超声波测量仪.pdf

一种超声波测量仪包括，但并不局限于，发射器、接收器和计算器，其中发射器向具有气泡和/或颗粒的流体发射一连串超声波脉冲串信号，这一连串超声波脉冲串信号被流体中的气泡和/或颗粒反射，成为一连串反射信号；接收器接收这一连串反射信号；计算器通过对从接收器输出的一连串接收信号执行相关处理来计算多个相关系数，并基于所述多个相关系数来计算流体的物理量。

1.  一种超声波测量仪包括：
发射器，用来向至少含有气泡和颗粒之一的液体发射一连串超声波脉冲串信号，这一连串超声波信号被流体中的气泡和颗粒中的至少一种反射成为一连串反射信号；
接收器，用来接收所述一连串反射信号；
计算器，用来通过对从接收器输出的一连串接收信号执行相关处理来计算多个相关系数，计算器基于所述多个相关系数来计算流体的物理量。

2.  根据权利要求1所述的超声波测量仪，其中
所述一连串超声波脉冲串信号包括第一超声波脉冲串部分信号、第二超声波脉冲串部分信号和第三超声波脉冲串部分信号，第一超声波脉冲串部分信号具有第一频率，第二超声波脉冲串部分信号具有第二频率，第三超声波脉冲串部分信号具有第三频率，在第一超声波脉冲串部分信号和第二超声波脉冲串部分信号之间定义第一时间间隔，在第二超声波脉冲串部分信号和第三超声波脉冲串部分信号之间定义第二时间间隔，第一时间间隔和第二时间间隔彼此不同，
所述一连串反射信号包括第一反射部分信号、第二反射部分信号和第三反射部分信号，第一超声波脉冲串部分信号被流体中的气泡和颗粒中的至少一种反射成为第一反射部分信号；第二超声波脉冲串部分信号被流体中的气泡和颗粒中的至少一种反射成为第二反射部分信号；第三超声波脉冲串部分信号被流体中的气泡和颗粒中的至少一种反射成为第三反射部分信号，
所述一连串接收信号包括第一接收部分信号、第二接收部分信号、第三接收部分信号，以及
所述多个相关系数包括第一相关系数和第二相关系数。

3.  根据权利要求1所述的超声波测量仪，其中
所述一连串超声波脉冲串信号包括第一超声波脉冲串部分信号对和第二超声波脉冲串部分信号对，第一超声波脉冲串部分信号对中的每一个都具有第一频率，第二超声波脉冲串部分信号中的每一个都具有第二频率对，第一频率和第二频率彼此不同，在第一超声波脉冲串信号对之间定义第一时间间隔，在第二超声波脉冲串信号对之间定义第二时间间隔，在第一对超声波脉冲串信号之一和第二对超声波脉冲串信号之一之间定义第三时间间隔，第一时间间隔、第二时间间隔、第三时间间隔彼此相同，
所述一连串反射信号包含第一对反射部分信号和第二对反射部分信号，
所述一连串接收信号包含第一对接收部分信号和第二对接收部分信号，
所述多个相关系数包含第一相关系数和第二相关系数。

4.  根据权利要求2所述的超声波测量仪，其中
第一时间间隔不是第二时间间隔的倍数，第二时间间隔也不是第一时间间隔的倍数。

5.  根据权利要求3所述的超声波测量仪，其中
第一频率不是第二频率的倍数，第二频率也不是第一频率的倍数。

6.  根据权利要求1所述的超声波测量仪，其中
计算器通过将相关系数相乘来计算附加的相关系数，附加的相关系数的峰值等于流体的流速。

7.  根据权利要求1所述的超声波测量仪，其中
流体的物理量包括流速分布和体积流量。

8.  一种超声波测量仪包括
发生电路，其产生一连串脉冲串信号；
变换器，其接收所述一连串脉冲串信号，将所述一连串脉冲串信号转换成一连串超声波脉冲串信号，然后将这一连串超声波脉冲串信号发射到至少含有气泡和颗粒之一的流体，该变换器接收被流体中的气泡和颗粒中的至少一种反射的所述一连串超声波脉冲串信号，并将被反射的所述一连串超声波脉冲串信号转换成一连串电接收信号，并将这一连串电接收信号输出；
A/D转换器，其接收所述一连串电接收信号并将所述一连串电接收信号转换成一连串数字接收信号，然后输出这一连串数字接收信号；
第一运算单元，其接收所述一连串数字接收信号，第一运算单元对所述一连串数字接收信号执行相关处理以计算出流速分布，并将所述流速分布输出；
第二运算单元，其接收所述流速分布，并基于所述流速分布来计算体积流量。

9.  根据权利要求8所述的超声波测量仪，其中所述一连串超声波脉冲串信号包括第一超声波脉冲串部分信号、第二超声波脉冲串部分信号和第三超声波脉冲串部分信号，第一超声波脉冲串部分信号具有第一频率，第二超声波脉冲串部分信号具有第二频率，第三超声波脉冲串部分信号具有第三频率，在第一超声波脉冲串部分信号和第二超声波脉冲串部分信号之间定义第一时间间隔，在第二超声波脉冲串部分信号和第三超声波脉冲串部分信号之间定义第二时间间隔，第一时间间隔和第二时间间隔彼此不同。

10.  根据权利要求9所述的超声波测量仪，其中
所述一连串反射超声波脉冲串信号包括第一反射部分信号、第二反射部分信号和第三反射部分信号，第一超声波脉冲串部分信号在流体中反射成为第一反射部分信号；第二超声波脉冲串部分信号在流体中反射成为第二反射部分信号；第三超声波脉冲串部分信号在流体中反射成为第三反射部分信号；
所述一连串数字接收信号包括第一数字接收部分信号、第二数字接收部分信号、第三数字接收部分信号，第一数字接收部分信号由第一反射部分信号转换而来；第二数字接收部分信号由第二反射部分信号转换而来；第三数字接收部分信号由第三反射部分信号转换而来，
第一运算单元通过相关处理来计算第一相关系数和第二相关系数，该相关处理基于第一数字接收部分信号、第二数字接收部分信号和第三数字接收部分信号来进行，并且第一运行算单元基于第一相关系数和第二相关系数来计算流速分布。

11.  根据权利要求9所述的超声波测量仪，其中第一时间间隔不是第二时间间隔的倍数，第二时间间隔也不是第一时间间隔的倍数。

12.  根据权利要求10所述的超声波测量仪，其中第一运算单元通过将第一相关系数和第二相关系数相乘来计算附加的相关系数，附加的相关系数的峰值等于流体的流速。

13.  根据权利要求8所述的超声波测量仪，其中所述一连串超声波脉冲串信号包括第一超声波脉冲串部分信号对和第二超声波脉冲串部分信号对，第一超声波脉冲串部分信号对具有第一频率，第二超声波脉冲串部分信号对具有第二频率，第一频率和第二频率彼此不同，在第一超声波脉冲串部分信号对之间定义第一时间间隔，在第二超声波脉冲串部分信号对之间定义第二时间间隔，在第一超声波脉冲串部分信号对中的一个和第二超声波脉冲串部分信号对中的一个之间定义第三时间间隔，第一时间间隔、第二时间间隔、第三时间间隔彼此相同。

14.  一种计算流体流速的方法，包括：
生成一连串脉冲串信号；
将所述一连串脉冲串信号转换成一连串超声波脉冲串信号；
将所述一连串超声波脉冲串信号发射到至少含有气泡和颗粒之一的流体；
将被流体中的气泡和颗粒中的至少一种反射的一连串反射超声波脉冲串信号转换成一连串电接收信号；
将所述一连串电接收信号转换成一连串数字接收信号；
对所述一连串数字接收信号执行相关处理来计算流速分布；以及
基于流速分布来计算体积流量。

15.  根据权利要求14所述的计算流体流速的方法，其中所述一连串超声波脉冲串信号包括第一超声波脉冲串部分信号、第二超声波脉冲串部分信号和第三超声波脉冲串部分信号，第一超声波脉冲串部分信号具有第一频率，第二超声波脉冲串部分信号具有第二频率，第三超声波脉冲串部分信号具有第三频率，在第一超声波脉冲串部分信号和第二超声波脉冲串部分信号之间定义第一时间间隔，在第二超声波脉冲串部分信号和第三超声波脉冲串部分信号之间定义第二时间间隔，第一时间间隔和第二时间间隔彼此不同。

16.  根据权利要求14所述的计算流体流速方法，其中所述一连串反射超声波脉冲串信号包括第一反射部分信号、第二反射部分信号和第三反射部分信号，第一超声波脉冲串部分信号在流体中反射成为第一反射部分信号；第二超声波脉冲串部分信号在流体中反射成为第二反射部分信号；第三超声波脉冲串部分信号在流体中反射成为第三反射部分信号。

17.  根据权利要求16所述的计算流体流速的方法，其中相关处理计算第一相关系数、第二相关系数，相关处理基于第一数字部分信号、第二数字部分信号和第三数字接收部分信号来进行，第一数字接收部分信号由第一反射部分信号转换而来；第二数字接收部分信号由第二反射部分信号转换而来；第三数字接收部分信号由第三反射部分信号转换而来，基于第一相关系数和第二相关系数来计算流速分布。

18.  根据权利要求15所述的计算流体流速的方法，其中第一时间间隔不是第二时间间隔的倍数，第二时间间隔也不是第一时间间隔的倍数。

19.  根据权利要求17所述的计算流体流速的方法，其中附加的相关系数通过将第一相关系数和第二相关系数相乘来计算，流体的流速由附加的相关系数的峰值来决定。

20.  根据权利要求14所述的计算流体流速的方法，其中所述一连串超声波脉冲串信号包括第一超声波脉冲串部分信号对和第二超声波脉冲串部分信号对，第一超声波脉冲串部分信号对具有第一频率，第二超声波脉冲串部分信号对具有第二频率，第一频率和第二频率彼此不同，在第一超声波脉冲串部分信号对之间定义第一时间间隔，在第二超声波脉冲串部分信号对之间定义第二时间间隔，在第一超声波脉冲串部分信号对中的一个和第二超声波脉冲串部分信号对中的一个之间定义第三时间间隔，第一时间间隔、第二时间间隔和第三时间间隔彼此相同。

超声波测量仪
技术领域
本发明总的来说涉及一种用来测量流体的流速和体积流量的超声波测量仪。
本发明要求2008年12月24日提出的日本专利申请第2008-326905号的优先权，其内容以引文方式并入此文。
背景技术
正如我们知道的那样，有使用反射相关方法的反射相关类型超声波流量计。反射相关类型超声波流量计通过对反射波执行互相关处理来测量流速。反射波由发射到流体再由流体中的气泡和/或颗粒反射的超声波脉冲形成。反射相关类型超声波流量计基于流速和流体通道的截面积来计算体积流量。
基于脉冲多普勒方法的多普勒型流量计是另一种类型。多普勒型流量计基于作为反射波的多普勒频移体积的频移体积来测量流速。由发射到流体并且被流体中的气泡和/或颗粒反射的超声波脉冲形成所述反射波。多普勒型流量计基于流速和流体通道的截面积来计算体积流量。
日本专利第3669580号公开了一种基于反射相关方法和脉冲多普勒方法的结合的超声波流速分布和流量计。基于反射相关方法的互相关值的峰值点是显示流速的值。由于互相关处理，具有高度相关性的多个值在规则的间隔处出现。对于每个固定值，得到基于反射相关方法的多个流速，这个固定值被称之为“多峰”。不能唯一确定互相关值的哪一个峰值点能够作为显示真实流速的值。通过以下方式来避免多峰，首先基于脉冲多普勒方法计算流速的近似值，基于反射相关方法计算互相关值，然后通过脉冲多普勒方法由流速的近似值范围内的互相关值来确定真实的流速。
日本未经审查的专利申请，第一次公布的第2005-181268号也公开了一种使用反射相关方法的超声波流量计。
因为理论上反射相关方法没有流速上限，所以用脉冲多普勒方法所能测量的流速的上限比反射相关方法测量的流速上限低。当流速低时，由于准确性下降，脉冲多普勒方法中的下限比反射相关方法的下限高。因为在脉冲多普勒方法中可以测量的流速范围比反射相关方法中可以测量的流速范围窄，所以脉冲多普勒方法的应用有限。在脉冲多普勒方法中，当流体中包含的气泡和/或颗粒的流断断续续时得不到流速。
因为现有技术融合了反射相关方法和脉冲多普勒方法并用每种方法来计算流速，所以现有技术中的装置的配置很复杂。
发明内容
超声波测量仪可以包括，但并不局限于，发射器、接收器和计算器，其中发射器用来向含有气泡和/或颗粒的流体发射一连串超声波脉冲串信号，这一连串超声波脉冲串信号被流体中的气泡和/或颗粒反射成为一连串反射信号；接收器用来接收这一连串反射信号；计算器通过对从接收器输出的一连串接收信号执行相关处理来计算多个相关系数，计算器基于所述多个相关系数来计算流体的物理量。
超声波测量仪可以包括，但并不局限于，发生电路、变换器、A/D转换器、第一运算单元和第二运算单元，其中发生电路用来产生一连串脉冲串信号；变换器接收这一连串脉冲串信号，将其转换成一连串超声波脉冲串信号，然后将这一连串超声波脉冲串信号发射到含有气泡和/或颗粒的流体中，变换器接收被流体中的气泡和/或颗粒反射的这一连串超声波脉冲串信号，将这一连串反射超声波脉冲串信号转换成一连串电接收信号，并将这一连串电接收信号输出；A/D转换器接收所述的一连串电接收信号并将这一连串电接收信号转换成一连串数字接收信号，然后输出这一连串数字接收信号；第一运算单元接收所述的一连串数字接收信号，对这一连串数字接收信号执行相关处理来计算流速分布并输出该流速分布；以及第二运算单元接收所述流速分布，并基于流速分布来计算体积流量。
计算流体流速的方法可以包括但并不局限于：生成一连串脉冲串信号；将这一连串脉冲串信号转换成一连串超声波脉冲串信号；将这一连串超声波脉冲串信号发射到含有气泡和/或颗粒的流体中；将被流体中的气泡和/或颗粒反射的一连串反射超声波脉冲串信号转换成一连串电接收信号；将这一连串电接收信号转换成一连串数字接收信号；对这一连串数字接收信号执行相关处理来计算流速分布并基于流速分布来计算体积流量。
本发明可以通过装置的简单配置来测量物理量，在不使用脉冲多普勒方法的情况下避免了出现多峰。
附图说明
通过下面连同附图的特定的优选实施例的说明，本发明上述的特征和优点将更为明显。
图1是说明根据本发明的第一优选实施例的超声波测量仪A的功能组件的框图；
图2是说明根据本发明的第一优选实施例的一连串超声波脉冲串信号US和一连串超声波脉冲串信号UA的波形图；
图3是说明根据本发明的第一优选实施例的第一相关系数K1和第二相关系数K2的变化的波形图；
图4A是说明根据本发明的第一优选实施例的当第一时间间隔设定为300μs，第二时间间隔设定为500μs时测量流速的试验结果的柱形统计图表；
图4B是说明用于与图4A进行对比的当第一时间间隔和第二时间间隔均设定为300μs时测量流速的试验结果的柱形统计图表；
图5是说明根据本发明的第一优选实施例的另一连串超声波脉冲串信号US’的波形图。
具体实施方式
现在参考说明性的实施例描述本发明。所属领域的技术人员会认识到可以使用本发明的思想来实现许多可替换的实施例，本发明并不局限于在这里用作说明目的的实施例。
图1是说明根据本发明的第一优选实施例的超声波测量仪的功能组件的框图。参考图1，超声波测量仪A可以包括，但并不局限于，多时间间隔发射电路1、第一放大器2、变换器3、第二放大器4、A/D转换器5、壁滤波器6、多时间间隔反射相关运算单元7、体积流量运算单元8和控制单元9。
多时间间隔发射电路1、第一放大器2、变换器3和控制单元9与超声波发射器对应。变换器3、第二放大器4、A/D转换器5和控制单元9与反射波接收器对应。壁滤波器6、多时间间隔反射相关运算单元7、体积流量运算单元8和控制单元9与物理量运算器相对应。第一放大器2、第二放大器4和壁滤波器6并非必要的组成部分，可以省略。
超声波测量仪A是一种测量设备，它计算在管道R中流动的流体X(测量目标)的流速分布，该管道R具有指定形状的横截面；并且基于从流速分布中得到的平均流速和管道R的横截面积S计算流体X的体积流量Q。在超声波测量仪A中，壁滤波器6、多时间间隔反射相关运算单元7和体积流量运算单元8是以软件方式执行信号处理的运算处理单元的功能组成部分。该运算处理单元包括内部存储器，其用来预先存储定义诸如横截面积S之类的参数的计算程序或者计算流速分布和体积流量Q所需要的计算算法。
多时间间隔发射电路1是向第一放大器2输出多个不同规格的发射脉冲串信号的电子电路。发射脉冲串信号具有处于超声波频带内(比如在500kHz到2MHz之间)的频率f。发射脉冲串信号包括第一、第二和第三发射脉冲串信号，每个发射脉冲串信号都有脉冲波形或脉冲串波形。第一发射脉冲串信号的脉冲波形与第二发射脉冲串信号的脉冲波形之间的时间间隔是T1，第二发射脉冲串信号的脉冲波形与第三发射脉冲串信号的脉冲波形之间的时间间隔是T2，而且T1与T2不等。多时间间隔发射电路1包括正弦振荡电路和强度调制电路，该强度调制电路对重复频率为f的连续正弦波信号的脉冲串信号的强度进行调制。连续正弦波信号按上述的时间间隔从正弦振荡电路输出。
第一放大器2接收来自多时间间隔发射电路1的发射脉冲串信号。第一放大器2将发射脉冲串信号按指定的放大倍数进行放大，然后将其输出到变换器3。
变换器3布置在管道R的外表面上。变换器3是电声转换器。变换器3接收来自第一放大器2的发射脉冲串信号。变换器3将该发射脉冲串信号转换成用于测量的超声波脉冲串信号US。该用于测量的超声波脉冲串信号US被发射到管道R中，发射方向与垂直于流体X的流动方向的方向成θ角。用于测量的超声波脉冲串信号US被管道R中的气泡和/或颗粒之类的微粒反射，成为用于估计的超声波脉冲串信号UA。变换器3接收用于估计的超声波脉冲串信号UA，并将其转换成电接收信号。
来自第一放大器2的作为电信号的发射脉冲串信号被转换成作为超声波的用于测量的超声波脉冲串信号US。用于测量的超声波脉冲串信号US包括多个不同规格的超声波脉冲串信号。用于测量的超声波脉冲串信号US的频率与发射脉冲串信号中正弦波的频率f相同。用于测量的超声波脉冲串信号US是以两个不同的时间间隔T1和T2重复的具有脉冲串波形的声信号。
用于测量的超声波脉冲串信号US被管道R中以从上游到下游的方向(由图1的箭头标示X示出的方向)流过的流体X中的气泡和/或颗粒反射，成为用于估计的超声波脉冲串信号UA。变换器3连续接收一连串的多个用于估计的超声波脉冲串信号UA。
用于测量的超声波脉冲串信号US包含两个不同的时间间隔T1和T2。在基于反射相关方法的传统流速测量中，由单个时间间隔组成的超声波脉冲串信号被发射到要测量的流体。在根据本发明的第一优选实施例的超声波测量仪A中，以两个不同时间间隔T1和T2重复的用于测量的超声波脉冲串信号US被发射到管道R中的流体X。时间间隔T1不是时间间隔T2的倍数，时间间隔T2也不是时间间隔T1的倍数。例如，T1∶T2等于2∶3，3∶2，5∶8或者8∶5。在后续的描述中，两个不同的时间间隔T1和T2统称为时间间隔T。
图2是说明根据本发明的第一优选实施例的一连串用于测量的超声波脉冲串信号US和一连串用于估计的超声波脉冲串信号UA的波形图。用于测量的超声波脉冲串信号US包括第一超声波脉冲串信号US1、第二超声波脉冲串信号US2、和第三超声波脉冲串信号US3。第一、第二、第三超声波脉冲串信号US1，…，US3中的每一个都是频率为f的正弦波。第一超声波脉冲串信号US1和第二超声波脉冲串信号US2之间的时间间隔是T1。第二超声波脉冲串信号US2和第三超声波脉冲串信号US3之间的时间间隔是T2。
用于估计的超声波脉冲串信号UA包括第一反射信号UA1、第二反射信号UA2、和第三反射信号UA3。第一超声波脉冲串信号US1被流体X中的气泡和/或颗粒反射，成为第一反射信号UA1。第二超声波脉冲串信号US2被流体X中的气泡和/或颗粒反射，成为第二反射信号UA2。第三超声波脉冲串信号US3被流体X中的气泡和/或颗粒反射，成为第三反射信号UA3。
变换器3接收包括第一、第二、第三反射信号UA1，…，UA3的用于估计的超声波脉冲串信号UA。变换器3将该用于估计的超声波脉冲串信号UA转换成电接收信号，该电接收信号包括分别与第一、第二和第三反射信号UA1，…，UA3相对应的三个电脉冲串信号。
第二放大器4接收来自变换器3的电接收信号。第二放大器4用指定的放大倍数对电接收信号进行放大，并将其输出到A/D转换器5。
A/D转换器5接收来自第二放大器4的电接收信号。A/D转换器5将该电接收信号转换成数字接收数据信号。该转换通过按指定的采样率对电接收信号进行采样来进行。指定的采样率服从采样定理，等于比频率f的二倍大的重复周期。A/D转换器5向壁滤波器6输出数字接收数据信号。
壁滤波器6、多时间间隔反射相关运算单元7和体积流量运算单元8是运算处理单元的功能组件，该运算处理单元以软件方式对来自A/D转换器5的数字接收数据信号执行信号处理。
壁滤波器6接收来自A/D转换器5的数字接收数据信号。壁滤波器6通过对数字接收数据信号执行指定算法的滤波处理来去除数字接收数据信号中包含的作为由管道R中的反射所产生的噪声信号的回声分量。壁滤波器6将只包含被流体X中的气泡和/或颗粒反射的分量的数字接收数据信号输出到多时间间隔反射相关运算单元7。
多时间间隔反射相关运算单元7从壁滤波器6接收数字接收数据信号，该数字接收数据信号是去除了用于估计的超声波脉冲串信号UA的回声分量的脉冲串信号。多时间间隔反射相关运算单元7计算每个位置上的经过气泡和/或颗粒的速度分布，总之，也就是作为管道R中的流速分布的流体X的流速分布。如图2所示，该计算是通过在多个时域R1，R2，…，Rn中的每个时域中对数字接收数据信号执行相关运算处理来进行的。作为多时间间隔反射相关运算单元7的计算结果的流速分布被输出到体积流量运算单元8，并作为超声波测量仪A的测量值之一向外部输出。下面将描述多时间间隔反射相关运算单元7的运算。
体积流量运算单元8从多时间间隔反射相关运算单元7接收流速分布。体积流量运算单元8基于流速分布和接近计算流速的位置的管道R的横截面积S来计算流体X的体积流量Q。
控制单元9同步地控制多时间间隔发射电路1、A/D转换器5和运算处理单元。控制单元9对将电接收信号转换成数字接收数据信号的A/D转换器5进行控制，该控制与多时间间隔发射电路1中的发射脉冲串信号的生成时序同步。控制单元9对执行数字接收数据信号的运算处理的运算处理单元进行控制。
接下来，将参照图3和图4描述以上述方式配置的超声波测量仪A的详细操作。
时间间隔发射电路1在控制单元9输出指示测量开始的发射指令信号时向第一放大器2输出发射脉冲串信号。第一放大器2接收该发射脉冲串信号、放大该发射脉冲串信号并将该发射脉冲串信号输出到变换器3。变换器3接收该发射脉冲串信号，并将该发射脉冲串信号转换成作为用于测量的超声波脉冲串信号US的超声波，再将如图2所示的用于测量的超声波脉冲串信号US发射到管道R。用于测量的超声波脉冲串信号US被从上游到下游流经管道R内的流体X中的气泡和/或颗粒反射，变成用于估计的超声波脉冲串信号UA。用于估计的超声波脉冲串信号UA由变换器3进行检测。
变换器3将用于估计的超声波脉冲串信号UA转换成电接收信号并将电接收信号输出到第二放大器4。用于测量的超声波脉冲串信号US包括第一、第二和第三超声波脉冲串信号US1，…，US3。用于估计的超声波脉冲串信号UA包括第一、第二和第三反射信号UA1，…，UA3。第一超声波脉冲串信号US1被流体X中的气泡和/或颗粒反射，成为第一反射信号UA1。第二超声波脉冲串信号US2被流体X中的气泡和/或颗粒反射，成为第二反射信号UA2。第三超声波脉冲串信号US3被流体X中的气泡和/或颗粒反射，成为第三反射信号UA3。
电接收信号由包含第一、第二和第三反射信号的UA1，…，UA3的用于估计的超声波脉冲串信号UA转换而成。电接收信号包含类似第一、第二和第三反射信号UA1，…，UA3的信息。电接收信号是模拟信号，它被A/D转换器5转换成为数字信号的数字接收数据信号，该数字接收数据信号被输出到壁滤波器6。因为A/D转换器5中的量化处理满足了取样定理，数字接收数据信号包括电接收信号所具有的相同信息。
壁滤波器6接收数字接收数据信号并对其执行滤波处理。数字接收数据信号成为仅包括被流体X中的气泡和/或颗粒反射的信号分量。数字接收数据信号被输出到多时间间隔反射相关运算单元7。
多时间间隔反射相关运算单元7计算第一反射信号UA1和第二反射信号UA2的第一互相关系数，该系数随后被称为第一相关系数K1；多时间间隔反射相关运算单元7计算第二反射信号UA2和第三反射信号UA3的第二互相关系数，该系数随后被称为第二相关系数K2。
图3是说明根据本发明的第一优选实施例的第一相关系数K1和第二相关系数K2的变化的波形图。正如我们普遍了解的，在计算信号互相关系数中，第一相关系数K1和第二相关系数K2中的每个相关系数分别通过偏移作为计算目标的两个信号的时间轴上的相对位置来进行计算。图3的水平轴表示流体X的流速。第一和第二相关系数K1和K2中的每个相关系数都具有脉冲串形状的波形，该波形按照用于测量的超声波脉冲串信号US的周期进行振荡，该周期是用于测量的超声波脉冲串信号US的周期性产生的“多峰”引起的。第一相关系数K1和第二相关系数K2的振荡周期W通过下面的数学表达式(1)给出，式中具有以下参数：频率f，时间间隔T，角度θ和声速C。
W＝C/(2fTsinθ)-----(1)
第一相关系数K1是表达第一反射信号UA1和第二反射信号UA2之间的相关性的量。第一反射信号UA1和第二反射信号UA2之间的时间间隔是T1。第一振荡周期W1基于数学表达式(1)按下面的数学表达式(2)表达。第二相关系数K2是表达第二反射信号UA2和第三反射信号UA3之间的相关性的量。第二反射信号UA2和第三反射信号UA3之间的时间间隔是T2，时间间隔T2和时间间隔T1不同。第二振荡周期W2基于数学表达式(1)按下面的数学表达式(3)表达。
W1＝C/(2fT1sinθ)-----(2)
W2＝C/(2fT2sinθ)-----(3)
给出了峰值点Wa的流速Ua，是第一和第二相关系数K1和K2的公共点，是流体X的真实流速，其他峰值点不与流体X的流速相对应。
多时间间隔反射相关运算单元7将第一相关系数K1与第二相关系数K2相乘来计算用于估计的相关系数Kh。流速Ua提供用于估计的相关系数Kh的峰值点(即，峰值点Wa)，该峰值点是第一和第二相关系数K1和K2的公共点，假定为流速的测量值。用于估计的相关系数Kh通过第一相关系数K1与第二相关系数K2的乘积来计算。第一和第二相关系数K1和K2的公共点中除了峰值点Wa之外的其他峰值点与峰值点Wa相比被相对抑制，并且变得小些。用于估计的相关系数Kh波形中为第一和第二相关系数K1和K2的公共点的峰值点Wa被加强。
图4A是说明根据本发明的第一优选实施例的测量流速的试验结果的柱形统计图表，测量时第一时间间隔T1设定为300μs，第二时间间隔T2设定为500μs。图4B是说明测量流速的试验结果的柱形统计图表，测量时第一时间间隔T1和第二时间间隔T2均设定为300μs，用于与图4A进行对比。在图4A和图4B的对比中可以理解，当第一时间间隔T1和第二时间间隔T2不同时，与第一时间间隔T1和第二时间间隔T2相同时相比，数据集中在表示真实流速的一个点上，“多峰”的影响大大减小。
为了有效地加强为第一和第二相关系数K1和K2的公共点的峰值点Wa，时间间隔T1不是时间间隔T2的倍数，T2也不是T1的倍数。例如，T1∶T2等于2∶3，3∶2，5∶8或者8∶5。
在根据本发明的第一优选实施例的超声波测量仪A中，用于测量的超声波脉冲串信号US向流体X发射。用于测量的超声波脉冲串信号US包括第一、第二，第三超声波脉冲串信号US1，…，US3。第一超声波脉冲串信号US1和第二超声波脉冲串信号US2之间的时间间隔是T1。第二超声波脉冲串信号US2和第三超声波脉冲串信号US3之间的时间间隔是T2。用于测量的超声波脉冲串信号US被流体X中的气泡和/或颗粒反射，变成用于估计的超声波脉冲串信号UA。流体X的流速基于取决于用于估计的超声波脉冲串信号UA的第一和第二相关系数K1和K2来计算。真实流速能够在不受“多峰”的干扰的情况下，用简单的装置配置来测量。
多时间间隔反射相关运算单元7在如图2所示的每个时域R1，R2，…，Rn中计算第一和第二相关系数K1和K2。多时间间隔反射相关运算单元7计算与每个时域R1，R2，…，Rn对应的在管道X内的每一面积上的流速分布。多时间间隔反射相关运算单元7将流速分布输出到体积流量运算单元8。
体积流量运算单元8接收流速分布。体积流量运算单元8计算平均流速u，其是流速分布的加权平均值。体积流量运算单元8基于平均流速u和管道R的横截面积S计算流体X的体积流量Q。体积流量运算单元8将体积流量Q作为测量结果输出。
在上述的实施例中，包括第一、第二、第三超声波脉冲串信号US1，…，US3的用于测量的超声波脉冲串信号US被发射到流体X。为了更有效地加强显示真实流速的峰值点Wa，用于测量的超声波脉冲串信号US可以进一步包含第四超声波脉冲串信号US4。第三超声波脉冲串信号US3和第四超声波脉冲串信号US4之间的时间间隔是第三时间间隔T3，第三时间间隔T3与时间间隔T1和T2都不相同，可通过使用用于测量的超声波脉冲串信号US来计算流速分布。用于测量的超声波脉冲串信号US可以进一步包括第五超声波脉冲串信号US5。第四超声波脉冲串信号US4和第五超声波脉冲串信号US5之间的时间间隔是第四时间间隔T4，第四时间间隔T4与时间间隔T1、T2和T3都不相同，可通过使用用于测量的超声波脉冲串信号US来计算流速分布。
当包括第一、第二、第三和第四超声波脉冲串信号US1，…，US4的用于测量的超声波脉冲串信号US被发射到流体X时，可以得到第一、第二、第三相关系数K1、K2和K3。用于估计的相关系数Kh通过第一、第二、第三相关系数K1、K2和K3的乘积得到，并且基于用于估计的相关系数Kh来确定流速。
当包括第一、第二、第三、第四和第五超声波脉冲串信号US1，…，US5的用于测量的超声波脉冲串信号US发射到流体X时，可以得到第一、第二、第三、第四相关系数K1、K2、K3和K4。用于估计的相关系数Kh通过第一、第二、第三、第四相关系数K1、K2、K3和K4的乘积得到，并且基于用于估计的相关系数Kh来确定流速。
用于测量的超声波脉冲串信号US必要时可以包括六个或者更多个超声波脉冲串信号，流速分布可以通过使用用于测量的超声波脉冲串信号US进行计算。除了可以使时间间隔T1，T2，…，各不相同以外，还可以如图5所示，将时间间隔T固定为特定的值，并且发射到流体X的超声波脉冲串信号的频率f可以是不同的频率f1和f2。在这种情况下，用于测量的超声波脉冲串信号US’包括至少两对超声波脉冲串信号USa1、USa2和USb1、USb2。超声波脉冲串信号USa1、USa2的频率是f1，超声波脉冲串信号USb1、USb2的频率是f2。频率f1不是频率f2的倍数，而且频率f2也不是频率f1的倍数。用于测量的超声波脉冲串信号US’朝向流体X发射。
反射信号UAa1、UAa2、UAb1和UAb2中的每个反射信号分别来自相应的超声波脉冲串信号USa1、USa2、USb1和USb2。第一相关系数K1是基于反射信号UAa1、UAa2获得的。第二相关系数K2是基于反射信号UAb1、UAb2获得的。用于估计的相关系数Kh是基于第一相关系数K1和第二相关系数K2获得的。
很明显，本发明并不局限于上述的实施例，而且可以在不偏离本发明的范围和实质的情况下进行修改和变化。