(57)【要約】【課題】超音波流量計で算出される流量の妥当性を判断する材料となるデータを確保できる半導体集積回路装置を提供する。【解決手段】半導体集積回路装置は、第１振動子または第２振動子にバースト波を送信する送信部と、前記バースト波の送信側を前記第１振動子と前記第２振動子の一方に切り換える切換部と、前記第１振動子または前記第２振動子により生成される受信信号を増幅した増幅信号を出力する増幅部と、前記第１，２振動子に送信される前記バースト波の送信タイミングと前記増幅信号が所定のゼロクロス点に到達するタイミングとの差に基づく第１，２時間を導出する導出部と、所定の期間における、前記第１，２時間の各積算値、前記第１，２時間の各最大値、前記第１，２時間の各最小値を記憶する記憶部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１振動子または第２振動子にバースト波を送信する送信部と、
前記バースト波の送信側を前記第１振動子と前記第２振動子の一方に切り換える切換部と、
前記第１振動子または前記第２振動子により生成される受信信号を増幅した増幅信号を出力する増幅部と、
前記第１振動子に送信される前記バースト波の送信タイミングと前記増幅信号が所定のゼロクロス点に到達するタイミングとの差に基づく第１時間および前記第２振動子に送信される前記バースト波の送信タイミングと前記増幅信号が所定のゼロクロス点に到達するタイミングとの差に基づく第２時間を導出する導出部と、
所定の期間における、前記第１時間の積算値、前記第１時間の最大値、前記第１時間の最小値、前記第２間の積算値、前記第２時間の最大値、及び前記第２時間の最小値を記憶する記憶部と、
を備える、半導体集積回路装置。
【請求項２】
前記所定のゼロクロス点は、複数種類のゼロクロス点を含む、請求項１に記載の半導体集積回路装置。
【請求項３】
前記記憶部は、前記所定の期間の途中において、前記第１時間の前記途中までの積算値、前記第１時間の前記途中までの最大値、前記第１時間の前記途中までの最小値、前記第２時間の前記途中までの積算値、前記第２時間の前記途中までの最大値、及び前記第２時間の前記途中までの最小値を記憶する、請求項１または請求項２に記載の半導体集積回路装置。
【請求項４】
前記導出部は、前記第１時間と前記第２時間を交互に導出する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体集積回路装置。
【請求項５】
前記記憶部はレジスタである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体集積回路装置。
【請求項６】
前記増幅部は、第１ゲインを段階的に可変する第１増幅器と、前記第１増幅器よりも細かいステップ幅で第２ゲインを段階的に可変する第２増幅器と、を備え、
前記第１ゲインの切り換えにヒステリシスを持たせる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体集積回路装置。
【請求項７】
前記第１ゲインの段階数は、前記第２ゲインの段階数より少ない、請求項６に記載の半導体集積回路装置。
【請求項８】
前記第１ゲインが最小値であるときに、前記第２ゲインの上端範囲を無効とし、
前記第１ゲインが最大値であるときに、前記第２ゲインの下端範囲を無効とし、
前記第１ゲインが最小値でも最大値でもないときに、前記第２ゲインの前記上端範囲及び前記下端範囲を無効とする、請求項６又は請求項７に記載の半導体集積回路装置。
【請求項９】
前記第１ゲインが最小値でも最大値でもないときに、増加方向のヒステリシス範囲の一部と減少方向のヒステリシス範囲の一部とが重複する、請求項８に記載の半導体集積回路装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体集積回路装置と、
流体の流れに対して所定の角度を持って流体管路に対向配置される前記第１振動子及び前記第２振動子と、
を備える、超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書中に開示されている発明は、半導体集積回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体（特に、都市ガスのようなガス）の流量を計測するのに膜式ガス流量計と呼ばれる機械式のメーターが用いられてきた。しかしながら、小型化及び耐久性の向上を目指して、近年、超音波により流体の流量を計測する超音波流量計の開発が進んでいる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１５４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１で開示されている超音波流量計は、シングアラウンド法を用いて計測精度を高めている。シングアラウンド法では、複数個の順方向伝搬時間および複数個の逆方向伝搬時間に基づいて１つの流量が算出される。しかしながら、複数個の順方向伝搬時間および複数個の逆方向伝搬時間にノイズ（例えばオフセットドリフト、回路内部ノイズ等）等の影響による異常な値が混じっていても、そのことを流量の値から知ることはできない。
【０００５】
したがって、超音波流量計で算出される流量の妥当性を判断する材料となるデータを確保できることが望ましい。
【０００６】
本明細書中に開示されている発明は、超音波流量計で算出される流量の妥当性を判断する材料となるデータを確保できる半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本明細書中に開示されている半導体集積回路装置は、第１振動子または第２振動子にバースト波を送信する送信部と、前記バースト波の送信側を前記第１振動子と前記第２振動子の一方に切り換える切換部と、前記第１振動子または前記第２振動子により生成される受信信号を増幅した増幅信号を出力する増幅部と、前記第１振動子に送信される前記バースト波の送信タイミングと前記増幅信号が所定のゼロクロス点に到達するタイミングとの差に基づく第１時間および前記第２振動子に送信される前記バースト波の送信タイミングと前記増幅信号が所定のゼロクロス点に到達するタイミングとの差に基づく第２時間を導出する導出部と、所定の期間における、前記第１時間の積算値、前記第１時間の最大値、前記第１時間の最小値、前記第２間の積算値、前記第２時間の最大値、及び前記第２時間の最小値を記憶する記憶部と、を備える構成（第１の構成）とする。
【０００８】
上記第１の構成の半導体集積回路装置において、前記所定のゼロクロス点は、複数種類のゼロクロス点を含む構成（第２の構成）であってもよい。
【０００９】
上記第１又は第２の構成の半導体集積回路装置において、前記記憶部は、前記所定の期間の途中において、前記第１時間の前記途中までの積算値、前記第１時間の前記途中までの最大値、前記第１時間の前記途中までの最小値、前記第２時間の前記途中までの積算値、前記第２時間の前記途中までの最大値、及び前記第２時間の前記途中までの最小値を記憶する構成（第３の構成）であってもよい。
【００１０】
上記第１〜第３いずれかの構成の半導体集積回路装置において、前記導出部は、前記第１時間と前記第２時間を交互に導出する構成（第４の構成）であってもよい。
【００１１】
上記第１〜第４いずれかの構成の半導体集積回路装置において、前記記憶部はレジスタである構成（第５の構成）であってもよい。
【００１２】
上記第１〜第５いずれかの構成の半導体集積回路装置において、前記増幅部は、第１ゲインを段階的に可変する第１増幅器と、前記第１増幅器よりも細かいステップ幅で第２ゲインを段階的に可変する第２増幅器と、を備え、前記第１ゲインの切り換えにヒステリシスを持たせる構成（第６の構成）であってもよい。
【００１３】
上記第６の構成の半導体集積回路装置において、前記第１ゲインの段階数は、前記第２ゲインの段階数より少ない構成（第７の構成）であってもよい。
【００１４】
上記第６又は第７の構成の半導体集積回路装置において、前記第１ゲインが最小値であるときに、前記第２ゲインの上端範囲を無効とし、前記第１ゲインが最大値であるときに、前記第２ゲインの下端範囲を無効とし、前記第１ゲインが最小値でも最大値でもないときに、前記第２ゲインの前記上端範囲及び前記下端範囲を無効とする構成（第８の構成）であってもよい。
【００１５】
上記第８の構成の半導体集積回路装置において、前記第１ゲインが最小値でも最大値でもないときに、増加方向のヒステリシス範囲の一部と減少方向のヒステリシス範囲の一部とが重複する構成（第９の構成）であってもよい。
【００１６】
本明細書中に開示されている超音波流量計は、上記第１〜第９いずれかの構成の半導体集積回路装置と、流体の流れに対して所定の角度を持って流体管路に対向配置される前記第１振動子及び前記第２振動子と、を備える構成（第１０の構成）とする。
【発明の効果】
【００１７】
本明細書中に開示されている半導体集積回路装置によれば、超音波流量計で算出される流量の妥当性を判断する材料となるデータを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】超音波流量計の全体構成例を示す図
【図２】第１振動子及び第２振動子の配置例を示す流体管路の断面図
【図３】６４パケットの測定の実施タイミングを示す図
【図４】６４パケットの詳細を示す図
【図５】受信信号の波形図
【図６】レジスタの部分構成例を示す図
【図７】判定回路の一構成例を示す図
【図８】判定回路の他の構成例を示す図
【図９】ゲイン設定テーブルを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜１．超音波流量計＞
図１は、超音波流量計の全体構成例を示す図である。本図の超音波流量計１００は、第１振動子１及び第２振動子２を備える。なお、第１振動子１及び第２振動子２は、例えば図２に示すように、流体の流れＦに対して所定の角度θを持って流体管路２００に対向配置される。図２において、第１振動子１は流体の上流側に配置され、第２振動子２は流体の下流側に配置される。
【００２０】
なお、音速をＣとし、流体の流速をｖとすると、流体の上流側から下流側に向かう超音波の伝搬速度は（Ｃ＋ｖ）となり、下流側から上流側に向かう超音波の伝搬速度は（Ｃ−ｖ）となる。この伝搬速度の差（延いては伝搬時間の差）から流速ｖが求められ、さらには流量Ｑ（＝ｖ・Ｓ・Ｋ、ただし、Ｓは流体管路の断面積、Ｋは補正係数）が算出される。
【００２１】
また、超音波流量計１００は、アナログ部３及びロジック部４を含む半導体集積回路装置５と、半導体集積回路装置５の外部に配置された第１発振器６、電池７、遮断弁１１、感震器１２、圧力センサ１３、表示部１４、及び、マイコン１０等を備える。
【００２２】
第１発振器６は、周波数が例えば３２ｋＨｚ（正確には３２．７６８ｋＨｚ）のクロックを生成する。本書において、第１発振器６で生成するクロックは、“低速クロック”と称される。
【００２３】
アナログ部３は、送信部３１と、切換部３２と、変換部３３と、第１増幅器３４と、第２増幅器３５と、第１コンパレータ３６と、第２コンパレータ３７と、第３コンパレータ３８と、内部電源用レギュレータ３９と、を備える。
【００２４】
なお、第１増幅器３４及び第２増幅器３５（若しくはこれらと変換部３３）は、第１振動子１または第２振動子２から外部入力されるアナログ入力信号ＡＩを増幅して受信信号ＥＲ（＝増幅信号）を生成する受信アンプ３Ａとして理解することもできる。
【００２５】
送信部３１は、切換部３２を介して第１振動子１及び第２振動子２の一方にバースト波ＢＵＲＳＴを出力する。なお、バースト波ＢＵＲＳＴは、所定の周波数（例えば５２０ｋＨｚ）で間欠的に発生される矩形波信号や正弦波信号である。バースト波ＢＵＲＳＴのパルス数Ｎは、第１振動子１及び第２振動子２の種類や超音波流量計１００の種類によって適宜設定されるが、例えば、Ｎ＝４〜６に設定される。
【００２６】
切換部３２は、ロジック部４からの送受信方向制御信号ＳＪを受けて、バースト波ＢＵＲＳＴの送信側を第１振動子１と第２振動子２の一方に切り換える。第１振動子１がバースト波ＢＵＲＳＴの送信側とされた場合には、第２振動子２が受信側となり、第２振動子２がバースト波ＢＵＲＳＴの送信側とされた場合には、第１振動子１が受信側となる。
【００２７】
変換部３３は、切換部３２を介して第１振動子１または第２振動子２で受信される信号の出力形式を変換する。具体的に述べると、変換部３３は、上記信号の出力形式が電流出力形式である場合には、電流信号を電圧信号に変換する処理、いわゆるＩ／Ｖ変換処理を行う。一方、上記信号の出力形式が電圧出力形式である場合には、或るレベルの電圧信号を異なるレベルの電圧信号に変換する処理、すなわちＶ／Ｖ変換処理を行う。ただし、このようなＶ／Ｖ変換処理が不要である場合には、変換部３３を省略してもよい。
【００２８】
第１増幅器３４は、第１振動子１または第２振動子２から変換部３３を介して入力される信号を第１ゲインで増幅することにより、増幅後の信号振幅を粗調整する。
【００２９】
第２増幅器３５は、第１増幅器３４で増幅された信号をさらに第２ゲインで増幅することにより、増幅後の信号振幅を微調整する。
【００３０】
なお、本書での“受信信号ＥＲ”は、受信アンプ３Ａから出力される増幅信号と同義である。
【００３１】
また、変換部３３、第１増幅器３４、及び、第２増幅器３５には、それぞれ、イネーブル信号ＶＣＣＣＮＴが入力されている。例えば、イネーブル信号ＶＣＣＣＮＴがハイレベルに設定されると、変換部３３、第１増幅器３４、及び、第２増幅器３５がイネーブル状態（＝所定の回路動作を実行できる態勢）となる。
【００３２】
第１コンパレータ３６は、受信信号ＥＲ（＝受信アンプ３Ａの出力信号）のピーク値が所定の範囲に収まっているか否かを検出する。
【００３３】
第２コンパレータ３７は、受信信号ＥＲが所定の閾値を超えているか否かを検出する、いわゆるエンベロープ（包絡線）コンパレータの役割を有する。例えば、第２コンパレータ３７で生成されるエンベロープ比較信号ＥＮＶ＿ＣＭＰは、受信信号ＥＲが所定の閾値電圧ＥＮＶＲＥＦを超えたときにハイレベルとなり、閾値電圧ＥＮＶＲＥＦを下回ったときにローレベルとなる。
【００３４】
第３コンパレータ３８は、受信信号ＥＲのゼロクロス点を検出する。例えば、第３コンパレータ３８で生成されるゼロクロス検出信号ＺＥＲＯ＿ＣＭＰは、受信信号ＥＲがゼロクロス点を超えたときにハイレベルとなり、それを下回ったときにローレベルとなる。
【００３５】
内部電源用レギュレータ３９は、電池７から供給される外部電源電圧（例えば１．８Ｖまたは２．２Ｖ）を安定化してアナログ部３及びロジック部４を駆動するための内部電源電圧を生成する。電池７としては、例えばリチウムイオン電池を用いるとよい。
【００３６】
なお、第１コンパレータ３６、第２コンパレータ３７、及び、第３コンパレータ３８には、それぞれ、イネーブル信号ＡＮＧＣＮＴが入力されている。例えば、イネーブル信号ＡＮＧＣＮＴがハイレベルに設定されると、第１コンパレータ３６、第２コンパレータ３７、及び、第３コンパレータ３８がイネーブル状態となる。
【００３７】
受信アンプ３Ａは、先にも述べたように、第１振動子１または第２振動子２から外部入力されるアナログ入力信号ＡＩを増幅して受信信号ＥＲ（＝増幅信号）を生成する。
【００３８】
ロジック部４は、受信信号ＥＲ（より詳細には各コンパレータ３６〜３８の出力信号）に応じたデジタル出力信号ＤＯを生成する回路ブロックであり、制御部４０と、送受信方向制御部４１と、第２発振器４２と、第１伝搬時間カウンタ４３と、第３発振器４４と、第２伝搬時間カウンタ４５と、エラーカウンタ４６と、マイコンインターフェース４７と、を備える。
【００３９】
制御部４０は、ロジック部４の中枢部にあたり、流体（例えばガス）の伝搬時間の測定、第２発振器４２及び第３発振器４４でそれぞれ生成されるクロックの検定、及び、アナログ部３の各種制御を行う。また、制御部４０は、アナログ部３から入力される各種の信号に基づいて、第１増幅器３４及び第２増幅器３５のゲイン調整を行う機能も備えている。
【００４０】
送受信方向制御部４１は、制御部４０またはマイコンインターフェース４７からの指示に応じて、送受信方向制御信号ＳＪを生成する。
【００４１】
第２発振器４２は、例えば抵抗とキャパシタを用いたＣＲ発振器で構成される。より具体的に述べると、第２発振器４２としては、キャパシタを定電流で充放電させてクロックを生成するＣＲ発振器を採用するとよい。なお、第２発振器４２で生成するクロックの周波数は、例えば４ＭＨｚに設定される。また、第２発振器４２は、ＣＲ発振器ではなく、半導体集積回路装置５の外部に設ける不図示のセラミック発振器に置き換えてもよい。本書において、第２発振器４２で生成するクロックは“中速クロック”と称される。
【００４２】
特に、第２発振器４２を半導体集積回路装置５に内蔵することにより、従前、半導体集積回路装置５の外部に用意していたＣＲ発振器やセラミック発振器の設置を排除することができるので、超音波流量計１００の小型化と廉価化を図ることが可能となる。
【００４３】
第１伝搬時間カウンタ４３は、第２発振器４２で生成したクロックをカウントする。
【００４４】
第３発振器４４は、例えばリングオシレータで構成される。なお、第３発振器４４で生成するクロックの周波数は、例えば５００ＭＨｚに設定される。本書において、第３発振器４４で生成するクロックは“高速クロック”と称される。
【００４５】
第２伝搬時間カウンタ４５は、第３発振器４４で生成したクロックをカウントする。
【００４６】
以上述べたように、“低速クロック”、“中速クロック”、及び、“高速クロック”とは、第１発振器６、第２発振器４２、及び、第３発振器４４でそれぞれ生成される発振信号であり、高速クロックは中速クロックよりも伝達時間が速く、中速クロックは低速クロックよりも伝達時間が速い。言い換えれば、各クロックの周波数については、高速クロック＞中速クロック＞低速クロックという大小関係が成立する。
【００４７】
エラーカウンタ４６は、流体の伝搬時間をＭ回測定したときに発生したエラーの回数をカウントする。ここで、エラーとは、受信信号ＥＲが所定の閾値ＥＲ＿Ｈ＿Ｖｔｈより大きいとき（ハイエラー）、所定の閾値ＥＲ＿Ｌ＿Ｖｔｈより小さいとき（ローエラー）、及び、バースト波ＢＵＲＳＴを送信してから所定の時間が経過したにもかかわらず、受信信号ＥＲが検出されないとき（オーバーフロー）のことをいう。
【００４８】
伝搬時間の測定では、流体管路の上流から下流での測定と下流から上流での測定を１パケットとして、例えば６４パケットの測定を行うが、そのときのエラー回数をカウントするのがエラーカウンタ４６の役割である。例えば、６４パケットの測定のうち、１０回以上のエラーが発生した場合には、アナログ部３の第１増幅器３４や第２増幅器３５等において、ゲインの再調整や再設定等が行われることになる。上記のエラー回数については、超音波流量計１００に要求される精度に基づいて任意に設定することが可能である。なお、エラーカウンタ４６を備えていない場合には、超音波流量計１００の精度低下を招くおそれがある。ただし、エラーカウンタ４６は、必須の構成要件ではない。
【００４９】
以下、伝搬時間の測定で６４パケットの測定を行う場合を例に挙げて説明を行う。６４パケットの測定は、図３に示すように２秒毎に実施される。６４パケットの測定では、図４に示すように、流体管路の上流から下流での測定すなわち第１振動子１を送信側にした１回目の測定４０１、流体管路の下流から上流での測定すなわち第２振動子２を送信側にした１回目の測定５０１、流体管路の上流から下流での測定すなわち第１振動子１を送信側にした２回目の測定４０２、流体管路の下流から上流での測定すなわち第２振動子２を送信側にした２回目の測定５０２、・・・、流体管路の上流から下流での測定すなわち第１振動子１を送信側にした６４回目の測定４６４、及び流体管路の下流から上流での測定すなわち第２振動子２を送信側にした６４回目の測定５６４が順に実施される。上述した１２８回の測定（測定４０１〜４６４及び５０１〜５６４）では、図４に示すように、１つの測定終了から次の測定開始までの間に４ミリ秒のインターバルが設けられる。
【００５０】
図４に示すように、流体管路の上流から下流での測定と流体管路の下流から上流での測定とを交互に行うことで、短い時間での流量変化にも対応できる。したがって、流体管路の上流から下流での測定と流体管路の下流から上流での測定とを交互に行うことで、流体管路の上流から下流での測定を複数連続して行い、その後流体管路の下流から上流での測定を複数連続して行うよりも測定精度を向上させることができる。
【００５１】
第１伝搬時間カウンタ４３、第２伝搬時間カウンタ４５、及びエラーカウンタ４６からそれぞれ取り出した各種データは、制御部４０のレジスタ４０Ａに記憶される。制御部４０のレジスタ４０Ａに記憶される各種データは、マイコンインターフェース４７を介して、半導体集積回路装置５外部のマイコン１０に送られる。すなわち、マイコンインターフェース４７は種々の演算処理を行わせる中継器としての役割を担う。マイコン１０は、例えば６４パケットの測定に基づき流量を算出する。マイコン１０は、流量を２秒毎に更新する。ただし、マイコン１０は、算出した流量が所定範囲外であれば、その所定範囲外の流量のデータを破棄し、流量を更新しない。
【００５２】
また、遮断弁１１、感震器１２、圧力センサ１３、及び、表示部１４等は、超音波流量計１００の付属機能を実現するための手段として半導体集積回路装置５の外部に用意されており、いずれもマイコン１０で制御される。
【００５３】
＜２．レジスト値＞
次に、レジスタ４０Ａが保持するレジスト値について説明する。レジスタ４０Ａは、流体管路の上流から下流での測定すなわち第１振動子１を送信側にした測定に関する７個のレジスト値ＲＶ１、ＲＶ２、ＲＶ３、ＲＶ４、ＲＶ５、ＲＶ６、及びＲＶ７を保持する。
【００５４】
図５は、受信信号ＥＲ（＝受信アンプ３Ａの出力信号）の波形図である。図中の符号Ｚ１は、受信信号ＥＲが所定の閾値電圧ＥＮＶＲＥＦを超えてから最初に出現する受信信号ＥＲのゼロクロス点を示している。図中の符号Ｚ２は、受信信号ＥＲが所定の閾値電圧ＥＮＶＲＥＦを超えてから２番目に出現する受信信号ＥＲのゼロクロス点を示している。図中の符号Ｚ３は、受信信号ＥＲが所定の閾値電圧ＥＮＶＲＥＦを超えてから３番目に出現する受信信号ＥＲのゼロクロス点を示している。図中の符号Ｚ４は、受信信号ＥＲが所定の閾値電圧ＥＮＶＲＥＦを超えてから４番目に出現する受信信号ＥＲのゼロクロス点を示している。したがって、図中の時間ｔ１〜ｔ４はそれぞれ、バースト波ＢＵＲＳＴの送信タイミングからゼロクロス点Ｚ１〜Ｚ４が出現するまでの時間である。図中の時間ｔ１〜ｔ４は、例えば第１伝搬時間カウンタ４３を用いて計測すればよい。
【００５５】
レジスト値ＲＶ１〜ＲＶ４はそれぞれ、流体管路の上流から下流での測定に関する時間ｔ１〜ｔ４の各積算値である。レジスト値ＲＶ５は、レジスト値ＲＶ１〜ＲＶ４の合計値である。レジスト値ＲＶ６は、時間ｔ１〜ｔ４の合計値の最大値である。例えば、測定が測定４０１〜４０３まで進んでいる場合は、測定４０１における時間ｔ１〜ｔ４の合計値、測定４０２における時間ｔ１〜ｔ４の合計値、測定４０３における時間ｔ１〜ｔ４の合計値のうち、最も大きい値がレジスト値ＲＶ６となる。レジスト値ＲＶ７は、時間ｔ１〜ｔ４の合計値の最小値である。例えば、測定が測定４０１〜４０３まで進んでいる場合は、測定４０１における時間ｔ１〜ｔ４の合計値、測定４０２における時間ｔ１〜ｔ４の合計値、測定４０３における時間ｔ１〜ｔ４の合計値のうち、最も小さい値がレジスト値ＲＶ７となる。
【００５６】
ここで、レジスタ４０Ａの部分構成例を図６に示す。図６に示す回路は、セレクタ６０１と、ラッチ６０２と、加算器６０３と、ラッチ６０４と、を備える。図６に示す回路には、測定４０１〜４６４それぞれにおける時間ｔ１〜ｔ４の合計値が順次入力される。セレクタ６０１は、入力値とラッチ６０２の出力のうち大きい方を選択してラッチ６０２に供給する。ラッチ６０２はレジスト値ＲＶ６を保持する。加算器６０３は、入力値とラッチ６０２の出力を加算してラッチ６０４に供給する。ラッチ６０２はレジスト値ＲＶ５を保持する。レジスト値ＲＶ７を保持する回路は、図６に示す回路においてセレクタの選択を逆にすることで実現することができる。
【００５７】
レジスタ４０Ａは、流体管路の下流から上流での測定すなわち第２振動子２を送信側にした測定に関する７個のレジスト値ＲＶ１１、ＲＶ１２、ＲＶ１３、ＲＶ１４、ＲＶ１５、ＲＶ１６、及びＲＶ１７も保持する。
【００５８】
レジスト値ＲＶ１１〜ＲＶ１４はそれぞれ、流体管路の下流から上流での測定に関する時間ｔ１〜ｔ４の各積算値である。レジスト値ＲＶ１５は、レジスト値ＲＶ１１〜ＲＶ１４の合計値である。レジスト値ＲＶ１６は、時間ｔ１〜ｔ４の合計値の最大値である。例えば、測定が測定５０１〜５６４まで進んでいる場合は、測定５０１〜５６４それぞれにおける時間ｔ１〜ｔ４の合計値のうち、最も大きい値がレジスト値ＲＶ１６となる。レジスト値ＲＶ１７は、時間ｔ１〜ｔ４の合計値の最小値である。例えば、測定が測定５０１〜５６４まで進んでいる場合は、測定５０１〜５６４それぞれにおける時間ｔ１〜ｔ４の合計値のうち最も小さい値がレジスト値ＲＶ１７となる。レジスト値ＲＶ１６を保持する回路は、図６に示す回路と同様の回路で実現することができ、レジスト値ＲＶ１７を保持する回路は、図６に示す回路においてセレクタの選択を逆にすることで実現することができる。
【００５９】
マイコン１０は、レジスト値ＲＶ５及びレジスト値ＲＶ１５に基づき流量を算出することができる。また、マイコン１０は、超音波流量計１００で算出される流量の妥当性を判断する材料として、レジスト値ＲＶ６、レジスト値ＲＶ７、レジスト値ＲＶ１６、及びレジスト値ＲＶ１７を利用することができる。
【００６０】
なお、マイコン１０の代わりに例えば図７に示す判定回路又は図８に示す判定回路が、超音波流量計１００で算出される流量の妥当性を判断する材料としてレジスト値ＲＶ６を利用してもよい。レジスト値ＲＶ７、レジスト値ＲＶ１６、及びレジスト値ＲＶ１７についても同様である。
【００６１】
図７に示す判定回路では、乗算器６０５によってレジスト値ＲＶ６が６４倍された値に変換され、レジスト値ＲＶ６の６４倍とレジスト値ＲＶ５とがオフセットを有するコンパレータ６０６によって比較される。また、図８に示す判定回路では、除算器６０５’によってレジスト値ＲＶ５が１／６４倍された値に変換され、レジスト値ＲＶ５の１／６４倍とレジスト値ＲＶ６とがオフセットを有するコンパレータ６０６によって比較される。コンパレータ６０６の出力信号は、超音波流量計１００で算出される流量の妥当性を示す指標をとして利用することができる。
【００６２】
＜３．受信アンプ＞
次に、受信アンプ３Ａの好適な構成例について説明する。好適な構成例に係る受信アンプ３Ａは、第１ゲインを段階的（例えば８段階）に可変するＰＧＡ（プログラマブルゲイン増幅器）である第１増幅器３４と、第１増幅器３４よりも細かいステップ幅で第２ゲインを段階的（例えば３２段階）に可変するＰＧＡ（プログラマブルゲイン増幅器）である第２増幅器３５と、を備え、第１ゲインの切り換えにヒステリシスを持たせている構成である。ヒステリシスを持たせることにより、第１ゲインの切り換えが繰り返されて、受信アンプ３Ａの系が発振することを抑制することができる。これにより、受信アンプ３Ａの系が安定し、受信アンプ３Ａの消費電力を抑えることができる。
【００６３】
以下、第１増幅器３４が第１ゲインを８段階に可変し、第２増幅器３５が第２ゲインを３２段階に可変する場合を例に挙げて説明を行う。第１ゲインは、Ａ１〜Ａ８の８段階であり、Ａ１＜Ａ２＜・・・・・＜Ａ７＜Ａ８である。第１ゲインの各ステップ幅、すなわち｜Ａ１−Ａ２｜、｜Ａ２−Ａ３｜、・・・、｜Ａ７−Ａ８｜は略同一である。第２ゲインは、Ｂ０１〜Ｂ３２の３２段階であり、Ｂ０１＜Ｂ０２＜・・・・・＜Ｂ３１＜Ｂ３２である。第２ゲインの各ステップ幅、すなわち｜Ｂ０１−Ｂ０２｜、｜Ｂ０２−Ｂ０３｜、・・・、｜Ｂ３１−Ｂ３２｜は略同一である。
【００６４】
図９は、ゲイン設定テーブルを示す図である。図９に示すゲイン設定テーブルでは、第１ゲインが最小値Ａ１であるときに、第２ゲインの上端範囲（Ｂ２８〜Ｂ３２）を無効とし、第１ゲインが最大値Ａ８であるときに、第２ゲインの下端範囲（Ｂ０１〜Ｂ０５）を無効とし、第１ゲインが最小値Ａ１でも最大値Ａ８でもないときに、第２ゲインの上端範囲（Ｂ２８〜Ｂ３２）及び下端範囲（Ｂ０１〜Ｂ０５）を無効としている。図９では、無効範囲を灰色にしている。このような無効範囲を設けることで、受信アンプ３Ａのゲインの線形性が向上する。
【００６５】
例えば、受信アンプ３Ａのゲインを最小値から１段階ずつ増加させる場合、設定値を１〜２７、４９〜５９、８１〜９１、１１３〜１２３、１４５〜１５５，１７７〜１８７、２０９〜２１９、２４１〜２５６の順に増加させる。逆に、受信アンプ３Ａのゲインを最小値から１段階ずつ減少させる場合、設定値を２５６〜２３０、２０８〜１９８、１７６〜１６６、１４４〜１３４、１１２〜１０２、８０〜７０、４８〜３８、１６〜１の順に減少させる。
【００６６】
なお、図９に示すように、第１ゲインが最小値Ａ１でも最大値Ａ８でもないときに、増加方向のヒステリシス範囲の一部と減少方向のヒステリシス範囲の一部とが重複することが望ましい。これにより、受信アンプ３Ａの系がより一層安定し、受信アンプ３Ａの消費電力をより一層抑えることができる。なお、図９では、設定値が４８、４９、８０、８１、１１２、１１３、１４４、１４５、１７６，１７７、２０８、及び２０９であるときに、増加方向及び減少方向双方のヒステリシス範囲になっている。
【００６７】
＜４．その他＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
【００６８】
例えば、上述した実施形態では、第１伝搬時間カウンタ４３、第２伝搬時間カウンタ４５、及びエラーカウンタ４６からそれぞれ取り出した各種データを、制御部４０のレジスタ４０Ａに記憶したが、レジスタ４０Ａ以外の記憶部に記憶してもよい。レジスタ４０Ａ以外の記憶部としては例えばＲＡＭが考えられる。しかしながら、レジスタは、一般的にＲＡＭよりも長寿命、高信頼性、及び低消費電流である。このため、記憶しておくべきデータ数が多くない本発明では、レジスタを記憶部として用いることが望ましい。
【００６９】
また、上述した実施形態では、積算値以外に最大値及び最小値のみを記憶したが、例えば、最大値からｋ（ｋは２以上の自然数）番目に大きい値までの各値及び最小値からｋ番目に小さい値までの各値を記憶してもよい。ただし、ｋが大きいほど、記憶部の回路規模が大きくなるので、ｋは２または３であることが望ましい。
【符号の説明】
【００７０】
１    第１振動子
２    第２振動子
３    アナログ部
４    ロジック部
５    半導体集積回路装置
６    第１発振器（低速クロック）
７    電池
１０    マイコン
１１    遮断弁
１２    感震器
１３    圧力センサ
１４    表示部
３１    送信部
３２    切換部
３３    変換部
３４    第１増幅器
３５    第２増幅器
３６    第１コンパレータ
３７    第２コンパレータ
３８    第３コンパレータ
３９    内部電源用レギュレータ
３Ａ    受信アンプ
４０    制御部
４１    送受信方向制御部
４２    第２発振器（中速クロック）
４３    第１伝搬時間カウンタ
４４    第３発振器（高速クロック）
４５    第２伝搬時間カウンタ
４６    エラーカウンタ
４７    マイコンインターフェース
【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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