the oxygen concentration in the oxygen-containing gas based on the flow rate of the oxygen-containing gas.
上記の伝搬測定方法等によれば、超音波の伝搬状況を正確に把握し、超音波の伝搬時間を正確に測定可能である。 The above-mentioned propagation measurement methods make it possible to accurately grasp the propagation conditions of ultrasonic waves and accurately measure the propagation time of ultrasonic waves.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(全体構成)
図1および図2に示すように、本実施形態の酸素濃縮装置1は、患者に酸素を供給する装置であり、外部から取り込んだ空気GAを濃縮し、高濃度(例えば、90%程度)の酸素含有ガスGを生成する。具体的には酸素濃縮装置1は、吸気フィルタ11、圧縮機12、窒素吸着機構13、タンク14、および筐体120(図1参照)を有する濃縮装置本体100と、濃縮装置本体100に組み込まれたガス流速測定装置15とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Overall composition)
1 and 2, the oxygen concentrator 1 of this embodiment is a device that supplies oxygen to a patient, concentrating air GA taken in from the outside to generate a high-concentration (e.g., about 90%) oxygen-containing gas G. Specifically, the oxygen concentrator 1 includes a concentrator
酸素濃縮装置1では、筐体120の背面に設けられた吸気フィルタ11を介して外部から取り込まれた空気GAを圧縮機12で圧縮し、圧縮された空気GAに含まれる窒素を窒素吸着機構13で触媒(図示省略)に吸着させて高濃度の酸素を含有する酸素含有ガス(酸素および窒素を含有するガス)Gを生成し、患者へ供給可能とする。以下、酸素含有ガスGを単に「ガスG」とする。
In the oxygen concentrator 1, air GA taken in from the outside through an
ここで図2に示すように窒素吸着機構13は一対の吸着塔13a、13bを備えている。一対の吸着塔13a、13bの中にはゼオライト等の触媒が充填されている。吸着塔13aおよび13bのうちの一方を加圧して触媒に窒素を吸着させ、他方を減圧して触媒に吸着されている窒素を放出し、次の加圧に備える。このように窒素吸着機構13では、一対の吸着塔13a、13bを交互に加圧および減圧させて高濃度の酸素が生成される。窒素吸着機構13で生成された高濃度の酸素はタンク14に蓄えられる。タンク14に蓄えられた酸素は、ガスGとしてガス流速測定装置15を通った後に患者に供給される。すなわち、本実施形態の酸素濃縮装置1はPSA(Pressure Swing Adsorption)方式を採用している。
As shown in FIG. 2, the
い
ここで酸素濃縮装置1の各構成部品は、不図示の制御ユニットによって統括的に制御される。制御ユニットは、CPU、RAM及びROMなどから構成され、各種制御を実行する。CPUは、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて各種機能を実現する。RAMは、CPUの作業領域として使用される。ROMは、CPUで実行されるプログラム(例えば後述の伝搬測定プログラム、ガス流速測定プログラム)を記憶する。
Here, each component part of the oxygen concentrator 1 is centrally controlled by a control unit (not shown). The control unit is composed of a CPU, RAM, ROM, etc., and executes various controls. The CPU is a so-called central processing unit, and executes various programs to realize various functions. The RAM is used as a working area for the CPU. The ROM stores programs executed by the CPU (for example, a propagation measurement program and a gas flow velocity measurement program, which will be described later).
図1に示すように筐体120は略直方体形状をなしている。筐体120には操作ボタン121、ディスプレイ122、および、ガス流速測定装置15に接続されてガスGを吐出する吐出チューブ(ゴムチューブ等)123が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
(ガス流速測定装置)
次にガス流速測定装置15の詳細について説明する。
ガス流速測定装置15は筐体120に組み込まれている。図2に示すように、ガス流速測定装置15はタンク14の下流側に設けられてガスGの流速を測定し、この流速に基づいてガスG中の酸素の濃度および流量を算出(測定)可能となっている。より具体的には図3に示すように、ガス流速測定装置15は超音波式の測定装置であって、測定部20と、温度センサ30と、演算装置40と、超音波センサ60と、圧力センサ70と、比例弁80とを備えている。
(Gas flow rate measuring device)
Next, the gas flow
The gas flow
(温度センサ)
温度センサ30は、装置基板50の表面上に設けられている。温度センサ30は、後述する測定流路Fを流通するガスGの温度を、例えば測定流路Fの下流側で測定可能となっている。
(Temperature Sensor)
The
(圧力センサ)
圧力センサ70は、温度センサ30と同様に装置基板50の表面上に設けられている。圧力センサ70は後述する測定流路Fを流通するガスGの圧力を、例えば測定流路Fの上流側で測定可能となっている。圧力センサ70で測定されたガスGの圧力は、例えば後述する演算装置40における演算において、圧力によって変動し得る定数を確定する際に用いられる。
(Pressure Sensor)
The
(測定部)
測定部20は、温度センサ30および圧力センサ70と同様に装置基板50の表面上に設けられている。測定部20はタンク14(図3参照)からのガスGが流通する測定流路Fを内側に形成する円筒状をなしている。また測定部20において測定流路Fの上流側の端には測定流路FにガスGを導入する導入流路24が形成され、測定流路Fの下流側の端には測定流路FからガスGを導出する導出流路25が形成されている。導入流路24および導出流路25は測定流路Fの延びる方向に対して直交する方向に装置基板50の表面に沿って延びている。測定部20は、例えばABS樹脂等の樹脂材料によって形成されている。
(Measuring unit)
The
(比例弁)
比例弁80は、装置基板50の表面上に配置されて導入流路24のさらに上流側に設けられている。比例弁80は、濃縮装置本体100の操作ボタン121(図1参照)で指定された数値に基づいて開閉されることで測定流路Fを流通するガスGの流量を制御する。
(Proportional valve)
The
(超音波センサ)
超音波センサ60は一対が設けられ、測定流路Fの上流側および下流側に一つずつ配置されている。超音波センサ60同士は測定流路Fの延びる方向に対向して配置されている。各々の超音波センサ60は超音波を発信および受信可能な送受信器である超音波素子(不図示)を有している。測定流路Fの上流側の超音波センサ60Aから発信された超音波は、測定流路Fの下流側の超音波センサ60Bによって受信可能となっている。一方で、測定流路Fの下流側の超音波センサ60Bから発信された超音波は、測定流路Fの上流側の超音波センサ60Aによって受信可能となっている。各々の超音波センサ60には不図示のコンパレータ回路が接続され、受信した超音波が矩形波に変換される。
(Ultrasonic sensor)
A pair of
図4に示すように、超音波センサ60は複数個のパルスPUを含む超音波のパルス群PGを発信するようになっている。パルス群PGは、上流側の超音波センサ60A、および下流側の超音波センサ60Bから交互に発信される。本実施形態においてパルス群PGには例えば5個以上のパルスPUが含まれている。
As shown in FIG. 4, the
以下、上流側の超音波センサ60Aから下流側に向けて発信されるパルス群PGの伝搬方向を順方向とし、下流側の超音波センサ60Bから上流側に向けて発信されるパルス群PGの伝搬方向を逆方向とする。パルス群PGの伝搬方向は、測定流路Fの延びる方向、すなわち測定部20の長手方向に一致する。なおパルス群PGの伝搬方向は測定部20の長手方向に交差していてもよく、少なくとも測定流路Fの上流側(下流側)から下流側(上流側)に向かう成分をパルス群PGが有していればよい。
Hereinafter, the propagation direction of the pulse group PG emitted from the upstream
またパルス群PGにおけるN1個目のパルスPUを基準パルスPU1と呼び、基準パルスPU1よりも伝搬方向の前方側のパルスPUであるN2個目のパルスPUを先行パルスPU2とする。本実施形態では一例としてN1=5、N2=4の場合について説明する。すなわち基準パルスPU1はパルス群PGのうちの5個目のパルスPUを示し、先行パルスPU2はパルス群PGのうちの4個目のパルスPUを示す。 In addition, the N1 -th pulse PU in the pulse group PG is called a reference pulse PU1, and the N2- th pulse PU, which is a pulse PU ahead of the reference pulse PU1 in the propagation direction, is called a leading pulse PU2. In this embodiment, as an example, a case where N1 = 5 and N2 = 4 will be described. That is, the reference pulse PU1 indicates the fifth pulse PU in the pulse group PG, and the leading pulse PU2 indicates the fourth pulse PU in the pulse group PG.
(演算装置)
演算装置40は計算機であって、CPU、RAM及びROMなどから構成されている。CPUはいわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて各種機能を実現する。RAMはCPUの作業領域として使用される。ROMはCPUで実行されるプログラムを記憶する。演算装置40は、例えば装置基板50の表面とは反対側の裏面に電気的に接続されている(図3参照)。
(Calculation device)
The
図5に示すように、演算装置40は開閉操作部200と、センサ動作部201と、待ち時間初期値設定部202と、初期パルス検出部203と、初期伝搬時間算出部204と、初期更新後待ち時間算出部205と、初期待ち時間判断部206と、初期待ち時間補正部207と、初期待ち時間更新部208と、ガス流入時パルス検出部220と、ガス流入時伝搬時間算出部221と、ガス流入時更新後待ち時間算出部222と、ガス流入時待ち時間判断部223と、ガス流入時待ち時間補正部224と、ガス流入時待ち時間更新部225と、流速算出部226と、流量濃度算出部227と、を有している。
As shown in FIG. 5, the
開閉操作部200は比例弁80の開度を調節し、ガスGの測定流路Fへの流入量を変化させる。
初期センサ動作部201は超音波センサ60を動作させ、上記の通り順方向および逆方向に交互にパルス群PGを発信させて測定流路F内を伝搬させる。
The opening/
The initial
〈初期動作〉
待ち時間初期値設定部202は、比例弁80が測定流路FへのガスGの流入を遮断した状態(以下、閉状態とする)において、基準パルスPU1が一方の超音波センサ60から発信されてから、先行パルスPU2を他方の超音波センサで受信すると推定されるまでの時間である測定待ち時間初期値t1invを設定する。測定待ち時間初期値t1invは、順方向および逆方向の両方のパルス群PGに対してそれぞれ設定される。
<Initial operation>
The latency initial
本実施形態では測定待ち時間初期値t1inv〔μs〕は、温度センサ30で測定したガスGの温度をTgas〔℃〕、ガスGの分子量をM〔g/mol〕、ガスGの比熱比をk、気体定数をR、絶対零度をT0〔℃〕、測定流路F内の音速をc〔m/s〕、測定流路Fにおける超音波の伝搬方向の長さL〔m〕としたとき、以下の式(1)、(2)によって算出されて設定される。なお、分子量M、比熱比k、気体定数R、絶対零度T0、および測定流路Fの長さL等の定数は演算装置40に予め記憶されている。
初期パルス検出部203は、上記閉状態において、先行パルスPU2を他方の超音波センサ60で受信すると推定される時、すなわち測定待ち時間初期値t1invの経過時から、基準パルスPU1を他方の超音波センサ60で受信する時までの基準パルス受信時間t2〔μs〕を外部割込みによって検出する。外部割込みは、先行パルスPU2を他方の超音波センサ60で受信すると推定される時、すなわち先行パルスPU2の振幅が最大となっている間に開始する。また外部割込み開始後、基準パルスPU1の振幅が最小から最大に転じるタイミング(基準パルスPU1検知タイミング)で基準パルスPU1が検出される。この外部割り込み開始から基準パルスPU1検知タイミングまでとなる基準パルス受信時間t2は、順方向および逆方向の両方のパルス群PGに対してそれぞれ検出される。
本実施形態では初期パルス検出部203は、複数個(例えば10個)のパルス群PGに対してそれぞれ基準パルスPU1を検出する。すなわち、同じ測定待ち時間初期値t1invを用いて、基準パルスPU1の検出を複数回実行する。
In the above-mentioned closed state, the initial
In this embodiment, the initial
初期伝搬時間算出部204は、上記閉状態において、測定待ち時間初期値t1invと基準パルス受信時間t2との和から、測定流路FにおけるパルスPUの伝搬時間t3〔μs〕を算出する。伝搬時間t3は順方向および逆方向の両方のパルス群PGに対してそれぞれ算出される。以下、順方向のパルスPUの伝搬時間をt3(f)とし、逆方向のパルスPUの伝搬時間をt3(b)とする。
In the closed state, the initial propagation
本実施形態では初期伝搬時間算出部204は、複数個(例えば10個)のパルス群PGに対してそれぞれ測定待ち時間初期値t1invと基準パルス受信時間t2との和を算出する。すなわち、同じ測定待ち時間初期値t1invを用いて、以下の式(3)の通り測定待ち時間初期値t1invと基準パルス受信時間t2との和である値t3msrの算出を複数回実行する。
初期更新後待ち時間算出部205は、上記閉状態において、以下の式(4)によって伝搬時間t3から予め定めた待ち時間算出用調整値tinv_ost〔μs〕を減じて更新後測定待ち時間t1を算出する。更新後測定待ち時間t1は順方向および逆方向の両方のパルス群PGに対してそれぞれ算出される。
ここで、上記の通り基準パルスPU1がパルス群PGのうちのN1個目のパルスPUであり、先行パルスPU2がパルス群PGのうちのN2個目のパルスである場合、パルスPUの周期をXとしたとき、待ち時間算出用調整値tinv_ostは、以下の式(5)によって算出される。
なお先行パルスPU2が他方の超音波センサ60で受信されたと推定される時は、少なくとも先行パルスPU2の振幅が最大となっている範囲内であればよいので、例えば待ち時間算出用調整値tinv_ostは、以下の式(6)を満たす数値であればよい。
Here, as described above, when the reference pulse PU1 is the N1th pulse PU of the pulse group PG and the leading pulse PU2 is the N2th pulse of the pulse group PG, when the period of the pulse PU is X, the waiting time calculation adjustment value t inv_ost is calculated by the following equation (5).
When it is estimated that the leading pulse PU2 has been received by the other
初期待ち時間判断部206は、上記閉状態において、更新後測定待ち時間t1が予め定めた範囲内の値であるか否かを判断する。ガスGの流れが無い状況では、更新後測定待ち時間t1はある程度予定された範囲内に収まるはずだからである。
The initial waiting
初期待ち時間補正部207は、上記閉状態において、更新後測定待ち時間t1が予め定めた範囲外の値である場合にのみ、更新後測定待ち時間t1に予め定めた待ち時間補正値tc_ostを加算することで更新後測定待ち時間t1を補正する。待ち時間補正値tc_ostは、正の値および負の値のいずれの場合も存在する。
In the closed state, only when the updated measurement waiting time t1 is outside a predetermined range, the initial waiting
そして初期待ち時間補正部207はまず、順方向のパルスPUの伝搬時間t3(f)と逆方向のパルスPUの伝搬時間t3(b)との差分が予め定められた最大値よりも大きくなる場合に、逆方向のパルスPUにおける更新後測定待ち時間t1(b)を順方向のパルスPUにおける更新後測定待ち時間t1(f)に一致させるか、または、順方向のパルスPUにおける更新後測定待ち時間t1(f)を逆方向のパルスPUにおける更新後測定待ち時間t1(b)に一致させるような待ち時間補正値tc_ostを更新後測定待ち時間t1に加算する。ここで、順方向のパルスPUの伝搬時間t3(f)と逆方向のパルスPUの伝搬時間t3(b)との差分の最大値とは、酸素濃縮装置1の仕様に基づいて定まる値であって、測定流路Fを流れるガスGの流速の最大値、および測定流路Fの長さL等によって定まる値である。
Then, when the difference between the forward propagation time t3 (f) of the pulse PU and the reverse propagation time t3 (b) of the pulse PU is greater than a predetermined maximum value, the initial waiting
次に初期待ち時間補正部207は、初期伝搬時間算出部204で更新後測定待ち時間t1を用いて算出された順方向のパルスPUの伝搬時間t3(f)と逆方向のパルスPUの伝搬時間t3(b)とから求められる測定流路Fにおける音速c1を、以下の式(7)によって算出するとともに以下の式(8)によってガスGの分子量M1を算出する。
そしてこのような分子量に基づく待ち時間補正値tc_ostは、パルスPUの周期をXとしたとき、例えば以下の式(9)によって算出される。
Such a waiting time correction value t c_ost based on the molecular weight is calculated, for example, by the following formula (9), where X is the period of the pulse PU.
初期待ち時間更新部208は、上記閉状態において、測定待ち時間初期値t1invを更新後測定待ち時間t1に置き換える。
In the closed state, the initial waiting
〈初期動作〉
ガス流入時パルス検出部220は、比例弁80が測定流路FへガスGを流入させている状態(以下、開状態とする)において、先行パルスPU2を他方の超音波センサ60で受信すると推定される時から、基準パルスPU1を他方の超音波センサ60での受信する時までのガス流入時基準パルス受信時間t2Xを外部割込みによって検出する。外部割込みは、先行パルスPU2を他方の超音波センサ60で受信すると推定される時、すなわち先行パルスPU2の振幅が最大となっている間に開始する。また、基準パルスPU1の振幅が最小から最大に転じるタイミングで基準パルスPU1が検出される。ガス流入基準パルス受信時間t2Xは、順方向および逆方向の両方のパルス群PGに対してそれぞれ検出される。
本実施形態ではガス流入時パルス検出部220は、複数個(例えば10個)のパルス群PGに対してそれぞれ基準パルスPU1を検出する。すなわち、同じ更新後測定待ち時間t1を用いて、基準パルスPU1の検出を複数回実行する。
<Initial operation>
The gas inflow
In this embodiment, the gas inflow
ガス流入時伝搬時間算出部221は、上記開状態において、以下の式(10)によって更新後測定待ち時間t1とガス流入時基準パルス受信時間t2Xとの和から、測定流路FにおけるパルスPUが伝搬する時間であるガス流入時伝搬時間t3Xを算出する。ガス流入時伝搬時間t3Xは順方向および逆方向の両方のパルス群PGに対してそれぞれ算出される。以下、順方向のパルスPUのガス流入時伝搬時間をt3X(f)とし、逆方向のパルスPUのガス流入時伝搬時間をt3X(b)とする。
In the above open state, the gas inflow propagation
本実施形態ではガス流入時伝搬時間算出部221は、複数個(例えば10個)のパルス群PGに対してそれぞれ更新後測定待ち時間t1とガス流入時基準パルス受信時間t2Xとの和を算出する。すなわち、同じ更新後測定待ち時間t1を用いて、以下の式(10)によって更新後測定待ち時間t1と基準パルス受信時間t2Xとの和である値t3Xmsrの算出を複数回実行する。
ガス流入時更新後待ち時間算出部222は、上記開状態において、以下の式(11)によってガス流入時伝搬時間t3Xから上記の待ち時間算出用調整値tinv_ostを減じてガス流入時更新後測定待ち時間t1Xを算出する。ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xは順方向および逆方向の両方のパルス群PGに対してそれぞれ算出される。
ガス流入時待ち時間判断部223は、上記開状態において、ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xが予め定めた範囲内の値であるか否かを判断する。
The gas inflow waiting
ガス流入時待ち時間補正部224は、上記開状態において、ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xが予め定めた範囲外の値である場合にのみ、ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xに上記の待ち時間補正値tc_ostを加算することでガス流入時更新後測定待ち時間t1Xを補正する。
そして初期待ち時間補正部207と同様に、ガス流入時待ち時間補正部224はまず、順方向のパルスPUのガス流入時伝搬時間t3X(f)と逆方向のパルスPUのガス流入時伝搬時間t3X(b)との差分が予め定められた最大値よりも大きくなる場合に、逆方向のパルスPUにおけるガス流入時更新後測定待ち時間t1X(b)を順方向のパルスPUにおけるガス流入時更新後測定待ち時間t1X(f)に一致させるか、または、順方向のパルスPUにおける更新後測定待ち時間t1X(f)を逆方向のパルスPUにおける更新後測定待ち時間t1X(b)に一致させるような待ち時間補正値tc_ostを更新後測定待ち時間t1Xに加算する。
In the above-mentioned open state, the gas inflow waiting
Then, similarly to the initial
次にガス流入時待ち時間補正部224は、ガス流入時伝搬時間算出部221でガス流入時更新後測定待ち時間t1Xを用いて算出された順方向のパルスPUのガス流入時伝搬時間t3X(f)と逆方向のパルスPUのガス流入時伝搬時間t3X(b)とから求められる測定流路Fにおける音速c1Xを、以下の式(12)によって算出するとともに以下の式(13)によってガスGの分子量M1Xを算出する。
ガス流入時待ち時間更新部225は、上記開状態において、更新後測定待ち時間t1をガス流入時更新後測定待ち時間t1Xに置き換える。
In the open state, the gas inflow waiting
流速算出部226は、以下の式(14)によって順方向のガス流入時伝搬時間t3X(f)と逆方向のガス流入時伝搬時間t3X(b)とに基づいて、測定流路Fにおけるガスの流速v〔m/s〕を算出する。
流量濃度算出部227は、以下の式(15)によって流速算出部226で算出したガスGの流速に基づきガスGの流量Q〔m3/s〕を算出する。なお測定流路Fにおける流路断面積をA〔m2〕とする。算出された流量Qが予め設定された流量となるように、上記の制御ユニットによって比例弁80が制御されるようになっている。
また流量濃度算出部227は、上記の分子量M1Xを基に以下の式(16)によってガスG中の酸素濃度PO2〔%〕を算出する。なおMO2〔g/mol〕は酸素の分子量であり、MN2〔g/mol〕は窒素の分子量である。MO2=32、MN2=28である。算出された酸素濃度が予め設定された値となるように上記の制御ユニットによって酸窒素吸着機構13が制御されるようになっている。
次に図6および図7を参照して、ガス流速測定プログラム(ガス流速測定方法)を実行する際の手順を説明する。
図6に示すように、はじめに測定流路FへのガスGの流入を遮断した状態とする。すなわち開閉操作部(ガス遮断手段)200によって比例弁80を閉状態とする(ステップS1)。
次に伝搬測定プログラム(伝搬測定方法)を、測定流路FへのガスGの流入を遮断した状態において実行する(ステップS2)。
Next, a procedure for executing the gas flow rate measurement program (gas flow rate measurement method) will be described with reference to FIGS.
6, first, the inflow of gas G into the measurement flow path F is blocked. That is, the
Next, the propagation measurement program (propagation measurement method) is executed in a state where the inflow of gas G into the measurement flow path F is blocked (step S2).
ステップS2では、まず待ち時間初期値設定部202によって、上記の測定待ち時間初期値t1invを設定する(ステップS21)。そしてステップS1の実行後、所定時間経過後にセンサ動作部によって超音波センサ60を動作させ、順方向および逆方向に交互にパルス群PGを発信させ、初期パルス検出部203で基準パルス受信時間t2を検出し、初期伝搬時間算出部204によって測定流路FにおけるパルスPUの伝搬時間t3を算出する(ステップS22)。
In step S2, first, the above-mentioned measurement waiting time initial value t1inv is set by the waiting time initial value setting unit 202 (step S21). Then, after a predetermined time has elapsed since execution of step S1, the sensor operation unit operates the
さらにステップS2では、初期更新後待ち時間算出部205が更新後測定待ち時間t1を算出し、初期待ち時間判断部206が、更新後測定待ち時間t1が予め定めた範囲内の値であるか否かを判断する。更新後測定待ち時間t1が予め定めた範囲外の値である場合には、初期待ち時間補正部207が更新後測定待ち時間t1を補正する。
Furthermore, in step S2, the initial post-update waiting
具体的には、更新後測定待ち時間t1の判断では、まず順方向のパルスPUの伝搬時間t3(f)と逆方向のパルスPUの伝搬時間t3(b)との差分が予め定められた最大値よりも大きくなるか否かが判断される(ステップS23)。ステップS23において伝搬時間t3(f)と伝搬時間t3(b)との差分が予め定められた最大値よりも大きくなると判断された場合に更新後測定待ち時間t1を補正する(ステップS24)。一方でステップS24において伝搬時間t3(f)と伝搬時間t3(b)との差分が予め定められた最大値以下となると判断された場合、分子量M1が予め定められた最大分子量よりも大きいか否か、および分子量M1が予め定められた最小分子量よりも小さいか否かが判断される(ステップS25)。分子量M1が予め定められた最大分子量よりも大きいか、または分子量M1が予め定められた最小分子量よりも小さい場合に更新後測定待ち時間t1を補正する(ステップS26)。ステップS24およびステップS26で更新後測定待ち時間t1を補正した後、再度ステップS22に戻って伝搬時間t3を算出し、再度、更新後測定待ち時間t1の補正の有無を判断する。ステップS22~ステップS26は、更新後測定待ち時間t1が予め定めた範囲内の値となるまで繰り返される。 Specifically, in determining the post-update measurement waiting time t1 , first, it is determined whether the difference between the forward pulse PU propagation time t3 (f) and the reverse pulse PU propagation time t3 (b) is greater than a predetermined maximum value (step S23). If it is determined in step S23 that the difference between the propagation time t3 (f) and the propagation time t3 (b) is greater than a predetermined maximum value, the post-update measurement waiting time t1 is corrected (step S24). On the other hand, if it is determined in step S24 that the difference between the propagation time t3 (f) and the propagation time t3 (b) is equal to or less than a predetermined maximum value, it is determined whether the molecular weight M1 is greater than a predetermined maximum molecular weight and whether the molecular weight M1 is smaller than a predetermined minimum molecular weight (step S25). If the molecular weight M1 is greater than the predetermined maximum molecular weight or if the molecular weight M1 is smaller than the predetermined minimum molecular weight, the post-update measurement waiting time t1 is corrected (step S26). After correcting the post-update measurement waiting time t1 in steps S24 and S26, the process returns to step S22 to calculate the propagation time t3 and again determines whether or not to correct the post-update measurement waiting time t1 . Steps S22 to S26 are repeated until the post-update measurement waiting time t1 becomes a value within a predetermined range.
さらにステップS2において更新後測定待ち時間t1が予め定めた範囲内の値である場合には、初期待ち時間更新部208が測定待ち時間初期値t1invを更新後測定待ち時間t1に置き換える(ステップS27)。ステップS27の後に伝搬時間t3を再度算出し(ステップS28)、伝搬測定プログラム(ステップS2)を終了する。
Furthermore, if the updated measurement waiting time t1 is within a predetermined range in step S2, the initial waiting
伝搬測定プログラム(ステップS2)の実行後、図7に示すように測定流路FへガスGを流入させる。すなわち開閉操作部(ガス遮断手段)200によって比例弁80を開状態とする(ステップS3)。この際、比例弁80は所定の開度で保持された状態とし、所定の流量でガスGが測定流路Fに流入している状態とする。
After the propagation measurement program (step S2) is executed, gas G is caused to flow into the measurement flow path F as shown in FIG. 7. That is, the
次に、センサ動作部201によって超音波センサ60を動作させ、順方向および逆方向に交互にパルス群PGを発信させ、ガス流入時パルス検出部220でガス流入時基準パルス受信時間t2Xを検出し、ガス流入時伝搬時間算出部221によって測定流路FにおけるパルスPUのガス流入時伝搬時間t3Xを算出する(ステップS4)。
Next, the
その後、ガス流入時更新後待ち時間算出部222がガス流入時更新後測定待ち時間t1Xを算出し、ガス流入時待ち時間判断部223が、ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xが予め定めた範囲内の値であるか否かを判断する。ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xが予め定めた範囲外の値である場合には、ガス流入時待ち時間補正部224がガス流入時更新後測定待ち時間tXを補正する。
Thereafter, the gas inflow post-update waiting
具体的には、ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xの判断では、まず順方向のパルスPUのガス流入時伝搬時間t3X(f)と逆方向のパルスPUのガス流入時伝搬時間t3X(b)との差分が予め定められた最大値よりも大きくなるか否かが判断される(ステップS5)。ステップS5においてガス流入時伝搬時間t3(f)とガス流入時伝搬時間t3(b)との差分が予め定められた最大値よりも大きくなると判断された場合にガス流入時更新後測定待ち時間t1Xを補正する(ステップS6)。一方でステップS6においてガス流入時伝搬時間t3(f)とガス流入時伝搬時間t3(b)との差分が予め定められた最大値以下となると判断された場合、分子量M1Xが予め定められた最大分子量よりも大きいか否か、および分子量M1Xが予め定められた最小分子量よりも小さいか否かが判断される(ステップS7)。分子量M1Xが予め定められた最大分子量よりも大きいか、または分子量M1Xが予め定められた最小分子量よりも小さい場合に、ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xを補正する(ステップS8)。ステップS6およびステップS8でガス流入時更新後測定待ち時間t1Xを補正した後、再度ステップS4に戻ってガス流入時伝搬時間t3Xを算出し、再度、ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xの補正の有無を判断する。ステップS4~ステップS8は、ガス流入時更新後測定待ち時間t1Xが予め定めた範囲内の値となるまで繰り返される。 Specifically, in determining the measurement waiting time t1X after gas inflow update, first, it is determined whether the difference between the gas inflow propagation time t3X (f) of the forward pulse PU and the gas inflow propagation time t3X (b) of the reverse pulse PU is greater than a predetermined maximum value (step S5). If it is determined in step S5 that the difference between the gas inflow propagation time t3 (f) and the gas inflow propagation time t3 (b) is greater than a predetermined maximum value, the measurement waiting time t1X after gas inflow update is corrected (step S6). On the other hand, if it is determined in step S6 that the difference between the gas inflow propagation time t3 (f) and the gas inflow propagation time t3 (b) is equal to or less than a predetermined maximum value, it is determined whether the molecular weight M1X is greater than a predetermined maximum molecular weight and whether the molecular weight M1X is smaller than a predetermined minimum molecular weight (step S7). When the molecular weight M 1X is larger than a predetermined maximum molecular weight or smaller than a predetermined minimum molecular weight, the measurement waiting time t 1X after updating at the time of gas inflow is corrected (step S8). After the measurement waiting time t 1X after updating at the time of gas inflow is corrected in steps S6 and S8, the flow returns to step S4 again to calculate the gas inflow propagation time t 3X , and again it is determined whether or not the measurement waiting time t 1X after updating at the time of gas inflow needs to be corrected. Steps S4 to S8 are repeated until the measurement waiting time t 1X after updating at the time of gas inflow becomes a value within a predetermined range.
さらにガス流入時更新後測定待ち時間t1Xが予め定めた範囲内の値である場合には、ガス流入時待ち時間更新部225は、更新後測定待ち時間t1をガス流入時更新後測定待ち時間t1Xに置き換える(ステップS9)。ステップS9の後に流速算出部226が順方向のガス流入時伝搬時間t3X(f)と逆方向の前記ガス流入時伝搬時間t3X(b)とに基づいて、測定流路FにおけるガスGの流速を算出し(ステップS10)、流量濃度算出部227がガスGの流量およびガスG中の酸素濃度を算出する(ステップS11)。なおステップS10、S11はステップS9の前に実行されてもよい。
Furthermore, if the measurement waiting time t 1X after updating at the time of gas inflow is within a predetermined range, the gas inflow waiting
ステップS11の後、再度ステップS4に戻ってガス流入時伝搬時間t3Xの算出を連続的に繰り返す。ガス流速測定プログラムは比例弁80の開度を変更しつつ、実行可能となっている。なお比例弁8の開閉制御は、ガス流速測定プログラムにエラーが出ない範囲(適用できる範囲)で、ガスGの流量の急激な変化を避けつつ実行される。
After step S11, the process returns to step S4 to continuously repeat the calculation of the gas inflow propagation time t3X . The gas flow rate measurement program can be executed while changing the opening of the
以上説明した本実施形態の酸素濃縮装置1では、はじめに測定待ち時間初期値t1invを設定した後は、測定待ち時間初期値t1invと基準パルス受信時間t2との和から算出した伝搬時間t3を基にして、測定待ち時間初期値t1invを更新後測定待ち時間t1に置き換えて伝搬時間t3を算出する。その後同様にして、算出した伝搬時間t3から更新後測定待ち時間t1の更新、置き換えを繰り返しつつ伝搬時間t3、およびガス流入時伝搬時間t3Xを算出する。したがって、常に実際のパルスPUの伝搬状況に合わせて、より正確に伝搬時間t3、およびガス流入時伝搬時間t3Xを算出することができる。よって、伝搬時間t3、およびガス流入時伝搬時間t3Xから超音波の伝搬状況を正確に把握でき、超音波の伝搬時間を正確に測定可能となり、結果的に、ガスGの流速、流量、および濃度の測定精度を向上可能である。 In the oxygen concentrator 1 of the present embodiment described above, after first setting the measurement waiting time initial value t1inv , the measurement waiting time initial value t1inv is replaced with the updated measurement waiting time t1 based on the propagation time t3 calculated from the sum of the measurement waiting time initial value t1inv and the reference pulse reception time t2 , and the propagation time t3 is calculated. In the same manner, the propagation time t3 and the gas inflow propagation time t3X are calculated while repeatedly updating and replacing the updated measurement waiting time t1 from the calculated propagation time t3 . Therefore, the propagation time t3 and the gas inflow propagation time t3X can be calculated more accurately in accordance with the actual propagation situation of the pulse PU at all times. Therefore, the propagation situation of the ultrasonic wave can be accurately grasped from the propagation time t3 and the gas inflow propagation time t3X , and the propagation time of the ultrasonic wave can be accurately measured, and as a result, the measurement accuracy of the flow rate, flow rate, and concentration of the gas G can be improved.
さらに測定待ち時間初期値t1inv、更新後測定待ち時間t1、およびガス流入時更新後測定待ち時間t1Xが予め定めた範囲内の値となるまで、これらの値を補正してから伝搬時間t3およびガス流入時伝搬時間t3Xを再度算出するため、さらに伝搬時間t3およびガス流入時伝搬時間t3Xの測定精度を向上させることができる。本実施形態ではさらに、更新後測定待ち時間t1およびガス流入時更新後測定待ち時間t1Xが予め定めた範囲内の値になるまで、これらの補正を繰り返すため、さらなる伝搬時間t3およびガス流入時伝搬時間t3Xの測定精度の向上が可能である。 Furthermore, until the measurement wait time initial value t1inv , the updated measurement wait time t1 , and the post-update measurement wait time t1X at gas inflow are within a predetermined range, these values are corrected and then the propagation time t3 and the gas inflow propagation time t3X are calculated again, so that the measurement accuracy of the propagation time t3 and the gas inflow propagation time t3X can be further improved. Furthermore, in this embodiment, these corrections are repeated until the post-update measurement wait time t1 and the post-update measurement wait time t1X at gas inflow are within a predetermined range, so that the measurement accuracy of the propagation time t3 and the gas inflow propagation time t3X can be further improved.
そして測定待ち時間初期値t1inv、更新後測定待ち時間t1、およびガス流入時更新後測定待ち時間t1Xの補正の有無は、順方向と逆方向のパルスPUの伝搬時間t3(ガス流入時伝搬時間t3X)の差分に基づいて判断された後に、ガスGの分子量M1、M1Xに基づいて判断されることにより二段階で判断される。したがって更新後測定待ち時間t1およびガス流入時更新後測定待ち時間t1Xの補正の有無の判断の正確性を向上させることができる。 The determination of whether or not to correct the measurement wait time initial value t1inv , the post-update measurement wait time t1 , and the post-update measurement wait time t1X at gas inflow is made in two stages, by first determining based on the difference between the propagation times t3 of the forward and reverse pulses PU (propagation time at gas inflow t3X ), and then determining based on the molecular weights M1 , M1X of the gas G. This makes it possible to improve the accuracy of the determination of whether or not to correct the post-update measurement wait time t1 and the post-update measurement wait time t1X at gas inflow.
ここで例えば、酸素濃縮装置1の運転を停止した直後はタンク14内のガスGの酸素濃度が高まっている。酸素濃縮装置1の運転停止後に時間が経過すると測定流路F内のガスGの酸素濃度が低下し、大気と同程度の酸素濃度となる。この状態で酸素濃縮装置1の運転を開始すると、測定流路F内にタンク14内の酸素濃度の高いガスGが一気に流入する。すると、測定される伝搬時間t3は本来の値よりも短くなってしまうため、この伝搬時間t3から算出した分子量M1は上記の最小分子量よりも小さい値となり得る。よって上記の通り更新後測定待ち時間t1の補正が必要となる。
For example, the oxygen concentration of the gas G in the
また、例えば酸素濃縮装置1の運転を停止した後、測定流路F内に高温、高湿、低圧の大気が存在する場合、測定流路F内のガスGの分子量が空気の平均分子量28.9よりも小さくなるため、上記の通り設定した測定待ち時間初期値t1invよりも実際の測定待ち時間初期値は小さくなる。すると測定される伝搬時間t3は本来の値よりも長くなってしまうため、この伝搬時間t3から算出した分子量M1は上記の最大分子量よりも大きい値となり得る。よって上記の通り更新後測定待ち時間t1の補正が必要となる。 Furthermore, for example, when high temperature, high humidity, and low pressure air is present in the measurement flow path F after the operation of the oxygen concentrator 1 is stopped, the molecular weight of the gas G in the measurement flow path F becomes smaller than the average molecular weight of air, 28.9, so the actual measurement wait time initial value becomes smaller than the measurement wait time initial value t1inv set as described above. In this case, the measured propagation time t3 becomes longer than the actual value, so the molecular weight M1 calculated from this propagation time t3 may become larger than the maximum molecular weight described above. Therefore, it is necessary to correct the measurement wait time t1 after updating as described above.
したがって分子量に基づく測定待ち時間初期値t1inv、更新後測定待ち時間t1、およびガス流入時更新後測定待ち時間t1Xの補正の判断が行われることで、上記のような測定流路F内の状態によって変動してしまう測定待ち時間初期値t1inv、更新後測定待ち時間t1、およびガス流入時更新後測定待ち時間t1Xを、より正確な値に補正した状態で伝搬時間t3(ガス流入時伝搬時間t3X)を算出、測定することができる。 Therefore, by determining whether to correct the measurement waiting time initial value t 1inv , the updated measurement waiting time t 1 , and the updated measurement waiting time t 1X at gas inflow based on molecular weight, the measurement waiting time initial value t 1inv , the updated measurement waiting time t 1, and the updated measurement waiting time t 1X at gas inflow, which fluctuate depending on the state within the measurement flow path F as described above, can be corrected to more accurate values and the propagation time t 3 ( propagation time at gas inflow t 3X ) can be calculated and measured.
また待ち時間算出用調整値tinv_ostが上記式(5)によって算出される。すなわち、本実施形態においては、待ち時間算出用調整値をtinv_ostはパルスPUの1/2周期分(12.5〔μs〕)である。よって、先行パルスPU2の振幅が最大となっている時を更新後測定待ち時間t1、およびガス流入時更新後測定待ち時間t1Xの終期とすることができる。よって、更新後測定待ち時間t1、およびガス流入時更新後測定待ち時間t1Xを正確に設定できる。 Further, the waiting time calculation adjustment value t inv_ost is calculated by the above formula (5). That is, in this embodiment, the waiting time calculation adjustment value t inv_ost is 1/2 the period of the pulse PU (12.5 [μs]). Therefore, the time when the amplitude of the leading pulse PU2 is maximum can be set as the end of the post-update measurement waiting time t 1 and the post-update measurement waiting time t 1X during gas inflow. Therefore, the post-update measurement waiting time t 1 and the post-update measurement waiting time t 1X during gas inflow can be set accurately.
また伝搬時間t3およびガス流入時伝搬時間t3Xが、上記の通り同一条件下サンプル値群から該同一条件下サンプル値群の中央値以外の少なくとも一部を除いた平均値に設定される。よって伝搬時間t3およびガス流入時伝搬時間t3Xを算出する際のノイズを排除できるため、伝搬時間t3およびガス流入時伝搬時間t3Xの精度をさらに高めることができる。 Furthermore, the propagation time t3 and the gas inflow propagation time t3X are set to the average value obtained by removing at least a part of the values other than the median value from the group of values sampled under the same conditions as described above. This makes it possible to eliminate noise when calculating the propagation time t3 and the gas inflow propagation time t3X , thereby further improving the accuracy of the propagation time t3 and the gas inflow propagation time t3X .
ここで本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、基準パルスPU1および先行パルスPU2をパルス群Gのうちのいずれに設定するかについては特に限定されない。例えば基準パルスPU1を5個目のパルスPUとし、先行パルスPU2を3個目のパルスPUとしてもよい。また、パルス群PGのうちの1個目や2個目のパルスPUの強度が十分であれば、1個目や2個目のパルスPUを先行パルスPU2や基準パルスPU1としてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention.
For example, there is no particular limitation as to which of the pulse group G the reference pulse PU1 and the leading pulse PU2 are set to. For example, the reference pulse PU1 may be the fifth pulse PU, and the leading pulse PU2 may be the third pulse PU. Also, if the intensity of the first or second pulse PU of the pulse group PG is sufficient, the first or second pulse PU may be the leading pulse PU2 or the reference pulse PU1.
さらに、更新後測定待ち時間t1(ガス流入時更新後測定待ち時間t1X)が予め定めた範囲内の値であるか否かを判断するステップでは、順方向と逆方向とにおける伝搬時間t3(ガス流入時伝搬時間t3X)の差分に基づく判断のみ、または分子量に基づく判断のみを行ってもよいし、分子量に基づく判断の後に、伝搬時間t3(ガス流入時伝搬時間t3X)の差分に基づく判断を行ってもよい。また分子量に基づく判断を行う場合においても、順方向の更新後測定待ち時間t1(f)(ガス流入時更新後測定待ち時間t1X(f))と逆方向の更新後測定待ち時間t1(b)(ガス流入時更新後測定待ち時間t1X(b))とを一致させるようにしてもよい。 Furthermore, in the step of determining whether the post-update measurement waiting time t 1 (post-update measurement waiting time t 1X at gas inflow) is within a predetermined range, the determination may be made only based on the difference between the propagation time t 3 (propagation time t 3X at gas inflow) in the forward and reverse directions, or only based on the molecular weight, or a determination based on the molecular weight and then a determination based on the difference in propagation time t 3 (propagation time t 3X at gas inflow) may be made. Even when a determination based on molecular weight is made, the post-update measurement waiting time t 1(f) in the forward direction (post-update measurement waiting time t 1X(f) at gas inflow) and the post-update measurement waiting time t 1(b) in the reverse direction (post-update measurement waiting time t 1X(b) at gas inflow) may be made to match.
また、更新後測定待ち時間t1(ガス流入時更新後測定待ち時間t1X)が予め定めた範囲内の値であるか否かを判断するステップでは、伝搬時間t3(ガス流入時伝搬時間t3X)を算出するステップを再度実行した後に、伝搬時間t3(ガス流入時伝搬時間t3X)の変化量が予め定めた最大変化量よりも大きくなるか否かの判断を行ってもよい。すなわち、伝搬時間t3(ガス流入時伝搬時間t3X)の変化量が予め定めた最大変化量よりも大きくなる場合に待ち時間補正値tc_ostを更新後測定待ち時間t1(ガス流入時更新後測定待ち時間t1X)に加算するようにする。この場合の伝搬時間t3(ガス流入時伝搬時間t3X)の最大変化量は、パルスPUの周期Xの1/2、すなわち上記実施系形態では12.5〔μs〕となる。 In addition, in the step of determining whether the updated measurement waiting time t1 (the updated measurement waiting time t1X during gas inflow) is within a predetermined range, the step of calculating the propagation time t3 (the propagation time t3X during gas inflow) may be executed again, and then a determination may be made as to whether the change in the propagation time t3 (the propagation time t3X during gas inflow) is greater than a predetermined maximum change. That is, when the change in the propagation time t3 (the propagation time t3X during gas inflow) is greater than the predetermined maximum change, the wait time correction value tc_ost is added to the updated measurement waiting time t1 (the measurement waiting time t1X during gas inflow). In this case, the maximum change in the propagation time t3 (the propagation time t3X during gas inflow) is 1/2 the period X of the pulse PU, that is, 12.5 [μs] in the above embodiment.
また、上記の伝搬測定プログラムは、更新後測定待ち時間t1を算出する前、すなわち待ち時間初期値t1inv用いて伝搬時間t3を算出するステップまでを実行するものであってもよい。 The above propagation measurement program may also be executed before calculating the updated measurement waiting time t1 , that is, up to the step of calculating the propagation time t3 using the waiting time initial value t1inv .
また、上記のガス流速測定装置15は、酸素濃縮装置1以外の装置にも使用可能である。また酸素濃縮装置1はPSA方式の装置に限定されることなく、膜分離方式などの他の方式を用いた装置であってもよい。
The gas flow
本発明の伝搬測定方法等によれば、超音波の伝搬状況を正確に把握することで、超音波の伝搬時間を正確に測定可能である。 The propagation measurement method of the present invention makes it possible to accurately measure the propagation time of ultrasonic waves by accurately grasping the propagation conditions of the ultrasonic waves.
1 酸素濃縮装置
15 ガス流速測定装置
20 測定部
30 温度センサ
40 演算装置
60(60A、60B) 超音波センサ
70 圧力センサ
80 比例弁
100 濃縮装置本体
200 開閉操作部
201 センサ動作部
202 待ち時間初期値設定部
203 初期パルス検出部
204 初期伝搬時間算出部
205 初期更新後待ち時間算出部
206 初期待ち時間判断部
207 初期待ち時間補正部
208 初期待ち時間更新部
220 ガス流入時パルス検出部
221 ガス流入時伝搬時間算出部
222 ガス流入時更新後待ち時間算出部
223 ガス流入時待ち時間判断部
224 ガス流入時待ち時間補正部
225 ガス流入時待ち時間更新部
226 流速算出部
227 流量濃度算出部
F 測定流路
G 酸素含有ガス
PG パルス群
PU パルス
PU1 基準パルス
PU2 先行パルス
1
Claims (18)
上流側の前記超音波センサから下流側の前記超音波センサに向かう順方向に、および、下流側の前記超音波センサから上流側の前記超音波センサに向かう逆方向に、複数個のパルスを含む前記超音波のパルス群を交互に発信して前記測定流路内を伝搬させるステップと、
前記パルス群のうちの基準パルスが一方の前記超音波センサから発信されてから、前記パルス群のうちの前記基準パルスよりも伝搬方向前方側の先行パルスを他方の前記超音波センサで受信すると推定されるまでの時間である測定待ち時間初期値を設定するステップと、
前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までの基準パルス受信時間を検出するステップと、
前記測定待ち時間初期値と前記基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスの伝搬時間を算出するステップと、
を含む伝搬測定方法。 A propagation measurement method for measuring a propagation state in a measurement flow path through which a gas can flow, the propagation state being measured by a pair of ultrasonic sensors respectively disposed on an upstream side and a downstream side of the measurement flow path, the method comprising:
a step of alternately transmitting a group of ultrasonic pulses including a plurality of pulses in a forward direction from the ultrasonic sensor on the upstream side toward the ultrasonic sensor on the downstream side and in a reverse direction from the ultrasonic sensor on the downstream side toward the ultrasonic sensor on the upstream side, and propagating the group of ultrasonic pulses through the measurement flow path;
setting an initial value of a measurement waiting time, which is a time from when a reference pulse of the pulse group is transmitted from one of the ultrasonic sensors until when a leading pulse of the pulse group that is forward in a propagation direction of the reference pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor;
detecting a reference pulse reception time from a time when the leading pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor to a time when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor;
calculating a propagation time of the pulse in the measurement flow path from a sum of the measurement wait time initial value and the reference pulse reception time;
A propagation measurement method comprising:
前記測定待ち時間初期値を前記更新後測定待ち時間に置き換えるステップと、
をさらに含み、
前記更新後測定待ち時間を用いて前記基準パルス受信時間を検出するステップ、および前記伝搬時間を算出するステップを再度実行する請求項1に記載の伝搬測定方法。 calculating an updated measured latency time by subtracting a predetermined latency time calculation adjustment value from the propagation time;
replacing the measurement wait time initial value with the updated measurement wait time;
Further comprising:
2. The propagation measurement method according to claim 1, further comprising the steps of: detecting the reference pulse reception time using the updated measurement waiting time; and calculating the propagation time.
前記更新後測定待ち時間が予め定めた範囲外の値である場合にのみ、前記更新後測定待ち時間に予め定めた待ち時間補正値を加算することで前記更新後測定待ち時間を補正するステップと、
をさらに含む請求項2に記載の伝搬測定方法。 determining whether the post-update measurement waiting time is within a predetermined range after calculating the post-update measurement waiting time;
correcting the updated measurement waiting time by adding a predetermined waiting time correction value to the updated measurement waiting time only when the updated measurement waiting time is outside a predetermined range;
The propagation measurement method of claim 2 further comprising:
前記順方向の前記パルスの前記伝搬時間と前記逆方向の前記パルスの前記伝搬時間とから求められる前記測定流路における音速に基づいて算出したガスの分子量に基づいて判断を行う請求項3または4に記載の伝搬測定方法。 In the step of determining whether the post-update measurement waiting time is within a predetermined range,
The propagation measurement method according to claim 3 or 4, wherein the judgment is based on the molecular weight of the gas calculated based on the sound speed in the measurement flow path obtained from the propagation time of the pulse in the forward direction and the propagation time of the pulse in the reverse direction.
ガスの前記分子量が
予め定められた最小閾値よりも小さくなる場合に前記順方向および前記逆方向の各々において、前記更新後測定待ち時間が長くなるような前記待ち時間補正値を前記更新後測定待ち時間に加算し、
または、
予め定められた最大閾値よりも大きくなる場合に前記順方向および前記逆方向の各々において、前記更新後測定待ち時間が短くなるような前記待ち時間補正値を前記更新後測定待ち時間に加算する請求項5に記載の伝搬測定方法。 In the step of correcting the updated measurement waiting time,
adding the latency correction value to the updated measurement latency in each of the forward direction and the reverse direction such that the updated measurement latency is increased when the molecular weight of the gas becomes smaller than a predetermined minimum threshold value;
or
6. The propagation measurement method according to claim 5, further comprising adding a latency correction value to the updated measurement latency in each of the forward direction and the reverse direction such that the updated measurement latency becomes shorter when the latency correction value exceeds a predetermined maximum threshold.
前記順方向の前記パルスの前記伝搬時間と前記逆方向の前記伝搬時間との差分が予め定められた最大値よりも大きくなるか否かに基づいて判断を行う請求項3から6のいずれか一項に記載の伝搬測定方法。 In the step of determining whether the post-update measurement waiting time is within a predetermined range,
7. The propagation measurement method according to claim 3, wherein the determination is made based on whether or not a difference between the propagation time of the pulse in the forward direction and the propagation time of the pulse in the reverse direction is greater than a predetermined maximum value.
前記逆方向の前記パルスにおける前記更新後測定待ち時間を前記順方向の前記パルスにおける前記更新後測定待ち時間に一致させるか、または、前記順方向の前記パルスにおける前記更新後測定待ち時間を前記逆方向の前記パルスにおける前記更新後測定待ち時間に一致させるような前記待ち時間補正値を前記更新後測定待ち時間に加算する請求項3から7のいずれか一項に記載の伝搬測定方法。 In the step of correcting the updated measurement waiting time,
8. The propagation measurement method according to claim 3, further comprising: adding the latency correction value to the post-update measurement latency such that the post-update measurement latency for the pulse in the reverse direction coincides with the post-update measurement latency for the pulse in the forward direction, or the post-update measurement latency for the pulse in the forward direction coincides with the post-update measurement latency for the pulse in the reverse direction.
前記伝搬時間を算出するステップを再度実行した後に、該伝搬時間の変化量が予め定めた最大変化量よりも大きくなるか否かに基づいて判断を行う請求項3から8のいずれか一項に記載の伝搬測定方法。 In the step of determining whether the post-update measurement waiting time is within a predetermined range,
9. The propagation measurement method according to claim 3, further comprising the step of: calculating the propagation time again, and then making a determination based on whether or not a change in the propagation time is greater than a predetermined maximum change.
0<tinv_ost<(N1-N2)×X・・・(1) 10. The propagation measurement method according to claim 2, wherein the waiting time calculation adjustment value satisfies the following formula (1): t inv_ost , the reference pulse is the N1th pulse of the pulse group, the leading pulse is the N2th pulse of the pulse group, and a period of the pulse is X.
0<t inv_ost <(N 1 - N 2 )×X...(1)
同じ前記測定待ち時間初期値、および同じ前記更新後測定待ち時間を用いて前記伝搬時間を算出するステップが複数回実行されて得られた複数の値のグループを、同じ前記測定待ち時間初期値、および同じ前記更新後測定待ち時間毎で、それぞれ同一条件下サンプル値群としたとき、
前記伝搬時間を算出するステップでは、前記同一条件下サンプル値群から該同一条件下サンプル値群の中央値以外の少なくとも一部を除いた平均値を、前記伝搬時間とする請求項2から10のいずれか一項に記載の伝搬測定方法。 the step of detecting the reference pulse reception time and the step of calculating the propagation time are performed a plurality of times using the same measurement wait time initial value and using the same updated measurement wait time;
When a group of a plurality of values obtained by performing the step of calculating the propagation time using the same measurement wait time initial value and the same updated measurement wait time a plurality of times is defined as a group of sample values under the same conditions for the same measurement wait time initial value and the same updated measurement wait time,
11. The propagation measurement method according to claim 2, wherein in the step of calculating the propagation time, the propagation time is determined to be an average value obtained by removing at least a portion of the group of sample values under the same conditions other than the median value of the group of sample values under the same conditions from the group of sample values under the same conditions.
請求項2から11のいずれか一項に記載の伝搬測定方法を、前記測定流路へのガスの流入を遮断した状態において実行するステップと、
前記伝搬測定方法の実行後にガスを前記測定流路へ流入させるステップと、
ガスが前記測定流路へ流入している状態での前記測定流路における前記パルスが伝搬する時間であるガス流入時伝搬時間を測定するステップと、
前記順方向の前記ガス流入時伝搬時間と前記逆方向の前記ガス流入時伝搬時間とに基づいて、前記測定流路におけるガスの流速を算出する流速算出ステップと、
を含み、
前記ガス流入時伝搬時間を測定するステップは、
前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までのガス流入時基準パルス受信時間を検出するステップと、
前記更新後測定待ち時間と前記ガス流入時基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスのガス流入時伝搬時間を算出するステップと、
前記ガス流入時伝搬時間から前記待ち時間算出用調整値を減じてガス流入時更新後測定待ち時間を算出するステップと、
前記更新後測定待ち時間を前記ガス流入時更新後測定待ち時間に置き換えるステップと、
を含み、
前記ガス流入更新後測定待ち時間を用いて前記ガス流入時基準パルス受信時間を検出するステップ、および前記ガス流入時伝搬時間を算出するステップを再度実行するガス流速測定方法。 A step of blocking the flow of gas into the measurement flow path;
12. The propagation measurement method according to claim 2, wherein the propagation measurement method is performed in a state where an inflow of gas into the measurement flow path is blocked;
flowing a gas into the measurement flow path after performing the propagation measurement method;
measuring a gas inflow propagation time, which is a time it takes for the pulse to propagate through the measurement flow path while gas is flowing into the measurement flow path;
a flow velocity calculation step of calculating a flow velocity of the gas in the measurement flow path based on the forward gas inflow propagation time and the reverse gas inflow propagation time;
Including,
The step of measuring the gas inflow propagation time includes:
detecting a gas inflow reference pulse reception time from a time when the preceding pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor to a time when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor;
calculating a gas inflow-time propagation time of the pulse in the measurement flow path from a sum of the updated measurement waiting time and the gas inflow-time reference pulse reception time;
calculating a post-gas inflow updated measurement waiting time by subtracting the waiting time calculation adjustment value from the gas inflow propagation time;
replacing the post-update measurement waiting time with the post-update measurement waiting time during gas inflow;
Including,
The gas flow velocity measuring method further comprises the steps of: detecting the gas inflow reference pulse reception time using the post-gas inflow update measurement waiting time; and calculating the gas inflow propagation time.
上流側の前記超音波センサから下流側の前記超音波センサに向かう順方向に、および、下流側の前記超音波センサから上流側の前記超音波センサに向かう逆方向に、複数個のパルスを含む前記超音波のパルス群を交互に発信させて前記測定流路内を伝搬させるセンサ動作手段、
前記パルス群のうちの基準パルスが一方の前記超音波センサから発信されてから、前記パルス群のうちの前記基準パルスよりも伝搬方向前方側の先行パルスを他方の前記超音波センサで受信すると推定されるまでの時間である測定待ち時間初期値を設定する待ち時間初期値設定手段、
前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までの基準パルス受信時間を検出するパルス検出手段、および
前記測定待ち時間初期値と前記基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスの伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段、
として機能させるための伝搬測定プログラム。 A computer is provided to measure a propagation state of ultrasonic waves in a measurement flow path through which a gas can flow, the ultrasonic waves being transmitted from a pair of ultrasonic sensors disposed on the upstream side and the downstream side of the measurement flow path, respectively.
a sensor operation means for alternately transmitting a group of ultrasonic pulses including a plurality of pulses in a forward direction from the ultrasonic sensor on the upstream side to the ultrasonic sensor on the downstream side and in a reverse direction from the ultrasonic sensor on the downstream side to the ultrasonic sensor on the upstream side, thereby propagating the group of ultrasonic pulses through the measurement flow path;
a waiting time initial value setting means for setting an initial value of a measurement waiting time, which is a time from when a reference pulse of the pulse group is transmitted from one of the ultrasonic sensors until when a leading pulse of the pulse group that is located forward in a propagation direction of the reference pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor;
a pulse detection means for detecting a reference pulse reception time from a time when the preceding pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor to a time when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor; and a propagation time calculation means for calculating a propagation time of the pulse in the measurement flow path from a sum of the measurement wait time initial value and the reference pulse reception time.
Propagation measurement program to function as.
前記伝搬時間から、予め定めた待ち時間算出用調整値を減じて更新後測定待ち時間を算出する更新後待ち時間算出手段、および、
前記測定待ち時間初期値を前記更新後測定待ち時間に置き換える待ち時間更新手段、
としてさらに機能させ、
前記計算機を、前記更新後測定待ち時間を用いて前記パルス検出手段および前記伝搬時間算出手段として再度機能させるための請求項14に記載の伝搬測定プログラム。 The computer,
an updated waiting time calculation means for calculating an updated measurement waiting time by subtracting a predetermined waiting time calculation adjustment value from the propagation time; and
a wait time update means for replacing the measurement wait time initial value with the updated measurement wait time;
It also functions as
15. The propagation measurement program according to claim 14, for causing the computer to function again as the pulse detection means and the propagation time calculation means by using the updated measurement waiting time.
前記測定流路へのガスの流入を遮断した状態とするガス遮断手段、
請求項15に記載の伝搬測定プログラムを前記測定流路へのガスの流入を遮断した状態において実行するガス遮断時伝搬測定手段、
前記伝搬測定プログラムの実行後にガスを前記測定流路へ流入させるガス流入手段、
ガスが前記測定流路へ流入している状態での前記測定流路における前記パルスが伝搬する時間であるガス流入時伝搬時間を測定するガス流入時伝搬測定手段、および、
前記順方向の前記ガス流入時伝搬時間と前記逆方向の前記ガス流入時伝搬時間とに基づいて、前記測定流路におけるガスの流速を算出する流速算出手段、
として機能させ、
前記ガス流入時伝搬測定手段は、
前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までのガス流入時基準パルス受信時間を検出するガス流入時パルス検出手段と、
前記更新後測定待ち時間と前記ガス流入時基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスのガス流入時伝搬時間を算出するガス流入時伝搬時間算出手段と、
前記ガス流入時伝搬時間から前記待ち時間算出用調整値を減じてガス流入時更新後測定待ち時間を算出するガス流入時更新後待ち時間算出手段と、
前記更新後測定待ち時間を前記ガス流入時更新後測定待ち時間に置き換える待ち時間置き換え手段と、
を含み、
前記計算機を、前記ガス流入時更新後測定待ち時間を用いて前記ガス流入時パルス検出手段および前記ガス流入時伝搬時間算出手段として再度機能させるためのガス流速測定プログラム。 The computer,
a gas blocking means for blocking the inflow of gas into the measurement flow path;
a gas interruption time propagation measurement means for executing the propagation measurement program according to claim 15 in a state where the inflow of gas into the measurement flow path is interrupted;
a gas inflow means for injecting a gas into the measurement flow path after execution of the propagation measurement program;
a gas inflow propagation measuring means for measuring a gas inflow propagation time, which is a time taken for the pulse to propagate through the measurement flow path while the gas is flowing into the measurement flow path; and
a flow velocity calculation means for calculating a flow velocity of the gas in the measurement flow path based on the forward gas inflow propagation time and the reverse gas inflow propagation time;
Function as a
The gas inflow propagation measurement means includes:
a gas inflow time pulse detection means for detecting a gas inflow time reference pulse reception time from a time when the preceding pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor to a time when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor;
a gas inflow propagation time calculation means for calculating a gas inflow propagation time of the pulse in the measurement flow path from the sum of the updated measurement waiting time and the gas inflow reference pulse reception time;
a gas inflow time post-update waiting time calculation means for calculating a gas inflow time post-update measurement waiting time by subtracting the waiting time calculation adjustment value from the gas inflow time propagation time;
a waiting time replacement means for replacing the post-update measurement waiting time with the post-update measurement waiting time at the time of gas inflow;
Including,
a gas flow velocity measurement program for causing the computer to function again as the gas flow-time pulse detection means and the gas flow-time propagation time calculation means by using the gas flow-time updated measurement waiting time;
前記測定流路へのガスの流入を調節する弁と、
前記測定流路における上流側および下流側にそれぞれ配置された一対の超音波センサと、
ガスの温度を測定する温度センサと、
一方の前記超音波センサから発信された超音波が前記測定流路を伝搬する時間、および他方の前記超音波センサから発信された超音波が前記測定流路を伝搬する時間に基づいてガスの流速を算出する演算装置と、
を備え、
前記演算装置は、
前記弁の開度を調節する開閉操作部と、
前記弁が前記測定流路へのガスの流入を遮断した閉状態において、上流側の前記超音波センサから下流側の前記超音波センサに向かう順方向に、および、下流側の前記超音波センサから上流側の前記超音波センサに向かう逆方向に、複数個のパルスを含む前記超音波のパルス群を交互に発信させて前記測定流路内を伝搬させるセンサ動作部と、
前記閉状態において、前記パルス群のうちの基準パルスが一方の前記超音波センサから発信されてから、前記パルス群のうちの前記基準パルスよりも伝搬方向前方側の先行パルスを他方の前記超音波センサで受信すると推定されるまでの時間である測定待ち時間初期値を設定する待ち時間初期値設定部と、
前記閉状態において、前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信すると推定される時から、前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までの基準パルス受信時間を検出するパルス検出部と、
前記閉状態において、前記測定待ち時間初期値と前記基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスの伝搬時間を算出する伝搬時間算出部と、
前記閉状態において、前記伝搬時間から、予め定めた待ち時間算出用調整値を減じて更新後測定待ち時間を算出する更新後待ち時間算出部と、
前記閉状態において、前記測定待ち時間初期値を前記更新後測定待ち時間に置き換える待ち時間更新部と、
を有し、
前記パルス検出部は、前記更新後測定待ち時間を用いて前記基準パルス受信時間を再度検出し、かつ、前記伝搬時間算出部は、前記更新後測定待ち時間を用いて前記伝搬時間を再度算出し、
前記演算装置は、
前記弁が前記測定流路へガスを流入させている開状態において、前記一方の前記超音波センサから発信された前記先行パルスを前記他方の前記超音波センサで受信したと推定される時から、前記一方の前記超音波センサから発信された前記基準パルスを前記他方の前記超音波センサで受信する時までのガス流入時基準パルス受信時間を検出するガス流入時パルス検出部と、
前記開状態において、前記更新後測定待ち時間と前記ガス流入時基準パルス受信時間との和から、前記測定流路における前記パルスが伝搬する時間であるガス流入時伝搬時間を算出するガス流入時伝搬時間算出部と、
前記開状態において、前記ガス流入時伝搬時間から、前記待ち時間算出用調整値を減じてガス流入時更新後測定待ち時間を算出するガス流入時更新後待ち時間算出部と、
前記開状態において、前記更新後測定待ち時間を前記ガス流入時更新後測定待ち時間に置き換えるガス流入時待ち時間更新部と、
をさらに有し、
前記ガス流入時パルス検出部は、前記ガス流入時更新後測定待ち時間を用いて前記ガス流入時基準パルス受信時間を再度検出し、かつ、前記ガス流入時伝搬時間算出部は、前記ガス流入時更新後測定待ち時間を用いて前記ガス流入時伝搬時間を再度算出し、
前記演算装置は、前記順方向の前記ガス流入時伝搬時間と前記逆方向の前記ガス流入時伝搬時間とに基づいて、前記測定流路におけるガスの流速を算出する流速算出部をさらに有するガス流速測定装置。 a measurement section that forms a measurement flow path through which a gas flows;
a valve for adjusting the inflow of gas into the measurement flow path;
a pair of ultrasonic sensors disposed on the upstream side and the downstream side of the measurement flow path, respectively;
a temperature sensor for measuring the temperature of the gas;
a calculation device that calculates a flow velocity of the gas based on a time taken for an ultrasonic wave emitted from one of the ultrasonic sensors to propagate through the measurement flow path and a time taken for an ultrasonic wave emitted from the other ultrasonic sensor to propagate through the measurement flow path;
Equipped with
The computing device includes:
an opening/closing operation unit for adjusting the opening degree of the valve;
a sensor operation unit that, when the valve is in a closed state in which gas is prevented from flowing into the measurement flow path, alternately transmits a group of ultrasonic pulses including a plurality of pulses in a forward direction from the upstream ultrasonic sensor to the downstream ultrasonic sensor and in a reverse direction from the downstream ultrasonic sensor to the upstream ultrasonic sensor, thereby propagating the group of ultrasonic pulses through the measurement flow path;
a waiting time initial value setting unit that sets a measurement waiting time initial value, which is a time from when a reference pulse of the pulse group is transmitted from one of the ultrasonic sensors until when a leading pulse of the pulse group that is forward in a propagation direction of the reference pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor in the closed state;
a pulse detection unit that detects a reference pulse reception time from a time when the leading pulse is estimated to be received by the other ultrasonic sensor to a time when the reference pulse is received by the other ultrasonic sensor in the closed state;
a propagation time calculation unit that calculates a propagation time of the pulse in the measurement flow path from a sum of the measurement wait time initial value and the reference pulse reception time in the closed state;
an updated waiting time calculation unit that calculates an updated measurement waiting time by subtracting a predetermined waiting time calculation adjustment value from the propagation time in the closed state;
a wait time update unit that replaces the measurement wait time initial value with the updated measurement wait time in the closed state;
having
the pulse detection unit detects the reference pulse reception time again using the updated measurement waiting time, and the propagation time calculation unit calculates the propagation time again using the updated measurement waiting time;
The computing device includes:
a gas inflow pulse detection unit that detects a gas inflow reference pulse reception time from a time when the leading pulse transmitted from one of the ultrasonic sensors is estimated to be received by the other of the ultrasonic sensors to a time when the reference pulse transmitted from one of the ultrasonic sensors is received by the other of the ultrasonic sensors in an open state in which the valve is allowing gas to flow into the measurement flow path;
a gas inflow propagation time calculation unit that calculates a gas inflow propagation time, which is a time for the pulse to propagate through the measurement flow path, from the sum of the updated measurement waiting time and the gas inflow reference pulse reception time in the open state;
a gas inflow post-update waiting time calculation unit that calculates a gas inflow post-update measurement waiting time by subtracting the waiting time calculation adjustment value from the gas inflow propagation time in the open state;
a gas inflow waiting time update unit that replaces the post-update measurement waiting time with the gas inflow post-update measurement waiting time in the open state;
and
the gas inflow pulse detection unit detects the gas inflow reference pulse reception time again using the gas inflow update measurement waiting time, and the gas inflow propagation time calculation unit calculates the gas inflow propagation time again using the gas inflow update measurement waiting time,
The gas flow velocity measuring device, wherein the calculation device further includes a flow velocity calculation unit that calculates the flow velocity of gas in the measurement flow path based on the gas inflow propagation time in the forward direction and the gas inflow propagation time in the reverse direction.
前記ガス流速測定装置を設けた濃縮装置本体と、
を備え、
前記演算装置は、前記酸素含有ガスの流速に基づき前記酸素含有ガスの流量および該酸素含有ガス中の酸素濃度を算出する流量濃度算出部をさらに有する酸素濃縮装置。 The gas flow rate measuring device according to claim 17, which calculates a flow rate of an oxygen-containing gas;
A concentrator body provided with the gas flow rate measuring device;
Equipped with
The computing device further includes a flow rate concentration calculation unit that calculates a flow rate of the oxygen-containing gas and an oxygen concentration in the oxygen-containing gas based on a flow velocity of the oxygen-containing gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021039136A JP7651326B2 (en) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | Propagation measurement method, gas flow rate measurement method, propagation measurement program, gas flow rate measurement program, gas flow rate measurement device, and oxygen concentrator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021039136A JP7651326B2 (en) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | Propagation measurement method, gas flow rate measurement method, propagation measurement program, gas flow rate measurement program, gas flow rate measurement device, and oxygen concentrator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022138958A JP2022138958A (en) | 2022-09-26 |
| JP7651326B2 true JP7651326B2 (en) | 2025-03-26 |
Family
ID=83399470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021039136A Active JP7651326B2 (en) | 2021-03-11 | 2021-03-11 | Propagation measurement method, gas flow rate measurement method, propagation measurement program, gas flow rate measurement program, gas flow rate measurement device, and oxygen concentrator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7651326B2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006003296A (en) | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | Ultrasonic flow meter |
| JP2006275608A (en) | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Teijin Pharma Ltd | Measuring apparatus for gas flow rate and gas concentration using measuring method for propagation time of ultrasonic wave |
| JP2006308449A (en) | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fluid flow measuring device |
| US20140012518A1 (en) | 2012-07-09 | 2014-01-09 | Texas Instruments Incorporated | Flow meter |
-
2021
- 2021-03-11 JP JP2021039136A patent/JP7651326B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006003296A (en) | 2004-06-21 | 2006-01-05 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | Ultrasonic flow meter |
| JP2006275608A (en) | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Teijin Pharma Ltd | Measuring apparatus for gas flow rate and gas concentration using measuring method for propagation time of ultrasonic wave |
| JP2006308449A (en) | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fluid flow measuring device |
| US20140012518A1 (en) | 2012-07-09 | 2014-01-09 | Texas Instruments Incorporated | Flow meter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022138958A (en) | 2022-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101414925B1 (en) | Ultrasonic gas concentration measuring method and device using the same | |
| EP1661596B1 (en) | Oxygen-concentrating device | |
| EP4609787A3 (en) | Device and method for determination of a co2 partial pressure value on a blood side of an oxygenator | |
| US7063668B2 (en) | Method and arrangement for acoustic determination of moisture content of a gas mixture | |
| CN101340941A (en) | Method and device for estimating end-tidal lung volume | |
| CN104970795A (en) | Device for measurement and analysis of multiple breath nitrogen washout process | |
| JP7651326B2 (en) | Propagation measurement method, gas flow rate measurement method, propagation measurement program, gas flow rate measurement program, gas flow rate measurement device, and oxygen concentrator | |
| JP5938597B2 (en) | Oxygen concentration meter using ultrasonic flowmeter | |
| US20040060445A1 (en) | Oxygen enriching device | |
| CN1867373B (en) | Oxygen-concentrating device | |
| JP4612218B2 (en) | Oxygen concentrator | |
| JP6808020B2 (en) | Respiratory information acquisition device and respiration information acquisition method | |
| EP1464957B1 (en) | Acoustic analysis of gas mixtures | |
| CN110513180B (en) | Vehicle SCR system and its return flow measurement module and measurement method | |
| CN114126698B (en) | Medical ventilation method and device, ventilator, and computer-readable storage medium | |
| JP6064160B2 (en) | Flow measuring device | |
| JP4056430B2 (en) | Medical oxygen concentrator and oxygen concentration measuring method | |
| HK1140016A (en) | Ultrasonic gas concentration measuring method and device using the same | |
| CN121668500A (en) | Oxygen concentration detection device and method | |
| CN105822444B (en) | The compensating device of air-fuel ratio sensor | |
| HK1142126B (en) | Ultrasonic gas concentration measuring method and device using the same | |
| JP2020175050A (en) | Oxygen concentrator | |
| HK1097470B (en) | Oxygen-concentrating device | |
| JPH07151575A (en) | Flow measuring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20220328 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240305 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20241219 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250107 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250115 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20250225 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20250313 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7651326 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |