(57)【要約】【課題】流量計測を中断することなく、流量計測と閾値電圧調整とを並行して行うことができる。【解決手段】閾値電圧調整部１７が、ゼロクロス検出部１４で得られた時刻配列Ｄ＃ｉに基づいて、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、トリガー点以降に最初に検出された先頭ゼロクロス点が、目標ゼロクロス点または目標ゼロクロス点の１周期前に位置するゼロクロス点、すなわち予め設定されている追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの度合Ｒを計算し、得られた度合Ｒと予め設定されている閾値Ｒｔｈとの比較結果に基づいて閾値電圧Ｖｓを調整する。【選択図】  図１
2020063972.tif 000002
【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する計測工程をＮ（Ｎは２以上の整数）回実施し、これら計測工程により検出した前記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、
前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Ｖｉｎ＃ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）と予め設定されている閾値電圧Ｖｓとを比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記閾値電圧Ｖｓと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉに順次格納するゼロクロス検出部と、
前記時刻配列Ｄ＃ｉから予め設定されている複数の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し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記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、
前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Ｖｓを調整する閾値電圧調整部と
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、
前記閾値電圧調整部は、前記度合を計算する際、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記目標ゼロクロス点の１周期前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合を計算することを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波流量計において、
前記ゼロクロス検出部は、前記ゼロクロス点を検出する際、絶対値が前記閾値電圧Ｖｓと等しい正の第１の閾値電圧Ｖｓ＋、および、絶対値が前記閾値電圧Ｖｓと等しい負の第２の閾値電圧Ｖｓ−を、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記第１の閾値電圧Ｖｓ＋と交差した正側トリガー点、または、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記第２の閾値電圧Ｖｓ−と交差した負側トリガー点のうち、最初に検出されたいずれか一方のトリガー点以降に前記ゼロクロス点を検出し、
前記閾値電圧調整部は、前記度合として、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記負側トリガー点以前に位置する第１の追従ゼロクロス点に相当する第１の度合、または、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記負側トリガー点以降に位置する第２の追従ゼロクロス点に相当する第２の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算する
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波流量計において、
前記ゼロクロス検出部は、前記ゼロクロス点を検出する際、前記閾値電圧Ｖｓを含む互いに異なる複数の閾値電圧Ｖｓ’のそれぞれを前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが当該閾値電圧Ｖｓ’と最初に交差したトリガー点以降にそれぞれの前記ゼロクロス点を検出し、
前記閾値電圧調整部は、前記度合として、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、前記複数の閾値電圧Ｖｓ’に関する先頭ゼロクロス点が、前記目標ゼロクロス点の１周期前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合を計算する
ことを特徴とする超音波流量計。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の超音波流量計において、
前記ゼロクロス検出部は、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉごとに前記閾値電圧を切り替えて前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと比較することを特徴とする超音波流量計。
【請求項６】
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する計測工程をＮ（Ｎは２以上の整数）回実施し、これら計測工程により検出した前記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、前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Ｖｉｎ＃ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）と予め設定されている閾値電圧Ｖｓとを比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記閾値電圧Ｖｓと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉに順次格納するゼロクロス検出ステップと、
流量計算部が、前記時刻配列Ｄ＃ｉから予め設定されている複数の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し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記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、
閾値電圧調整部が、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Ｖｓを調整する閾値電圧調整ステップと
を備えることを特徴とする流量計測方法。
【請求項７】
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する計測工程をＮ（Ｎは２以上の整数）回実施し、これら計測工程により検出した前記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、
前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Ｖｉｎ＃ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）と予め設定されている閾値電圧Ｖｓとを比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記閾値電圧Ｖｓと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉに順次格納するゼロクロス検出部と、
前記時刻配列Ｄ＃ｉから予め設定されている複数の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し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記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、
前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Ｖｓを調整する閾値電圧調整部と
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、トランスデューサー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点の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。ゼロクロス点は検出電圧の中に多数ある。以下では、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、トリガー点と交差するたびごとに、それ以降に最初にゼロ電圧と交差する点を有効ゼロクロス点と呼ぶこととする。また、有効ゼロクロス点以降において、検出電圧がトリガー点と交差する前にゼロ電圧と交差しても、その点は有効ゼロクロスにはあたらないこととする。
【０００４】
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、超音波信号を送信してから最初の有効ゼロクロス点を目標ゼロクロス点として特定している。
しかし、流体の温度や流量、流体組成、さらには超音波素子の経年劣化などの要因で、検出電圧の振幅は変化するため、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振幅変化に対応する技術として、検出電圧の各周期（超音波周期）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調整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】
しかしながら、このような従来技術では、閾値電圧を調整するために流量計測を中断しなければならないという問題点があった。
また、流量計測をする合間に閾値電圧を徐々に変えながらゼロクロス時刻を計測する必要があるため、連続して流量計測を行うことができなくなったり、追加の計測により消費電流を増やしてしまったりしていた。
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、流量計測を中断することなく、流量計測と閾値電圧調整とを並行して正確に行え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】
【０００７】
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する計測工程をＮ（Ｎは２以上の整数）回実施し、これら計測工程により検出した前記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、前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Ｖｉｎ＃ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）と予め設定されている閾値電圧Ｖｓとを比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記閾値電圧Ｖｓと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉに順次格納するゼロクロス検出部と、前記時刻配列Ｄ＃ｉから予め設定されている複数の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し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記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、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Ｖｓを調整する閾値電圧調整部とを備えている。
【０００８】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記閾値電圧調整部が、前記度合を計算する際、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記目標ゼロクロス点の１周期前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合を計算するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記ゼロクロス検出部が、前記ゼロクロス点を検出する際、絶対値が前記閾値電圧Ｖｓと等しい正の第１の閾値電圧Ｖｓ＋、および、絶対値が前記閾値電圧Ｖｓと等しい負の第２の閾値電圧Ｖｓ−を、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記第１の閾値電圧Ｖｓ＋と交差した正側トリガー点、または、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記第２の閾値電圧Ｖｓ−と交差した負側トリガー点のうち、最初に検出されたいずれか一方のトリガー点以降に前記ゼロクロス点を検出し、前記閾値電圧調整部は、前記度合として、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記負側トリガー点以前に位置する第１の追従ゼロクロス点に相当する第１の度合、または、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、前記先頭ゼロクロス点が、前記負側トリガー点以降に位置する第２の追従ゼロクロス点に相当する第２の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明にかかる上記超音波流量計の一構成例は、前記ゼロクロス検出部が、前記ゼロクロス点を検出する際、前記閾値電圧Ｖｓを含む互いに異なる複数の閾値電圧Ｖｓ’のそれぞれを前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが当該閾値電圧Ｖｓ’と最初に交差したトリガー点以降にそれぞれの前記ゼロクロス点を検出し、前記閾値電圧調整部は、前記度合として、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、前記複数の閾値電圧Ｖｓ’に関する先頭ゼロクロス点が、前記目標ゼロクロス点の１周期前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合を計算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、前記ゼロクロス検出部が、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉごとに前記閾値電圧を切り替えて前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと比較するようにしたものである。
【００１２】
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する計測工程をＮ（Ｎは２以上の整数）回実施し、これら計測工程により検出した前記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、前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Ｖｉｎ＃ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）と予め設定されている閾値電圧Ｖｓとを比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記閾値電圧Ｖｓと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉに順次格納するゼロクロス検出ステップと、流量計算部が、前記時刻配列Ｄ＃ｉから予め設定されている複数の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し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記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、閾値電圧調整部が、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Ｖｓを調整する閾値電圧調整ステップとを備えている。
【００１３】
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する計測工程をＮ（Ｎは２以上の整数）回実施し、これら計測工程により検出した前記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、前記超音波信号を受信したトランスデューサから出力される検出電圧Ｖｉｎ＃ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）と予め設定されている閾値電圧Ｖｓとを比較し、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが前記閾値電圧Ｖｓと交差したトリガー点以降に、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが最初にゼロ電圧と交差するゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点のゼロクロス時刻を前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉに順次格納するゼロクロス検出部と、前記時刻配列Ｄ＃ｉから予め設定されている複数の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し、これら目標ゼロクロス時刻から求めた前記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、前記検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、最初に検出された先頭ゼロクロス点が、予め定めた周期分だけ前記目標ゼロクロス点の前に位置する追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの度合を計算し、前記度合と予め設定されている閾値との比較結果に基づいて前記閾値電圧Ｖｓを調整する閾値電圧調整部とを備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、閾値電圧を調整する指標となる度合が、計測工程により繰り返し検出した複数の検出電圧に基づいて計算されるため、流量計測を中断することなく、流量計測と閾値電圧調整とを並行して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、閾値電圧を算出するためだけの追加計測が不要となるため、流量計全体としての消費電力を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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（片側閾値）を示す信号波形図である。
【図３】先頭ゼロクロス時刻を示すヒストグラムである。
【図４】第１の実施の形態にかかる閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。
【図５】先頭ゼロクロス判定動作を示す説明図である。
【図６】閾値電圧と調整範囲との関係を示す信号波形図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる検出電圧と正負トリガー点との関係を示す信号波形図である。
【図８】第２の実施の形態にかかる閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。
【図９】検出電圧とゼロクロス点との関係（両側閾値）を示す信号波形図である。
【図１０】第２の実施の形態にかかる計測例を示す説明図である。
【図１１】第２の実施の形態にかかる計測例を示す説明図である。
【図１２】第２の実施の形態にかかる計測例を示す説明図である。
【図１３】第３の実施の形態にかかる検出電圧と正負トリガー点との関係を示す信号波形図である。
【図１４】第３の実施の形態にかかる閾値電圧調整処理を示すフローチャートである。
【図１５】第３の実施の形態にかかる計測例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、本発明の第１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。図１は、超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【００１７】
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Ｎ（Ｎ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。
【００１８】
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Ｃと、測定管Ｃ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で検出された検出電圧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。
【００１９】
ＴＤ１（ＴＤ２）は、配線Ｗを介して接続された流量演算装置１０からの超音波駆動信号ＳＳに応じて、測定管Ｃ内に向けて超音波信号Ｕ１を送信する。ＴＤ２（ＴＤ１）は、測定管Ｃ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Ｗを介して流量演算装置１０へ出力する。
【００２０】
この際、Ｕ１，Ｕ２との間でやり取りされる超音波信号の伝搬時間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とｔ２の間に差、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。
【００２１】
［本発明の原理］
次に、図２および図３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（片側閾値）を示す信号波形図である。図３は、先頭ゼロクロス時刻を示すヒストグラムである。なお、図２は、Ｕ１もしくはＵ２のいずれか１つの超音波信号を受信した際の検出電圧を表している。Ｕ１とＵ２に対応する検出電圧は振幅や伝搬時間が異なる。
【００２２】
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、振幅が時間経過に従って増減する複数の正弦波様信号からなる。前述のように超音波信号Ｕ１，Ｕ２に対応する検出電圧の振幅は異なり、超音波信号Ｕ１，Ｕ２に対応して検出電圧に対する閾値電圧を別々に調整するため、一般に超音波信号Ｕ１，Ｕ２に対応する検出電圧の閾値電圧は異なる。
【００２３】
流量演算装置１０は、Ｖｉｎが予め設定した閾値電圧Ｖｓと交差した（超えたまたは達した）トリガー点を検出した後に初めてゼロ電圧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を検出して、その目標ゼロクロス点のゼロクロス時刻から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】
Ｖｉｎは測定するごとに振幅が変化する。図２では平均的な振幅の検出電圧をＶｉｎ＃０、小さい振幅の検出電圧をＶｉｎ＃１、大きい振幅の検出電圧をＶｉｎ＃２として示している。後述する閾値電圧の調整手段によりＶｉｎ＃０の先頭からＮｍ個目の波を目標波として特定し、この目標波の１つ前の波のピーク電圧と閾値電圧とが同じ値になるように閾値電圧調節部１７により調整がなされている。この目標波の１つ前の波を追従波と呼ぶ。追従波に対応する有効ゼロクロス点を追従ゼロクロス点と呼ぶ。同様に目標波に対応する有効ゼロクロス点を目標ゼロクロス点と呼ぶ。この目標ゼロクロス点以降に検出されたゼロクロス点を計測ゼロクロス点として特定している。
【００２５】
なお、本実施の形態では、検出電圧Ｖｉｎが、予め設定した閾値電圧Ｖｓ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、トリガー点と交差するたびごとに、それ以降に最初にゼロ電圧と交差する点を有効ゼロクロス点と呼ぶこととする。例えば、閾値電圧Ｖｓが正側電圧である場合、トリガー点以降に最初にゼロ電圧と立下がりで交差した点が有効ゼロクロス点となる。また、閾値電圧Ｖｓが負側電圧である場合、トリガー点以降に最初にゼロ電圧と立上がりで交差した点が有効ゼロクロス点となる。なお、有効ゼロクロス点以降において、検出電圧がトリガー点と交差する前にゼロ電圧と交差しても、その点は有効ゼロクロスにはあたらないこととする。
【００２６】
図２では、Ｎｍ＝２の場合が例として示されている。前述のように、閾値電圧Ｖｓを、平均的な振幅の検出電圧Ｖｉｎ＃０おける、先行波のピーク電圧とほぼ等しい値に設定した場合、検出電圧Ｖｉｎの振幅が小さくなったり（Ｖｉｎ＃１）、検出電圧Ｖｉｎの振幅が大きくなったり（Ｖｉｎ＃２）することで、先頭ゼロクロスが追従ゼロクロス（Ｚ１）となったり目標ゼロクロス（Ｚ２）となったりする。
【００２７】
この際、検出電圧Ｖｉｎに対して閾値電圧Ｖｓが適切に設定されていれば、先頭ゼロクロスは、時刻Ｔ１の追従ゼロクロスＺ１か時刻Ｔ２の目標ゼロクロスＺ２のいずれかとなる。これにより、図３に示すように、時刻Ｔ１，Ｔ２において、両者の先頭ゼロクロスが検出される度数Ｎ（Ｔ１），Ｎ（Ｔ２）はほぼ等しくなり、両者の確率はほぼ５０％となる。また、これら度合はＶｓに対するＶｉｎの強度変動に応じて変化する。
【００２８】
本実施の形態は、先頭ゼロクロス点が追従ゼロクロスになったり目標ゼロクロスになったりすることを使い、追従ゼロクロスが先頭ゼロクロスとなる度合に基づいて、Ｖｉｎの強度変動に追従するようＶｓを調整するようにしたものである。ここでは、追従波は目標波の１周期前としたが、それに限ったことではなく、あらかじめ定めた周期分だけ前としてもよい。なお、周期とは、検出電圧Ｖｉｎを示す波の周期であり、超音波周期に相当する。
【００２９】
また、目標波で最初のトリガー点が発生した場合、時刻配列Ｄ＃ｉの先頭には目標ゼロクロス点の時刻が格納されるのに対して、追従波で最初のトリガー点が発生した場合には、目標ゼロクロス点以前に位置する追従ゼロクロス点を示す時刻がＤ＃ｉの先頭に格納されることになる。
図２に示すように、ＶｉｎがＶｉｎ＃１である場合、目標波であるＰ３のＶｉｎ＃１が時刻Ｔｓ１にて初めてＶｓを超えているため、Ｔｓ１以降に検出されたゼロクロス点Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４に対応するゼロクロス時刻Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が、時刻配列Ｄ＃１に対して格納されることになる。これにより、最初のトリガー点以降に最初に検出されたゼロクロス点、すなわちＤ＃１の先頭に格納されている先頭ゼロクロス点Ｚ２が、目標ゼロクロス点に相当することになる。
【００３０】
一方、ノイズ成分の重畳などの影響でＶｉｎの信号強度が増大し、図２に示すように、ＶｉｎがＶｉｎ＃２のように変化した場合、Ｐ３の手前の追従波であるＰ２のＶｉｎ＃２が時刻Ｔｓ２にＶｓを超える。このため、Ｔｓ１より手前のＴｓ２以降に検出されたゼロクロス点Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４に対応するゼロクロス時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が、時刻配列Ｄ＃２に対して格納されることになる。これにより、最初のトリガー点以降に最初に検出されたゼロクロス点、すなわちＤ＃２の先頭に格納されている先頭ゼロクロス点Ｚ１が、追従ゼロクロス点に相当することになる。
【００３１】
本実施の形態は、このような追従波または目標波でのトリガー点の発生状況と、Ｄ＃ｉの先頭ゼロクロス点に対応するゼロクロス点の位置との関連性に着目し、Ｄ＃ｉのうち、トリガー点以降に最初に検出された先頭ゼロクロス点が、追従ゼロクロス点に相当する度合Ｒを計算し、得られた度合Ｒと予め設定されている閾値（度合閾値）との比較結果に基づいて閾値電圧Ｖｓを調整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、および閾値電圧調整部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、および閾値電圧調整部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Ｗ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に対して超音波駆動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、Ｎ回繰り返し実施する機能を有している。
【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信号を示す検出電圧Ｖｉｎ＃ｉ（ｉは１〜Ｎの整数）と予め設定した閾値電圧Ｖｓとを比較する機能と、Ｖｉｎ＃ｉがＶｓと交差した（超えたまたは達した）トリガー点以降において、Ｖｉ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＃ｉと対応する時刻配列Ｄ＃ｉ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、時刻配列Ｄ＃ｉから予め設定されている複数の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から求めた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】
閾値電圧調整部１７は、時刻配列Ｄ＃ｉに格納されているゼロクロス時刻に基づいて、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が、追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの度合Ｒを計算する機能と、得られた度合Ｒと予め設定されている閾値（度合閾値）Ｒｔｈ（Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２）との比較結果に基づいて閾値電圧Ｖｓを調整する機能とを有している。
【００３９】
この際、閾値Ｒｔｈについては、５０％に限定されるものではなく、度合Ｒを計算したゼロクロス点の位置や個数、超音波流量計１や適用される計測環境に応じて、適切な値を設定すればよい。なお、閾値電圧Ｖｓは、例えば、標準的な信号強度の検出電圧Ｖｉｎおける、先頭からＮｆ個目の追従波のピーク電圧とほぼ等しい値に設定されているものとする。
【００４０】
本実施の形態では、目標ゼロクロス点の１周期前に位置するゼロクロス点を追従ゼロクロス点として予め設定しておき、閾値電圧調整部１７において、度合Ｒを計算する際、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が追従ゼロクロス点に相当する度合Ｒを計算する場合について説明する。
【００４１】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置１０の動作について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる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および閾値電圧調整部１７は、計測制御部１３による計測工程ごとに、図４の閾値電圧調整処理を実行する。
【００４２】
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に入力された検出電圧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Ｓ１０１）。
続いて、ゼロクロス検出部１４は、トリガー点が検出されるたびにＶｉｎ＃ｉが最初にゼロ電圧とゼロクロスするセロクロス点を最大でＮｚ個まで検出し（ステップＳ１０１）、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Ｓ１０２）。
【００４３】
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、閾値電圧調整部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、追従ゼロクロス点、すなわち目標ゼロクロス点の１周期前のゼロクロス点に相当するＤ＃ｉの割合である度合Ｒを計算する（ステップＳ１０３）。
【００４４】
次に、閾値電圧調整部１７は、Ｒが予め設定されている閾値Ｒｔｈ２より大きいかどうか確認し（ステップＳ１０４）、ＲがＲｔｈ２より大きい場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、Ｖｓを予め設定されている調整幅αだけ高い値に調整する（ステップＳ１０５）。ここでは、αを固定値として扱ったが、αをＶｓに対して比例する値としてもよい。また、設定されている閾値Ｒｔｈ１（Ｒｔｈ１≦Ｒｔｈ２）を用いて、αをＲ−Ｒｔｈ１の絶対値、もしくはＲ−Ｒｔｈ２の絶対値に比例する値としてもよい。もしくは、αをＶｓに対して比例し、なおかつ、Ｒ−Ｒｔｈ１の絶対値もしくはＲ−Ｒｔｈ２の絶対値に比例する値としてもよい。
【００４５】
一方、ＲがＲｔｈ２以下の場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、閾値電圧調整部１７は、Ｒが設定されている閾値Ｒｔｈ１より小さいかどうか確認し（ステップＳ１０６）、ＲがＲｔｈ１より小さい場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、Ｖｓを予め設定されている調整幅αだけ低い値に調整する（ステップＳ１０７）。なお、ＲがＲｔｈ１以上である場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、Ｖｓの調整は行わない。Ｒｔｈ１とＲｔｈ２とはＲｔｈ１≦Ｒｔｈ２の関係にあり、Ｒｔｈ１＝Ｒｔｈ２として不感帯をなくすこともできれば、Ｒｔｈ１＜Ｒｔｈ２として不感帯を持たせることもできる。
【００４６】
この後、閾値電圧調整部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Ｓ１０８）、ＶｓがＶａｊの範囲外である場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、Ｖｓを予め設定されている初期値に初期化し（ステップＳ１０９）、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Ｓ１０８：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。
【００４７】
［先頭ゼロクロス判定動作］
次に、図５を参照して、閾値電圧調整部１７による先頭ゼロクロス判定動作について説明する。図５は、先頭ゼロクロス判定動作を示す説明図である。
閾値電圧調整部１７は、図４のステップＳ１０３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追従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。
【００４８】
前述したように、Ｖｉｎ＃ｉの強度変化に応じて、追従波の高さは変化する。Ｖｓは追従波の平均的な高さとなるように調整されているため、Ｖｉｎ＃ｉが大きくなると追従波の高さはＶｓを超え、先頭ゼロクロス点は追従ゼロクロス点となり、先頭ゼロクロス時刻は追従ゼロクロス時刻となる。逆に、Ｖｉｎ＃ｉが小さくなると追従波の高さはＶｓを下回り、先頭ゼロクロス点は目標ゼロクロス点となり、先頭ゼロクロス時刻は目標ゼロクロス時刻となる。
【００４９】
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を計数する。わずかな例外を除き先頭ゼロクロス時刻は追従ゼロクロス時刻が含まれる時間区間か目標ゼロクロス時刻が含まれる時間区間に含まれているため、隣接する時間区間での検出頻度の和を求めると追従ゼロクロス時刻が含まれる時間区間と目標ゼロクロス時刻が含まれる時間区間とで作られる隣接時間区間での検出頻度の和が最大となる。この隣接時間区間の内、早い時間の時間区間が追従ゼロクロス時刻の含まれる時間区間であり、遅い時間の時間区間が目標ゼロクロス時刻の含まれる時間区間である。Ｓｊの時間長は、例えば超音波周期に相当する時間長を用いればよい。一般的には、ゼロクロス時刻の計測ばらつきは、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が時間区間の中央に位置するようにシフトさせればよい。
【００５０】
これにより、追従ゼロクロス時刻に該当する時刻区間での検出頻度を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。
【００５１】
図５の例では、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４からなる４つの時刻区間（ｊ＝４）を設けて、先頭ゼロクロス時刻の検出頻度ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４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の検出頻度がそれぞれ０回，８回，２４回，０回となっている。
【００５２】
これら時刻区間Ｓｊのうち隣接する２時間区間での検出頻度の和を計算すると、時間区間Ｓ２とＳ３での検出頻度の和ｎ２＋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、Ｓ２が追従ゼロクロス点Ｚ２に、Ｓ３が目標ゼロクロス点Ｚ３に、それぞれ対応する。このため、Ｓ２（＝８）が追従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。
【００５３】
［閾値電圧初期化動作］
次に、図６を参照して、閾値電圧調整部１７による閾値電圧の初期化動作について説明する。図６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。
閾値電圧調整部１７は、図４のステップＳ１０９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、その調整範囲Ｖａｊ内の任意の値をＶｓの新たな初期値として設定する。
【００５４】
図６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の間の任意の値と等しいものとする。
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が調整範囲Ｖａｊから外れてしまう可能性がある。
このため、例えば一連の計測工程で入力された１つもしくは複数個の検出電圧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を更新する。
【００５５】
また、何らかの理由で、図４のステップＳ１０９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外となってしまった場合、ＶｓをＶａｊＬとＶａｊＨの間の任意の値で初期化する。なお、Ｖｓの初期値として簡単のためにＶａｊＬとＶａｊＨの間の任意の値としたが、ＶａｊＬとＶａｊＨをあらかじめ定めた方法で内分することによって求めた値を初期値として使ってもよい。
【００５６】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、閾値電圧調整部１７が、ゼロクロス検出部１４で得られた時刻配列Ｄ＃ｉに基づいて、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、最初のトリガー点以降に最初に検出された先頭ゼロクロス点が、目標ゼロクロス点の１周期前に位置するゼロクロス点、すなわち予め設定されている追従ゼロクロス点に相当する、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの度合Ｒを計算し、得られた度合Ｒと予め設定されている閾値Ｒｔｈとの比較結果に基づいて閾値電圧Ｖｓを調整するようにしたものである。
【００５７】
より具体的には、度合Ｒを計算する際、目標ゼロクロス点の１周期前に位置するゼロクロス点を追従ゼロクロス点として予め設定しておき、閾値電圧調整部１７において、度合Ｒを計算する際、Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が、これら追従ゼロクロス点に相当する度合Ｒを計算するようにしたものである。
【００５８】
これにより、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。また、目標ゼロクロス点以降のゼロクロス点を使用することで伝搬時間を算出することができるため、流量計測と閾値電圧調整を並行して行うことが可能となる。
【００５９】
このように閾値電圧を精度よく追従させることができるため、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。
【００６０】
また、本実施の形態において、閾値電圧調整部１７が、調整後の閾値電圧Ｖｓが予め設定されている係数に基づき算出される調整範囲Ｖａｊから外れた場合、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉの最大ピーク電圧Ｖｍａｘに対して、予め設定されている下限係数ｋ１および上限係数ｋ２をそれぞれ乗算することにより、調整範囲Ｖａｊに関する新たな調整下限値ＶａｊＬおよび調整上限値ＶａｊＨをそれぞれ特定し、これら調整下限値ＶａｊＬおよび調整上限値ＶａｊＨの間の任意の値で閾値電圧Ｖｓを初期化するようにしてもよい。これにより、調整後の閾値電圧Ｖｓが予め設定されている調整範囲Ｖａｊから外れた場合でも、ＶｓおよびＶａｊを適正に補正することができ、安定した閾値電圧調整を維持することが可能となる。ここでＶｓはＶａｊＬとＶａｊＨの間の任意の値であるとしたが、ＶａｊＬとＶａｊＨとをあらかじめ定めた比率で内分する点としてもよい。
【００６１】
［第２の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる超音波流量計１および流量演算装置１０について説明する。図７は、第２の実施の形態にかかる検出電圧と正負トリガー点との関係を示す信号波形図である。
本実施の形態では、図７に示すように、トリガー点の検出に用いる閾値電圧として、図２のＶｓに相当する正の第１の閾値電圧Ｖｓ＋と、Ｖｓ＋とは逆極性で、絶対値ＶｓがＶｓ＋と等しい負の第２の閾値電圧Ｖｓ−とを用いる場合について説明する。
【００６２】
また、図７では、図２と同様に、Ｎｍ個目の正側波を目標波ＰＣとし、Ｎｆ個目の正側波を追従波ＰＡとし、ＰＡとＰＣの間に位置する負側波をＰＢ（−ＰＢ）とする。
また、Ｖｉｎ＃０は、標準強度を有するＶｉｎを示し、Ｖｉｎ＃１は、標準強度より信号強度が小さいＶｉｎを示し、Ｖｉｎ＃２は、標準強度より信号強度が大きいＶｉｎを示している。なお、Ｖｉｎ＃０，Ｖｉｎ＃１，Ｖｉｎ＃２のいずれの場合においても、ＰＡ，ＰＢ，ＰＣのピーク電圧は、先頭側から順に単調増加しているものとする。
【００６３】
ＶｉｎとしてＶｉｎ＃１が入力された場合、第１のトリガー点Ｘ＋はＰＣで検出される。また、ＶｉｎとしてＶｉｎ＃２が入力された場合、Ｘ＋はＰＡで検出される。ＶｉｎがＶｉｎ＃１とＶｉｎ＃２の間の振幅で入力された場合、Ｖｉｎ＃０に相当する振幅より小さければＸ＋はＰＣで検出され、Ｖｉｎ＃０に相当する振幅より大きければＸ＋はＰＡで検出される。Ｖｉｎの振幅がＶｉｎ＃１とＶｉｎ＃２の間でＶｉｎ＃０を中心として対称に分布していた場合、Ｘ＋はＰＡで検出される確率とＰＣで検出される確率とは５０％ずつとなる。
【００６４】
また、Ｖｉｎ＃１が入力された場合におけるＰＢのピーク電圧よりＶｓ−が高いものとした場合、Ｖｉｎ＃０，Ｖｉｎ＃１，Ｖｉｎ＃２のいずれの場合においても、ＰＢでは必ず第２のトリガー点Ｘ−が検出されることになる。したがって、Ｖｉｎの強度変化に応じて、Ｘ−に対するＸ＋の時間位置が変化することになる。
【００６５】
また、受信信号の振幅は徐々に増大するので、｜ＰＢピーク電圧｜＞｜ＰＡピーク電圧｜であるため、Ｖｓ＝｜ＰＡピーク電圧｜として、プラスとマイナスに同じ絶対値のＶｓ＋とＶｓ−を設定しておくと、Ｖｉｎの強度が変動している状態で複数回計測を実施した場合に、Ｖｓ＞｜ＰＡピーク電圧｜となる場合とＶｓ＜｜ＰＡピーク電圧｜となる場合があるが、その場合でもＶｓ＜｜ＰＢピーク電圧｜は安定して成立する。仮に、信号強度が大きく低下し、すべての計測でＶｓ＞｜ＰＡピーク電圧｜となってしまっても、Ｖｓ＜｜ＰＢピーク電圧｜の状態は維持できていれば、追従対象ピークを見失うことがない。安定して記録されるＺＢを基準にして、その前後関係からＺＡとＺＣを区別していると考えることができる。
【００６６】
本実施の形態は、このようなＶｉｎの強度とトリガー点の発生状況との関係に着目し、正負のトリガー点Ｘ＋，Ｘ−が一定の時間位置となる発生状況を示す度合Ｒを計算し、このＲに基づいてＶｉｎの強度変動に追従するようＶｓを調整するようにしたものである。
【００６７】
また、ゼロクロス検出部１４で、ＶｉｎをＶｓ＋だけでなくＶｓ−と比較することによりトリガー点を検出し、トリガー点以降のゼロクロス点の時刻を時刻配列Ｄ＃ｉに格納することもできる。これにより、トリガー点Ｘ＋，Ｘ−の両方が検出されるため、Ｘ＋が先に検出された場合、Ｄ＃ｉの先頭の先頭ゼロクロス点の時刻はＰＡに対応するゼロクロス点ＺＡの時刻を示すことになる。一方、Ｘ−が先に検出された場合、先頭ゼロクロス点の時刻はＰＣに対応するゼロクロス点ＺＢの時刻を示すことになる。
【００６８】
本実施の形態は、このようなトリガー点Ｘ＋，Ｘ−と先頭ゼロクロス点の時刻との連動性に着目し、度合Ｒとして、Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点Ｘ−以前に位置する第１の追従ゼロクロス点ＺＡに相当する第１の度合、または、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点Ｘ−以降に位置する第２の追従ゼロクロス点ＺＢに相当する第２の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算するようにしたものである。
【００６９】
すなわち、本実施の形態において、ゼロクロス検出部１４は、ゼロクロス点を検出する際、絶対値が閾値電圧Ｖｓと等しい正の第１の閾値電圧Ｖｓ＋、および、絶対値が閾値電圧Ｖｓと等しい負の第２の閾値電圧Ｖｓ−を、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと比較する機能と、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが第１の閾値電圧Ｖｓ＋と交差した正側トリガー点、または、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが第２の閾値電圧Ｖｓ−と交差した負側トリガー点のうち、最初に検出されたいずれか一方のトリガー点以降にゼロクロス点を検出する機能とを有している。
【００７０】
また、閾値電圧調整部１７は、度合Ｒとして、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点以前に位置する第１の追従ゼロクロス点に相当する第１の度合、または、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点以降に位置する第２のゼロクロス点に相当する第２の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算する機能を有している。
【００７１】
本実施の形態にかかる超音波流量計１のうち、流量演算装置１０以外の構成と、流量演算装置１０のうち、ゼロクロス検出部１４および閾値電圧調整部１７以外の構成とは、第１の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００７２】
［第２の実施の形態の動作］
次に、図８を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置１０の動作について説明する。図８は、第２の実施の形態にかかる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の閾値電圧調整部１７は、計測制御部１３による計測工程ごとに、図８の閾値電圧調整処理を実行する。
【００７３】
なお、第１の閾値電圧Ｖｓ＋には、標準強度を有する検出電圧ＶｉｎＮが入力された場合に、追従波ＰＡでＶｉｎＮがＶｓ＋と交差して正側トリガー点Ｘ＋が検出される確率が５０％となる値が設定されており、閾値電圧Ｖｓ−には、Ｖｓ＋と逆極性で絶対値が等しい値が、閾値電圧調整部１７により初期値として設定されているものとする。また、追従ゼロクロス点としてＰＡ，ＰＢ，ＰＣに対応するＺＡ，ＺＢ，ＺＣが設定されているものとする。
【００７４】
まず、閾値電圧調整部１７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に入力された検出電圧Ｖｉｎ＃ｉごとに、Ｖｉｎ＃ｉと閾値電圧Ｖｓ＋，Ｖｓ−とを比較し、Ｖｉｎ＃ｉがＶｓ＋，Ｖｓ−と交差したトリガー点Ｘ＋，Ｘ−をＮ回検出する（ステップＳ２００）。
続いて、ゼロクロス検出部１４は、検出したＸ＋，Ｘ−以降で最初に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Ｓ２０１）、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Ｓ２０２）。
【００７５】
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、閾値電圧調整部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、先頭ゼロクロス点が、予め設定されている追従ゼロクロス点ＺＡ，ＺＢ，ＺＣのいずれかに相当するＤ＃ｉの割合を度合ＲＡ，ＲＢ，ＲＣとして計算する（ステップＳ２０３）。なお、先頭ゼロクロス点とＺＡ，ＺＢ，ＺＣとの対応関係を特定するための先頭ゼロクロス判定動作については、例えば前述した図５に示す方法を利用すればよい。
【００７６】
次に、閾値電圧調整部１７は、ＲＡ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Ｓ２０４）、ＲＡがＲｔｈより大きい場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、Ｖｓを予め設定されている調整幅αだけ低い値に調整し（ステップＳ２０５）、一連の閾値電圧調整処理を終了する。
【００７７】
一方、ＲＡがＲｔｈ以下の場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、閾値電圧調整部１７は、ＲＣがＲｔｈより大きいかどうか確認し（ステップＳ２０６）、ＲＣがＲｔｈより大きい場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、Ｖｓを予め設定されている調整幅αだけ低い値に調整し（ステップＳ２０７）、一連の閾値電圧調整処理を終了する。なお、後述の図１１の例では、ステップＳ２０６において、ＲＣに代えてＲＢとＲｔｈとを比較することになる。
【００７８】
また、ＲＡ，ＲＣがＲｔｈと等しい場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、Ｖｓの調整は行わず、一連の閾値電圧調整処理を終了する。
なお、ステップＳ２０５，Ｓ２０７の後、図４のステップＳ１０６，Ｓ１０７と同様にして、閾値電圧調整部１７は、Ｖｓ＋，Ｖｓ−の再調整を実行するようにしてもよい。
【００７９】
図９は、検出電圧とゼロクロス点との関係（両側閾値）を示す信号波形図である。前述した図２には、正側の閾値電圧Ｖｓのみを用い、トリガー点を検出した後に初めてゼロ電圧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を検出する場合が例として示されている。これに対して、図９には、正側の閾値電圧Ｖｓ＋と，負側の閾値電圧Ｖｓ−をＶｉｎ＃ｉごとに同時に用いた場合が示されている。
【００８０】
Ｖｉｎが小さい振幅の検出電圧Ｖｉｎ＃１である場合、目標波であるＰＣのＶｉｎ＃１が時刻Ｔｓ１にて初めてＶｓ＋を超えているため、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。これにより、最初のトリガー点以降に最初に検出されたゼロクロス点、すなわちＤ＃１の先頭に格納されている先頭ゼロクロス点は、目標ゼロクロス点に相当することになる。
【００８１】
一方、ノイズ成分の重畳などの影響でＶｉｎの信号強度が増大し、ＶｉｎがＶｉｎ＃２のように変化した場合、ＰＣの手前の追従波であるＰＡのＶｉｎ＃２が時刻Ｔｓ２にＶｓを超える。このため、Ｔｓ１より手前のＴｓ２以降に検出されたゼロクロス点Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４，Ｚ５，Ｚ６，Ｚ７，Ｚ８に対応するゼロクロス時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８が、時刻配列Ｄ＃２に対して格納されることになる。これにより、最初のトリガー点以降に最初に検出されたゼロクロス点、すなわちＤ＃２の先頭に格納されている先頭ゼロクロス点Ｚ１が、追従ゼロクロス点に相当することになる。
【００８２】
なお、図９の例では、最初の閾値電圧を正側のＶｓ＋とし、最初のゼロクロスを立上がりで検出しているが、これに限定されるものではない。最初の閾値電圧を負側のＶｓ−とし、最初のゼロクロスを立下がりで検出してもよい。
【００８３】
図１０は、第２の実施の形態にかかる計測例を示す説明図であり、Ｖｓ＋，Ｖｓ−をＶｉｎ＃ｉごとに同時に用いた計測例が示されている。計測例１では、Ｘ＋が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＡが３２回判定され、ＺＣが０回判定されている。また、Ｘ−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＢが３２回判定されている。全部で３２回計測したとすると、ＲＡ，ＲＢ，ＲＣはそれぞれ１００％，１００％，０％となる。したがって、Ｒｔｈ＝５０％とするとＲＡ＞Ｒｔｈであることから、Ｖｓがαだけ高い電圧に調整されることになる。
【００８４】
また、計測例２では、Ｘ＋が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＡが０回判定され、ＺＣが３２回判定されている。また、Ｘ−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＢが３２回判定されている。全部で３２回計測したとすると、ＲＡ，ＲＢ，ＲＣはそれぞれ０％，１００％，１００％となる。したがって、Ｒｔｈ＝５０％とするとＲＣ＞Ｒｔｈであることから、Ｖｓがαだけ低い電圧に調整されることになる。また、この場合、例えば逸脱判定用の閾値として予め設定しておいたＲｄｅｖ＝９５％と比較して、ＲＣがＲｄｅｖより高いので、追従波のピーク電圧がＶｓから逸脱しかけていると判定することもできる。
【００８５】
図１１は、第２の実施の形態にかかる他の計測例を示す説明図であり、Ｖｓ＋，Ｖｓ−をＶｉｎ＃ｉごとに同時に用いた計測例が示されている。通常時は、先頭ゼロクロスは、プラス側ピークによるＺＡまたはマイナス側ピークによるＺＢから記録される。計測例１は、ＶｓがＰＡの頂点の電圧と近い値に設定できている場合に相当し、Ｘ＋が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＡが１９回判定され、ＺＣが０回判定されている。また、Ｘ−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＢが１３回判定されている。ＺＡが先頭ゼロクロスにならなかった１３回では、ＺＢが先頭ゼロクロスになる。全部で３２回計測したとすると、ＲＡ，ＲＢ，ＲＣはそれぞれ５９％，４１％，０％となる。したがって、Ｒｔｈ＝５０％とするとＲＡ＞Ｒｔｈであることから、Ｖｓがαだけ高い電圧に調整されることになる。
【００８６】
また、計測例２は、信号強度が大きく低下し、すべての計測でＶｓ＞｜ＰＡピーク電圧｜になった場合に相当し、Ｘ＋が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＡが０回判定され、ＺＣが０回判定されている。また、Ｘ−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＢが３２回判定されている。全部で３２回計測したとすると、ＲＡ，ＲＢ，ＲＣはそれぞれ０％，１００％，０％となる。したがって、Ｒｔｈ＝５０％とするとＲＡ＜Ｒｔｈ，ＲＣ＜Ｒｔｈであることから、Ｘ＋検出頻度とＸ−検出頻度が等しい状態になるようにＶｓを調節する。例えば、ＲＡ＞ＲＢならＶｓを上げ、ＲＡ＜ＲＢならＶｓを下げる。
【００８７】
図１２は、第２の実施の形態にかかる他の計測例を示す説明図であり、Ｖｓ＋，Ｖｓ−をＶｉｎ＃ｉごとに交互に切り替えた計測例が示されている。計測例１では、Ｘ＋が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＡが１０回判定され、ＺＣが６回判定されている。また、Ｘ−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＢが１６回判定されている。全部で１６回計測したとすると、ＲＡ，ＲＢ，ＲＣはそれぞれ６３％，１００％，３８％となる。したがって、Ｒｔｈ＝５０％とするとＲＡ＞Ｒｔｈであることから、Ｖｓがαだけ高い電圧に調整されることになる。
【００８８】
また、計測例２では、Ｘ＋が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＡが０回判定され、ＺＣが１６回判定されている。また、Ｘ−が検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＢが１６回判定されている。全部で１６回計測したとすると、ＲＡ，ＲＢ，ＲＣはそれぞれ０％，１００％，１００％となる。したがって、Ｒｔｈ＝５０％とするとＲＣ＞Ｒｔｈであることから、Ｖｓがαだけ低い電圧に調整されることになる。また、この場合、例えば逸脱判定用の閾値として予め設定しておいたＲｄｅｖ＝９５％と比較して、ＲＣがＲｄｅｖより高いので、追従波のピーク電圧がＶｓから逸脱しかけていると判定することもできる。
【００８９】
［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、ゼロクロス検出部１４が、ゼロクロス点を検出する際、絶対値が閾値電圧Ｖｓと等しい正の第１の閾値電圧Ｖｓ＋、および、絶対値が閾値電圧Ｖｓと等しい負の第２の閾値電圧Ｖｓ−を、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと比較して、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが第１の閾値電圧Ｖｓ＋と交差した正側トリガー点、または、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが第２の閾値電圧Ｖｓ−と交差した負側トリガー点のうち、最初に検出されたいずれか一方のトリガー点以降にゼロクロス点を検出するようにしたものである。
【００９０】
また、閾値電圧調整部１７が、度合Ｒとして、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点以前に位置する第１の追従ゼロクロス点に相当する第１の度合、または、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が、負側トリガー点以降に位置する第２のゼロクロス点に相当する第２の度合の、少なくともいずれか一方または両方を計算するようにしたものである。
【００９１】
これにより、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検出電圧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。また、本手法は追従波の振幅に応じてＶｓを調整するため、Ｖｉｎ全体の最大振幅などを基準にＶｓを設定する方式に比べると、センサの経時変化や流体および環境の変化などの要因で超音波受信波の形状そのものが変化した場合にも適切なＶｓを設定して計測を続けることができる。
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。
【００９２】
また、一般には、１レベルの閾値電圧Ｖｓを用いた場合、検出電圧ＶｉｎがＶｓと交差したことしか把握できないため、検出電圧Ｖｉｎの強度変化が急激に起こった際に、Ｖｓが追従波の頂点から大きく外れ、追従波を見失う場合がある。このような特殊な状態では、Ｖｓを調整する指標となる度合いＲは１に近い値を示し、Ｖｓが本来予定している追従波の頂点よりも下にあるのか、上にあるのかが判別できない可能性がある。
【００９３】
本実施の形態によれば、複数の閾値電圧Ｖｓ＋，Ｖｓ−を用いて複数回の計測を行い、トリガー点Ｘ＋，Ｘ−を基準にして追従波のピーク電圧にＶｓ＋，Ｖｓ−を追従させているため、仮に検出電圧Ｖｉｎの急激な強度変化により、Ｖｓ＋が追従波のプラス側頂点から大きく外れた場合も、トリガ出力Ｘ−に基づいて把握できるＺＢを基準として、その前後に位置するＺＡ，ＺＣが先頭ゼロクロスになる度合いＲＡあるいはＲＣを比較することにより、常時、追従波のピーク電圧にＶｓを追従させることができる。
このため、Ｖｓ＋，Ｖｓ−と予め設定されている適切範囲との比較結果に基づいて、流量計測状態の診断や異常計測判別を行うことが可能となる。また、校正などのメンテナンス頻度を低減でき、作業負担を軽減することができる。
【００９４】
また、本実施の形態において、度合Ｒが予め設定されている許容範囲Ｒｐと交差した場合、予め設定されている探索範囲に基づいて第１の閾値電圧Ｖｓ＋および第２の閾値電圧Ｖｓ−を変化させ、度合Ｒが５０％となるよう、第１の閾値電圧Ｖｓ＋および第２の閾値電圧Ｖｓ−を再調整するようにしてもよい。また、探索範囲については、前述したＶｉｎの最大ピーク電圧Ｖｍａｘを基準にして決定してもよい。これにより、Ｖｓ＋，Ｖｓ−がＶｉｎに対して大きくずれてしまった場合でも、閾値電圧調整を継続することができる。
【００９５】
また、本実施の形態において、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉごとに、Ｖｉｎ＃ｉと閾値電圧Ｖｓ＋，Ｖｓ−とを比較する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、Ｖｉｎ＃ｉごとに、Ｖｓ＋とＶｓ−を交互に切り替えてＶｉｎ＃ｉと比較し、トリガー点Ｘ＋，Ｘ−をＮ／２回ずつ検出するようにしてもよい。これにより、Ｘ＋，Ｘ−の検出に要する処理負担を軽減できる。
【００９６】
また、本実施の形態において、Ｖｉｎの信号強度が急激に大きく変化し、例えば信号強度が下がって、Ｘ＋がＰＡで５０％程度の確率で検出されていたのが、その後、Ｘ＋がＰＣで５０％程度の確率で検出されるようになった場合、度合Ｒのみではトリガー点のずれ方向に関する区別がつかない。このような場合には、計測対象となる流体の温度変化、順逆のゼロクロスタイミング、伝搬時間差などの情報に基づいて、トリガー点のずれ方向に関する区別を行うようにしてもよい。
【００９７】
［第３の実施の形態］
次に、図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる超音波流量計１および流量演算装置１０について説明する。図１３は、第３の実施の形態にかかる検出電圧とトリガー点との関係を示す信号波形図である。
本実施の形態では、図１３に示すように、トリガー点の検出に用いる閾値電圧として、図２のＶｓを含む互いに異なる複数の閾値電圧Ｖｓ’を用いる場合について説明する。ここでは、Ｖｓに加えて、Ｖｓより差分電圧ΔＶｓだけ低い下側閾値電圧ＶｓＬと、Ｖｓより差分電圧ΔＶｓだけ高い上側閾値電圧ＶｓＨからなる、３つのＶｓ’を用いるものとする。
【００９８】
また、図１３では、図７と同様に、Ｎｍ個目の正側波を目標波ＰＣとし、Ｎｆ個目の正側波を追従波ＰＡとし、ＰＣの次の正側波をＰＥとする。
また、ＶｉｎＮは、標準強度を有するＶｉｎを示し、ＶｉｎＬは、標準強度より信号強度が小さいＶｉｎを示し、ＶｉｎＨは、標準強度より信号強度が大きいＶｉｎを示している。なお、ＶｉｎＮ，ＶｉｎＬ，ＶｉｎＨのいずれの場合においても、ＰＡ，ＰＣ，ＰＥのピーク電圧は、先頭側から順に単調増加しているものとする。
【００９９】
図１３に示すように、ＶｉｎをＶｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨと比較した場合、Ｖｉｎの強度変化に応じて、トリガー点が検出される時間位置が変化するだけでなく、検出される閾値電圧も変化する。
例えば、標準強度のＶｉｎＮが入力された場合におけるＰＡのピーク電圧をＶｓとして設定した場合、ＶｉｎＮは、ＰＡにおいてＶｓＬおよびＶｓと交差するがＶｓＨとは交差しておらず、ＰＣにおいて初めてＶｓＨと交差する。また、ＶｉｎＬは、ＰＡにおいてＶｓＬと交差しＶｓおよびＶｓＨとは交差しておらず、ＰＣで初めてＶｓと交差しＰＥで初めてＶｓＨと交差している。また、ＶｉｎＨは、ＰＡにおいて、ＶｓＬ，Ｖｓ，ＶｓＨのすべてと交差している。
【０１００】
本実施の形態は、このような複数の閾値電圧Ｖｓ’を用いた場合における、Ｖｉｎの強度変化に応じたトリガー点の微妙な変化に着目し、ＰＡ，ＰＣ，ＰＥに対応するゼロクロス点として追従ゼロクロス点ＺＡ，ＺＣ，ＺＥを設定しておき、ＶｉｎがこれらＶｓＬ，Ｖｓ，ＶｓＨと交差するトリガー点ＸＡ，ＸＣ，ＸＥをそれぞれ検出し、これらトリガー点ＸＡ，ＸＣ，ＸＥ以降に最初に検出した先頭ゼロクロス点が、これらＺＡ，ＺＣ，ＺＥに相当する度合ＲＡ，ＲＣ，ＲＥを計算するようにしたものである。
【０１０１】
すなわち、本実施の形態において、ゼロクロス検出部１４は、ゼロクロス点を検出する際、閾値電圧Ｖｓを含む互いに異なる複数の閾値電圧ＶｓＬ，Ｖｓ，ＶｓＨ（Ｖｓ’）ごとに、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉが当該閾値電圧ＶｓＬ，Ｖｓ，ＶｓＨと最初に交差したトリガー点以降にそれぞれのゼロクロス点を検出する機能を有している。
また、閾値電圧調整部１７は、度合Ｒとして、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、個々の閾値電圧ＶｓＬ，Ｖｓ，ＶｓＨの先頭ゼロクロス点が、目標ゼロクロス点または目標ゼロクロス点以前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合Ｒを計算する機能を有している。
【０１０２】
本実施の形態にかかる超音波流量計１のうち、流量演算装置１０以外の構成と、流量演算装置１０のうち、ゼロクロス検出部１４および閾値電圧調整部１７以外の構成とは、第１の実施の形態と同様であり、ここでの説明は省略する。
【０１０３】
［第３の実施の形態の動作］
次に、図１４を参照して、本実施の形態にかかる流量演算装置１０の動作について説明する。図１４は、第３の実施の形態にかかる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の閾値電圧調整部１７は、計測制御部１３による計測工程ごとに、図１４の閾値電圧調整処理を実行する。
【０１０４】
なお、閾値電圧Ｖｓには、標準強度を有する検出電圧ＶｉｎＮが入力された場合に、追従波ＰＡでＶｉｎＮがＶｓと交差してトリガー点ＸＡが検出される確率が５０％となる電圧が設定されており、Ｖｓより差分電圧ΔＶｓだけ低い下側閾値電圧ＶｓＬと、Ｖｓより差分電圧ΔＶｓだけ高い上側閾値電圧ＶｓＨとが、閾値電圧調整部１７により設定されているものとする。また、追従ゼロクロス点としてＰＡ，ＰＣ，ＰＥに対応するＺＡ，ＺＣ，ＺＥが設定されているものとする。
【０１０５】
まず、閾値電圧調整部１７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変換された検出電圧Ｖｉｎ＃ｉ（ｉ＝１〜Ｎの整数）ごとに、Ｖｉｎ＃ｉと閾値電圧Ｖｓ’すなわちＶｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨとを比較し、Ｖｉｎ＃ｉがＶｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨと交差したトリガー点ＸＡ，ＸＣ，ＸＥをＮ回検出する（ステップＳ３００）。
続いて、ゼロクロス検出部１４は、検出したＸＡ，ＸＣ，ＸＥ以降にＶｉｎ＃ｉがゼロ値とゼロクロスするセロクロス点をＮｚ個検出し（ステップＳ３０１）、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Ｓ３０２）。
【０１０６】
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、閾値電圧調整部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追従ゼロクロス点ＺＡ，ＺＣ，ＺＥのいずれかに相当するＤ＃ｉの割合を度合ＲＡ，ＲＣ，ＲＥとして計算する（ステップＳ３０３）。なお、先頭ゼロクロス点とＲＡ，ＲＣ，ＲＥとの対応関係を特定するための先頭ゼロクロス判定動作については、例えば前述した図５に示す方法を利用すればよい。
【０１０７】
次に、閾値電圧調整部１７は、ＲＣが予め設定されている許容範囲Ｒｔｈ２より高いかどうか確認し（ステップＳ３０４）、ＲＣがＲｔｈ２より高い場合（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、Ｖｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨを予め設定されている調整幅αだけそれぞれ高い値に調整し（ステップＳ３０５）、一連の閾値電圧調整処理を終了する。なお、Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０８】
一方、ＲＣがＲｔｈ以下の場合（ステップＳ３０４：ＮＯ）、閾値電圧調整部１７は、ＲＣがＲｔｈ１より低いかどうか確認し（ステップＳ３０６）、ＲＣがＲｔｈ１より低い場合（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、Ｖｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨを予め設定されている調整幅αだけそれぞれ高い値に調整し（ステップＳ３０７）、一連の閾値電圧調整処理を終了する。なお、ＲＣがＲｔｈ１以上、かつ、Ｒｔｈ２以下であれば（ステップＳ３０６：ＮＯ）、Ｖｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨの調整は行わず、一連の閾値電圧調整処理を終了する。
なお、ステップＳ３０５，Ｓ３０７の後、図４のステップＳ１０６，Ｓ１０７と同様にして、閾値電圧調整部１７は、Ｖｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨの再調整を実行するようにしてもよい。
【０１０９】
図１５は、第３の実施の形態にかかる計測例を示す説明図であり、Ｖｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨをＶｉｎ＃ｉごとに交互に切り替えた計測例が示されている。Ｖｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨで１１回、１０回、１０回計測し、全部で３１回計測したものとする。また、許容範囲としてＲｔｈ１＝５０−５％、Ｒｔｈ２＝５０＋５％が設定されているものとする。
【０１１０】
計測例１では、Ｖｓで検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＣが５回判定され、ＺＡが６回判定されている。また、ＶｓＬで検出された際の追従ゼロクロス点としてＺＡが１０回判定され、ＶｓＨで検出された際の追従ゼロクロス点としてＺＣが１０回判定されている。これにより、ＺＡ，ＺＣの合計頻度は、１６回，１５回となるため、ＲＡ，ＲＣはそれぞれ５２％，４８％となる。したがって、ＲＡは許容範囲内であることから、Ｖｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨの調整は行われないことになる。
【０１１１】
また、計測例２では、Ｖｓで検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＡが１１回判定され、ＶｓＬで検出された際の追従ゼロクロス点としてＺＡが１０回判定されている。また、ＶｓＨで検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＣが１０回判定されている。これにより、ＺＡ，ＺＣの合計頻度は、２１回，１０回となるため、ＲＡ，ＲＣはそれぞれ６８％，３２％となる。したがって、ＲＡはＲｔｈ２より高いことから、Ｖｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨのそれぞれがαだけ高い値に調整されることになる。
【０１１２】
また、計測例３では、Ｖｓで検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＣが１１回判定され、ＶｓＨで検出された際の追従ゼロクロス点としてＺＣが１０回判定されている。また、ＶｓＬで検出された際の追従ゼロクロス点として、ＺＡが５回判定されている。これにより、ＺＡ，ＺＣの合計頻度は、１０回，２１回となるため、ＲＡ，ＲＣはそれぞれ３２％，６８％となる。したがって、ＲＡはＲｔｈ１より低いことから、Ｖｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨのそれぞれがαだけ低い値に調整されることになる。
【０１１３】
［第３の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、ゼロクロス検出部１４が、閾値電圧Ｖｓを含む互いに異なる複数の閾値電圧Ｖｓ’のそれぞれを検出電圧Ｖｉｎ＃ｉと比較し、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉがこれら閾値電圧Ｖｓ’のうちのいずれかと最初に交差したトリガー点以降にゼロクロス点を検出し、閾値電圧調整部１７が、度合Ｒとして、検出電圧Ｖｉｎ＃ｉのうち、先頭ゼロクロス点が、目標ゼロクロス点または目標ゼロクロス点以前に位置する追従ゼロクロス点に相当する度合Ｒを計算するようにしたものである。
【０１１４】
これにより、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検出電圧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。
【０１１５】
また、一般には、１レベルの閾値電圧Ｖｓを用いた場合、検出電圧ＶｉｎがＶｓと交差したことしか把握できないため、強度変化の程度によっては、追従波を見失う場合がある。本実施の形態によれば、複数の閾値電圧Ｖｓ’を用いて複数回の計測を行い、トリガー点ＸＡ，ＸＣ，ＸＥを基準にして追従波のピーク電圧にＶｓ，ＶｓＬ，ＶｓＨを追従させている。
【０１１６】
したがって、Ｖｉｎの信号強度の変化を度合ＲＡ，ＲＣに反映させることができる。このため、追従波のピーク電圧がＶｓと一致しなくなっても、追従波のピーク電圧がＶｓＬからＶｓＨまでの範囲内であれば度合ＲＡ，ＲＣを求めることができ、引き続き閾値電圧調整動作を行うことが可能となる。
また、常時、Ｖｓから追従波のピーク電圧を把握できる。このため、Ｖｓ’と予め設定されている適切範囲との比較結果に基づいて、流量計測状態の診断や異常計測判別を行うことが可能となる。また、校正などのメンテナンス頻度を低減でき、作業負担を軽減することができる。
【０１１７】
また、本実施の形態において、ＶｓＬを適用して計測するときは、１周期早めにトリガー点が検出されることを見越して、検出されたトリガー点から１超音波周期分の時間だけ遅延させたタイミングから、ゼロクロス点を検出するようにしてもよい。これにより、ＶｓＬを適用した場合とＶｓＨを適用した場合で、互いに近しいタイミングでゼロクロス時刻を取得できる確率が高くなるため、複数計測で得たゼロクロス時間の平均値などの計算に要する処理負担を軽減できる。
【０１１８】
また、本実施の形態において、閾値電圧Ｖｓ’は３つの限定されるものではなく、２つまたは４つ以上の異なる閾値電圧を用いてもよい。
また、Ｖｓ調整の指標となる許容範囲Ｒｐは５０％が中心でなくてもよく、度合Ｒを計算したゼロクロス点の位置や個数、超音波流量計１や適用される計測環境に応じて、任意の値を設定すればよい。
また、Ｖｓ間の差分電圧ΔＶｓは、Ｖｉｎの状態に応じて変更してもよい。例えば、隣接波間におけるピーク電圧の関係に応じて変更してもよく、Ｖｉｎのブレが大きい場合はΔＶｓを大きくして間隔を広くとるようにしてもよい。
【０１１９】
［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】
【０１２０】
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…閾値電圧調整部、Ｂ…内部バス、Ｃ…測定管、ＴＤ１，ＴＤ２…トランスデューサ、Ｗ…配線、ＮＷ…通信ネットワーク。
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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