[发明专利]运算装置和具有运算装置的流量计

说明书

技术领域

本发明涉及作为流量计的结构的一部分等使用的运算装置，例如，涉及能够导出第1输入信号与相对第1输入信号延迟了的第2输入信号之间的时间差的运算装置。

背景技术

作为流量计的一种，有利用超声波在介质中进行传播时产生的传播时间差的超声波流量计。超声波流量计，例如图10所示那样，在流路中配置超声波收发机10和11，根据将超声波从上游发送在下游接收到的接收信号12的传播时间、与将超声波从下游发送在上游接收到的接收信号13的传播时间的传播时间差，测定在流路中流动的气体或液体等介质的流速。

在该传播时间差的测定中，有时要求具有数ns或亚ns的分辨率。而一方面由于超声波流量计所使用的超声波具有数十kHz～1MHz程度的频率，所以，信号的一个周期为1μs以上，测定的传播时间容易受噪声等的影响。但是，超声波的振幅根据在流路中流动的介质的流速和流体的状态，所受的影响不同。因此，在通过对接收信号设定阈值来判断超声波的到达的情况下，在接收信号的振幅发生了变化时，所测定的到达时间也变化。即，如图11所示那样，相对具有通常振幅的接收信号S1在达到阈值th1的时间为T1，振幅变小了的接收信号S2到达阈值th1的时间会变为T2。

因此，作为不受接收信号的振幅变化的影响的测定方法，有相关法。相关法是求出从上游侧的超声波收发机10发送并由下游侧的超声波收发机11接收到的接收信号12、与从下游侧的超声波收发机11发送由上游侧的超声波收发机10接收到的接收信号13之间的相关，根据该相关的峰值位置(最大位置)求出传播时间差。该相关由于是通过数字信号处理来求出，所以以与接收信号的采样周期相同的间隔被离散化。如上所述，由于在传播时间差的测定中有时要求具有数ns或亚ns的分辨率，但采样频率最高也只有数十MHz左右(采样周期为数十ns左右)，所以为了以充分的精度测定传播时间差，需要对离散化后的信号进行插补。

在超声波的发送信号是由固定了频率和振幅的多个周期的信号构成的脉冲串波的情况下，接收信号如图12所示，为具有周期性且振幅变化的波形。因此，上述2个接收信号的相关函数明显具有脉冲串波的频率成分。因此，该相关函数为接近三角函数的形状，其峰值位置可以使用2次函数近似地进行插补。但是，有时即使使用2次函数进行了插补，在使用插补求出的值与本来求出的值之间也产生了误差。例如，假设把采样周期设定为20ns，求出了图13所示的相关。此时，图14中放大表示作为相关的峰值位置的图13中的A附近的波形。在图14中，示出对用点表示的离散化后的相关函数、和用虚线表示的离散化后的相关函数利用2次函数进行插补的曲线。另外，图13和图14的设定15ns的时间差，作成2个接收信号，使用该接收信号计算了相关的图，从图14中可看出，在15ns附近有相关的峰值。图15在横轴上表示2个接收信号之间的时间差，表示根据插补后的相关特性导出的峰值位置与实际的时间差的误差，可以看出，会产生最大400ps(0.4ns)以上的误差。如上述那样，有时传播时间差要求具有数ns或亚ns的分辨率，如果产生400ps的误差，则对测定结果产生影响。另一方面，在使用高次函数进行插补的情况下，插补的计算式变得复杂，不具有实用性。

因此，存在着一种使用希尔伯特变换求出相关的峰值位置的方法(专利文献1)。根据该方法，能够利用直线近似求出峰值位置，相比使用了2次函数的插补，可减小误差。

[专利文献1]日本特开2002-243514号公报

上述专利文献1所记载的以往技术中是如下结构：在求出了相关后，进行希尔伯特变换，然后，通过根据相位关系检测出相关的峰值位置，来导出时间差。具体而言，如图16所示，由A/D转换器200和210、相关运算单元220、希尔伯特变换部230、相位关系导出部240以及最大值检测单元250构成。但是，该结构存在着运算量大的问题。

发明内容

因此，本发明的目的之一是，提供一种能通过采用希尔伯特变换而以高精度测定传播时间差并减少运算量的运算装置。