[发明专利]相位差测定装置和方法

说明书

本发明涉及利用称为光波或电波的电磁波或超声波来测定包含在测定流体中的悬浊物质的浓度、至对象物的距离等物理量或者溶解在测定流体中的化学物质浓度等化学量的相位差测定装置和方法。

目前，在浓度测定管内壁上没有悬浊物质附着的情况下，作为浓度计不仅能够测定测定流体中悬浊物质浓度，而且还能够测定溶解在测定流体中的物质，这种浓度计是采用微波来测定浓度的。特开昭59-19846号公报公开了这种微波浓度计。

图14为上述公报公开的微波温度计的构成图。在这个浓度计中，由微波振荡器70产生的频率f₁的微波被分波器71分离，其中一部分微波经过设置在浓度测定管73中的波导管72入射到浓度测定管73中。经过设置在浓度测定管73中的其它波导管73取出在浓度测定管73内传播的微波而输入到混频器75中。

由分波器71分离的另外一部分微波经过移相器76输入到另一个混频器77中。而微波振荡器78产生的频率为f₂的微波经过分波器79被分别输入到两个混频器75、77中。在各混频器75、77中将频率f₁和f₂的微波混合后取出频率为f₃＝f₁-f₂的低频信号，再分别输入到相位比较器80中。然后在相位比较器80中，检测出来自一个混频器75的低频信号同来自另一个混频器77的低频信号间的相位差。

假设在浓度测定管73中不含有测定物质的测定流体在流动状态下通过路径B的微波的相位延迟为θ₁，则为使通过路径C的微波相位延迟与θ₁相一致来设定移相器76的延迟相位。

借此，在浓度测定管73中含有测定物质的测定流体在流动状态下，如果用相位比较器80测定出通过路径B的微波相位同通过路径C的微波相位间的相位差，则由通过路径B的微波的相位延迟可以示出同在测定流体中含有的测定物质浓度成比例的值。

但是，当通过检测出对应测定流体浓度状态变化的微波相位延迟来测定浓度时，可能发生下面的不利情况。

图15示出了由移相器76延迟相位之前的微波(M1)以及由移相器76延迟过相位的微波(M2)以及具有通过路径B相应于测定流体浓度的相位延迟的微波(M3)之间的关系。

相应于测定流体浓度变高，则微波(M3)与微波(M1)间的相位延迟θ₂变大，而使测定流体在高浓度情况下，如图16所示，相位延迟θ₂可能超过360°。尽管相位延迟θ₂超过360°，表观上相位延迟θ′仍在0°～360°之间。

然而，在真实的相位延迟θ₂(为了同表观上相位延迟θ₂′区别而这样称呼)处在0°≤θ₂≤360°的范围内的情况下，因为真实的相位延迟θ₂没有旋转一周，取转数n＝0；真实的相位延迟θ₂旋转1周，而在360°≤θ₂≤720°范围的情况下，取转数n＝1。而当真实的相位延迟θ₂沿逆时针方向(负方向)变化，真实的相位延迟θ₂处在0°≤θ₂≤-360°的角度范围情况下，取转数n＝-1。一定要使转数n发生同样的变化。

在相位比较器80中，由于真实的相位延迟θ₂是在表观上相位延迟θ₂′的状态下检出的，所以在相对于测定流体浓度的真实相位延迟θ₂超过360°的情况下，尽管是高浓度的，但是表观上浓度的测定结果却是低的。反之，尽管真实的相位延迟θ₂是在0°以下，但是表观上的浓度测定结果却比现实高。

另外，如果使在浓度测定管73中的微波传播距离变长，与这个传播距离的长度相对应的相位延迟θ₂将变大，这样会产生和上述同样的问题。

虽然通过检测出微波的相位延迟来测定浓度会产生以上问题，但是在特开平2-238348号公报中公开了避免这个问题的浓度测定方法。如采用这个公报中的公开的技术，利用频率调制测定微波通过测定流体时产生的速度变化来检测流体的浓度。