专利名称：多普勒式超声波流量计及超声波流量计测方法
技术领域：
本发明涉及利用超声波脉冲测量流体的速度分布及流量的多普勒式超声波流量计、利用多普勒式超声波流量计进行的流量计测方法及其流量计测程序，特别涉及能够非接触测量各种流体的流速分布及流量的多普勒式超声波流量计、利用该多普勒式超声波流量计进行的流量计测方法及在该流量计中使用的流量计测程序。
背景技术：
作为利用超声波脉冲的多普勒效应的多普勒式超声波流量计，有在特开2000-97742号公报中所公示的技术。
该多普勒式超声波流量计是如下的装置将超声波脉冲从换能器向流体配管内的测量线发射，对来自在流体配管内流动的流体内的悬浮微粒子的反射波即超声波回波信号进行解析，根据悬浮微粒子的位置和速度来求得流体沿着测量线的流速分布及流量。测量线由从换能器发射的超声波脉冲的波束形成。
多普勒式超声波流量计有下列优点能够适用于不透明流体及不透明流体配管内，能够非接触测量在流体配管内流动的流体，能够以沿着测量线的线测量来测量流体配管内的流速分布及流量，另一方面，既能够应用于不透明流体的流速分布及流量测量，又能够用于水银或钠等液体金属的流动测量。
利用多普勒式超声波流量计，由于能得到从换能器发射到流体内的超声波脉冲的测量线上的流速分布的时效变化，所以希望有在流体配管内流动的流体的过渡流或紊流场中的流体流速分布及流量计测等方向的应用。
在特开2000-97742号公报中记述了上述超声波流速分布及流量计的一个示例。(例如参照特许文献1)。
特许文献1特开2000-97742号公报以前的多普勒式超声波流量计以存在由被测流体内所含有的气泡或固体反射的超声波回波为前提。因而，在被测流体的流动极不稳定的情况下，有时会因气泡的密度差等而使流速分布的测量值中产生偏差。此外，由于在流量的计测中使用流速分布的测量值，所以在流速分布产生偏差时，也对流量的运算产生影响，流量的测量值也会产生偏差。
进而，以前的多普勒式超声波流量计，从与用来确保瞬时地运算并计测短时间内变化的流量即响应性的硬件能力的关系出发，最多接收128处的超声波回波，但该超声波回波测量点的间隔(以下，称为通道距离)的最小值为被测流体中的超声波速度Cw除以超声波脉冲的基本频率f0的2倍的值。
因而，能够由该多普勒式超声波流量计计测的最长距离，为最小通道距离乘以测量通道数的值，在此，为最小通道距离的128倍的距离，在流体配管的配管直径较大的情况下，有时得不到配管内所有区域的流速分布。
进而，由于被测流体中的超声波速度Cw、超声波脉冲的基本频率f0、超声波脉冲的入射角度α等的用来进行最合适的测量的设定值因被测流体的种类、配管的厚度及材质等而不同，所以需要进行预备测量、即将这些设定值配合测量对象而求出最合适的值，而准备进行测量需要费一些工夫，导致现状是不能充分发挥即使没有″数”也能够进行误差较小的测量的特性。
另一方面，也可以设计备有配合测量对象及可计测的范围的多种硬件的、例如根据管径的大小及最大流速的范围而备有多种硬件的多普勒式超声波流量计，但从设计及成本的观点来说并不优选。
此外，虽然通过增加可计测部位的上限能够延长可计测的距离，但从计测短时间内变化的流量的响应性的观点来说，受到硬件的性能、经济方面的限制。假设即使能够突破硬件的性能、经济方面的限度，对于现在可计测的范围来说过于专门化，并不优选。
另一方面，以前的多普勒式超声波流量计构成为，即使存在部分的逆流即流速为负值的液流也能够进行计测，但在现实的计测中，在流速较快的液流中，即使部分存在逆流的概率也极低。因而，如果做成以不存在逆流为前提的流量计，则有可能扩大可测量的速度范围，但此时，却存在没有用来确认不存在逆流的机构的问题。
所以，本发明要解决的课题是，提供一种即使在流速分布的测量值中发生偏差的情况下，也能够进行更正确的流速分布计测或流量计测的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。
此外，要解决的另一个课题是，提供一种能够根据伴随测量对象的变量而自动地计算要调整到的最合适值并使用的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。
进而，要解决的另外一个课题是，提供一种不受硬件的限制而能够比以前扩大可计测的范围的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。
还有，要解决的另外一个课题是，提供一种能够判断是否存在流速为负值的流动、并在不存在负值的情况下能够扩大可测量的速度范围的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。
发明内容
为了解决上述课题，如技术方案1所述，本发明提供一种多普勒式超声波流量计，其特征在于，具备超声波发送机构，用来使所需振荡频率的超声波脉冲从超声波换能器沿着测量线向流体配管内的被测流体中入射；流速分布计测机构，用来接收入射到被测流体中的超声波脉冲中被从测量区域反射的超声波回波，并测量测量区域中的被测流体的流速分布；流量计测机构，用来基于上述被测流体的流速分布，运算上述测量区域中的被测流体的流量；流速分布输出机构，用来将测量区域中的被测流体的速度分布按照与测量线的距离方向的关系画面输出；流速零点显示机构，用来将流速的零点连续地显示在该流速分布输出机构所输出的流速分布上；和流速计测范围切换机构，根据选择而对流速分布计测机构将正流速的流速计测范围变成2倍；构成为，在向该流速计测范围切换机构输入了流速计测范围的切换请求时，上述流速分布输出机构仅输出正的流速分布，并且上述流速分布计测机构基于变成2倍的可测量速度范围来测量流速分布。
为了解决上述课题，如技术方案2所述，本发明提供一种多普勒式超声波流量计，其特征在于，具备超声波发送机构，用来使所需振荡频率的超声波脉冲从超声波换能器沿着测量线向流体配管内的被测流体中入射；流速分布计测机构，用来接收入射到被测流体中的超声波脉冲中被从测量区域反射的超声波回波，并测量测量区域中的被测流体的流速分布；流量计测机构，用来基于上述被测流体的流速分布，运算上述测量区域中的被测流体的流量；正负判断机构，用来判断在测量区域的被测流体的流速分布中是否存在负值；和流速计测范围切换机构，用来在判断为不存在负值的情况下，对上述流速分布计测机构将正流速的测量范围变为2倍；流速分布计测机构构成为，基于变成2倍的可测量速度范围来测量流速分布。
为了解决上述课题，如技术方案3所述，本发明提供一种超声波流量计测方法，其特征在于，包括反射体群速度计算过程，将超声波脉冲入射到被测流体中，接收超声波回波并计算混入在上述被测流体中的多个反射体群的速度；流速分布计测处理过程，根据在该反射体群速度计算过程中得到的上述反射体的速度分布数据计测上述被测流体的流速分布；流速分布输出过程，按照与测量线ML的距离方向的关系画面输出被测流体的流速分布；速度零线显示过程，将流速零线重叠在在该流速分布输出过程中画面输出的流速分布上显示；流速计测范围切换确认过程，对是否切换流速计测范围进行确认；流速计测范围切换过程，在该流速计测范围切换确认过程中有流速计测范围的切换请求的情况下，将正流速的流速计测范围变为2倍；和流量计测处理过程，对上述被测流体的速度分布数据再进行运算处理来计测流量。
为了解决上述课题，如技术方案4所述，本发明提供一种超声波流量计测方法，其特征在于，包括反射体群速度计算过程，将超声波脉冲入射到被测流体中，接收超声波回波并计算混入在上述被测流体中的多个反射体群的速度；流速分布计测处理过程，根据在该反射体群速度计算过程中得到的上述反射体的速度分布数据计测上述被测流体的流速分布；流速范围切换判断过程，判断是否进行流速计测范围的切换；流速分布输出过程，按照与测量线ML的距离方向的关系画面输出被测流体的流速分布；速度零线显示过程，将流速零线重叠在在该流速分布输出过程中画面输出的流速分布上显示；流速计测范围切换过程，在该流速计测范围切换确认过程中有流速计测范围的切换请求的情况下，将正流速的流速计测范围变为2倍；和流量计测处理过程，对上述被测流体的速度分布数据再进行运算处理来计测流量。
图1是概示本发明的第1实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的构成的概况图。
图2是表示本发明所涉及的多普勒式超声波流量计所具备的计算机的基本构成概况的概况图。
图3是概示本发明的第2实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的构成的概况图。
图4是说明在本发明的第3实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计中、利用多普勒频率计算超声波入射角度方向的速度成分的概要的说明图。
图5是表示本发明的第3实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的测量原理的原理图。
图6是本发明的第3实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的信号处理方框图。
图7是本发明的第4实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的功能方框图。
图8是按处理流程说明本发明的第4实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的超声波流量计测流程的说明图。
图9是概示在进行计算流速分布时所使用的反射体群的分割区域指定时在显示监视器上显示的流速分布的一例的概况图。
图10是本发明的第5实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的功能方框图。
图11是按处理流程说明本发明的第5实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的超声波流量计测流程的说明图。
图12是本发明的第6实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的功能方框图。
图13是说明通过本发明的第6实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计进行计测时是否能够使测量最合适化的图，是在横轴上设定归一化速度V*、在纵轴上设定归一化频率F*，来表示能够使测量最合适化的区域和不能最合适化的区域的说明图。
图14是说明通过本发明的第6实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计进行计测时是否能够使测量最合适化的图，是在横轴上设定Cw/Di的对数、在纵轴上设定重复频率(fPRF)的对数，来表示能够使测量最合适化的区域和不能最合适化的区域的说明图。
图15是说明通过本发明的第6实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计进行计测时是否能够使测量最合适化的图，是表示关于代表性的配管的种类和其区域、能够使测量最合适化的区域和不能最合适化的区域的说明图。
图16是按处理流程说明本发明的第6实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的超声波流量计测流程的说明图。
图17是本发明的第7实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的功能方框图。
图18是按处理流程说明本发明的第7实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的超声波流量计测流程的说明图。
图19是本发明的第8实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的功能方框图。
图20是按处理流程说明本发明的第8实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的超声波流量计测流程的说明图。
图21是概示在本发明的第8实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的超声波流量计测流程的可计测范围显示过程中，在显示监视器上显示的画面的一例的说明图。
图22是本发明的第9实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的功能方框图。
图23是按处理流程说明本发明的第9实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的超声波流量计测流程的说明图。
图24是本发明的第10实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的功能方框图。
图25(A)、图25(B)是表示本发明的第10实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的流速分布输出机构将从流速分布计算机构输出的被测流体的流速分布数据，以与测量线ML的距离方向的关系显示在显示监视器上的显示画面的一例的图。
图26是按处理流程说明本发明的第10实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的超声波流量计测流程的说明图。
图27是本发明的第11实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的功能方框图。
图28是按处理流程说明本发明的第11实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的超声波流量计测流程的说明图。
10、10A、10B、10C、10D、10E...多普勒式超声波流量计11...流体配管12...被测流体13...超声波流速分布计测单元(Udflow单元)14...计算机15...信号传送电缆17...超声波发送机构18...流速分布数据取得机构19...频率选择设定机构20...超声波换能器21...振荡用放大器23...振荡器(振动器)24...发射器25...超声波反射体(反射体)27...反射波接收器28...增幅器29...A/D转换器
30...速度分布数据取得装置31...振荡频率改变机构32...基本频率区域设定机构33...反射波强度提取机构35...运算处理机构36...存储器37...记录机构38...输入机构39...显示监视器40...I/F机构41、41A、41B、41C、41D、41E、41F、41G、41H...流量计测PG43...接触介质50、50A...多普勒式超声波流量计51...入射角调节设定机构52...入射角改变机构53...入射角区域设定机构54...入射角强度提取机构56...步进马达60...多普勒式超声波流量计61...超声波换能器移动机构62...速度矢量计算机构63...流速矢量计算机构67、67A...流速分布计算机构68...流量计算机构70...流速分布计算部71...中央位置检测部72...区域选择部73...中央线74...区域选择75...自动区域选择部77、77A...最合适值计算机构
78...数据输入部79...最大流速计算部80...归一化速度计算部81...归一化频率计算部82...频率设定部84...入射角度设定部87...通道距离运算机构88...可计测范围显示机构89...通道距离变更决定机构91...可计测范围92...流速分布显示部93...通道距离变更·决定确认显示94...通道距离变更窗口95...上下指针键97...通道距离自动变更决定机构99...流速分布输出机构100...流速零点显示机构101...流速计测范围切换机构103...流速零线104...流速范围切换106...正负判断机构107...流速范围自动切换机构具体实施方式
下面参照
本发明所涉及的多普勒式超声波流量计的实施方式。
第1实施方式图1是概示本发明的第1实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的构成例、即多普勒式超声波流量计10的构成的概况图。
多普勒式超声波流量计10构成为，能够测量在流体配管11内流动的被测流体12(液体或气体)的流速分布、并能够随着时间瞬时地测量流量。多普勒式超声波流量计10具备超声波流速分布计测单元(以下称为Udflow单元)13，用来非接触地测量在流体配管11内流动的被测流体12的流速；和计算机14，用来对从该Udflow单元13输出的电信号(数据)进行运算处理，为了计测被测流体12的流量而对被测流体12的流速分布进行运算处理，并显示可按时序显示的运算处理结果；Udflow单元13和计算机14通过信号传送电缆15电连接。
Udflow单元13备有超声波发送机构17，用来沿着测量线ML向被测流体12发送所需频率(基本频率f0)的超声波脉冲；流速分布数据取得机构18，用来接收从入射到被测流体12中的超声波脉冲的测量区域反射的超声波回波，并得到测量区域中的被测流体12的速度分布来作为速度分布数据；频率选择设定机构19，用来自动地选择能够以最好的状态来计测在流体配管11内流动的被测流体12的流速分布或流量时的超声波的频率(以下，称为最合适频率)。
超声波发送机构17备有超声波换能器20，用来振荡产生所需频率的超声波脉冲；和振荡用放大器21，作为使该超声波换能器20振荡的超声波振荡信号生成机构。振荡用放大器21具有振荡器(振动器)23，用来产生所需的基本频率f0的电信号；和发射器24，用来接收从该振荡器23输出的电信号，并每隔规定的时间间隔(1/Fprf)输出脉冲状的电信号(以下称为超声波振荡信号)。
在进行被测流体12的流速分布或流量计测时，从超声波振荡信号生成机构即振荡用放大器21向超声波换能器20输入所需的基本频率f0的超声波振荡信号。如果输入了脉冲状的超声波振荡信号，则超声波换能器20振荡产生基本频率f0的超声波脉冲，并将所振荡产生的超声波脉冲沿着测量线ML向被测流体12方向入射。超声波脉冲例如为脉冲宽度5mm左右、几乎不发散的直进型声束。
超声波换能器20既是超声波发送机构也是超声波接收机构。超声波换能器20将入射的超声波脉冲在被存在于测液体12中的多个超声波反射体(以下只称为反射体)25上反射的反射波即超声波回波接收。在此，所谓反射体25，是指例如一致地包含于被测流体12中的气泡、铝粉末等微粒子、或与被测流体12声阻抗不同的物质，即异物。
超声波换能器20所接收的超声波回波被发送给Udflow单元13内的反射波接收器27，发射波接收器27将超声波回波转换为电信号。被转换成电信号的超声波回波(以下称为超声波回波信号)被从反射波接收器27输入到增幅器28，由放大器28进行信号增幅后，输入到A/D转换器29。
此外，将来自振荡用放大器21的基本频率f0的电信号(以下称为基本频率信号)输入到A/D转换器29中，由A/D转换器29将超声波回波信号及基本频率信号从模拟信号转换为数字信号(以下称为A/D转换)。接着，将由A/D转换器29数字化了的超声波回波信号及基本频率信号输入到速度分布数据取得装置30中。
速度分布数据取得装置30具有用来进行运算处理的处理器，使用从A/D转换器29得到的时序数据即数字超声波回波信号和基本频率信号，根据两信号的频率差来计测基于多普勒频移的位置变化，计算混入在被测流体12中的多个反射体(以下称为反射体群)25沿着测量线ML的速度。接着，以倾斜角α进行校正，能够计测流体配管11的横截面上的反射体25的流速分布。
由于混入在被测流体12中的反射体群25的速度可以看作与被测流体12的流速相等，所以通过求得被测流体12中的发射体群25的速度，能够求得被测流体12的流速。接着，将由运算处理得到的反射体群25的速度数据从速度分布数据取得装置30输出，经由信号传送电缆15输出给作为流速分布计算机构及流量计算机构的计算机14中。
计算机14对从速度分布数据取得装置30接收的反射体群25的速度数据进行运算处理，进行计测被测流体12的速度分布、并在计算机14所备有的显示机构中显示的流速分布计测处理过程。接着，进行流量计测处理过程对得到的被测流体12的流速分布再进行运算处理而计测流量并显示。
频率选择设定机构19备有振荡频率改变机构31，用来将控制振荡用放大器21的振荡频率的控制信号输入到振荡用放大器21中；基本频率区域设定机构32，用来使该振荡频率改变机构31在预先指定的范围内、例如200kHz～4MHz的频率区域内动作；反射波接收器27，接收来自流体配管11内的反射体25的反射波即超声波回波、并转换成超声波回波信号而输出；增幅器28，用来接收来自反射波接收器27的超声波回波信号并进行信号增幅；和反射波强度提取机构33，用来提取从增幅器28输出的超声波回波信号的强度、并具有用来存储所提取的信号强度的存储器。
在频率选择设定机构19中，反射波强度提取机构33及振荡频率改变机构31等协同动作、反复进行超声波的振荡频率的提取选择操作，输出自动选择设定最适合计测的超声波的振荡频率的控制信号。接着，从频率选择设定机构19输出的控制信号被反馈到振荡用放大器21，在接收了控制信号的振荡用放大器21中，自由且自动地选择控制振荡频率。
此时，频率选择设定机构19例如构成为，可自动地选择作为基本频率f0的最合适的频率，而使超声波换能器20振荡出最合适频率，所述基本频率f0是对被测流体12所流过的流体配管11的管壁产生共振的透过现象的频率。最适合频率，是将使设定的超声波脉冲的半波长的整数倍和被测流体12所流过的流体配管11的管厚相等的频率自动选择为最适合频率。这是基于如下认识当流体配管11的壁厚为超声波脉冲的半波长的整数倍时，超声波的透过特性非常高。
图2是表示计算机14的基本构成概况的概况图。计算机14备有执行运算处理的CPU、MPU等运算处理机构35，进行电子数据的暂时存储的存储器36，记录并保存电子数据的记录机构37，计测者输入指令的输入机构38，显示运算处理结果的显示监视器39，和进行与外部机器的电连接的接口(以下省略为I/F)机构40；在记录机构37中，保存有用来使运算处理机构35执行流速分布及流量的运算处理操作(也包括随之产生的运算处理操作)的流量计测程序(以下将程序省略为PG)41。
在多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14执行流量计测PG41，计算机14与流量计测PG41协同动作来进行流速分布计测处理过程、或者流速分布计测处理过程及流量计测处理过程，将被测流体12的流速分布或流量计测结果显示在计算机14的显示监视器39上。
另外，在图1中，标记43为能够使从超声波换能器20振荡出的超声波在流体配管11内平稳地振荡的接触介质。接触介质43是为了使从超声波换能器20振荡产生后入射到流体配管11内时的声阻抗减小、使声音转接变得良好而设置的。
此外，多普勒式超声波流量计10通过信号传送电缆15将Udflow单元13和计算机14电连接，但Udflow单元13和计算机14也可以不是信号传送电缆15那样的有线连接，也可以无线连接。
进而，在图1所示的Udflow单元13中，也可以构成为，反射波接收器27由超声波换能器20装备。进而，速度分布数据取得装置30设置在Udflow单元13内，但并不一定要设置在Udflow单元13内，也可以构成为，通过软件与计算机14协同动作而使计算机14发挥作为速度分布数据取得装置30的功能。
根据如图1所示那样构成的多普勒式超声波流量计10，如果流体配管11的壁厚为超声波半波长的整数倍，则通过共振效果，使流体配管11的界面处的超声波透过率显著增加，由于超声波透过率增大的结果使来自被测流体12的反射体的反射波即超声波回波信号增大，所以如果通过频率选择设定机构19将从超声波换能器20振荡出的超声波脉冲的振荡频率、选择为相对于流体配管11的壁厚最合适的基本频率f0，则使超声波线路(测量线ML方向的行进线)中的衰减变小、使流体配管11的界面上的超声波透过率增加，因此能够得到足够的反射波强度。
第2实施方式图3是概示本发明的第2实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的构成例、即多普勒式超声波流量计50的构成的概况图。
多普勒式超声波流量计50是如下构成的多普勒式超声波流量计的构成例提高反射波的S/N比，来代替选择入射到流体配管11内的超声波脉冲的最合适频率。
为提高反射波的S/N比，也可以使流体配管11的壁厚变化而产生共振的透过现象，但使流体配管11的壁厚变化实际上是不可能的。因而，在本构成例中，采用了通过使超声波换能器20的安装角度变化、而使它具有与使流体配管11的壁厚变化等价的作用的方法。
在多普勒式超声波流量计50中，由入射角调节设定机构51对从超声波换能器20振荡出的超声波脉冲的入射角度α进行调节设定，自动地选择适合于流体配管11的壁厚的超声波的入射角度。此外，对于与第1实施方式所示的多普勒式超声波流量计10相同的构成部位赋予相同的标记而省略其说明。
图3所示的多普勒式超声波流量计50设置了入射角调节设定机构51来代替频率选择设定机构19。
入射角调节设定机构51备有超声波换能器20，从外侧可自如调节安装角度地设在流体配管11上；入射角改变机构52，可对从该超声波换能器20振荡出的超声波脉冲的入射角度α进行调节设定；入射角区域设定机构53，用来使入射角改变机构52可在预先指定的入射角区域的范围内、例如入射角度α为5度～45度的角度区域幅度的范围内变化地动作；和反射波强度提取机构54，用来接收从上述流体配管11内的测量区域反射的超声波回波、提取并存储超声波回波的强度；由反射波强度提取机构54提取、存储的超声波回波的强度被输入给计算机14，在显示监视器39上显示。
上述入射角调节设定机构51使入射角改变机构52在约5度～45度的范围内改变入射角度α，通过从该入射角改变机构52输出的信号，自动地调节设定超声波换能器20的安装角度而使其成为最合适的值。利用从入射角改变机构52输出的信号驱动例如步进马达56等安装角改变调整机构，改变自如地调节设定超声波换能器20的安装角度。
从超声波换能器2 0振荡出的超声波的入射角度α，是在与流体配管11的管表面的垂直线或垂直面之间形成的角度。从超声波换能器20振荡出的超声波脉冲的入射角度由入射角调节设定机构51设定为最合适的角度，使得对流体配管11的壁厚产生共振的透过现象。
入射角调节设定机构51根据来自入射角改变机构52的输出信号，使从超声波换能器20振荡出的超声波脉冲的入射角度在约5度～45度左右的入射角的角度范围内变化，并通过反射波强度提取机构54提取、存储反射波强度。通过显示监视器39显示由反射波强度提取机构54存储的反射波强度，另一方面，由入射角调节设定机构51反复进行超声波脉冲的入射角度的提取选择操作，自动地选择、选定最合适的超声波脉冲入射角度。
通过由入射角度调节设定机构51将从超声波换能器20振荡出的超声波脉冲的入射角度调节设定为最合适角度，与使流体配管11的壁厚物理地变化等价，通过从超声波换能器20振荡出的超声波脉冲能够正确且高精度地测量在流体配管11内流动的被测液体12的流速分布及流量。
如果改变从超声波换能器20振荡出的超声波的入射角度(进入角度)，则物质内的传播距离即流体配管11内的超声波传播距离发生变化。通过使超声波传播距离与超声波半波长的整数倍一致，而对流体配管11的壁厚产生共振的透过现象，能够确保足够的反射波S/N比，从而能够确保反射波即超声波回波的强度。因而，能够非接触且高精度地测量在流体配管11内流动的被测流体的流速分布或流量。
另外，在多普勒式超声波流量计50中，表示了设置入射角调节设定机构51来代替频率选择设定机构19的例子，但也可以构成为，将频率选择设定机构19和入射角调节设定机构51组合到一台多普勒式超声波流量计中。如果将频率选择设定机构19和入射角调节设定机构51组合装备，则容易由多普勒式超声波流量计自动地选择设定最合适频率及最合适入射角度。
图1或图3所示的多普勒式超声波流量计10、50，因为以利用超声波脉冲和超声波回波的多普勒频移的流速分布的线测量法来测量被测流体的流量，所以为了提高测量精度，需要增加测量线ML的数量、及超声波换能器20的设置台数。
作为提高测量精度的一实施例，例如，也可以在配管11的周向上隔开所需的间隔而设置N个超声波换能器20，使测量线ML相对于朝管壁的垂线倾斜角度α，将所有的测量线ML设置为穿过配管11的轴线。这样求得的被测流体12的流量能够随着时间瞬时地显示，能够将被测流体12沿着流体配管11内的测量线ML的流速分布、配管横截面上的流速分布或流量计测结果显示在显示监视器39上。
第3实施方式图4至图6是概示本发明的第3实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的构成例、即多普勒式超声波流量计60的构成的概况图。
多普勒式超声波流量计60如图4所示，利用多普勒频率计算在流体配管11内流动的被测流体12在超声波入射角度(进入角度)方向上的速度成分V2，根据该计算出的多普勒频率，以线测量法求得沿着测量线ML的流速分布，计算被测流体12的流量。
在该多普勒式超声波流量计60，根据多普勒频率计算沿着超声波线路方向(测量线ML)的速度矢量V2，并将速度矢量V2除以sinα，来计算沿着流体配管11的轴向的速度矢量V1。
根据多普勒式超声波流量计60，在被测流体12的流动与流体配管11不平行的情况下，如果在流体配管11内产生旋流或在流体配管11内不平行的流动，则不能计算出正确的流速。例如，如图5所示，在存在具有速度矢量V3的气泡的情况下，由于该速度矢量V3与被测流体12的速度矢量V1共有相同方向的速度矢量V2，所以在表观上，会将被测流体12的气泡的速度误作为较快的流体配管11的轴向速度而计算。
为了消除该表观上的速度计算流量，多普勒式超声波流量计60具备2个超声波换能器20、20a，安装在流体配管11上。将一个超声波换能器20与另一个超声波换能器20a正交地设置，由两个超声波换能器20和20a分别求得两个速度矢量V2、V4，通过计算该速度矢量V2、V4的矢量和，来正确地求得被测流体12的流速及气泡的流速。
该多普勒式超声波流量计60构成为，为了正确地测量被测流体12的流速，使另一个超声波换能器20a能够相对于一个超声波换能器20在流体配管11上移动。因此，多普勒式超声波流量计60备有用来使另一个换能器20a相对于一个超声波换能器20相对地进退的超声波换能器移动机构61，并如如图6所示的信号处理方框图那样构成。
在图6所示的多普勒式超声波流量计60中，将从两个超声波换能器20、20a振荡出的超声波脉冲的入射方向配置为，使它们在流体配管11内互相正交。即、将多普勒式超声波流量计60配设为，使从两个超声波换能器20、20a振荡出的超声波脉冲在流体配管11内的测量区域中正交。
多普勒式超声波流量计60具备反射波接收器27、27a，用来分别从由两个超声波换能器20、20a振荡出的超声波脉冲在流体配管11内的测量区域接收反射波即超声波回波；速度矢量计算机构62、62a，用来从各反射波接收器27、27a接收的超声波回波强度分别计算超声波测量线方向的速度矢量；和流速矢量计算机构63，用来从各速度矢量计算机构62、62a计算的速度矢量的矢量和计算被测流体的流速矢量；从由流速矢量计算机构63计算的流体配管11内的测量线方向ML的流速分布计算被测流体12的流量。
并且，由各反射波接收器27、27a分别接收反射波即超声波回波，该超声波回波是从两个超声波换能器20、20a振荡出的超声波脉冲在流体配管11内的测量区域反射的。通过速度矢量计算机构62、62a将由各反射波接收器27、27a接收的超声波回波的强度信号转换为测量线ML方向(线路方向)的速度矢量。通过流速矢量计算机构63计算得到的线路方向的速度矢量的矢量和，来计算被测流体12流速的正确的速度矢量。
由上述速度矢量计算机构62、62a及流速矢量计算机构63构成流速分布数据取得装置30A，通过沿着线路方向(测量线)ML测量在流体配管11内流动的被测流体12的被测流体12的流速分布，并对该流速分布在超声波的线路方向上进行积分运算，能够求得被测流体12的流量。
在通过流速分布数据取得装置30A的流速矢量计算机构63计算了某个位置的流速后，由超声波换能器移动机构61使超声波换能器20或20a在流体配管11上移动，来取得下一个位置的数据。通过由超声波换能器移动机构61一点点地移动操作超声波换能器20、20a，能够遍及超声波脉冲的整个线路方向求得被测流体12的流速分布，通过运算而能够正确地求得其流量。
第4实施方式对于以下的实施方式，构成为通过在图1所示的多普勒式超声波流量计10中、由计算机14读取并执行保存在存储机构37中的流量计测PG41，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41协同动作，而发挥作为多普勒式超声波流量计的功能；实施方式的差别在于，因流量计测PG41的内容不同，执行的处理流程或实现的功能有所不同。
因而，第4实施方式以后仅示出功能方框图，对多普勒式超声波流量计的构成简略地说明。此外，将图2所示的流量计测PG41在每个实施方式中代替为流量计测PG4 1A等实现各实施方式的程序，在图2中使流量计测PG41表示实现各实施方式的流量计测PG41A。
图7是本发明的第4实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的一实施方式即多普勒式超声波流量计10A的功能方框图。
图7所示的多普勒式超声波流量计10A构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14将保存在记录机构37中的流量计测PG41A读取并执行，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41A协同动作而发挥作为多普勒式超声波流量计的功能。
根据图7，多普勒式超声波流量计10A具备作为流速数据取得机构的Udflow单元13，用来计算混入在被测流体12中的多个反射体群25的速度，来作为反射体群速度计算过程；流速分布计算机构67，用来对从Udflow单元13输入的反射体群25的速度数据进行运算处理，计测被测流体12的速度分布，来作为流速分布计测处理过程；流量计算机构68，用来对被测流体12的速度分布进一步进行运算处理而计测流量，来作为流量计测处理过程。
在多普勒式超声波流量计10A中，由作为流速数据取得机构的Udflow单元13和流速分布计算机构67构成流速分布计测机构。接着，流量计算机构68基于由流速分布计测机构得到的流速分布计测结果来进行流量的计测。即、Udflow单元13、流速分布计算机构67及流量计算机构68构成流量计测机构。接着，将由流速分布计算机构67及流量计算机构68的至少一个输出的计测结果显示在例如计算机14的显示监视器39那样的可显示计测结果的显示机构上。
多普勒式超声波流量计10A的流速分布计算机构67备有流速分布计算部70，用来对输入的反射体群25的速度数据进行运算处理，并计算流体配管11中的被测流体12的流速分布；中央位置检测部71，用来求得流体配管11的半径方向的中心、即流体配管11的中央位置；区域选择部72，用来以在中央位置将流体配管11内的区域2分割而成的区域(以下称为分割区域)单位选择在计算流速分布时所使用的反射体群25。
此外，流量计算机构68对输入的流速分布进行运算处理而计测被测流体12的流量。通过在流体配管11的半径方向(r方向)对输入的流速分布进行积分而能够求得被测流体12的流量。将计算出的流量值从流量计算机构68输出，显示在例如计算机14的显示监视器39等可显示运算结果的显示机构上。
在此，对多普勒式超声波流量计10A进行的作为被测流体12的流量计测的超声波流量计测流程按其处理过程进行说明。
图8是按处理流程说明作为多普勒式超声波流量计10A的超声波流量计测方法的超声波流量计测流程(在图8中，记作第1超声波流量计测流程)的说明图。
根据图8，超声波流量计测流程具备计算混入在被测流体12中的多个反射体群25的速度，并将计算出的反射体群25的速度分布作为速度分布数据从Udflow单元13输出的反射体群速度计算过程(步骤S1)；对输入的反射体25的速度分布数据进行运算处理，计测被测流体12的速度分布的流速分布计测处理过程(步骤S2～步骤S5)；和对被测流体12的速度分布进一步进行运算处理而计测流量的流量计测处理过程(步骤S6～步骤S7)。
在超声波流量计测流程中，首先在步骤S1的反射体群速度计算过程中，Udflow单元13将超声波脉冲入射到被测流体12中，并接收来自被测流体12的超声波回波，计算混入在被测流体12中的反射体25的速度分布并输出反射体25的速度分布数据。然后，如果流速分布计算机构67接收到输出的反射体25的速度分布数据，则接着由流速分布计算机构67进行流速分布计测处理过程(步骤S2～步骤S5)。
流速分布计测处理过程(步骤S2～步骤S5)具备对反射体25的速度分布数据进行运算处理、而计算出被测流体12的流速分布数据及流体配管11的中央位置数据的流速分布计算步骤(步骤S2)；为了将由流速分布计算步骤得到的流速分布及中央位置在例如显示监视器39等显示机构上显示、而将计算出的流速分布数据及中央位置数据输出的流速分布数据输出步骤(步骤S3)；和在需要进行在计算流速分布时使用的反射体群2 5的选择的情况下(在步骤S4中YES的情况下)，通过指定以流体配管11的中央位置2分割而成的分割区域而选择在计算流速分布时所使用的反射体群25的区域指定步骤(步骤S5)。
在流速分布计测处理过程中，首先在步骤S2的流速分布计算步骤中计算流速分布及流体配管11的中央位置。图7所示的速度分布计算机构67的流速分布计算部70进行流速分布的计算，中央位置检测部71进行中央位置的计算。
流速分布计算部70也可以根据各个反射体25的位置及速度、将被测流体12中的反射体25的存在位置上的反射体25的速度作为流速计算。接着，根据输入的速度分布数据将所有的反射体25的速度作为流速计算。此外，中央位置检测部71考虑到在流体配管11的壁面上超声波回波多次反射，根据超声波回波信号检测发生超声波回波的多次反射的位置，将检测到的位置的中点计算出来作为流体配管11的中央位置。在流速分布计算部70及中央位置检测部71计算了流速分布及流体配管11的中央位置后，步骤S2的流速分布计算步骤结束。
步骤S2的流速分布计算步骤结束后，接着，在步骤S3进行流速分布数据输出步骤，从流速分布计算部70及中央位置检测部71输出流速分布数据及中央位置数据。在输出了流速分布数据及中央位置数据后，步骤S3的流速分布数据输出步骤结束。此时，计算机14的运算处理机构35对输出的两数据的内容、即流速分布及中央位置进行运算处理，显示在显示监视器39上。
步骤S3的流速分布数据输出步骤结束后，使用多普勒式超声波流量计10A进行流量计测的计测者通过观察显示监视器39，能够确认被测流体12的流速分布。计测者在确认了被测流体12的流速分布、并能够判断没有测量部位的遗漏等问题的情况(步骤S4中NO的情况)下，结束流速分布计测处理过程。
另一方面，在判断出有在以中央位置分割而成的2分割区域之间未计测流速的部位上产生了差异等的问题的情况下，经由计算机14的输入机构38通过区域指定来选择计算流速分布时所使用的反射体群25。
用来进行流速计测的区域分割，是以中央位置为基准分割为超声波换能器20一侧的分割区域(以下称为近侧区域)，和距离超声波换能器20较远一侧、即内侧的分割区域(以下称为内侧区域)。在计算流速分布时所使用的反射体群2 5的分割区域指定，是通过选择近侧区域、内侧区域及整体区域(近侧区域和内侧区域)这3个区域来进行的。
图9是表示在对计算流速分布时所使用的反射体群25进行分割区域指定时，显示在显示监视器39上的流速分布的一例的概况图。
计算流速分布时所使用的反射体群2 5的分割区域指定，如图9所示，通过例如选择由图形用户界面(GUIGraphic UserInterface)赋予的选择项中的1个来进行。在图9所示的示例中，相对于表示中央位置的中央线73，左侧的区域为近侧区域，右侧的区域为内侧区域。
反射体群25的分割区域指定，是通过选择显示监视器39所显示的区域选择74的对应于近侧区域的″ ″侧”及对应于整体区域的″所使用的反射体群25的分割区域。因而，在图9所示的示例中，为选择了整体区域。
如果计测者经由计算机14的输入机构38进行了区域指定的请求(步骤S4中YES的情况)，则前进到步骤S5，在步骤S5的区域指定步骤中，区域选择部72根据指定请求选择计算流速分布时所使用的反射体群25的分割区域。接着，区域指定步骤结束后，前进到步骤S2，重复进行步骤S2以后的处理步骤。
另外，在有区域指定请求时的流速分布的计算，是在步骤S2的流速分布计算步骤中计算选择为近侧区域或内侧区域中的任一个的区域的流速分布。流速分布的计算，是根据概略地观察流体配管11内的流速分布后、认为是以中央位置(配管轴)对称的分布，而看作为以中央位置(配管轴)对称的分布来进行计算的。接着，计算了流速分布后，进行步骤S3的流速分布数据输出步骤，将计算出的流速分布在显示监视器39上显示。
流速分布计测处理过程(步骤S2～步骤S5)结束后，接着前进到步骤S6，流量计算机构68进行流量计测处理过程(步骤S6～步骤S7)。流量计测处理过程具有流量计算步骤(步骤S6)、和流量数据输出步骤(步骤S7)。
在流量计测处理过程中，首先在步骤S6中进行流量计算步骤。在流量计算步骤中，流量计算机构68接收在流速分布计测处理过程中计算的流速分布数据，流量计算机构68通过对输入的流速分布在流体配管11的半径方向(r方向)上进行积分而计算被测流体12的流量。接着，计算了被测流体12的流量后，结束步骤S6，接着在步骤S7中进行流量数据输出步骤。
在流量数据输出步骤中，将由流量计算步骤计算的流量计算数据作为流量计测结果进行输出。从流量计算机构68输出了流量计算数据后，步骤S7结束，流量计测处理过程结束。此外，计算机14的运算处理机构35对在步骤S7中输出的流量计测结果进行运算处理，例如如图9所示那样在显示监视器39上显示。
以上，根据本实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10A、使用多普勒式超声波流量计10A的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计10A中使用的流量计测程序，即使在计测的流速分布中产生偏差的情况下，通过接受适于进行计测的区域的选择、并进行基于所选择的区域的流速分布的运算，能够计测更正确的流速分布。此外，由于在流量计测中也能够基于正确的流速分布进行运算，所以能够计测更正确的流量。
另外，在本实施方式中，构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41A，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41A协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计10A的功能，但也可以应用到多普勒式超声波流量计50或多普勒式超声波流量计60中，而不是多普勒式超声波流量计10中。
此外，流量的计测结果的显示并不一定要如图9所示的示例那样与流速分布一起显示，也可以构成仅单独显示流量的多普勒式超声波流量计10A。
第5实施方式图10是表示本发明的第5实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的一实施方式、即多普勒式超声波流量计10B的功能方框图。
图10所示的多普勒式超声波流量计10B构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41B，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41B协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计的功能。
根据图10，多普勒式超声波流量计10B相对于多普勒式超声波流量计10A，在备有流速分布计算机构67A来代替流速分布计算机构67这一点不同，而其它部位没有不同，所以对没有不同的部位赋予相同的标记而省略其说明。另外，作为流速数据取得机构的Udflow单元13和流速分布计算机构67A构成流速分布计测机构，Udflow单元13、流速分布计算机构67A及流量计算机构68构成流量计测机构，这点在本实施方式中也同样。
流速分布计算机构67A具备流速分布计算部70和中央位置检测部71，还备有自动选择计算流速分布时所使用的反射体群25的分割区域的自动区域选择部75来代替区域选择部72。
图11表示按着处理流程说明作为多普勒式超声波流量计10B的超声波流量计测方法的超声波流量计测流程(在图11中记作第2超声波流量计测流程)的说明图。
根据图11，多普勒式超声波流量计10B的超声波流量计测流程，与图8所示的多普勒式超声波流量计10A的超声波流量计测流程中的流速分布计测处理过程有些不同，在流速分布计测处理过程的流速分布计算步骤(步骤S2)和流速分布数据输出步骤(步骤S3)之间、进行自动选择计算流速分布时所使用的反射体群25的分割区域的自动选择步骤这一点上不同。
根据图11，多普勒式超声波流量计10B的超声波流量计测流程具备反射体群速度计算过程(步骤S11)，流速分布计测处理过程(步骤S12～步骤S14)，和流量计测处理过程(步骤S15)；首先进行反射体群速度计算过程(步骤S11)，接着进行流速分布计测处理过程(步骤S12～步骤S14)；然后进行流量计测处理过程(步骤S15)。
在多普勒式超声波流量计10B的超声波流量计测流程中，首先进行与图8所示的反射体群速度计算过程(步骤S1)相同的反射体群速度计算过程(步骤S11)，接着进行流速分布计测处理过程(步骤S12～步骤S14)。
在流速分布计测处理过程(步骤S12～步骤S14)中，进行与图8所示的流速分布计算步骤(步骤S2)相同的流速分布计算步骤(步骤S12)，接着，在步骤S13的自动区域选择步骤中自动选择流速分布计算机构67计算流速分布时所使用的反射体群25的分割区域。
在步骤S13的自动区域选择步骤中自动选择了计算流速分布时所使用的反射体群25的分割区域后，接着在步骤S14中进行流速分布数据输出步骤(步骤S14)，为了在例如显示监视器39等显示机构上显示，输出在步骤S12及步骤S13中计算的流速分布数据及中央位置数据，步骤S14的流速分布数据输出步骤结束。
如果步骤S14的流速分布数据输出步骤结束，则流速分布计测处理过程结束，接着，流量计算机构6 8进行流量计测处理过程(步骤S15)。图11所示的流量计测处理过程(步骤S15)由于是与图8所示的流量计测处理过程(步骤S6～步骤S7)相同的处理步骤，所以仅简略地进行图示。
以上，根据本实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10B、使用多普勒式超声波流量计10B的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计10B中使用的流量计测程序，即使在计测的流速分布中产生偏差的情况下，通过自动选择适于进行计测的区域、并进行基于所选择的区域的流速分布的运算，能够计测更正确的流速分布。此外，由于在流量计测中也能够基于正确的流速分布进行运算，所以能够计测更正确的流量。
另外，多普勒式超声波流量计10B，在流速分布机构67A中装备了自动区域选择部75来代替区域选择部72，但也可以构成为装备区域选择部72及自动区域选择部75。在这种情况下，能够提供准备了由计测者手动选择和自动选择两种方式的多普勒式超声波流量计，可以预备在不能进行区域的选择时、自动选择更好的流速分布的菜单。
进而，在本实施方式中，构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41B，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41B协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计10B的功能；但也可以应用到多普勒式超声波流量计50或多普勒式超声波流量计60中，而不是多普勒式超声波流量计10中。
第6实施方式图12是表示本发明的第6实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计的一实施方式、即多普勒式超声波流量计10C的功能方框图。
图12所示的多普勒式超声波流量计10C构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41C，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41C协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计的功能。
根据图12，多普勒式超声波流量计10C具备Udflow单元13，流速分布计算机构67，流量计算机构68，和根据伴随测量对象的变量自动计算要调整到的最合适值的最合适值计算机构77。另外，作为流速数据取得机构的Udflow单元13和流速分布计算机构67构成流速分布计测机构，Udflow单元13、流速分布计算机构67及流量计算机构68构成流量计测机构，以上这点在本实施方式中也同样。最合适值计算机构77具备数据输入部78，用来接受流体配管11的内径Di、被测流体12中的超声波速度Cw及超声波脉冲的入射角α的输入；最大流速计算部79，用来在流速分布计算机构67所计测的流速中计算最大流速V；归一化速度计算部80，用来计算将计算出的最大流速V除以被测流体12中的超声波速度Cw而得到的归一化速度V0；归一化频率计算部81，用来计算将重复频率fPRF除以振荡频率f0而得到的归一化频率F0；和频率设定部82，用来再设定在计算出的归一化速度V0和归一化频率F0之间满足公式1F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的振荡频率f1。
在多普勒式超声波流量计10C中，最合适值计算机构77的数据输入部78将流体配管11的内径Di、被测流体12中的超声波速度Cw及超声波脉冲的入射角α作为初始值而接受输入，并且在最大流速度计算部79中计算出由流速分布计算机构67所计测的流速中的最大流速V。
归一化速度计算部80计算出用由数据输入部78接受输入而得到的被测流体12中的超声波速度Cw除最大流速计算部79计算出的最大流速V而得到的归一化速度V0。此外，归一化频率计算部81计算将重复频率fPRF除以振荡频率f0而得到的归一化频率F0。
频率设定部82使用归一化速度计算部80计算出归一化速度V0和归一化频率计算部81计算出的归一化频率F0，进行振荡频率f1的再设定，使其满足公式1所示
F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的关系式。另外，公式1表示最合适值存在的范围，这些是通过本发明者反复实验而导出的。
图13～图15是表示本发明者反复实验所导出的最合适值存在的范围的说明图。
图13是在横轴设定归一化速度V*、在纵轴设定归一化频率F*，而表示可使测量最合适化的区域和不能最合适化的区域的说明图。即、通过实验导出在F*≥4V0·sinα的区域、即图中左上的区域中，能够使测量最适合化。
图14是在横轴上设定Cw/Di的对数、在纵轴上设定重复频率(fPRF)的对数，表示能够使测量最合适化的区域和不能最合适化的区域的说明图。即、通过实验导出在fPRF≤Cw/2Di的区域、即图中右下的区域中，能够使测量最合适化。
图15表示对于代表性的配管的种类及其区域，能够使测量最合适化的区域、和不能最合适化的区域的说明图。如果计测者可以阅览图15所示的输出、或事先将其印刷，则可以作为计测者判断是否是在能够最合适化的条件下的流量测量的大致标准来使用。
在此，按照处理过程说明多普勒式超声波流量计10C作为被测流体12的流量计测而进行的超声波流量计测流程。
图16是按照处理流程说明作为多普勒式超声波流量计10C的超声波流量计测方法的超声波流量计测流程(在图16中记作第3超声波流量计测流程)的说明图。
根据图16，超声波流量计测流程具备反射体群速度计算过程(步骤S21～步骤S22)，流速分布计测处理过程(步骤S23～步骤S24)，计算基本频率f0、重复频率fPRF、及入射角α的最合适值的最合适值设定过程(步骤S25)，和流量计测处理过程(步骤S26)。
反射体群速度计算过程(步骤S21～步骤S22)具备初始值获取步骤(步骤S21)、和反射体群速度计算步骤(步骤S22)，首先，在步骤S21的初始值获取步骤中，获取测量开始时的基本频率f0、重复频率fPRF、及入射角α的初始值，接着，在步骤S22的反射体群速度计算步骤中将超声波脉冲入射到被测流体12中，接收超声波回波而计算出混入在被测流体12中的多个反射体群25的速度，将计算出的反射体25的速度分布作为速度分布数据从Udflow单元13输出。反射体群速度计算步骤(步骤S22)结束后，反射体群速度计算过程结束。
反射体群速度计算过程结束后，接着进行流速分布计测处理过程(步骤S23～步骤S24)，首先，在流速分布计算步骤(步骤S23)中计算被测流体12的流速分布及中央位置。接着，在流速分布数据输出步骤(步骤S24)中将计算出的流速分布数据及中央位置数据从流速分布计算机构67输出。从流速分布计算机构67输出了流速分布数据及中央位置数据后，流速分布计测处理过程结束。
流速分布计测处理过程结束后，接着进行最合适值设定过程(步骤S25)，最合适值计算机构77计算基本频率f0、重复频率fPRF、及入射角α的最合适值。
最合适值设定过程，作为最合适值的计算，是通过进行再设定满足F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的振荡频率f1的振荡频率再设定步骤来实施的。振荡频率f1的再设定由最合适值计算机构77进行，由最合适值计算机构77进行了振荡频率f1的再设定后，以再设定的振荡频率f1进行流量分布处理过程，反复进行流速分布计测处理过程和振荡频率再设定步骤直到成为最适合计测的频率。接着，如果成为振荡频率f1，则最合适值设定过程(步骤S25)结束。
最合适值设定过程结束后，接着在步骤S26中进行流量计测处理过程。步骤S26的流量计测处理过程与图8所示的流量计测处理过程(步骤S6～步骤S7)相同。
以上，根据本实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10C、使用多普勒式超声波流量计10C的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计10C中使用的流量计测程序，通过最合适值计算机构77根据伴随测量对象的变量而自动计算要调整到的最合适值，不需要用来配合测量对象求得最合适值的预备测量，能够减少进行测量的准备所要花费的工夫。
另外，输入到数据输入部78中的流体配管11的内径Di、被测流体12中的超声波速度Cw及超声波脉冲的入射角α既可以自动输入也可以手动输入。
此外，在本实施方式中，构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41C，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG4 1C协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计10C的功能；但也可以应用到多普勒式超声波流量计50或多普勒式超声波流量计60中，而不是多普勒式超声波流量计10中。
第7实施方式本发明的第7实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计50A构成为，在图3所示的多普勒式超声波流量计50中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41D，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41D协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计50A的功能。
图17是表示本发明的第7实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计50A的功能方框图。
多普勒式超声波流量计50A具备设有入射角调节设定机构51的Udflow单元13，流速分布计算机构67，流量计算机构68，和根据伴随测量对象的变量自动计算要调整到的最合适值的最合适值计算机构77A。另外，作为流速数据取得机构的Udflow单元13和流速分布计算机构67构成流速分布计测机构，Udflow单元13、流速分布计算机构67及流量计算机构68构成流量计测机构，以上这点在本实施方式中也同样。
最合适值计算机构77A具备数据输入部78，最大流速计算部79，归一化速度计算部80，归一化频率计算部81，和用来再设定在计算出的归一化速度V0和归一化频率F0之间满足式1的关系式F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的入射角度α1的入射角度设定部84。
在多普勒式超声波流量计50A中，最合适值计算机构77的数据输入部78将流体配管11的内径Di、被测流体12中的超声波速度Cw及超声波脉冲的入射角α作为初始值而接受输入，并且在最大流速计算部79中计算出由速度分布计算机构67所计测的流速中的最大流速V。
归一化速度计算部80计算出用由数据输入部78接受输入而得到的被测流体12中的超声波速度Cw除最大流速计算部79计算出的最大流速V而得到的归一化速度V0。此外，归一化频率计算部81计算将重复频率fPRF除以振荡频率f0而得到的归一化频率F0。
入射角度设定部84使用归一化速度计算部80计算出归一化速度V0和归一化频率计算部81计算出的归一化频率F0，进行入射角度α1的再设定，使其满足式1所示F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的关系式。另外，式1表示图13～图15中所示的最合适值存在的范围，这些是通过本发明者反复实验而导出的。
图18是按照处理流程说明作为多普勒式超声波流量计50A的超声波流量计测方法的超声波流量计测流程(在图18中记作第4超声波流量计测流程)的说明图。
根据图18，超声波流量计测流程具备反射体群速度计算过程(步骤S31～步骤S32)，流速分布计测处理过程(步骤S33～步骤S34)，计算基本频率f0、重复频率fPRF、及入射角α的最合适值的最合适值设定过程(步骤S35)，和流量计测处理过程(步骤S36)。
反射体群速度计算过程(步骤S31～步骤S32)具备初始值获取步骤(步骤S31)、和反射体群速度计算步骤(步骤S32)，首先，在步骤S31的初始值获取步骤中，获取测量开始时的基本频率f0、重复频率fPRF、及入射角α的初始值，接着，在步骤S32的反射体群速度计算步骤中，计算出混入在被测流体12中的多个反射体群25的速度，将计算出的反射体25的速度分布作为速度分布数据从Udflow单元13输出。
接着在流速分布计测处理过程(步骤S33～步骤S34)的流速分布计算步骤(步骤S33)中计算被测流体12的流速分布及中央位置，在流速分布数据输出步骤(步骤S34)中将计算出的流速分布数据及中央位置数据从流速分布计算机构67输出。输出了流速分布数据及中央位置数据后，流速分布计测处理过程结束。
流速分布计测处理过程结束后，接着进行最合适值设定过程(步骤S35)，最合适值计算机构77A计算基本频率f0、重复频率fPRF、及入射角α的最合适值。
最合适值设定过程，作为最合适值的计算，是通过进行再设定满足F0≥4V0·sinα及fPRF≤Cw/2Di的入射角度α1的入射角度再设定步骤来实施的。入射角度α1的再设定由最合适值计算机构77A进行，由最合适值计算机构77A进行了入射角度α1的再设定，设定为最合适的入射角度α1后，最合适值设定过程(步骤S35)结束。
最合适值设定过程结束后，接着在步骤S36中进行流量计测处理过程。流量计测处理过程与图8所示的流量计测处理过程(步骤S6～步骤S7)相同。
以上，根据本实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计50A、使用多普勒式超声波流量计50A的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计50A中使用的流量计测程序，通过最合适值计算机构77A根据伴随测量对象的变量而自动计算要调整到的最合适值，不需要用来配合测量对象求得最合适值的预备测量，能够减少进行测量的准备所要花费的工夫。
另外，输入到数据输入部78中的流体配管11的内径Di、被测流体12中的超声波速度Cw及超声波脉冲的入射角α既可以自动输入也可以手动输入。
此外，最合适值计算机构77A构成为，具备数据输入部78，最大流速计算部79，归一化速度计算部80，归一化频率计算部81，和入射角度设定部84，但也可以兼备最合适值计算机构77中所备有的频率设定部82。
进而，在本实施方式中，构成为，在图3所示的多普勒式超声波流量计50中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41D，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41D协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计50A的功能；但也可以应用到多普勒式超声波流量计60中，而不是多普勒式超声波流量计50中。
第8实施方式图19是表示本发明的第8实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10D的功能方框图。
图19所示的多普勒式超声波流量计10D构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41E，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41E协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计的功能。
根据图19，多普勒式超声波流量计10D具备Udflow单元13，流速分布计算机构67，流量计算机构68，根据超声波脉冲的频率及速度运算最小通道距离的通道距离运算机构87，根据所运算出的最小通道距离运算可计测范围并显示的可计测范围显示机构88，和进行是否使最小通道距离变为整数倍的变更·决定的通道距离变更决定机构89。
通道距离运算机构87根据超声波脉冲的频率及速度运算最小通道距离。可计测范围显示机构88根据通道距离运算机构87运算出的最小通道距离运算可计测的范围，并在例如显示监视器39等显示机构上显示。通道距离变更决定机构89接受是否使最小通道距离变为整数倍的变更·决定的输入，在有输入的情况下，根据输入内容进行是否使最小通道距离成为整数倍的变更·决定。
通道距离变更决定机构89可变更的通道距离的上限值，与在重复周期(＝1/fPRF)中、入射的超声波由流体配管11的管壁反射、并正好返回时的流体配管11的配管径相等。如果考虑到这一点，则可以由重复频率fPRF的设定值来改变可变更的通道距离的上限值。此外，如果考虑到重复频率fPRF最小从1Hz的量级自如地设定、而被测流体12中的超声波速度Cw为1000m/s的量级，则即使是现实条件下能够得到的流体配管11的最大配管径也能够充分对应。
图20是按照处理流程说明作为多普勒式超声波流量计10D的超声波流量计测方法的超声波流量计测流程(在图20中记作第5超声波流量计测流程)的说明图。
根据图20，超声波流量计10D所进行的超声波流量计测流程具备反射体群速度计算过程(步骤S41)，流速分布计测处理过程(步骤S42)，通道距离运算过程(步骤S43)，可计测范围显示过程(步骤S44～步骤S46)，通道距离变更过程(步骤S47)，和流量计测处理过程(步骤S48)。
反射体群速度计算过程(步骤S41)是与图8所示的反射体群速度计算过程(步骤S1)相同的过程，Udflow单元13计算混入在被测流体12中的多个反射体群25的速度，将计算出的反射体25的速度分布作为速度分布数据从Udflow单元13输出。此外，Udflow单元13将通道距离运算过程(步骤S43)的运算中所需的振荡产生的超声波脉冲的频率f0及速度Cw的数据输出。反射体群速度计算过程结束后，接着进行流速分布计测处理过程(步骤S42)。
在步骤S42的流速分布计测处理过程中，进行流速分布计算步骤(步骤S42)，流速分布计算机构67对反射体25的速度分布数据进行运算处理，计算被测流体12的流速分布数据及流体配管11的中央位置数据。计算了被测流体12的流速分布数据及流体配管11的中央位置数据后，流速分布计测处理过程(步骤S42)结束，接着进行通道距离运算过程(步骤S43)。
在步骤S43的通道距离运算过程中，通道距离运算机构87根据计测时的超声波脉冲的频率f0及超声波速度Cw运算最小通道距离。运算出最小通道距离之后，通道距离运算过程结束，接着进行可计测范围显示过程(步骤S44～S46)。
可计测范围显示过程(步骤S44～S46)包括根据通道距离运算机构87运算出的最小通道距离运算可计测范围的可计测范围运算步骤(步骤S44)，将在可计测范围运算步骤中运算出的可计测范围的数据在显示监视器39等显示机构上显示的可计测范围显示步骤(步骤S45)，和在显示监视器39等显示机构上确认是否进通道距离变更决定的通道距离变更决定确认步骤(步骤S46)。
在可计测范围显示过程(步骤S44～步骤S46)中，首先在步骤S44的可计测范围运算步骤中，可计测范围显示机构88进行可计测范围的计算，接着，在步骤S45即可计测范围显示步骤中，可计测范围显示机构88输出可计测范围的数据，计算机14的运算处理机构35将从可计测范围显示机构88输出的可计测范围显示在显示监视器39上。
图21是概示在可计测范围显示步骤后，在显示监视器39上显示的画面的一例的说明图。
根据图21所示的一例，在流速分布显示部92的上部显示可计测范围91，使计测者通过观察可计测范围91而能够辨别可计测范围。
另外，在图21中，仅图示了说明所需的最小限度的显示部分，当然可以根据需要追加显示当前的超声波脉冲的频率、超声波速度等。
此外，在显示监视器39上显示可计测范围91的同时，进行步骤S46的通道距离变更决定确认步骤，将确认是否进行通道距离变更·决定的意向的显示(以下称为通道距离变更·决定确认显示)93与可计测范围91一起在显示监视器39上显示。将可计测范围及通道距离变更·决定确认显示在显示监视器39上显示后，可计测范围显示过程(步骤S44～步骤S46)结束。
在步骤S46的通道距离变更决定确认步骤中，计测者观察在显示监视器39上显示的最小通道距离变更·决定确认显示，特别在判断为不需要进行最小通道距离的变更的情况下(在步骤S46中为NO的情况下)，接着进行流量计测处理过程(步骤S48)。该流量计测处理过程(步骤S48)是与图8所示的流量计测处理过程(步骤S6～步骤S7)相同的处理步骤。步骤S48的流量计测处理过程结束后，超声波流量计测流程结束。
另一方面，在步骤S46的通道距离变更决定确认步骤中，计测者观察在显示监视器39上显示的最小通道距离变更·决定确认显示，在判断为需要进行通道距离的变更的情况下(在步骤S46中为YES的情况下)，接着进行通道距离变更过程(步骤S47)。
在通道距离变更过程中，通道变更决定机构89根据输入的内容，使最小通道距离变为整数倍，来进行通道距离的变更。例如在输入了使最小通道距离变为2倍的意向请求时，通道距离变成2倍。
通道距离的变更如图21所示，是如下这样进行的提供例如GUI，通过计测者从计算机口14的输入机构38输入在显示监视器39上显示的通道距离变更窗94的值、或从计算机14的输入机构38输入选择(点击操作)在通道距离变更窗口94的一侧显示的上下指针键95，使通道距离以最小通道距离的整数倍上升、下降。在上述使最小通道距离变为2倍时，通过将通道距离变更窗94的值为2而进行。
在通道距离变更决定机构89根据输入到通道距离变更窗口94中的数值使最小通道距离变为整数倍后，通道距离变更过程(步骤S47)结束，接着前进到步骤S42，进行步骤S42以后的处理过程。
在此，基于使通道距离变为整数倍并实测而得的结果来评价多普勒式超声波流量计10D的测量精度，将评价的结果在下面说明。
(通道距离变更时的计测误差的评价)第1测量是如下这样进行的在内径150mm的流体配管11中，使采样频率为1MHz，将水作为被测流体12，使通道距离为最小通道距离的2倍，来进行流量测量。
因为，若采样频率为1MHz、被测流体12为水，则超声波速度为1480m/s，所以最小通道距离为约0.75mm。此外，因为本次计测中使用的多普勒式超声波流量计10D的通道数为128，所以可计测深度(距离)为，128×0.75mm＝96mm。因而可知，至少需要使通道距离为最小通道距离的2倍以上。
在第1测量中，多普勒式超声波流量计10D为构成流速分布所需的点数，为所使用的128点中的100点(＝150mm/1.5mm)。
接着，第2测量如下这样进行在内径150mm的流体配管11中，使采样频率为1MHz，将水作为被测流体12，使通道距离为最小通道距离的3倍，来进行流量测量。
在第2测量中，通道距离为最小通道距离的3倍，即0.75×3＝2.25mm，可计测深度(距离)为128×2.25mm＝288mm。此外，在第2测量中，多普勒式超声波流量计10D为构成流速分布所需的点数，为所使用的128点中的67点(＝150mm/2.25mm)。
接着，第3测量是减少计测点而以几种计测点数进行计测实验。由第3测量的结果可知，即使计测点数为大约一半，也能够以与真值的误差远小于1％的高精度进行计测。
由以上可以确认，不需要采用像过去所研究的那样的对策，即通过将可接收超声波回波的部位从现在的128处增加到256处或512处等来对应较粗的配管或用来提高精度的对策，也能够得到足够的计测性能。
具体而言，可以证实，用最大在128处接收超声波回波并计算流速分布的多普勒式超声波流量计，能够以计测误差远小于1％的高精度(在通道距离为最小通道距离的3倍时为0.0056％)计测从内径超过280mm那样的较粗的配管、到100mm以下的较细的配管的配管径。
以上，根据本实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10D、使用多普勒式超声波流量计10D的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计10D中使用的流量计测程序，根据由最小通道距离计算出的可计测范围、和被测流体所流过的流体配管的管径，如果需要，计测者可以在变更该可计测范围的基础上进行流速分布的运算，因此能够扩大可计测范围。
另外，在本实施方式中，构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41E，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41E协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计10D的功能；但也可以应用到多普勒式超声波流量计50或多普勒式超声波流量计60中，而不是多普勒式超声波流量计10中。
此外，采用了使决定测量范围的最小通道距离变为整数倍这一计测及运算方面的思想而实现的多普勒式超声波流量计10D，以实施方式等例示说明了申请时的将计测部位设为128处的多普勒式超声波流量计，但本发明以在表观上发挥与能够增减计测的部位多普勒式超声波流量计同等的效果的技术思想为本质，并不排除事先将计测部位的128处物理地增加的多普勒式超声波流量计。
第9实施方式图22是表示本发明的第9实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10E的功能方框图。
图22所示的多普勒式超声波流量计10E构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41F，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41F协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计的功能。
根据图22，多普勒式超声波流量计10E，相对于图19所示的多普勒式超声波流量计10D，在具备通道距离自动变更决定机构97来代替通道距离变更决定机构89这一点不同，而其它方面没有不同，所以对没有不同的部位付给相同的标记而省略其说明。另外，作为流速数据取得机构的Udflow单元13和流速分布计算机构67构成流速分布计测机构，Udflow单元13、流速分布计算机构67及流量计算机构68构成流量计测机构，以上这点在本实施方式中也同样。
多普勒式超声波流量计10E具备Udflow单元13，流速分布计算机构67，流量计算机构68，通道距离运算机构87，可计测范围显示机构88，和自动地进行是否使最小通道距离变为整数倍的变更·决定的通道距离自动变更决定机构97。通道距离自动变更决定机构97根据最小通道距离、流体配管11的配管径及最大通道数，自动地进行是否使最小通道距离变为整数倍的变更·决定。
图2 3是按照处理流程说明作为多普勒式超声波流量计10E的超声波流量计测方法的超声波流量计测流程(在图23中记作第6超声波流量计测流程)的说明图。
根据图23，超声波流量计10E所进行的超声波流量计测流程具备反射体群速度计算过程(步骤S51)，流速分布计测处理过程(步骤S52)，通道距离运算过程(步骤S53)，可计测范围计算过程(步骤S54～步骤S55)，流量分布等显示过程(步骤S56)，流量计测处理过程(步骤S57)，和通道距离变更过程(步骤S58)。
反射体群速度计算过程(步骤S51)是与图20所示的反射体群速度计算过程(步骤S41)相同的过程，Udflow单元13计算混入在被测流体12中的多个反射体群25的速度，将计算出的反射体25的速度分布作为速度分布数据，和振荡产生的超声波脉冲的频率f0及速度Cw的数据一起从Udflow单元13输出。反射体群速度计算过程结束后，接着进行流速分布计测处理过程(步骤S52)。
在步骤S52的流速分布计测处理过程中，进行流速分布计算步骤(步骤S52)，流速分布计算机构67对反射体25的速度分布数据进行运算处理，计算被测流体12的流速分布数据及流体配管11的中央位置数据。计算了被测流体12的流速分布数据及流体配管11的中央位置数据后，流速分布计测处理过程(步骤S52)结束，接着进行通道距离运算过程(步骤S53)。
在步骤S53的通道距离运算过程中，通道距离运算机构87根据计测时的超声波脉冲的频率f0及超声波速度Cw运算最小通道距离。运算了最小通道距离后，通道距离运算过程结束，接着进行可计测范围计算过程(步骤S54～步骤S55)。
可计测范围计算过程(步骤S54～步骤S55)包括通道距离运算机构87根据运算出的最小通道距离运算可计测范围的可计测范围运算步骤(步骤S54)，和判断是否需要进行通道距离的变更的通道距离变更判断步骤(步骤S55)。
在可计测范围计算过程(步骤S54～步骤S55)中，首先在步骤S54的可计测范围运算步骤中，可计测范围显示机构88进行可计测范围的计算，接着，在步骤S55的通道距离变更判断步骤中，通道距离自动变更决定机构97根据由可计测范围显示机构88计算出的可计测范围、以及正在进行计测的配管径，判断是否需要进行通道距离的变更。
接着，在通道距离变更判断步骤中，通道距离自动变更决定机构97判断为不需要进行通道距离变更的情况(在步骤S55中为NO的情况)下，接着进行流速分布等显示过程(步骤S56)，将被测流体12的流速分布及可计测范围在显示监视器39上显示。
在将被测流体12的流速分布及可计测范围在显示监视器39上显示后，流速分布等显示过程(步骤S56)结束，接着进行流量计测过程(步骤S57)。该流量计测过程(步骤S57)是与图8所示的流量计测处理过程(步骤S6～步骤S7)相同的处理步骤。接着，在步骤S57的流量计测处理过程结束后，超声波流量计测流程结束。
另一方面，在通道距离变更判断步骤中，通道距离自动变更决定机构97判断需要进行通道距离的变更的情况(在步骤S55中为YES的情况)下，进行变更通道距离的通道距离变更过程(步骤S58)。
通道距离变更过程(步骤S58)是与图20所示的通道距离变更过程(步骤S47)相同的处理过程，通道距离自动变更决定机构97使最小通道距离变为整数倍，来进行通道距离的变更。通道距离变更过程结束后，接着返回步骤S52，进行步骤S52以后的处理过程。
以上，根据本实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10E、使用多普勒式超声波流量计10E的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计10E中使用的流量计测程序，通道距离自动变更决定机构97根据由最小通道距离计算出的可计测范围、和被测流体所流过的流体配管的管径，判断通道距离变更的必要性，如果需要，则通道距离自动变更决定机构97能够在自动变更该可计测范围的基础上计算出流速分布。
因而，与应用多普勒式超声波流量计10D、使用多普勒式超声波流量计10D的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计10D中使用的流量计测程序的情况相同，能够扩大可计测范围。此外，扩大了可计测范围时的计测误差也远小于1％，能够以高精度进行计测。
另外，在本实施方式中，构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41F，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41F协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计10E的功能；但也可以应用到多普勒式超声波流量计50或多普勒式超声波流量计60中，而不是多普勒式超声波流量计10中。
此外，多普勒式超声波流量计10E具备通道距离自动变更决定机构97来代替通道距离变更决定机构89，但也可以构成为具备通道距离变更决定机构89及通道距离自动变更决定机构97。此时，能够提供准备了由计测者手动选择和自动选择的两种方式的多普勒式超声波流量计，可以准备在未进行通道距离变更决定的情况下、自动变更为更适于计测的通道距离的菜单。
第10实施方式图24是表示本发明的第10实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10F的功能方框图。
图2 4所示的多普勒式超声波流量计10F构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41G，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41G协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计的功能。
根据图24，多普勒式超声波流量计10F具备Udflow单元13，流速分布计算机构67，流量计算机构68，以与测量线ML的距离方向的关系画面输出被测流体12的流速分布的流速分布输出机构99，和对流速分布输出机构99画面输出的流速分布、将流速为零的点连续地显示的流速零点显示机构100，和对流速分布计测机构使正的流速的测量范围(以下称为流速计测范围)变为2倍的流速计测范围切换机构101。
另外，作为流速数据取得机构的Udflow单元13和流速分布计算机构67构成流速分布计测机构，Udflow单元13、流速分布计算机构67及流量计算机构68构成流量计测机构，以上这点在本实施方式中也同样。
流速分布输出机构99根据从流速分布计算机构67输出的被测流体12的流速分布数据，按照与测量线ML的距离方向的关系显示在显示监视器39上。流速零点显示机构100在显示于显示监视器39上的流速分布中将表示流速零点的流速零线叠加在流速分布上显示。
流速计测范围切换机构101，通过相对于流速分布输出机构99在流速分布或流量的计测中忽略负的流速而仅采用正的流速，使得不再需要正负的信息，所以能够将不需要的部分的信息量在流速测量中使用，能够将正的流速计测范围扩大为2倍。
图25表示多普勒式超声波流量计10E的流速分布输出机构99将从流速分布计算机构67输出的被测流体12的流速分布数据，按照与测量线ML的距离方向的关系显示在显示监视器39上的显示画面的一个示例。
另外，图25(A)表示流速计测范围切换机构101将正的流速的计测范围切换为2倍前的状态，即所谓的通常的情况，图25(B)表示流速计测范围切换机构101将正的流速的计测范围切换为2倍后的情况。
根据图25(A)，流速分布相对于流速零线103集中在上侧(流速正向)，此外，在配管11内的一部分的位置上，流速超过了可计测范围。在这种情况下，如果选择(点击)流速范围切换104的″从通常切换为正，则流速计测范围切换机构101将正流速的流速计测范围切换成2倍。
如果将正流速的流速计测范围切换为2倍，则如图25(B)所示，流速零线103与横轴重叠，显示负流速的区域消失而正区域变成2倍。此外，在图25(B)所示的示例中，通过将流速计测范围切换为2倍，能够计测配管11内所有位置的流速。
图26是按处理流程说明作为多普勒式超声波流量计10F的超声波流量计测方法的超声波流量计测流程(在图26中，记作第7超声波流量计测流程)的说明图。
根据图26，多普勒式超声波流量计10F所进行的超声波流量计测流程包括反射体群速度计算过程(步骤S61)，流速分布计测处理过程(步骤S62)，将被测流体12的流速分布按照与测量线ML的距离方向的关系画面输出的流速分布输出过程(步骤S63)，将流速零线103与在流速分布输出过程中画面输出的流速分布重叠显示的流速零线显示过程(步骤S64)，对是否进行流速计测范围的切换进行确认的流速计测范围切换确认过程(步骤S65)，流量计测处理过程(步骤S66)，和将正流速的流速计测范围扩大为2倍的流速计测范围切换过程(步骤S67)。
首先，反射体群速度计算过程(步骤S61)是与图8所示的反射体群速度计算过程(步骤S1)相同的过程。反射体群速度计算过程(S61)结束后，接着进行流速分布计测处理过程(步骤S62)。
在流速分布计测处理过程(步骤S62)中，进行与图8所示的流速分布计测处理过程(步骤S2)相同的处理。流速分布计测处理过程(步骤S52)结束后，接着进行流速分布输出过程(步骤S63)，流速分布输出机构99如图25所示按照与测量线ML的距离方向的关系将被测流体12的流速分布画面输出到显示监视器39上。
流速分布输出过程结束后，接着进行流速零线显示过程(步骤S64)，流速零点显示机构100将流速零线103与在流速分布输出过程中画面输出的流速分布重叠显示。流速零线显示过程(步骤S64)结束后，接着进行流速计测范围切换确认过程(步骤S65)，流速计测范围切换机构101将是否进行流速范围切换在显示监视器39上显示并进行确认。
计测者观察显示监视器39的显示，判断是否进行流速范围切换，从计算机14的输入机构38输入是否进行流速范围切换。在流速计测范围切换机构101经由输入机构38输入了不进行流速范围切换的意向的情况(在步骤S65中为NO的情况)下，接着进行流量计测处理过程(步骤S66)。流量计测处理过程(步骤S66)是与图8所示的流量计测处理过程(步骤S6～步骤S7)相同的处理步骤。接着，步骤S66的流量计测处理过程结束后，超声波流量计测流程结束。
另一方面，在流速计测范围切换机构101经由输入机构38输入了进行流速范围切换的意向请求的情况(在步骤S65中为YES的情况)下，接着进行流量计测范围切换过程(步骤S67)。在流量计测范围切换过程(步骤S67)中，流速计测范围切换机构101将正流速的流速计测范围切换为2倍。流速计测范围切换过程结束后，前进到步骤S65，进行步骤S65以后的处理过程。
以上，根据本实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10F、使用多普勒式超声波流量计10F的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计10F中使用的流量计测程序，可以根据需要将可计测的流速的可计测范围、即流速计测范围扩大为2倍。
另外，多普勒式超声波流量计10F的流速计测范围切换机构101在正流速范围中将流速计测范围扩大成了2倍，但当然也可以在负流速范围中将流速计测范围扩大为2倍。在负流速范围中将流速计测范围扩大为2倍的情况下，只要选择图25所示的流速范围切换104的″此外，在本实施方式中，构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41G，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41G协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计10F的功能；但也可以应用到多普勒式超声波流量计50或多普勒式超声波流量计60中，而不是多普勒式超声波流量计10中。
第11实施方式图27是表示本发明的第11实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10G的功能方框图。
图27所示的多普勒式超声波流量计10G构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41H，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41H协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计的功能。
根据图27，多普勒式超声波流量计10G相对于图24所示的多普勒式超声波流量计10F，具备用来判断在所计算出的被测流体12的流速分布中是否存在负的流速值的正负判断机构106、和在判断为不存在负值时对流速分布计测机构将正流速的流速计测范围切换为2倍的流速范围自动切换机构107，来代替流速计测范围切换机构101。
另外，作为流速数据取得机构的Udflow单元13和流速分布计算机构67构成流速分布计测机构，Udflow单元13、流速分布计算机构67及流量计算机构68构成流量计测机构，以上这点在本实施方式中也同样。
正负判断机构106对流速分布计算机构67所计算出的被测流体12的流速分布进行是否存在负的流速值的判断。流速范围自动切换机构107在正负判断机构106判断为不存在负的流速值的情况下，不由计测者进行是否切换流速计测范围的确认，而自动地将正流速的流速计测范围切换成2倍。
图28是按处理流程说明作为多普勒式超声波流量计10G的超声波流量计测方法的超声波流量计测流程(在图28中，记作第8超声波流量计测流程)的说明图。
根据图28，多普勒式超声波流量计10G所进行的超声波流量计测流程包括反射体群速度计算过程(步骤S71)，流速分布计测处理过程(步骤S72)，判断是否进行流速计测范围的切换的流速范围切换判断过程(步骤S73～步骤S74)，流速分布输出过程(步骤S75)，流速零线显示过程(步骤S76)，流量计测处理过程(步骤S77)，和流速计测范围切换过程(步骤S78)。
在多普勒式超声波流量计10G所进行的超声波流量计测流程中，首先，进行反射体群速度计算过程(步骤S71)及流速分布计测处理过程(步骤S72)。反射体群速度计算过程(步骤S71)及流速分布计测处理过程(步骤S72)是与图26所示的反射体群速度计算过程(步骤S61)及流速分布计测处理过程(步骤S62)相同的处理过程。
反射体群速度计算过程(步骤S71)及流速分布计测处理过程(步骤S72)结束后，接着进行流速范围切换判断过程(步骤S73)，正负判断机构106判断是否进行流速计测范围的切换。
在流速范围切换判断过程(步骤S73)中，正负判断机构106对流速分布计算机构67所计算出的被测流体12的流速分布判断是否存在负的流速值，在判断出存在负的流速值的情况(在步骤S73中为NO的情况)下，不进行流速计测范围的切换，而是接着进行流速分布输出过程(步骤S74)、流速零线显示过程(步骤S75)及流量计测处理过程(步骤S76)。
流速分布输出过程(步骤S74)、流速零线显示过程(步骤S75)及流量计测处理过程(步骤S76)与图26所示的流速分布输出过程(步骤S63)、流速零线显示过程(步骤S64)及流量计测处理过程(步骤S66)相同。接着，流速分布输出过程(步骤S74)、流速零线显示过程(步骤S75)及流量计测处理过程(步骤S76)结束后，多普勒式超声波流量计10G进行的超声波流量计测流程结束。
另一方面，在流速范围切换判断过程(步骤S73)中，在不存在负的流速值的情况(在步骤S73中为YES的情况)下，正负判断机构106向流速范围自动切换机构107请求流速计测范围的切换。接着，前进到步骤S77，在步骤S77中进行流速计测范围切换过程。
步骤S77的流速计测范围切换过程与图2 6所示的流速计测范围切换过程(步骤S67)相同，在该步骤S77的流速计测范围切换过程中流速范围自动切换机构107将正流速的流速计测范围切换为2倍。流速计测范围切换过程(步骤S77)结束后，前进到步骤S72，执行步骤S72以后的处理过程。
以上，根据本实施方式所涉及的多普勒式超声波流量计10G、使用多普勒式超声波流量计10G的流量计测方法及在该多普勒式超声波流量计10G中使用的流量计测程序，可以根据需要将可计测的流速的可计测范围、即流速计测范围扩大为2倍。
此外，多普勒式超声波流量计10G的流速范围自动切换机构107在正流速范围中将流速计测范围扩大成了2倍，但当然也可以在负流速范围中将流速计测范围扩大为2倍。在负流速范围中将流速计测范围扩大为2倍的情况下，只要将正负判断机构106构成为，向流速范围自动切换机构107请求，以使它在判断为不存在正值时将负流速的计测范围切换为2倍，则即使对于逆流的流速，也能将流速计测范围扩大为2倍。
另外，在本实施方式中，构成为，在图1所示的多普勒式超声波流量计10中，通过计算机14读取并执行保存在记录机构37中的流量计测PG41H，使作为硬件的Udflow单元13及计算机14、和作为软件的流量计测PG41H协同动作来发挥作为多普勒式超声波流量计10G的功能；但也可以应用到多普勒式超声波流量计50或多普勒式超声波流量计60中，而不是多普勒式超声波流量计10中。
进而，多普勒式超声波流量计10G具备流速范围自动切换机构107来代替流速计测范围切换机构101，但也可以构成为，同时具备流速计测范围切换机构101及流速范围自动切换机构107。此时，可以提供准备了由计测者手动切换和自动切换两种方式的多普勒式超声波流量计10G。
再者，如果将仅具备流速范围自动切换机构107的多普勒式超声波流量计10G的情况和同时具备流速计测范围切换机构101及流速范围自动切换机构107的多普勒式超声波流量计10G的情况相比较，则在同时具备流速计测范围切换机构101及流速范围自动切换机构107的多普勒式超声波流量计10G的情况下，即使由自动切换机构107进行了计测者未打算进行的流速计测范围的切换，也能够进行手动切换，所以在利用上比较方便。
另外，本发明所涉及的多普勒式超声波流量计，在任一个实施方式中，不仅能发挥作为在计测了被测流体12的流速分布后、用来计测被测流体12的流量的流量计的功能，当然也能够发挥作为计测被测流体12的流速分布的流速分布计的功能。此外，流速分布及流量计测结果的显示，既可以例如图9所示那样一起显示，也可以分别显示，来构成多普勒式超声波流量计。
另一方面，本发明所涉及的多普勒式超声波流量计10中使用的流量计测PG41也可以不是一个程序，只要是使计算机14能够执行所有的流程的程序，则也可以适当分割。
此外，流量计测程序41等程序，也可以存储到存储介质中而仅提供程序。在此，所谓″的程序的介质，例如为软盘、硬盘、CD-ROM、MO(光磁盘)、DVD-ROM、PD等。
进而，保存在计算机14的记录机构37中的流量计测PG41等程序能够在与经由I/F机构40和电通信线路电连接的其它计算机之间相互传送。因而，既能够从计算机14将程序传送给其它计算机，也能够从保存程序的其它计算机将该程序预装载或者下载。
工业实用性根据本发明所涉及的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序，能够提供即使在流速分布的测量值中产生偏差的情况下、也能够进行更正确的流速分布计测或流量计测的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。
此外，能够提供可根据测量对象的变量自动计算要调整到的最合适值的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。
进而，能够提供不受硬件的限制而能将可计测范围比以前扩大的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。
再者，能够提供能够判断是否存在流速为负值的流动、并且在不存在负值时能够将可测量的速度范围扩大的多普勒式超声波流量计、使用多普勒式超声波流量计的流量计测方法及该多普勒式超声波流量计中使用的流量计测程序。
用语说明″m(t)时，进行如下公式2的运算的机构。
公式2m(t)＝ρ∫v(x·t) ·dA......(1)其中，ρ被测流体的密度v(x·t)时间t时的速度成分(x方向)A被测流体通过的截面面积(配管横截面面积)此外，可以从上述式(1)将时间t内流过流体配管的流量m(t)改写为下式。
公式3m(t)＝ρ∫∫vx(r·θ·t)·r·dr·dθ......(2)其中，vx(r·θ·t)时间t时从配管横截面上的中心距离r、角度θ处在管轴方向的速度成分。
权利要求
1.一种多普勒式超声波流量计，其特征在于，具备超声波发送机构，用来使所需振荡频率的超声波脉冲从超声波换能器沿着测量线向流体配管内的被测流体中入射；流速分布计测机构，用来接收入射到被测流体中的超声波脉冲中被从测量区域反射的超声波回波，并测量测量区域中的被测流体的流速分布；流量计测机构，用来基于上述被测流体的流速分布，运算上述测量区域中的被测流体的流量；流速分布输出机构，用来将测量区域中的被测流体的速度分布按照与测量线的距离方向的关系画面输出；流速零点显示机构，用来将流速的零点连续地显示在该流速分布输出机构所输出的流速分布上；和流速计测范围切换机构，根据选择而对流速分布计测机构将正流速的流速计测范围变成2倍；构成为，在向该流速计测范围切换机构输入了流速计测范围的切换请求时，上述流速分布输出机构仅输出正的流速分布，并且上述流速分布计测机构基于变成2倍的可测量速度范围来测量流速分布。
2.一种多普勒式超声波流量计，其特征在于，具备超声波发送机构，用来使所需振荡频率的超声波脉冲从超声波换能器沿着测量线向流体配管内的被测流体中入射；流速分布计测机构，用来接收入射到被测流体中的超声波脉冲中被从测量区域反射的超声波回波，并测量测量区域中的被测流体的流速分布；流量计测机构，用来基于上述被测流体的流速分布，运算上述测量区域中的被测流体的流量；正负判断机构，用来判断在测量区域的被测流体的流速分布中是否存在负值；和流速计测范围切换机构，用来在判断为不存在负值的情况下，对上述流速分布计测机构将正流速的测量范围变为2倍；流速分布计测机构构成为，基于变成2倍的可测量速度范围来测量流速分布。
3.一种超声波流量计测方法，其特征在于，包括反射体群速度计算过程，将超声波脉冲入射到被测流体中，接收超声波回波并计算混入在上述被测流体中的多个反射体群的速度；流速分布计测处理过程，根据在该反射体群速度计算过程中得到的上述反射体的速度分布数据计测上述被测流体的流速分布；流速分布输出过程，按照与测量线ML的距离方向的关系画面输出被测流体的流速分布；速度零线显示过程，将流速零线重叠在在该流速分布输出过程中画面输出的流速分布上显示；流速计测范围切换确认过程，对是否切换流速计测范围进行确认；流速计测范围切换过程，在该流速计测范围切换确认过程中有流速计测范围的切换请求的情况下，将正流速的流速计测范围变为2倍；和流量计测处理过程，对上述被测流体的速度分布数据再进行运算处理来计测流量。
4.一种超声波流量计测方法，其特征在于，包括反射体群速度计算过程，将超声波脉冲入射到被测流体中，接收超声波回波并计算混入在上述被测流体中的多个反射体群的速度；流速分布计测处理过程，根据在该反射体群速度计算过程中得到的上述反射体的速度分布数据计测上述被测流体的流速分布；流速范围切换判断过程，判断是否进行流速计测范围的切换；流速分布输出过程，按照与测量线ML的距离方向的关系画面输出被测流体的流速分布；速度零线显示过程，将流速零线重叠在在该流速分布输出过程中画面输出的流速分布上显示；流速计测范围切换过程，在该流速计测范围切换确认过程中有流速计测范围的切换请求的情况下，将正流速的流速计测范围变为2倍；和流量计测处理过程，对上述被测流体的速度分布数据再进行运算处理来计测流量。
全文摘要
一种多普勒式超声波流量计，其特征在于，具备超声波发送机构；流速分布计测机构；流量计测机构；流速分布输出机构；流速零点显示机构，用来将流速的零点连续地显示在该流速分布输出机构所输出的流速分布上；和流速计测范围切换机构，根据选择而对流速分布计测机构将正流速的流速计测范围变成2倍；构成为，在向该流速计测范围切换机构输入了流速计测范围的切换请求时，上述流速分布输出机构仅输出正的流速分布，并且上述流速分布计测机构基于变成2倍的可测量速度范围来测量流速分布。根据上述构成，提供能够判断是否存在流速为负值的流动、并且在不存在负值时能够将可测量的速度范围扩大的多普勒式超声波流量计及超声波流量计测方法。
文档编号G01P5/24GK101093173SQ200710126500
公开日2007年12月26日 申请日期2003年6月3日 优先权日2002年6月4日
发明者武田靖, 森治嗣 申请人:东京电力株式会社, 武田靖