JPH03194470A

JPH03194470A - 流速測定装置

Info

Publication number: JPH03194470A
Application number: JP33407689A
Authority: JP
Inventors: Masato Nakajima; 真人中島; Akihisa Oya; 晃久大矢; Yasuto Takeuchi; 康人竹内
Original assignee: Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1991-08-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は超音波を利用した流速測定装置に関し、特に超
音波の干渉定在波を利用した流速測定装置に関する。

（従来の技術）２個のレーザ光源から発する光の光路を交差させると定
在波が発生する。この定在波中を移動物質が通過すると
その物質の速度に比例した周波数の揺らぎを生ずる。こ
の現象を超音波に応用して流速をＤ）定する方法が発表
されている。この現象を利用して行う流速測定の原理を
第３図を参照して説明する。図において、第１送波器１
と第２送波器２とから照射する波長λの連続波超音波ビ
ームを角度２θで交差させると、第１送波器１からの超
音波ビームと第２送波器からの超音波ビームとの交差部
３において定在波が生じ、次式に示す間隔ｄの干渉縞が
形成される。

λ 今、この定在波が存在している交差部３を１つの移動物
体４が速度■で通過することを考えた場合、移動物体４
からのエコー信号を受波器５で受信するとその包路線は
定在波の形に応じた揺らぎを持つ信号となる。この包路
線の揺らぎの信号即ちビート信号の周期Ｔは次式に示す
通りである。

Ｔ＝λ／Ｖ　　　　　　・・・・・・・　（２）（２）
式から明らかに判るように、その周期Ｔは移動物体４の
移動速度が速ければ短く、移動速度が遅ければ長くなる
。このエコーによるビート信号を有する受信信号の波形
を第４図に示す。このビート信号の周期Ｔは図示の通り
である。そしてこの方法による流速測定はドプラ法に比
べて次のような特長を備えている。

イ　ドプラ法ではｎ１定困難な超低速の流速等も測定可
能である。

ロスペラクル速度計測法のように計測精度に確率的な要
因を持つものではないため、短時間に測定可能である。

ハスベラクル速度計測法では散乱体密度が十分に高くス
ペックル領域になっていることが１ｌｌＰ＋定条件の１
つであるが、本手法ではむしろ１個の散乱体が通過する
場合でも計測が可能である。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上記のような２つの同一周波数の交差によっ
て生ずる干渉定在波を利用した流速測定法では、流速又
は物体の移動速度（以下流速という）の測定は可能であ
るが、ドプラ測定法のようにその移動方向を知ることか
できない。医用超音波システムではその流れの方向を知
ることは重要な課題である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、干渉定在波を利用した流速測定法の利点を失わず、そ
の流れの方向が測定可能な流速測定装置を実現すること
にある。

（課題を解決するための手段）前記の課題を解決する本発明は、或る基準周波数より或
る偏移周波数たけ高い周波数の信号を発生する第１の発
振器と、該第１の発振器の出力信号により超音波を発生
し、目標に対して或る角度で超音波ビームを照射する第
１の送波器と、或る基準周波数の信号を発生する第２の
発振器と、該第２の発振器からの信号の周波数を発生し
、前記第１の送波器の照射ビームに対して目標付近で或
る角度で交差する超音波ビームを照射する第２の送波器
と、前記第１の送波器と前記第２の送波器から照射する
超音波ビームによる交差部で発生する移動する定在波に
基づいて前記交差部に存在する反射体からの前記反射体
の移動速度及び移動方向に由来するビート信号を有する
反射波を受波する受波器と、該受波器からの反射波信号
を増幅する受信増幅器と、受信信号を検波する検波器と
、該検波器の出力信号を周波数分析するＦＦＴとを具備
することを特徴とするものである。

（作用）第１の送波器からの超音波ビームとそれとは僅かに異な
る周波数の第２の送波器からの超音波ビームとの交差部
に、その周波数差に比例した速度で移動する定在波が発
生する。この交差部を通過する流体からの反射信号は、
定在波の移動速度と流速との間に一定の関係を有するビ
ート周波数を持っているので周波数スペクトルにおける
反射信号の位置により流速が求められる。

（実施例）以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の回路のブロック図と定在波
形を示す図である。図において、第３図と同等の部分に
は同一の符号を付しである。図中、１１は周波数ｆ１＋
Δｆの信号を発振し、第１送波器１に信号を供給する第
１発振器、１２は周波数ｆ、の信号を発振し、第２送波
器２に信号を供給する第２発振器である。この場合、基
準周波数ｆ、及び偏移周波数Δｆは必要に応じて適宜選
ぶものである。１３は受波器５が受波して電気信号に変
換した交差部３における移動物体４もしくは固定物体か
らのエコー信号を増幅する受信増幅器、１４は受信増幅
器１３の出力信号を検波する検波器で、その出力はＦＦ
Ｔ１５て周波数分析されて次回路以降に出力される。

次に、」１記のように構成された実施例の動作を説明す
るが、先ず、本実施例の原理を説明する。

交差させる超音波ビームの周波数を僅かにずらせ、第１
送波器１からの送波信号の周波数をｆ１＋Δｆとし、第
２送波器２からの送波信号の周波数をｆ、として、相互
の周波数間にΔｆの差を持たせると、交差部３に生ずる
定在波は図示の矢印のように定速移動する。この移動速
度は、流れからの反射波にビート周波数が生しない流速
の値に等しいことが分る。即ち、定在波の移動速度と物
体の移動速度か等しい場合、物体からの反射波は常に射
波の強度が変化しないためビート周波数が発生しないか
らである。

この場合、厄介な副作用として、固定物体のエコーがそ
の周波数差のビート即ちΔｆで変調される。この場合は
、予め交差部３の中に固定反射源が殆どないようにする
か、さもなければ、強力なノツチフィルタを用いてその
反射波を取り除くようにすればよい。このようにΔｆの
周波数差を持たせてそのビームを交差させた実施例の方
法では、固定物体は或るビート周波数即ちΔｆに、定在
波の移動方向と同じ方向にそれよりゆっくりと流れる流
体は前記のビート周波数Δｆより低い周波数に、逆の方
向に流れる流体は前記の固定物体からの反射波のビート
周波数Δｆより高い周波数にそれぞれ現れるので、結果
として方向分離が可能となる。

次に第１図の装置に戻って、その動作を説明する。第１
発振器１１は周波数がｆ、＋Δｆの信号を発生して第１
送波器１に供給する。第２発振器１２は周波数ｆの信号
を発生して第２送波器２に供給する。第１送波器１から
出される超音波ビームと第２送波器２から出される超音
波ビームとは交差部３て交差する。この交差部３で発生
する定在波は、前記２個の送波器から出される送波ビー
ムの周波数の差Δｆに比例する速度で第１送波器］から
第２送波器２の方に向って移動する。この交差部３にあ
る物体、又はこの交差部３中を流れる流体からの反射信
号を受波器５は受波して電気信号に変換し、出力信号を
受信増幅器１３に入力する。受信増幅器１３で増幅され
た信号は検波器１４で検波され、ＦＦＴ１５において周
波数分析されて次回路へ出力される。このＦＦＴ１５に
おいて周波数分析された信号の波形は第２図に示す通り
である。図において、２０は固定目標からのエコーで、
ビート周波数がΔｆの所に現れる。２１は流体からのエ
コーで、この流れは定在波の移動方向とは逆の方向に動
いている場合を示しており、Δｆより高いビート周波数
が出力される。定在波の移動速度と等しい速度の流体に
よるビート周波数はＯなので、定在波の移動速度と同一
方向の流体のエコーによるビート周波数は、その速度が
増す程周波数軸のΔｆから０の方に移動し、定在波の移
動速度と等しい流体のエコーによるビート周波数即ち０
の所までビート周波数は変化する。

従って、Δｆは測定しようとする流れの速度によって適
宜定めるとよい。

以上説明したように本実施例によれば、速度Ｏからの極
めて遅い流速の測定ができる外、その流れの方向まで識
別ができるようになる。

（発明の効果）以上詳細に説明したように本発明によれば、極低速の流
れのｎｊ定が可能であり、僅かの移動によって生ずるビ
ート周波数の観測で流速の判定が可能なので、短時間の
測定が可能である。又、ただ１個の散乱体の通過によっ
ても測定可能であるという利点の外に、その移動方向の
判別が可能になり、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路と発生する定在波形を
示す図、第２図は第１図の回路で得られた周波数スペクトルの図
、第３図は同一周波数の超音波ビームを交差させた場合の
移動物体の速度測定の原理図、第４図は第３図の交差超
音波ビームから得られた信号の図である。１・・・第１送波器　　　　　２・・・第２送波器３・
・・交差部　　　　　　　４・・・移動物体（流れ）５
・・・受波器　　　　　　　１１・・・第１発振器１２
・・・第２発振器　　　　１３・・・受信増幅器１４・
・・検波器　　　　　　１５・・・ＦＦＴ２Ｏ・・・固
定目標からのエコー２１・・・流体からのエコー

Claims

【特許請求の範囲】或る基準周波数より或る偏移周波数だけ高い周波数の信
号を発生する第１の発振器（１１）と、該第１の発振器
（１１）の出力信号により超音波を発生し、目標に対し
て或る角度で超音波ビームを照射する第１の送波器（１
）と、或る基準周波数の信号を発生する第２の発振器（１２）
と、該第２の発振器（１２）からの信号の周波数を発生し、
前記第１の送波器（１）の照射ビームに対して目標付近
で或る角度で交差する超音波ビームを照射する第２の送
波器（２）と、前記第１の送波器（１）と前記第２の送波器（２）から
照射する超音波ビームによる交差部（３）で発生する移
動する定在波に基づいて前記交差部（３）に存在する反
射体からの前記反射体の移動速度及び移動方向に由来す
るビート信号を有する反射波を受波する受波器（５）と
、該受波器（５）からの反射波信号を増幅する受信増幅器
（１３）と、受信信号を検波する検波器（１４）と、該検波器（１４）の出力信号を周波数分析するＦＦＴ（
１５）とを具備することを特徴とする流速測定装置。