(57)【要約】【課題】検出電圧に含まれる各波のピーク電圧を検出した検出結果に基づいて閾値電圧を設定する。【解決手段】閾値電圧設定部１７が、受信波を示す検出電圧Ｖｉｎから正負極性の各波Ｗ（ｋ）のピーク電圧Ｖｐ（ｋ）を検出し、正負いずれか一方の極性の波を示す第１の極性波Ｗ（ｉ）ごとに、正負いずれか他方の極性の波を示す第２の極性波Ｗ（ｊ）（ｊ＝２，４，…，Ｋ）のうち第１の極性波Ｗ（ｉ）と隣接する隣接波Ｗｎ（ｉ）との間で、それぞれのピーク電圧Ｖｐ（ｉ）の絶対値の差を示す隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）を計算し、第１の極性波Ｗ（ｉ）のうち隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）が最大となる第１の極性波を、トリガー点を検出するための目標波Ｗ（ｔ）として選択し、目標波Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）を閾値電圧Ｖｓとして設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信し、これら超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、
前記超音波信号の受信波を示す検出電圧が、予め設定されている閾値電圧と最初に交差したトリガー点以降に、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス点のゼロクロス時刻を検出するゼロクロス検出部と、
前記受信波から得られた前記ゼロクロス時刻を基準として前記伝搬時間差を求め、得られた伝搬時間差に基づいて前記流体の流量を計測する流量計算部と、
前記受信波を示す検出電圧から正負極性の各波Ｗのピーク電圧を検出し、正負いずれか一方の極性の波を示す第１の極性波ごとに、正負いずれか他方の極性の波を示す第２の極性波のうち前記第１の極性波と隣接する隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す隣接差分ピーク電圧を計算し、前記第１の極性波のうち前記隣接差分ピーク電圧が最大となる第１の極性波を、前記トリガー点を検出するための目標波として選択し、前記目標波のピーク電圧を前記閾値電圧として設定する閾値電圧設定部と
を備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波流量計において、
前記閾値電圧設定部は、前記目標波を選択する際、前記第１の極性波ごとに、前記第２の極性波のうち前記第１の極性波の前に隣接する前隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す前隣接差分ピーク電圧を計算するとともに、前記第１の極性波の後に隣接する後隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す後隣接差分ピーク電圧を計算し、これら前隣接差分ピーク電圧と後隣接差分ピーク電圧との代表値からなる隣接差分ピーク電圧が最大となる第１の極性波を、前記トリガー点を検出するための目標波として選択することを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波流量計において、
前記閾値電圧設定部は、前記代表値として、前記前隣接差分ピーク電圧と前記後隣接差分ピーク電圧との最小値を計算することを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の超音波流量計において、
前記閾値電圧設定部は、前記目標波のピーク電圧を中心として前記隣接差分ピーク電圧に応じて設定される幅を上下に持つ閾値電圧調整範囲を設定し、前記ゼロクロス検出部で検出される前記ゼロクロス点が前記目標波に対応する目標ゼロクロス点に相当する度合に基づいて、前記閾値電圧を前記閾値電圧調整範囲内で調整することを特徴とする超音波流量計。
【請求項５】
一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信し、これら超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計で用いられる流量計測方法であって、
ゼロクロス検出部が、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧が、予め設定されている閾値電圧と最初に交差したトリガー点以降に、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス点のゼロクロス時刻を検出するゼロクロス検出ステップと、
流量計算部が、前記受信波から得られた前記ゼロクロス時刻を基準として前記伝搬時間差を求め、得られた伝搬時間差に基づいて前記流体の流量を計測する流量計算ステップと、
閾値電圧設定部が、前記受信波を示す検出電圧から正負極性の各波Ｗのピーク電圧を検出し、正負いずれか一方の極性の波を示す第１の極性波ごとに、正負いずれか他方の極性の波を示す第２の極性波のうち前記第１の極性波と隣接する隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す隣接差分ピーク電圧を計算し、前記第１の極性波のうち前記隣接差分ピーク電圧が最大となる第１の極性波を、前記トリガー点を検出するための目標波として選択し、前記目標波のピーク電圧を前記閾値電圧として設定する閾値電圧設定ステップと
を備えることを特徴とする流量計測方法。
【請求項６】
超音波流量計で用いられて、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信し、これら超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、
前記超音波信号の受信波を示す検出電圧が、予め設定されている閾値電圧と最初に交差したトリガー点以降に、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス点のゼロクロス時刻を検出するゼロクロス検出部と、
前記受信波から得られた前記ゼロクロス時刻を基準として前記伝搬時間差を求め、得られた伝搬時間差に基づいて前記流体の流量を計測する流量計算部と、
前記受信波を示す検出電圧から正負極性の各波Ｗのピーク電圧を検出し、正負いずれか一方の極性の波を示す第１の極性波ごとに、正負いずれか他方の極性の波を示す第２の極性波のうち前記第１の極性波と隣接する隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す隣接差分ピーク電圧を計算し、前記第１の極性波のうち前記隣接差分ピーク電圧が最大となる第１の極性波を、前記トリガー点を検出するための目標波として選択し、前記目標波のピーク電圧を前記閾値電圧として設定する閾値電圧設定部と
を備えることを特徴とする流量演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計において、トランスデューサからの検出信号を示す検出電圧が閾値電圧と最初に交差したトリガー点以降のゼロクロス点を検出し、これらゼロクロス点の時刻から求めた超音波信号の伝搬時間差に基づいて、流量を計測する流量計測技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、超音波流量計では、流体の流れを横切るように２つのトランスデューサを対向配置し、順逆方向のそれぞれで超音波信号を送受信して、トランスデューサ間における超音波伝搬時間を検出し、順逆方向における超音波伝搬時間の伝搬時間差に基づいて流体の流量を計算している。
【０００３】
超音波伝搬時間を検出するための一方法として、受信した超音波信号を示す検出信号の検出電圧（ＡＣ電圧）がゼロ電圧（０Ｖ）と交差するゼロクロス時刻に基づいて超音波伝搬時間を検出する、いわゆるゼロクロス法が用いられている。
このゼロクロス法では、検出電圧のうち同一時間位置にある目標ゼロクロス点を検出するため、検出電圧が予め設定した閾値電圧と交差した（超えたまたは達した）トリガー点を基準として、トリガー点以降に検出されたゼロクロス点を目標ゼロクロス点として特定している。
【０００４】
しかし、流体の温度や流量、流体組成、さらにはノイズ成分の重畳や超音波素子の経年劣化などの要因で、検出信号の信号強度および各波の正負のピーク電圧の相互関係は変化するため、適切な閾値電圧を設定することは難しいという問題があった。
従来、このような検出電圧の強度変化に対応する技術として、検出電圧に含まれる各波のピーク電圧を検出した検出結果に基づいて閾値電圧を設定する技術が提案されている（例えば、特許文献１−２など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７６６７２８号公報
【特許文献２】特許第５８８４０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波流量計において、実際に受信した超音波信号の受信波は、流体や素子の器差などの影響により信号強度に偏りが生じる。したがって、各超音波流量計で実際に受信した受信波は、閾値電圧の特定に用いた典型的なモデル波形とは完全に一致せず、機器間に個体差が存在し、受信波に含まれる各波の正負のピーク電圧にもばらつきが含まれる。このため、閾値電圧を設定する際、受信波のどの波をトリガー点として閾値電圧で検出するのか、すなわち目標波をどの波に設定するかが重要となる。
【０００７】
しかしながら、前述した従来技術では、受信波のどの波を目標波とするかについては、閾値電圧を特定する前に予め固定しておく方式である。このため、各波の正負のピーク電圧の実際の値とばらつきに応じて最適な目標波を選択すること、さらには選択した目標波に応じた閾値電圧を設定することはできないという問題点があった。したがって、流量計測時に目標波すなわち目標ゼロクロス点を正確に検出することができず、結果として流量計測精度が低下する要因となる。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、実際に受信した超音波信号の検出電圧から、最適な目標波および閾値電圧を特定できる流量計測技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明にかかる超音波流量計は、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信し、これら超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計であって、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧が、予め設定されている閾値電圧と最初に交差したトリガー点以降に、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス点のゼロクロス時刻を検出するゼロクロス検出部と、前記受信波から得られた前記ゼロクロス時刻を基準として前記伝搬時間差を求め、得られた伝搬時間差に基づいて前記流体の流量を計測する流量計算部と、前記受信波を示す検出電圧から正負極性の各波Ｗのピーク電圧を検出し、正負いずれか一方の極性の波を示す第１の極性波ごとに、正負いずれか他方の極性の波を示す第２の極性波のうち前記第１の極性波と隣接する隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す隣接差分ピーク電圧を計算し、前記第１の極性波のうち前記隣接差分ピーク電圧が最大となる第１の極性波を、前記トリガー点を検出するための目標波として選択し、前記目標波のピーク電圧を前記閾値電圧として設定する閾値電圧設定部とを備えている。
【００１０】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記閾値電圧設定部が、前記目標波を選択する際、前記第１の極性波ごとに、前記第２の極性波のうち前記第１の極性波の前に隣接する前隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す前隣接差分ピーク電圧を計算するとともに、前記第１の極性波の後に隣接する後隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す後隣接差分ピーク電圧を計算し、これら前隣接差分ピーク電圧と後隣接差分ピーク電圧との代表値からなる隣接差分ピーク電圧が最大となる第１の極性波を、前記トリガー点を検出するための目標波として選択するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記閾値電圧設定部が、前記代表値として、前記前隣接差分ピーク電圧と前記後隣接差分ピーク電圧との最小値を計算するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記閾値電圧設定部が、前記目標波のピーク電圧を中心として前記隣接差分ピーク電圧に応じて設定される幅を上下に持つ閾値電圧調整範囲を設定し、前記ゼロクロス検出部で検出される前記ゼロクロス点が前記目標波に対応する目標ゼロクロス点に相当する度合に基づいて、前記閾値電圧を前記閾値電圧調整範囲内で調整するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明にかかる流量計測方法は、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信し、これら超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する超音波流量計で用いられる流量計測方法であって、ゼロクロス検出部が、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧が、予め設定されている閾値電圧と最初に交差したトリガー点以降に、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス点のゼロクロス時刻を検出するゼロクロス検出ステップと、流量計算部が、前記受信波から得られた前記ゼロクロス時刻を基準として前記伝搬時間差を求め、得られた伝搬時間差に基づいて前記流体の流量を計測する流量計算ステップと、閾値電圧設定部が、前記受信波を示す検出電圧から正負極性の各波Ｗのピーク電圧を検出し、正負いずれか一方の極性の波を示す第１の極性波ごとに、正負いずれか他方の極性の波を示す第２の極性波のうち前記第１の極性波と隣接する隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す隣接差分ピーク電圧を計算し、前記第１の極性波のうち前記隣接差分ピーク電圧が最大となる第１の極性波を、前記トリガー点を検出するための目標波として選択し、前記目標波のピーク電圧を前記閾値電圧として設定する閾値電圧設定ステップとを備えている。
【００１４】
また、本発明にかかる流量演算装置は、超音波流量計で用いられて、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を両方向で送受信し、これら超音波信号の伝搬時間差に基づいて、前記流体の流量を計測する流量演算装置であって、前記超音波信号の受信波を示す検出電圧が、予め設定されている閾値電圧と最初に交差したトリガー点以降に、前記検出電圧がゼロクロスするゼロクロス点のゼロクロス時刻を検出するゼロクロス検出部と、前記受信波から得られた前記ゼロクロス時刻を基準として前記伝搬時間差を求め、得られた伝搬時間差に基づいて前記流体の流量を計測する流量計算部と、前記受信波を示す検出電圧から正負極性の各波Ｗのピーク電圧を検出し、正負いずれか一方の極性の波を示す第１の極性波ごとに、正負いずれか他方の極性の波を示す第２の極性波のうち前記第１の極性波と隣接する隣接波との間で、それぞれのピーク電圧の絶対値の差を示す隣接差分ピーク電圧を計算し、前記第１の極性波のうち前記隣接差分ピーク電圧が最大となる第１の極性波を、前記トリガー点を検出するための目標波として選択し、前記目標波のピーク電圧を前記閾値電圧として設定する閾値電圧設定部とを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、受信波に含まれる各波のうち隣接差分ピーク電圧が最大のものが目標波として選択されることになる。したがって、目標波として、隣接波とのピーク電圧の差が最も大きい波が選択されることになり、結果として、目標波と隣接波とのクリアランスが、他の波と比較して最も大きくなる。また、隣接する正負の極性波のピーク電圧を比較することにより、正負いずれか片側のみのピーク電圧を比較する場合に比べ、同じ受信時間内により多くのピーク電圧の差分を評価できるため、ノイズなどにより検出電圧にばらつきがある場合も、波形形状に応じて、ピーク電圧の差が大きい波を精度よく選択することができる。このため、検出電圧の変動に対して目標波を最も安定して検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【図２】検出電圧とゼロクロス点との関係を示す信号波形図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる閾値電圧設定処理を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施の形態にかかる閾値電圧設定処理を示す信号波形図である。
【図５】第２の実施の形態にかかる閾値電圧設定処理を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態にかかる閾値電圧設定処理を示す信号波形図である。
【図７】閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。
【図８】先頭ゼロクロス判定動作を示す説明図である。
【図９】閾値電圧と調整範囲との関係を示す信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる超音波流量計１について説明する。図１は、超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【００１８】
この超音波流量計１は、一対のトランスデューサ間で計測対象となる流体を介して超音波信号を順逆両方向で送受信する計測工程をＸ（Ｘは２以上の整数）回実施し、これら計測工程ごと得られた両方向における超音波信号の伝搬時間差に基づいて、流体の流量を計測する流量計である。
【００１９】
図１に示すように、超音波流量計１は、計測対象となる流体が流れる円筒形状の測定管Ｐと、測定管Ｐの外周面のうち流体が流れる方向に対して上流側と下流側にそれぞれ取り付けられた一対のトランスデューサＴＤ１，ＴＤ２と、これらＴＤ１，ＴＤ２で検出された検出信号を信号処理して流量を計算出力する流量演算装置１０とから構成されている。
【００２０】
ＴＤ１（ＴＤ２）は、配線ＷＬを介して接続された流量演算装置１０からの送信指示信号に応じて、測定管Ｐ内に向けて超音波信号Ｕ１を送信する。ＴＤ２（ＴＤ１）は、測定管Ｐ内を流れる流体を通過した、ＴＤ１（ＴＤ２）からの超音波信号Ｕ１（Ｕ２）を受信し、その受信結果を示す検出信号を、配線ＷＬを介して流量演算装置１０へ出力する。
【００２１】
この際、Ｕ１，Ｕ２の伝搬時間ｔ１，ｔ２は、流体の流れから受ける影響が異なるため、流体の流量Ｑに応じた分だけｔ１，ｔ２の差、すなわち伝搬時間差Δｔが生じる。超音波流量計は、このΔｔに基づいて流量Ｑを導出するようにしたものである。なお、本実施の形態にかかる流量演算装置１０で用いる、ΔｔからＱを求める演算手法については、一般的な超音波流量計で用いられている公知の計算式を用いればよく、ここでの詳細な説明は省略する。
【００２２】
［発明の原理］
次に、図２を参照して、本発明の原理について説明する。図２は、検出電圧とゼロクロス点との関係を示す信号波形図である。
トランスデューサＴＤ１，ＴＤ２から流量演算装置１０へ入力される検出信号を示す検出電圧Ｖｉｎは、図２に示すように、振幅が時間軸に沿って増減する複数の正弦波様信号からなる。
【００２３】
流量演算装置１０は、前述したゼロクロス法と同様に、Ｖｉｎがゼロ電圧Ｖｚ（０Ｖ）と交差する複数のゼロクロス点のうちから目標ゼロクロス点Ｚｔを検出して、その目標ゼロクロス点Ｚｔの時刻をＶｉｎと対応する超音波信号Ｕ１，Ｕ２の受信時刻として特定し、得られた受信時刻によりＵ１，Ｕ２の伝搬時間ｔ１，ｔ２さらには伝搬時間差Δｔを計算して、流量Ｑを導出する。
【００２４】
複数のゼロクロス点のうちから目標ゼロクロス点Ｚｔを特定する際、流量演算装置１０は、Ｖｉｎが予め設定した閾値電圧Ｖｓを超えたトリガー点を検出することにより、Ｖｉｎに含まれる複数の正側（負側）波のうち、先頭からＭ（Ｍは２以上の整数）個目の波を目標波Ｗｔとして特定し、この目標波Ｗｔのトリガー点以降に検出されたＨ（Ｈは３以上の整数）個のゼロクロス点のうち先頭からＮ（Ｎは１〜Ｈの整数）個目を目標ゼロクロス点Ｚｔとして特定している。
【００２５】
各計測工程において、多くの場合、正しいタイミングすなわち目標波Ｗｔでトリガー点が検出されるものの、Ｖｉｎに対するノイズ成分の重畳などによるＶｉｎの振幅変化が発生した場合、トリガー点が１超音周期分だけ前後にずれて検出される場合がある。
図２では、Ｍ＝３，Ｈ＝５，Ｎ＝３の場合が例として示されており、Ｖｉｎの先頭から３（Ｍ＝３）波目すなわち波Ｗ３以降の５（Ｈ＝５）のゼロクロス点Ｚ３〜Ｚ７のうち、先頭から３（Ｎ＝３）個目のゼロクロス点Ｚ５を目標ゼロクロス点Ｚｔとして特定する例が示されている。
【００２６】
この場合、ＶｉｎとＶｓを比較して波Ｗ３を検出するためには、１つ前の波Ｗ２の振幅がＶｓを超えず、Ｗ３で初めてＶｓを超えるよう、Ｖｓの電圧値が経験的に設定されている。このため、図２に示すように、ＶｉｎがＶｉｎ＃１である場合、Ｗ３のＶｉｎ＃１が時刻Ｔｓ１にＶｓを超えているため、トリガー点が目標波Ｗｔで正しく検出される。これにより、Ｔｓ１にゼロクロス点の検出が開始され、結果としてＴｓ１から３つ目に検出されたゼロクロス点Ｚ５が目標ゼロクロス点Ｚｔとして検出される。
【００２７】
一方、ノイズ成分の重畳などの影響でＶｉｎの振幅が増大し、図２に示すように、ＶｉｎがＶｉｎ＃２のように変化した場合、Ｗ３の手前のＷ２のＶｉｎ＃２が時刻Ｔｓ２にＶｓを超えてしまうことになり、トリガー点が目標波Ｗｔより１超音周期分だけ早めに検出されることになる。この場合には、Ｔｓ１より手前のＴｓ２にゼロクロス点の検出が開始され、結果としてＴｓ２から３つ目に検出されたゼロクロス点Ｚ３が目標ゼロクロス点Ｚｔとして検出されることになる。
【００２８】
また、各ゼロクロス点のゼロクロス時刻を計測工程ｉに対応する時刻配列Ｄ＃ｉに格納した場合、Ｖｉｎ＃１のケースでは、Ｖｓを超えた時刻Ｔｓ１以降に検出されたゼロクロス点Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６，Ｚ７に対応するゼロクロス時刻Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７が、時刻配列Ｄ＃１に対して格納されることになる。一方、Ｖｉｎ＃２のケースでは、Ｖｓを超えた時刻Ｔｓ２以降に検出されたゼロクロス点Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５に対応するゼロクロス時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５が、時刻配列Ｄ＃２に対して格納されることになる。
【００２９】
超音波信号Ｕ１，Ｕ２の受信時刻は、これら時刻配列Ｄ＃ｉに格納されたゼロクロス時刻Ｔを統計処理することにより特定される。このため、トリガー点が目標波Ｗｔで正しく検出することが望ましい。なお、実際には、目標波Ｗｔのピーク電圧を閾値電圧Ｖｓとして、目標波Ｗｔと次の波でそれぞれ５０％の確率、両者で１００％の確率でトリガー点を検出することにより、伝搬時間ｔ１，ｔ２さらには伝搬時間差Δｔの検出精度を高めている。
【００３０】
ここで、図２に示したようなトリガー点のずれは、検出電圧Ｖｉｎの変動により、設定した閾値電圧Ｖｓが目標波Ｗｔではなく、前後に隣接する隣接波Ｗｎを誤検出してしまうのが原因であると考えられる。
この際、ＷｔとＷｎとのピーク電圧の差、すなわち隣接差分ピーク電圧が小さいと、Ｖｉｎの変動によりＷｔを誤検出する可能性が高く、ＷｔとＷｎとの隣接差分ピーク電圧が大きいと、Ｖｉｎが変動してもＷｔを誤検出する可能性は低くなる。
【００３１】
本発明は、このような、隣接波Ｗｎとの隣接差分ピーク電圧と目標波Ｗｔの誤検出の可能性との関係に着目し、超音波信号Ｕ１，Ｕ２の受信波を示す検出電圧Ｖｉｎに基づいて、各波のピーク電圧から隣接差分ピーク電圧を求め、各波のうち、隣接差分ピーク電圧が最も大きい波を目標波Ｗｔとして特定し、目標波Ｗｔのピーク電圧を閾値電圧Ｖｓとして特定するようにしたものである。
【００３２】
［流量演算装置］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置１０の構成について説明する。
図１に示すように、流量演算装置１０は、主な機能部として、入出力Ｉ／Ｆ部１１、記憶部１２、計測制御部１３、ゼロクロス検出部１４、流量計算部１５、流量出力部１６、および閾値電圧設定部１７を備えており、これら機能部は、内部バスＢを介してデータやり取り可能に接続されている。これら機能部のうち、計測制御部１３、ゼロクロス検出部１４、流量計算部１５、流量出力部１６、および閾値電圧設定部１７は、ＣＰＵとプログラムが協働することにより実現される。
【００３３】
入出力Ｉ／Ｆ部１１は、配線ＷＬを介してトランスデューサＴＤ１，ＴＤ２と接続されて、ＴＤ１，ＴＤ２との間で計測に用いる各種信号をやり取りする機能を有している。
記憶部１２は、半導体メモリやハードディスクなどの記憶装置からなり、流量演算装置１０での流量計測動作に用いる各種処理データやプログラムを記憶する機能を有している。
【００３４】
計測制御部１３は、予め設定されている周期的な計測タイミングの到来、あるいはオペレータや上位装置（図示せず）からの任意のタイミングにおける指示に応じて、入出力Ｉ／Ｆ部１１からＴＤ１，ＴＤ２に対して送信指示信号を出力することにより、ＴＤ１，ＴＤ２間で計測対象となる流体を介して超音波信号Ｕ１，Ｕ２を両方向で交互に送受信する計測工程を、繰り返し実施する機能を有している。計測工程は、流量計測時だけでなく、流量計測時に先立つ閾値設定時にも１または複数回実施される。
【００３５】
ゼロクロス検出部１４は、計測工程ごとに、超音波信号Ｕ１（Ｕ２）を受信したＴＤ２（ＴＤ１）から出力される検出電圧Ｖｉｎと予め設定した閾値電圧Ｖｓとを比較する機能と、ＶｉｎがＶｓと最初に交差した（超えたまたは達した）トリガー点以降において、Ｖｉｎがゼロ電圧Ｖｚ（０Ｖ）とゼロクロスするゼロクロス点を検出し、これらゼロクロス点のゼロクロス時刻を検出電圧Ｖｉｎと対応する時刻配列Ｄに順次格納し、記憶部１２に保存する機能とを有している。
【００３６】
流量計算部１５は、流量計測時にゼロクロス検出部１４で得られた時刻配列Ｄから予め設定されている目標ゼロクロス点に関する目標ゼロクロス時刻をそれぞれ抽出する機能と、これら目標ゼロクロス時刻を基準として求めたＵ１，Ｕ２に関する伝搬時間ｔ１，ｔ２さらには伝搬時間差Δｔに基づいて、流体の流量Ｑを計算し、記憶部１２に保存する機能とを有している。
【００３７】
流量出力部１６は、通信ネットワークＮＷを介して上位装置（図示せず）と接続し、定期的あるいは上位装置からの出力指示に応じて、記憶部１２から流量Ｑを取得して上位装置へ出力する機能とを有している。
【００３８】
閾値電圧設定部１７は、流量計測時に先立つ閾値設定時に送受信した超音波信号の受信波から、正負各波Ｗ（ｋ）（ｉは１〜Ｋの整数）のピーク電圧Ｖｐ（ｋ）を検出電圧Ｖｉｎから検出する機能と、正負いずれか一方の極性の波を示す第１の極性波Ｗ（ｉ）（ｉ＝１，３，…，Ｋ−１）ごとに、正負いずれか他方の極性の波を示す第２の極性波Ｗ（ｊ）（ｊ＝２，４，…，Ｋ）のうち第１の極性波Ｗ（ｉ）に隣接する隣接波Ｗｎ（ｉ）との間で、ピーク電圧Ｖｐ（ｉ）の絶対値の差を示す隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）を計算する機能と、第１の極性波Ｗ（ｉ）のうち隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）が最大となる第１の極性波Ｗ（ｉ）を、トリガー点を検出するための目標波Ｗ（ｔ）として選択し、目標波Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）を閾値電圧Ｖｓとして設定する機能とを有している。
【００３９】
本実施の形態では、図２に示したように、受信波を示す検出電圧Ｖｉｎに、複数個の波Ｗが正負極性で交互に含まれており、閾値設定時には、先頭からＫ個目までの波Ｗ（ｋ）のうちの正極性波Ｗ（ｉ）から目標波Ｗ（ｔ）を選択する場合を例として説明する。なお、正極性波Ｗ（ｉ）の場合と同様にして負極性波Ｗ（ｊ）から目標波Ｗ（ｔ）を選択することも可能である。
【００４０】
また、本実施の形態では、正極性波Ｗ（ｉ）に隣接する隣接波Ｗｎ（ｉ）として、Ｗ（ｉ）の前に隣接する前隣接波Ｗａ（ｉ）＝Ｗ（ｉ−１）と、Ｗ（ｉ）の後に隣接する後隣接波Ｗｂ（ｉ）＝Ｗ（ｉ＋１）とを用いる場合を例として説明する。この場合、Ｖｐ（ｉ）とＶｐ（ｉ−１）との絶対値の差を示す前隣接差分ピーク電圧ΔＶａ（ｉ）と、Ｖｐ（ｉ）とＶｐ（ｉ＋１）との絶対値の差を示す後隣接差分ピーク電圧ΔＶｂ（ｉ）とを計算し、これらΔＶａ（ｉ）とΔＶｂ（ｉ）の代表値、ここでは最小値を、隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）として計算する。
【００４１】
なお、隣接波Ｗｎ（ｉ）として、Ｗａ（ｉ）またはＷｂ（ｉ）のいずれか一方を用いてもよく、この場合、隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）として、ΔＶａ（ｉ）またはΔＶｂ（ｉ）のいずれか一方を用いればよい。
また、ΔＶａ（ｉ）とΔＶｂ（ｉ）の代表値は、最小値に限定されるものではなく、平均値、中央値、最大値など、ΔＶａ（ｉ）とΔＶｂ（ｉ）の一般的な統計値を用いてもよい。
【００４２】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図３および図４に基づいて、本実施の形態にかかる超音波流量計１の動作について説明する。図３は、第１の実施の形態にかかる閾値電圧設定処理を示すフローチャートである。図４は、第１の実施の形態にかかる閾値電圧設定処理を示す信号波形図である。
【００４３】
流量演算装置１０のゼロクロス検出部１４および閾値電圧設定部１７は、流量計測に先立つ閾値設定の際に、図３の閾値電圧設定処理を実行する。以下では、図４に示すように、先頭からＫ＝８個目までの波Ｗ（ｋ）（ｋ＝１，２，…，Ｋ）のうちの正極性波Ｗ（ｉ）（ｉ＝１，３，５，７）から目標波Ｗ（ｔ）を選択する場合を例として説明する。なお、図４では、理解を容易とするため、負極性波Ｗ（ｊ）（ｊ＝２，４，６，８）の波形は絶対値で示してある。
【００４４】
図３に示すように、まず、ゼロクロス検出部１４は、トランスデューサＴＤ１（ＴＤ２）から出力されて、入出力Ｉ／Ｆ部１１でＡ／Ｄ変換された検出信号の検出電圧Ｖｉｎに対して、例えばゼロから徐々に閾値電圧Ｖｓを上昇または低下させて、それぞれゼロクロス時刻を検出し（ステップＳ１００）、ゼロクロス時刻がシフトした際のＶｓをピーク電圧Ｖｐとして検出する（ステップＳ１０１）。
【００４５】
これにより、Ｖｉｎに含まれる各波Ｗ（ｉ）のＶｐ（ｉ）が検出される。なお、Ｖｐ（ｉ）の検出手法については、Ｖｓとゼロクロス時刻のシフトを用いた手法に限定されるものではなく、例えばＶｉｎがＶｓと交差する時刻の変化に基づいてＶｐ（ｉ）を検出する手法など、他の手法を用いてもよい。
【００４６】
次に、閾値電圧設定部１７は、正極性波Ｗ（ｉ）（ｉ＝１，３，…，Ｋ−１）ごとに、Ｗ（ｉ）と隣接する隣接波Ｗｎ（ｉ）との間のピーク電圧差である隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）を計算する（ステップＳ１０２）。
【００４７】
この際、正極性波Ｗ（ｉ）に隣接する隣接波Ｗｎ（ｉ）として、Ｗ（ｉ）の前に隣接する前隣接波Ｗａ（ｉ）＝Ｗ（ｉ−１）と、Ｗ（ｉ）の後に隣接する後隣接波Ｗｂ（ｉ）＝Ｗ（ｉ＋１）とを用いる場合、閾値電圧設定部１７は、Ｖｐ（ｉ）とＶｐ（ｉ−１）との絶対値の差を示す前隣接差分ピーク電圧ΔＶａ（ｉ）と、Ｖｐ（ｉ）とＶｐ（ｉ＋１）との絶対値の差を示す後隣接差分ピーク電圧ΔＶｂ（ｉ）とを計算し、これらΔＶａ（ｉ）とΔＶｂ（ｉ）の代表値、ここでは最小値を、隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）として計算する。
【００４８】
この後、閾値電圧設定部１７は、正極性波Ｗ（ｉ）のうち隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）が最大となるＷ（ｉ）を、トリガー点を検出するための目標波Ｗ（ｔ）として選択し（ステップＳ１０３）、目標波Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）を閾値電圧Ｖｓとして設定し（ステップＳ１０４）、一連の閾値電圧設定処理を終了する。
【００４９】
したがって、図４の例ではＫ＝８であるから、正極性波Ｗ（ｉ）（ｉ＝１，３，５，７）ごとに、ΔＶａ（ｉ）＝｜Ｖｐ（ｉ）｜−｜Ｖｐ（ｉ−１）｜と、ΔＶｂ（ｉ）＝｜Ｖｐ（ｉ＋１）｜−｜Ｖｐ（ｉ）｜とが計算され、これらの最小値がΔＶｎ（ｉ）＝Ｍｉｎ（ΔＶａ（ｉ），ΔＶｂ（ｉ））として計算される。なお、Ｖｐ（０）はゼロとする。また、Ｍｉｎ（ｘ，ｙ）はｘ，ｙの最小値を選択する関数を示す。
これにより、Ｗ（ｉ）ごとにΔＶｎ（ｉ）が求められ、図４の例では、ΔＶｎ（ｉ）が最大となるＷ（３）がＷ（ｔ）として選択され、Ｖｐ（３）がＶｓとして設定される。
【００５０】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、閾値電圧設定部１７が、受信波を示す検出電圧Ｖｉｎから正負極性の各波Ｗ（ｋ）（ｋ＝１，２，…，Ｋ）のピーク電圧Ｖｐ（ｋ）を検出し、正負いずれか一方の極性の波を示す第１の極性波Ｗ（ｉ）（ｉ＝１，３，…，Ｋ−１）ごとに、正負いずれか他方の極性の波を示す第２の極性波Ｗ（ｊ）（ｊ＝２，４，…，Ｋ）のうち第１の極性波Ｗ（ｉ）と隣接する隣接波Ｗｎ（ｉ）との間で、それぞれのピーク電圧Ｖｐ（ｉ）の絶対値の差を示す隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）を計算し、第１の極性波Ｗ（ｉ）のうち隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）が最大となる第１の極性波を、トリガー点を検出するための目標波Ｗ（ｔ）として選択し、目標波Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）を閾値電圧Ｖｓとして設定するようにしたものである。
【００５１】
これにより、Ｗ（ｉ）のうちΔＶｎ（ｉ）が最大のものが目標波Ｗ（ｔ）として選択されることになる。したがって、Ｗ（ｔ）として、隣接波Ｗｎ（ｔ）とのピーク電圧の差が、他のＷ（ｉ）と比較して最も大きいＷ（ｉ）が選択されることになり、結果として、目標波Ｗ（ｔ）と隣接波Ｗｎ（ｔ）とのクリアランスが、他のＷ（ｉ）と比較して最も大きくなる。このため、Ｖｉｎの変動に対してＷ（ｔ）を最も安定して検出することができる。また、隣接する正負の極性波のピーク電圧を比較することにより、正負いずれか片側のピーク電圧を比較する場合に比べ、同じ受信時間内により多くのピーク電圧の差分を評価できるため、ノイズなどにより、検出されるピーク電圧にランダムなばらつきがある場合でも、ばらつきの影響を抑えて目標波Ｗ（ｔ）を選択することが容易になる。
【００５２】
また、隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）を計算する対象として、隣接波Ｗｎ（ｉ）として第１の極性波Ｗ（ｉ）と逆極性の第２の極性波Ｗ（ｊ）を用いるようにしたので、正負極性で同じ電圧幅の閾値電圧Ｖｓを用いて、正極性波Ｗ（ｉ）と負極性波Ｗ（ｊ）との両方でＷ（ｔ）を検出する方式の超音波流量計でも、本実施の形態に基づき目標波Ｗ（ｔ）を選択することにより、目標波Ｗ（ｔ）と隣接波Ｗｎ（ｔ）とのクリアランスが、他のＷ（ｉ）と比較して最も大きくなる。このため、正負極性の波のピーク電圧のいずれか一方に偏りがある場合でも、正負両方の極性のＷ（ｔ）を最も安定して検出することができる。
【００５３】
また、Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）を閾値電圧Ｖｓとして設定するようにしたので、Ｗ（ｔ）およびＷ（ｔ＋２）でそれぞれ５０％の確率、両者で１００％の確率でトリガー点を検出することができ、結果として、伝搬時間ｔ１，ｔ２さらには伝搬時間差Δｔの検出精度を高めることが可能となる。
【００５４】
また、本実施の形態において、閾値電圧設定部１７が、目標波Ｗ（ｔ）を選択する際、第１の極性波Ｗ（ｉ）ごとに、第２の極性波Ｗ（ｊ）のうちＷ（ｉ）の前に隣接する前隣接波Ｗａ（ｉ）との間で前隣接差分ピーク電圧ΔＶａ（ｉ）を計算するとともに、Ｗ（ｉ）の後に隣接する後隣接波Ｗｂ（ｉ）との間で後隣接差分ピーク電圧ΔＶｂ（ｉ）を計算し、これらΔＶａ（ｉ）とΔＶｂ（ｉ）との代表値からなる隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）が最大となるＷ（ｉ）を、トリガー点を検出するための目標波Ｗ（ｔ）として選択するようにしてもよい。
【００５５】
これにより、Ｗ（ｔ）のＷａ（ｉ）またはＷｂ（ｉ）のいずれか一方との隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）を用いる場合と比較して、極めて正確に目標波Ｗ（ｔ）を選択することができる。
【００５６】
また、本実施の形態において、閾値電圧設定部１７が、代表値として、前隣接差分ピーク電圧ΔＶａ（ｉ）と後隣接差分ピーク電圧ΔＶｂ（ｉ）との最小値を計算するようにしてもよい。
これにより、代表値として、平均値、中央値、最大値など、ΔＶａ（ｉ）とΔＶｂ（ｉ）の一般的な統計値を用いる場合と比較して、極めて正確に目標波Ｗ（ｔ）を選択することができる。
【００５７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態にかかる超音波流量計１について説明する。
第１の実施の形態では、目標波Ｗ（ｔ）を選択した後、Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｗ）を閾値電圧Ｖｓとして設定する場合を例として説明した。本実施の形態では、Ｗ（ｔ）を選択した後、Ｖｐ（ｗ）とΔＶｎ（ｗ）とに基づいて閾値電圧調整範囲Ｖａｊを設定し、Ｖａｊ内でＶｓを調整する場合について説明する。
【００５８】
すなわち、本実施の形態において、閾値電圧設定部１７は、目標波Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）を中心として隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｔ）に応じて設定される幅を上下に持つ閾値電圧調整範囲Ｖａｊを設定する機能と、ゼロクロス検出部１４で検出されるゼロクロス点Ｚが目標波Ｗ（ｔ）に対応する目標ゼロクロス点Ｚｔに相当する度合に基づいて、閾値電圧Ｖｓを閾値電圧調整範囲Ｖａｊ内で調整する機能とを有している。
なお、本実施の形態にかかるその他の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５９】
［第２の実施の形態の動作］
次に、図５および図６に基づいて、本実施の形態にかかる超音波流量計１の動作について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる閾値電圧設定処理を示すフローチャートである。図６は、第２の実施の形態にかかる閾値電圧設定処理を示す信号波形図である。
【００６０】
流量演算装置１０のゼロクロス検出部１４および閾値電圧設定部１７は、流量計測に先立つ閾値設定の際に、図５の閾値電圧設定処理を実行する。以下では、図６に示すように、先頭からＫ＝８個目までの波Ｗ（ｋ）（ｋ＝１，２，…，Ｋ）のうちの正極性波Ｗ（ｉ）（ｉ＝１，３，５，７）から目標波Ｗ（ｔ）を選択する場合を例として説明する。なお、図６では、理解を容易とするため、負極性波Ｗ（ｊ）（ｊ＝２，４，６，８）の波形は絶対値で示してある。
【００６１】
図５に示すように、まず、ゼロクロス検出部１４は、トランスデューサＴＤ１（ＴＤ２）から出力されて、入出力Ｉ／Ｆ部１１でＡ／Ｄ変換された検出信号の検出電圧Ｖｉｎに対して、例えばゼロから徐々に閾値電圧Ｖｓを上昇または低下させて、それぞれゼロクロス時刻を検出し（ステップＳ２００）、ゼロクロス時刻がシフトした際のＶｓをピーク電圧Ｖｐとして検出する（ステップＳ２０１）。
【００６２】
これにより、Ｖｉｎに含まれる各波Ｗ（ｉ）のＶｐ（ｉ）が検出される。なお、Ｖｐ（ｉ）の検出手法については、Ｖｓとゼロクロス時刻のシフトを用いた手法に限定されるものではなく、例えばＶｉｎがＶｓと交差する時刻の変化に基づいてＶｐ（ｉ）を検出する手法など、他の手法を用いてもよい。
【００６３】
次に、閾値電圧設定部１７は、正極性波Ｗ（ｉ）（ｉ＝１，３，…，Ｋ−１）ごとに、Ｗ（ｉ）と隣接する隣接波Ｗｎ（ｉ）との間のピーク電圧差である隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）を計算する（ステップＳ２０２）。
【００６４】
この際、正極性波Ｗ（ｉ）に隣接する隣接波Ｗｎ（ｉ）として、Ｗ（ｉ）の前に隣接する前隣接波Ｗａ（ｉ）＝Ｗ（ｉ−１）と、Ｗ（ｉ）の後に隣接する後隣接波Ｗｂ（ｉ）＝Ｗ（ｉ＋１）とを用いる場合、閾値電圧設定部１７は、Ｖｐ（ｉ）とＶｐ（ｉ−１）との絶対値の差を示す前隣接差分ピーク電圧ΔＶａ（ｉ）と、Ｖｐ（ｉ）とＶｐ（ｉ＋１）との絶対値の差を示す後隣接差分ピーク電圧ΔＶｂ（ｉ）とを計算し、これらΔＶａ（ｉ）とΔＶｂ（ｉ）の代表値、ここでは最小値を、隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）として計算する。
【００６５】
続いて、閾値電圧設定部１７は、正極性波Ｗ（ｉ）のうち隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｉ）が最大となるＷ（ｉ）を、トリガー点を検出するための目標波Ｗ（ｔ）として選択し（ステップＳ２０３）、目標波Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）を中心として、隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｔ）に所定の比率Ｒａｔｉｏ＿Ｖｐｔを乗じた幅を上下に持つ閾値電圧調整範囲Ｖａｊ＝Ｖｐ（ｔ）±（Ｒａｔｉｏ＿Ｖｐｔ）＊ΔＶｎ（ｔ）を設定し（ステップＳ２０４）、一連の閾値電圧設定処理を終了する。この際、Ｖａｊは、目標波Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）に対する比率として設定してもよい。これにより目標波のピーク電圧変化に応じて適切な閾値電圧に調整することができる。あるいは、ピーク電圧Ｖｐ（ｉ）の最大値、すなわち受信波の最大振幅、に対する比率として設定してもよい。
【００６６】
したがって、図６の例ではＫ＝８であるから、正極性波Ｗ（ｉ）（ｉ＝１，３，５，７）ごとに、ΔＶａ（ｉ）＝｜Ｖｐ（ｉ）｜−｜Ｖｐ（ｉ−１）｜と、ΔＶｂ（ｉ）＝｜Ｖｐ（ｉ＋１）｜−｜Ｖｐ（ｉ）｜とが計算され、これらの最小値がΔＶｎ（ｉ）＝Ｍｉｎ（ΔＶａ（ｉ），ΔＶｂ（ｉ））として計算される。なお、Ｖｐ（０）はゼロとする。また、Ｍｉｎ（ｘ，ｙ）はｘ，ｙの最小値を選択する関数を示す。
これにより、Ｗ（ｉ）ごとにΔＶｎ（ｉ）が求められ、図６の例では、ΔＶｎ（ｉ）が最大となるＷ（３）がＷ（ｔ）として選択され、Ｖｐ（３）がＶｓとして設定される。
【００６７】
なお、閾値電圧調整範囲Ｖａｊについては、Ｖａｊ＝Ｖｐ（ｔ）±ΔＶｎ（ｔ）のほか、受信波のランダムな強度変動幅をＶｎｏｉｓｅとしたときに、Ｖａｊ＝Ｖｐ（ｔ）±Ｍｉｎ（ΔＶａ（ｉ）−Ｖｎｏｉｓｅ，ΔＶｂ（ｉ））としてもよい。これにより、受信波のランダムな強度変動幅を加味したＶａｊを設定することができる。
【００６８】
［閾値電圧調整動作］
次に、図７を参照して、閾値電圧調整範囲Ｖａｊを用いた閾値電圧調整動作について説明する。図７は、閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。
流量演算装置１０のゼロクロス検出部１４および閾値電圧設定部１７は、閾値電圧調整範囲Ｖａｊを設定した後、図７の閾値電圧調整処理を実行する。なお、閾値電圧調整処理の実行開始にあたり、閾値電圧Ｖｓには、例えば閾値電圧調整範囲Ｖａｊの中央値、上限値、下限値などＶａｊ内の任意の値が、初期値として予め設定されているものとする。
【００６９】
まず、ゼロクロス検出部１４は、トランスデューサＴＤ１（ＴＤ２）から出力されて、入出力Ｉ／Ｆ部１１でＡ／Ｄ変換された検出信号の検出電圧Ｖｉｎ＃ｉ（ｉ＝１〜Ｎの整数）ごとに、Ｖｉｎ＃ｉと閾値電圧Ｖｓとを比較し、Ｖｉｎ＃ｉがＶｓと交差したトリガー点を検出する（ステップＳ２１０）。
続いて、ゼロクロス検出部１４は、検出したトリガー点以降にＶｉｎ＃ｉがゼロ電圧とゼロクロスするセロクロス点をＮｚ個検出し（ステップＳ２１１）、これらゼロクロス点のゼロクロス時刻をＶｉｎ＃ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉに順次格納する（ステップＳ２１２）。
【００７０】
このようにして、Ｎ個のＶｉｎ＃ｉに関するＤ＃ｉがそれぞれ得られた後、閾値電圧設定部１７は、これらＤ＃ｉに格納されている各ゼロクロス点のゼロクロス時刻に基づいて、先頭の先頭ゼロクロス点が、予め設定されている判定ゼロクロス点、すなわち目標ゼロクロス点ＺＴ以前に位置するすべてのゼロクロス点のいずれかに相当するＤ＃ｉの割合である度合Ｒを計算する（ステップＳ２１３）。
【００７１】
次に、閾値電圧設定部１７は、Ｒが予め設定されている閾値Ｒｔｈより大きいかどうか確認し（ステップＳ２１４）、ＲがＲｔｈより大きい場合（ステップＳ２１４：ＹＥＳ）、Ｖｓを予め設定されている調整幅αだけ高い電圧に調整する（ステップＳ２１５）。
【００７２】
一方、ＲがＲｔｈ以下の場合（ステップＳ２１４：ＮＯ）、閾値電圧設定部１７は、ＲがＲｔｈより小さいかどうか確認し（ステップＳ２１６）、ＲがＲｔｈより小さい場合（ステップＳ２１６：ＹＥＳ）、Ｖｓを予め設定されている調整幅αだけ低い電圧に調整する（ステップＳ２１７）。なお、ＲがＲｔｈ以上であり、ＲとＲｔｈが等しい場合（ステップＳ２１６：ＮＯ）、Ｖｓの調整は行わない。
【００７３】
この後、閾値電圧設定部１７は、Ｖｓが予め設定されている調整範囲Ｖａｊの範囲外かどうか確認し（ステップＳ２１８）、ＶｓがＶａｊの範囲外である場合（ステップＳ２１８：ＹＥＳ）、Ｖｓを予め設定されている初期値に初期化し（ステップＳ２１９）、一連の閾値電圧調整処理を終了する。また、ＶｓがＶａｊの範囲内である場合（ステップＳ２１８：ＮＯ）、Ｖｓを初期化することなく、一連の閾値電圧調整処理を終了する。
【００７４】
なお、閾値電圧調整処理において、ノイズにより受信波強度がばらついている場合、粗い調整幅αで仮の閾値電圧Ｖｓ’を探索し、得られたＶｓ’を使って繰り返し計算した度合Ｒに基づいて、目標波のピーク電圧と閾値電圧Ｖｓとの関係を特定し、Ｖｓを設定してもよい。
【００７５】
［先頭ゼロクロス判定動作］
次に、図８を参照して、閾値電圧設定部１７による先頭ゼロクロス判定動作について説明する。図８は、先頭ゼロクロス判定動作を示す説明図である。
閾値電圧設定部１７は、図７のステップＳ２１３において、度合Ｒを計算する際、時刻配列Ｄ＃ｉごとに、それぞれのＤ＃ｉの先頭に格納されている先頭ゼロクロス時刻と対応する先頭ゼロクロス点が、目標ゼロクロス点または先行ゼロクロス点のいずれに相当するのか判定するため、先頭ゼロクロス判定動作を行う。
【００７６】
前述したように、Ｖｉｎ＃ｉの強度変化に応じて、Ｖｉｎ＃ｉがＶｓを超えるトリガー点の時間位置がばらつく。この際、Ｖｉｎ＃ｉの信号強度に対してＶｓがある程度適切な電圧を示す場合、Ｄ＃ｉの先頭に格納される先頭ゼロクロス時刻は、目標ゼロクロス時刻をピークとする、釣鐘状の分布を示すことになる。
【００７７】
本実施の形態は、このような先頭ゼロクロス時刻の分布特性に着目し、Ｊ（Ｊは２以上の整数）個の時刻区間Ｓｊ（ｊは１〜Ｊの整数）を、Ｄ＃ｉの先頭ゼロクロス時刻が並ぶ時間軸上に配置して、これらＳｊごとに先頭ゼロクロス時刻の検出頻度ｎｊを計数し、ｎｊの最大値ｎｍａｘが得られた時刻区間Ｓｍａｘを目標ゼロクロス点と対応する目標時刻区間として特定する。Ｓｊの時間長は、例えば超音波周期や超音波半周期に相当する時間長を用いればよい。一般的には、ゼロクロス時刻のばらつきは、超音波周期よりも小さいため、隣接するゼロクロス点の時刻と十分区別できる。なお、Ｓｊの時間位置については、先頭ゼロクロス時刻の分布に合わせシフトさせればよい。
【００７８】
これにより、時刻区間Ｓｍａｘ以前に位置する時刻区間Ｓ１〜Ｓ（ｍａｘ−１）が、目標ゼロクロス点より先行する先行ゼロクロス区間Ｓｋであることになる。したがって、先行ゼロクロス区間Ｓｋのｎ１〜ｎ（ｍａｘ−１）の和をｎｊの総和すなわちＮで除算すれば、度合Ｒが求められることになる。
【００７９】
図８の例では、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５からなる５つの時刻区間（ｊ＝５）を設けて、先頭ゼロクロス時刻の検出頻度ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４，ｎ５を計数した例が示されている。ここでは、３２個のＶｉｎ＃ｉ（Ｎ＝３２）に関する先頭ゼロクロス時刻に関する、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５の検出頻度がそれぞれ０回，８回，２１回，３回，０回となっている。
【００８０】
これら時刻区間Ｓｊのうち検出頻度ｎ３が最大の値を示しており、図２で示した目標ゼロクロス点の設定例によれば、Ｓ３が先頭の目標ゼロクロス点Ｚ３と対応するＳｍａｘとなる（ｍａｘ＝３）。このため、先頭の目標ゼロクロス点Ｚ３以前に位置するゼロクロス点Ｚ１，Ｚ２が先行ゼロクロス点であることから、Ｓ１＋Ｓ２（＝８）が先行ゼロクロス点の検出頻度となり、これを検出総数Ｎ（＝３２）で除算することにより、Ｒ＝０．２５（＝２５％）が得られる。
【００８１】
［閾値電圧初期化動作］
次に、図９を参照して、閾値電圧設定部１７による閾値電圧の初期化動作について説明する。図９は、閾値電圧と調整範囲との関係を示す信号波形図である。
閾値電圧設定部１７は、図７のステップＳ２１９において、閾値電圧Ｖｓを初期化する際、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの最大ピーク電圧Ｖｍａｘに基づき新たな調整範囲Ｖａｊを特定し、調整範囲Ｖａｊ内の任意の値をＶｓの新たな初期値として設定する。
【００８２】
図９に示すように、調整範囲Ｖａｊは、調整下限電圧ＶａｊＬおよび調整上限電圧ＶａｊＨからなり、計測開始時のＶｓ、すなわちＶｓの初期値は、ＶａｊＬとＶａｊＨの間の任意の値に設定されるものとする。
Ｖｓを繰り返し調整する場合、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの強度変化が継続すると、ＶａｊＬを下回ったり、ＶａｊＨを上回ったりすることになり、Ｖｓが適切でない電圧値へ移行してしまう可能性がある。
【００８３】
このため、図７のステップＳ２１９において、ＶｓがＶａｊＬを下回ったり、ＶａｊＨを上回ったりして、調整範囲Ｖａｊ外となった時点で、Ｖｓを初期化している。
この際、例えば一連の計測工程で入力されたＮ個の検出電圧Ｖｉｎ＃ｉから最大ピーク電圧Ｖｍａｘを検出しておき、予め設定されている下限係数ｋ１および上限係数ｋ２に基づいて新たなＶａｊＬ（＝ｋ１×Ｖｍａｘ），ＶａｊＨ（＝ｋ２×Ｖｍａｘ）を計算し、ＶａｊＬおよびＶａｊＨの間の任意の値を新たなＶｓとして設定する。
【００８４】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、閾値電圧設定部１７が、目標波Ｗ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）を中心として隣接差分ピーク電圧ΔＶｎ（ｔ）に応じて設定される幅を上下に持つ閾値電圧調整範囲Ｖａｊを設定し、ゼロクロス検出部１４で検出されるゼロクロス点Ｚが目標波Ｗ（ｔ）に対応する目標ゼロクロス点Ｚｔに相当する度合に基づいて、閾値電圧Ｖｓを閾値電圧調整範囲Ｖａｊ内で調整するようにしたものである。
これにより、閾値電圧Ｖｓの閾値電圧調整範囲Ｖａｊが、目標波Ｗ（ｔ）の隣接波Ｗｎ（ｔ）のピーク電圧Ｖｐ（ｔ）を考慮して設定されることになる。このため、Ｗ（ｔ）に最も適切な必要最低限の範囲でＶｓを調整することができる。
【００８５】
また、Ｖｓを調整する指標となる度合Ｒが、計測工程により繰り返し検出したＮ個のＶｉｎ＃ｉに基づいて計算されるため、Ｖｉｎ＃ｉの強度変化による度合Ｒへの影響が平均化され、安定した閾値電圧調整を実現することができる。したがって、閾値電圧調整中においてＶｉｎ＃ｉの強度変化がないことを前提とする必要はなくなり、実際の流量計測動作中であっても閾値電圧調整を正確に行うことが可能となる。
このため、結果として、精度の高い流量計測を実現することが可能となる。さらには、Ｖｉｎ＃ｉのＳＮ比が小さくても正しい伝搬時間差が得られるため、Ｖｉｎ＃ｉに対する増幅ゲインの低減や計測回数の削減を行うことができ、流量計測に要する消費電力を低減することが可能となる。
【００８６】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１…超音波流量計、１０…流量演算装置、１１…入出力Ｉ／Ｆ部、１２…記憶部、１３…計測制御部、１４…ゼロクロス検出部、１５…流量計算部、１６…流量出力部、１７…閾値電圧設定部、Ｂ…内部バス、Ｃ…測定管、ＴＤ１，ＴＤ２…トランスデューサ、ＷＬ…配線、ＮＷ…通信ネットワーク。
【図１】
2020063973.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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