相互相関処理を利用した超音波速度分布計測手法の開発

Development of ultrasound Doppler velocimetry technique applying cross-correlation processing

平林 勝; 林田 均 ; 荒 邦章 

Hirabayashi, Masaru; not registered; not registered

液体金属ナトリウムの流動現象を定量的に把握するために、ドップラー効果を利用した超音波速度分布計測手法を開発している。ドップラーシフト周波数は、流体とともに流れる散乱源の速度に比例しているため、ドップラーシフト周波数から流体の速度分布を評価することが可能となる。そこで、散乱信号からドップラーシフト周波数を導き出すために、相互相関処理を利用した方法を提案し、その処理方法の妥当性を模擬散乱信号および試験によって得られた散乱信号によって検証した。本検討によって得られた知見を以下に示す。1)模擬散乱信号を用いてドップラーシフト周波数の評価を行った結果、提案した方法による計測誤差は1%程度である。2)模擬散乱信号を用いた評価結果によると、提案した方法はノイズ信号の影響の低減に有効である。3)円筒容器内を流れる水の速度分布を試験により評価した。その結果、提案した方法で求めた速度分布は、1/7乗法則で求めた乱流の速度分布と良い一致を示している。

Utrasound Doppler Velocimetry technique (UDV) applying Doppler effect has been developed for measuring velocity distributions of sodium flow. As Doppler shift frequency is proportional to velocity of microparticles carried by flowing liquid, it is possible to evaluate velocity distributions of flowing liquid from Doppler shift frequency. In this report, a technique applying cross-correlation processing is proposed to derive Doppler shift frequency from the echoes of ultrasonic pulses. Verification studies of the proposed technique are conducted based on simulated echoes and actual echoes in water tests. Mahl results are as follows: (1)As the result of verification studies conducted based on the simulated echoes, relative error estimated by the proposed technique is about 1 percent. (2)The proposed technique is an effective measures fbr the reduction of noise signals. (3)The velocity distributions of water flowing in a pipe are evaluated in the experiments. The velocity distributions evaluated by the proposed technique is almost equivalent to that of turbulent flow evaluated by 1/7th power law.