本发明专利技术提供一种运算装置及具有运算装置的流量计，该运算装置在超声波流量计等中使用，且能够以高精度计算出传播时间差同时运算量少。本发明专利技术的运算装置具有：对2个输入信号分别进行傅立叶变换的第1和第2傅立叶变换部；导出第1傅立叶变换部的输出值的复数共轭的复数共轭导出部；输出把复数共轭与第2傅立叶变换部的输出值相乘后的值的乘法器；对相乘后的值进行希尔伯特变换的希尔伯特变换部；对相乘后的值和希尔伯特变换部的输出值分别进行逆傅立叶变换的第1和第2逆傅立叶变换部；根据第1和第2逆傅立叶变换部的输出值，导出2个输入信号之间的相位关系的相位关系导出部；和根据相位关系，导出2个输入信号之间的时间差的时间差导出部。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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ι输入信号与相对第ι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。
技术介绍
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 IMHz程度的频率，所以，信号的一个周期为 ι μ s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Si在达到阈值thl的时间为Tl，振幅变小了的接收信号S2到达阈值thl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. ^s)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。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。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的之一是，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。为了解决上述的问题，作为本专利技术的一个实施方式的运算装置，具有对第1输入信号进行傅立叶变换的第1傅立叶变换部；对第2输入信号进行傅立叶变换的第2傅立叶变换部；导出上述第1傅立叶变换部的输出值的复数共轭的复数共轭导出部；把上述复数共轭与上述第2傅立叶变换部的输出值相乘，输出相乘后的值的乘法器；对上述相乘后的值进行希尔伯特变换的希尔伯特变换部；对上述相乘后的值进行逆傅立叶变换的第1逆傅立叶变换部；对上述希尔伯特变换部的输出值进行逆傅立叶变换的第2逆傅立叶变换部； 根据上述第1逆傅立叶变换部的输出值和上述第2逆傅立叶变换部的输出值，导出上述第 1输入信号与上述第2输入信号之间的相位关系的相位关系导出部；和根据上述相位关系， 导出上述第1输入信号与上述第2输入信号之间的时间差的时间差导出部。根据上述结构的运算装置，由于对傅立叶变换后的值进行了希尔伯特变换，然后进一步进行逆傅立叶变换，所以能够以比较少的运算量求出第1输入信号与第2输入信号之间的时间差。并且，由于运算量少，所以可缩短运算装置的处理时间，而且能够以低成本构成运算装置。另外，第1输入信号与第2输入信号之间的时间差与流量计中的信号的传播时间差对应。另外，作为本专利技术的一个方式的运算方法，包括对第1输入信号进行傅立叶变换的第1傅立叶变换步骤；对第2输入信号进行傅立叶变换的第2傅立叶变换步骤；导出在上述第1傅立叶变换步骤中得出的值的复数共轭的复数共轭导出步骤；把上述复数共轭与在上述第2傅立叶变换步骤中得出的值相乘，输出相乘后的值的乘法运算步骤；对上述相乘后的值进行希尔伯特变换的希尔伯特变换步骤；对上述相乘后的值进行逆傅立叶变换的第 1逆傅立叶变换步骤；对在上述希尔伯特变换步骤中得出的值进行逆傅立叶变换的第2逆傅立叶变换步骤；根据在上述第1逆傅立叶变换步骤中得出的值和在上述第2逆傅立叶变换步骤中得出的值，导出上述第1输入信号与上述第2输入信号之间的相位关系的相位关系导出步骤；和根据上述相位关系，导出上述第1输入信号与上述第2输入信号之间的时间差的时间差导出步骤。另外，本专利技术包含具备了上述运算装置的流量计。更具体来说，该流量计还具有构成为可以相互收发信号的第1信号收发机和第2信号收发机，上述第1信号收发机和上述第2信号收发机被相互分离地设在流通规定的介质的流路中，上述第1输入信号是从上述第2信号收发机发送、由上述第1信号收发机接收到的信号，上述第2输入信号是从上述第 1信号收发机发送、由上述第2信号收发机接收到的信号，根据所导出的上述时间差，可测定上述介质的流量。根据本专利技术的一个实施方式的运算装置，例如在上游侧和下游侧分别设有超声波收发机的超声波流量计中，能够以比较少的运算量求出上游侧的接收信号与下游侧的接收信号之间的传播时间差。附图说明图1是表示实施方式中的运算装置的结构例的图。图2是表示不进行希尔伯特变换的运算装置的结构例的图。图3是表示运算装置中的逆傅立叶变换部各自的输出值的曲线图。图4是表示相关的相位关系的曲线图。图5是表示相关的相位关系的曲线的放大图。图6是表示插补误差的曲线图。图7是表示傅立叶变换(FFT)的方法的示意图。图8是表示蝶形运算的方法的示意图。图9是将以往的方法与实施方式的方法中的运算量进行比较的曲线本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种运算装置，其特征在于，具有：对第１输入信号进行傅立叶变换的第１傅立叶变换部；对第２输入信号进行傅立叶变换的第２傅立叶变换部；导出上述第１傅立叶变换部的输出值的复数共轭的复数共轭导出部；把上述复数共轭与上述第２傅立叶变换部的输出值相乘并输出相乘后的值的乘法器；对上述相乘后的值进行希尔伯特变换的希尔伯特变换部；对上述相乘后的值进行逆傅立叶变换的第１逆傅立叶变换部；对上述希尔伯特变换部的输出值进行逆傅立叶变换的第２逆傅立叶变换部；根据上述第１逆傅立叶变换部的输出值和上述第２逆傅立叶变换部的输出值，导出上述第１输入信号与上述第２输入信号之间的相位关系的相位关系导出部；和根据上述相位关系，导出上述第１输入信号与上述第２输入信号之间的时间差的时间差导出部。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐佐木宏，
申请(专利权)人：株式会社山武，
类型：发明
国别省市：JP
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