2015 Fiscal Year Research-status Report
速度拡張アルゴリズムを導入した超音波パルスドップラ法による高精度流量計の開発
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26420113
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
村川 英樹 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40467668)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | パルスドップラ法 / 二周期法 / 流量計測 / 超音波 / 伝播時間 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに構築した計測限界速度拡張法では、速い速度を計測するために、より大きな測定体積に設定する必要があることが分かった。しかしながら、測定線方向の測定体積を増加させることは、速度勾配の大きな領域、すなわち管内流における壁面近傍において計測の不確かさが増大する。さらに、速度分布から流量を算出するためには、得られた速度分布を周積分することから、それに伴う離散化誤差が増大し、流量計測程誤差が増加するといった問題が生じた。これを解決するために、マルチウェイブ超音波法の導入を行った。マルチウェイブ超音波法は、中心部に周波数の高い発振素子を配置し、その外側に同心円状の低周波数の発振素子を配置した超音波センサであり、従来は混相流計測を目的に用いられてきたものである。本トランスデューサを用いる手法を提案した。すなわち、測定体積の小さな高い周波数により壁面近傍のみの速度分布を計測し、測定体積を大きく設定した低い周波数によって、センサから遠い領域の速度分布を計測する手法を導入し、システムの構築を行った。流量測定への適用性を確認するため、産業技術総合研究所の水流量校正設備を用いた実験を実施した。配管径200mmの水平円管流路において、流量：80m3/h～320m3/hの条件において流量計測を実施し、本手法を導入することで精度向上が実現することを、実験により示した。
また、速度拡張法の各種パラメータによる計測の不確かさに与える影響を評価するため、回転円筒試験装置を構築した。計測対象は従来手法における計測限界速度の7倍程度となることから、シリンダの内径412 mmとすることで、直径200 mm程度における計測条件を模擬できるものとした。これにより、各種パラメータの違いによる速度計測の不確かさを評価可能とし、予備実験として速度と測定体積の関係について評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の課題となった測定体積の問題を解決する手法として、当初予定していなかったマルチウェイブ超音波法による計測を考案し、理論的・実験的にその有効性を確認できた。そのため、当初の目的に対して順調に研究が進展している。理論速度を幾何学的に決定できる回転円筒装置も構築済みであり、各種パラメータによる計測速度への影響を詳細に検討できる段階になっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに導入したパルスドップラ法における速度拡張手法では、速度拡張数や測定体積など、従来手法では考慮されていなかった多くのパラメータが計測の不確かさに影響することが考えられる。そこで今年度構築した回転円筒装置を用い、各種パラメータによる計測精度への影響評価を行う。また、反射体があまり多くない低S/N条件における計測精度を向上させる手法として、ドップラ信号強度に基づく反射信号の選別、およびスペクトル解析による計測精度向上アルゴリズムの構築を実施する。
超音波の伝播時間と速度分布の関係を解明するため、パルスドップラ法による速度分布と伝播時間を同時計測するためのシステムを構築する。産業技術総合研究所所有の高レイノルズ数大型実験流路を用いて、構築したシステムによる計測を実施し、伝播時間の変動に対する速度分布の影響を評価する。さらに偏流の生じる条件において伝播時間差式超音波流量計と比較し、本手法の有効性を示す。
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| Causes of Carryover |
現有の超音波センサでの計測が可能であったため、購入を予定していた超音波センサについて購入する必要が無くなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究が順調に進捗したことから、研究成果の発表が見込まれ、それに伴う発表旅費および引き続き産総研における実験実施のための旅費として、研究費の使用が見込まれる。超音波センサは消耗品であるため、必要に応じて購入する予定である。
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