(57)【要約】  超音波流量計において超音波の伝播時間を計測するために用いる振動子の動作は省電力化のために間欠動作が望ましい。しかしながら振動子のパルス安定性には時間を要するので間欠動作ができないという課題がある。  振動子６０と、前記振動子の振動を早める振動開始手段６１とを備え、前記振動開始手段６１で振動された前記振動子のパルスを超音波の伝播時間計測に用いるようにした超音波流量計。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路中で超音波を送受信する超音波センサと、所定の周波数の振動を発生する振動子と、前記振動子の安定を早める振動開始手段とを備え、前記振動開始手段で振動された前記振動子のパルスを前記超音波の伝播時間計測に用いた超音波流量計。
【請求項２】
前記振動開始手段で振動された前記振動子のパルスに同期して前記超音波センサに駆動信号を与え、かつ、前記振動開始手段で振動させてから前記超音波センサに駆動信号を与えるまでの間に、待機期間を設けるようにした請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記振動開始手段は、別の振動手段と、この振動手段のパルスを一定期間前記振動子に付勢する回路とを備える請求項１記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記振動子はセラミック振動子を用いるようにした請求項１記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記振動子は、超音波の伝播時間計測に用いる振動子Ａ以外に、別の振動子Ｂを設け、前記振動子Ａのパルス周期を前記振動子Ｂのパルスで検定して伝播時間の補正を行う構成とした請求項４記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記振動子Ａのパルス周期検定は、伝播時間の計測に続いて連続して行うようにした請求項５記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記待機時間は一定時間とした請求項２記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記待機時間は、前記振動子のパルス周期の検定を行った結果に基づき決定するようにした請求項２記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に超音波によって流量を測定する超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波流量計は、例えば特許文献１に記載されている。図６は前記特許文献１に記載されている従来の超音波流量計の第１の実施例を示す制御ブロック図である。【０００３】
図６の超音波流量計は、流体管路４の途中に超音波を発信する第１振動子５と受信する第２振動子６とが流れ方向に配置されている。また、第１振動子５への発信回路７、第２振動子６で受信した信号の増幅回路８を備える。そして、増幅回路８で増幅された信号を比較回路９で基準信号と比較し、発信から受信までの時間をタイマカウンタのような計時手段１０で求め、その超音波伝幡時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段１１で流量値を求め、この流量演算手段１１の値によって発信回路７のトリガ手段１３への信号送出のタイミングを調節する構成を有する。【０００４】
次にその動作について述べる。トリガ手段１３からの指示に基づき発信回路７よりバースト信号が送出され、このバースト信号に応じて第１振動子５で発信された超音波信号は、流れの中を伝幡し第２振動子６で受信される。そして、受信信号が増幅回路８と比較回路９で信号処理され、発信から受信までの時間が計時手段１０で測定される。【０００５】
静止流体中の音をｃ、流体の流れの速さをｖとすると、流れの順方向の超音波の伝幡速度は（ｃ＋ｖ）となる。振動子５と６の間の距離をＬ、超音波伝幡軸と管路の中心軸とがなす角度をφとすると、超音波が到達する時間Ｔは、
Ｔ＝Ｌ／（ｃ＋ｖCOSφ）                （１）
となり、（１）式より、
ｖ＝（Ｌ／Ｔ−ｃ）／COSφ              （２）
となり、Ｌとφが既知ならＴを測定すれば流速ｖが求められる。この流速より流量Ｑは、通過面積をＳ、補正計数をＫとすれば、
Ｑ＝ＫＳｖ                              （３）
となる。【０００６】
図７は前記特許文献１に記載されている従来の超音波流量計の第４の実施例を示す制御ブロック図である。図７の超音波流量計は、発信から受信を繰り返し手段１５によって、繰り返し設定手段１６で設定された回数だけ繰り返し、さらに発信と受信の切り換えを切換手段１７で行った後、同様に繰り返しを行う。すなわち、発信回路７によって第１振動子４から超音波が発生し、この超音波を第２振動子５で受信し、受信信号が増幅回路８を介し比較回路９に到達すると、繰り返し手段１６の指示により再びトリガ手段１３で発信回路７をトリガする。この繰り返しは繰り返し設定手段１５で設定された回数だけ行われ、設定回数に達すると繰り返しに要した時間を計時手段１０で計測する。しかる後、切換手段１７により第１振動子４と第２振動子５の発信受信を逆に接続し、今度は第２振動子から第１振動子５に向かって超音波を発信し前述と同様に到達時間を求め、この差を流量演算手段１１で流量値を演算する。【０００７】
静止流体中の音をｃ、流体の流れの速さをｖとすると、流れの順方向の超音波の伝幡速度は（ｃ＋ｖ）、逆方向の伝幡速度は（ｃ−ｖ）となる。振動子７と８の間の距離をＬ、超音波伝幡軸と管路の中心軸とがなす角度をφ、繰り返し回数をｎとすると、順方向と逆方向のそれぞれの繰り返し時間Ｔ１とＴ２は、
Ｔ１＝ｎ×Ｌ／（ｃ＋ｖCOSφ）                （４）
Ｔ２＝ｎ×Ｌ／（ｃ−ｖCOSφ）                （５）
となり、（４）、（５）式より、
ｖ＝ｎ×Ｌ／２COSφ×（１／Ｔ１−１／Ｔ２）  （６）
となり、Ｌとφが既知ならＴ１とＴ２を測定すれば流速ｖが求められる。【０００８】
しかしながら、Ｔ１とＴ２の差は流量が小さくかつ繰り返し回数が小さいときには極めて微小であり、正確に計ることが困難であるので、測定回数を多く設定し誤差を比較的小さくする。また、流量が大きくなるとＴ１−Ｔ２の差も大きくなるので測定が容易になり、その場合には繰り返し設定の回数を小さくしてサンプリング間隔を速くして誤差を小さくする。すなわち、流量演算手段１１によって繰り返し設定手段１５の回数を変更する。【０００９】
この特許文献１の超音波流量計は、２つの振動子を用いて、送信と受信とを切り替え、それぞれの受信波形から求められる超音波の伝播時間から流速を求めて、流量を演算する方式である。
【特許文献１】特開平８−１２２１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
超音波の伝播時間の計測は、発振素子としての振動子でつくられるパルスの数をカウントすることで求められる。例えば、振動子として４×１０６Ｈｚ（周期は周波数の逆数で０．２５×１０−６秒）の水晶振動子を用いた場合、伝播時間中に７２０個のパルスがあれば伝播時間は１８０×１０−６秒となる。水晶振動子はそれが接続された回路の動作開始から振動して、振動の振幅が増大し、はっきりしたパルス波形が得られ、かつ、このパルス周期あるいはデューティーが安定するまでの時間が経過した後、計測が可能な状態になる。【００１１】
この点について図を用いて説明する。図８の振動回路で振動子７０に株式会社大真空製の水晶振動子の品番ＳＭＤ４９ＴＡ４Ｍ（４×１０６Ｈｚ用）を用いて、波形を計測すると図９の波形図が得られる。図９の横軸は時間（秒）であり、図９（ａ）は回路に供給する電源電圧を示し、電圧安定化のために挿入されるコンデンサを充電するために緩やかに上昇している。回路のバッファ７１（株式会社東芝製ＴＣ７４ＨＣ０４）とアンバッファ７２（株式会社東芝製ＴＣ７４ＨＣＵ０４）とが動作可能な電圧になると、図９（ｂ）のアンバッファ７２（ＴＣ７４ＨＣＵ０４）の出力電圧Ｖ１が現れ、その振動の振幅がしだいに増大する。この電圧Ｖ１は、バッファ７１（ＴＣ７４ＨＣＵ０４）に入力され、Ｖ１がこのバッファ７１の閾値電圧を超えると、時間ＴＣＲ１＝４×１０−３秒でバッファ７１から図９（ｃ）のように矩形波の出力電圧Ｖ２が出力される。矩形波の出力電圧Ｖ２が出力されてから、この矩形波の周期が安定するまでいくらかの時間ＴＣＲ２が必要となる。【００１２】
図１０は矩形波の出力電圧Ｖ２が出力されてから、この矩形波の周期の変化を示したグラフであり、横軸は時間（秒）、縦軸はパルス周期（秒）である。この図１０を見ると、周期が０．２５×１０−６秒に安定するまでに、時間ＴＣＲ２としておよそ１×１０−３秒必要となる。【００１３】
このため、超音波の伝播時間の計測を始める前に水晶振動子をあらかじめ立ち上げておくことが必要である。この時間はＴＣＲ１＋ＴＣＲ２で、およそ５×１０−３秒必要となる。電池を電力源として用いる超音波流量計では省電力にすることが強く要求される。このため、超音波の伝播時間計測は、例えば４×１０−３秒ごとの間欠の計測で行う制御をしている。【００１４】
しかしながら、超音波の伝播時間の計測に水晶振動子を使用すると、前述したように、計測に使用可能な５×１０−３秒前に水晶振動子を立ち上げないと計測に使用可能なパルスの安定性が得られない。従って、計測間隔が４×１０−３秒ごとであれば、水晶振動子は停止することができず連続で動作させることが必要となる。水晶振動子を動作させる回路による電力消費は大であるので、水晶振動子の連続動作は省電力化を行う場合に課題となる。【００１５】
振動子には水晶振動子の他に、セラミック振動子がある。セラミック振動子は水晶振動子に比べ起動が早い。図１１の振動回路で振動子７３に松下電器産業社製セラミック振動子の品番ＥＦＯＭＣ４００ＡＲ（４×１０６Ｈｚ用）を用いて、波形を計測すると図１２の波形図が得られる。図１２の横軸は時間（秒）で、図１２（ａ）は回路に供給する電源電圧を示し、電圧安定化のために挿入されるコンデンサを充電するために緩やかに上昇している。回路のバッファ７１とアンバッファ７２とが動作可能な電圧になると、図１２（ｂ）のアンバッファ７２の出力電圧Ｖ１に振動が現れ、その振動の振幅がしだいに増大する。この電圧Ｖ１は、バッファ７１に入力され、Ｖ１がこのバッファ７１の閾値電圧を超えると、時間ＴＣＥ１＝４４×１０−６秒でバッファ７１から図１２（ｃ）のように矩形波の出力電圧Ｖ２が出力される。矩形波の出力電圧Ｖ２が出力されてから、この矩形波の周期が安定するまでいくらかの時間ＴＣＥ２が必要となる。【００１６】
図１３は矩形波の出力電圧Ｖ２が出力されてから、この矩形波の周期の変化を示したグラフであり、横軸は時間（秒）、縦軸は周期（秒）である。この図１３を見ると、周期が０．２５×１０-６秒に安定するまでに、ＴＣＥ２としておよそ５×１０−５秒を要している。【００１７】
このため、超音波の伝播時間の計測をはじめる前にセラミック振動子をあらかじめ立ち上げておくことが必要である。この時間はＴＣＥ１＋ＴＣＥ２で、およそ９．４×１０−５秒必要となる。この安定度合いは同実験において周期の計測を行う計測器や周囲環境から決まる安定の度合いである。セラミック振動子を用いて実際の超音波の伝播時間計測を行い、それから流量計算を行ってみた場合、流量の標準偏差は、セラミック振動子の振動回路の電源を投入した後、計測を開始するまでの待機時間をパラメータとして求めると、図１４のようになる。図１４からわかるように、流量の標準偏差は約２００×１０−６秒以上で小さくなり安定してきている。【００１８】
このように、振動子としてセラミック振動子を用いると、水晶振動子に比べて振動子の起動が極めて早くなるが、それでも約２００×１０−６秒以上必要であるので、省電力化のためにはさらにセラミック振動子の起動と安定振動を早めることが課題である。
また、水晶振動子の振動周波数精度は、個体間ばらつき、使用温度範囲の変化を考慮して±０．００１％であるが、セラミック振動子は±０．５％となっており、セラミック振動子を使用する場合は絶対的な時間精度に課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の超音波流量計は、超音波の伝播時間計測に用いる振動子の振動開始を早め、かつ、振動パルスの安定性を高めるために振動開始手段を用いる。振動開始手段は、計測に用いる振動子の振動周波数に近い周波数のパルスをつくる振動回路を備え、その振動回路で作られたパルスで、超音波の伝播時間計測に用いる振動子を付勢するようにする。【００２０】
我々はこのような振動開始手段が、振動子の振動開始を早められるだけではなく、振動したパルスの周波数（周期）の安定する時間も早くなることを確認し、これを超音波流量計に応用して流量を計測すると、十分な流量計測精度と、省電力化が実現できることを確認した。【００２１】
また、我々は超音波の伝播時間計測に用いる振動子にセラミック振動子を用い、セラミック振動子の振動周波数精度が悪いことを解決するために、伝播時間計測に用いるセラミック振動子よりも、低い周波数で振動する水晶振動子を設けて、セラミック振動子のパルス周期は低い周波数で振動する水晶振動子のパルスで検定して伝播時間の校正を行う構成とする。具体的には、実際の超音波流量計は、超音波計測を行うための回路と、これを制御し、かつ流量表示などを制御するマイクロコンピュータとが搭載されているが、マイクロコンピュータは常に動作しており、これを動かすための振動子は例えば３２×１０３Ｈｚの水晶振動子が用いられている。そこで、この３２×１０３Ｈｚの水晶振動子を用いて、超音波計測を行うための４×１０６Ｈｚのセラミック振動子を検定して伝播時間の校正を行うようにする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の超音波流量計の構造を示す回路ブロック図
【図２】本発明の超音波流量計のタイミングチャート
【図３】本発明の超音波流量計の構造を示す回路ブロック図
【図４】本発明の超音波流量計のタイミングチャート
【図５】本発明の超音波流量計のタイミングチャート
【図６】従来の超音波流量計の構成を示す制御ブロック図
【図７】従来の超音波流量計の構成を示す制御ブロック図
【図８】従来の水晶振動子の振動回路
【図９】従来の水晶振動子の振動回路の特性図
【図１０】従来の水晶振動子の振動回路の特性図
【図１１】従来のセラミック振動子の振動回路
【図１２】従来のセラミック振動子の振動回路の特性図
【図１３】従来のセラミック振動子の振動回路の特性図
【図１４】従来のセラミック振動子の振動回路を用いて測定した流量特性図
【符号の説明】
【００２３】
６０  振動子（振動子Ａ）
６１  振動開始手段
６３  振動子（振動子Ｂ）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における超音波流量計は、振動子と、前記振動子の振動を早める振動開始手段とを備え、前記振動開始手段で振動された前記振動子のパルスを超音波の伝播時間計測に用いるようにする。【００２５】
図１は本発明の実施の形態１における超音波流量計の構成を示す回路ブロック図である。【００２６】
図１において、流路５０は流体の通る管で、途中に超音波センサ５１、５２が設けてある。超音波センサ５１、５２はリード線で制御部５３が設けられているプリント基板と接続される。プリント基板には、超音波センサ５１、５２への送信信号を供給するための送信回路５４と、超音波センサ５１、５２からの信号が伝達される受信回路５５と、受信回路５５の出力を増幅する増幅回路５６と、増幅回路５６の出力を直流電圧と比較する比較回路５７とを有してなる制御部５３が設けられている。【００２７】
スイッチ群５８は、超音波センサ５１、５２の送信と受信の切り換えのために設けており、図１では超音波センサ５１が送信回路５４に、超音波センサ５２が受信回路５６に接続されている状態にある。演算処理回路５９は送信回路５４へ送信指令を伝えて、超音波センサ５１を駆動させる。超音波センサ５１から送信された超音波を超音波センサ５２が受信すると、その受信信号は受信回路５５、増幅回路５６で処理され、比較回路５７から信号が出力される。【００２８】
比較回路５７からの信号は演算処理回路５９に伝えられ、演算処理回路５９は超音波センサ５１の送信から、比較回路５７から信号が伝達されるまでの間の時間を計測する。この時間計測には振動子６０で作られるパルスを使用し、超音波の伝播期間中のパルス数をカウントして時間を演算する。ここでは、振動子６０の振動周波数は例えば４×１０６Ｈｚ（０．２５×１０−６秒）のものを選択している。振動子６０は振動開始手段６１で付勢される。振動開始手段６１は、別の振動手段６２と、この振動手段６２のパルスを一定期間、振動子６０に付勢する回路とを有して構成される。【００２９】
別の振動手段６２は、振動手段６０の周波数とほぼ同等な周波数のパルスを発生するもので、瞬時にパルスを発生することが望ましいためリングオシレータで構成している。リングオシレータは周波数精度が良くないので計測に用いることはできないが、振動子６０を付勢して、振動子６０の振動開始を早め、かつ、振動周波数あるいはデューティーの安定性を早める目的であれば十分に活用することができる。【００３０】
このようなリングオシレータを用いて振動子の動作開始を早くする方法は、例えば米国特許ＵＳ６８１９１９５Ｂ１に記載されている。同特許はリングオシレータの周波数を調整しながら、振動子を付勢する方法であり、我々はこのような方法であれば、パルス周期の安定性も早められる効果があることを確認している。【００３１】
ちなみに振動子の起動からそのパルスが使用可能になるまでの時間を短縮する方法は、他にも紹介されている。例えば日本国特許の特開平１１−１６３６３２号公報は振動子を付勢する方式ではないので、パルス出力までの時間が短縮されても、パルス周期の安定性が早められる効果は期待できないので好ましくない。【００３２】
このように実施の形態１によれば、振動開始手段６１を設けることにより、超音波センサ５１、５２による超音波の伝播時間計測に用いる振動子６０の振動開始を早め、かつ、振動パルスの安定性を高めることができる。これにより、超音波の伝播時間の安定的な計測を瞬時に開始できるので、高精度の計測を間欠的に行うことが可能となり、超音波流量計の省電力化を図ることができる。【００３３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における超音波流量計は、振動開始手段で振動した振動子のパルスに同期して超音波センサに駆動信号を与え、かつ、前記振動開始手段で振動してから、前記超音波センサに駆動信号を与えるまでの間に待機期間を設けるようにする。【００３４】
図２は本発明の実施の形態２における超音波流量計のタイミングチャートであり、図１に記述したＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの個所の信号を表している。図２のＢは演算処理回路５９からの信号で、振動子６０の動作／停止のための信号である。図２のＣは同じく演算処理回路５９からの信号で、振動子６０を別の振動手段（リングオシレータ）６２のパルスで付勢する期間を定めている信号である。図２Ａは別の振動手段（リングオシレータ）のパルス信号である。図２Ｄは振動子６０のパルス信号であり、別の振動手段（リングオシレータ）からの付勢が停止した瞬間に若干パルス波形が乱れているが、すぐに正常なパルスを出力している。【００３５】
図２Ｅは超音波センサ５１の駆動信号で、図２Ｄの振動子６０のパルス信号Ｄに同期して発生される。図２Ｆは超音波センサ５２で受信した信号を元に比較回路５７が出力した信号である。図２Ｄの振動子６０のパルス信号で、別の振動手段（リングオシレータ）からの付勢が停止した瞬間に若干パルス波形が乱れるため、パルス周波数が安定するために若干時間が必要である。このため、図２Ｄの振動子６０のパルス信号Ｄに同期して出力される、図２Ｅの超音波センサ５１の駆動信号との間には待機時間Ｔを設けている。【００３６】
振動子にセラミック振動子を用いるようにすると、待機時間は約３０×１０−６秒である。図２において時間ＴＴは超音波の伝播時間を表しており、また時間ＴＦは振動子６０が付勢される時間を表している。振動子６０を付勢して駆動信号を出すまでの時間ＴＦ＋ＴＴは約５０×１０−６秒であるので、上記［発明が解決しようとする課題］の欄で述べたように、「セラミック振動子を用いると、水晶振動子に比べて振動子の起動が極めて早くなるが、それでも約２００×１０-６秒以上必要であるので、省電力化のためにはさらにセラミック振動子の起動を早めることが課題である。」ということに対して、さらに１／４程度に時間短縮ができる。【００３７】
このように実施の形態２によれば、振動開始手段６１で振動してから超音波センサ５１、５２に駆動信号を与えるまでの間に待機時間Ｔを設けることで、別の振動手段６２の付勢により振動子６０の振動開始を早める際に、できるだけ早く安定動作させることができる。【００３８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における超音波流量計は、超音波の伝播時間計測に用いる振動子Ａ以外に、別の振動子Ｂを設け、振動子Ａのパルス周期は振動子Ｂのパルスで検定して伝播時間の校正を行うようにする。【００３９】
図３は本発明の実施の形態３における超音波流量計の構成を示す回路ブロック図で、図１に示す超音波流量計の回路ブロック図を簡略化し、一部追加したものである。図３において、第１の振動子Ａである振動子６０は、超音波の伝播時間を計測するために用いられ、その振動周波数は例えば４×１０６Ｈｚのものを選択する。この振動子６０は、間欠動作を行うもので、振動開始時は振動開始手段６１で付勢される。第２の振動子Ｂである振動子６３は、演算処理回路５９の動作の基本となるパルスを発生する振動子で、その振動周波数は例えば３２×１０３Ｈｚのものが選択する。この振動子６３は、連続動作を行う。【００４０】
この振動子６３は、演算処理回路５９を構成するマイクロコンピュータ用のもので、周波数が低いので消費電力は小さいが、このような周波数では周期が長すぎて、直接的には超音波の伝播時間計測に用いられない。【００４１】
振動子Ａである振動子６０はセラミック振動子を用いる。振動子Ｂである振動子６３は水晶振動子を用いる。前述したように、周波数精度が水晶振動子±０．００１％に対して、セラミック振動子±０．５％なので、セラミック振動子は高精度計測には周波数精度が十分でない。このためセラミック振動子（振動子Ａ）を水晶振動子（振動子Ｂ）で検定する。検定としては、図４に示すように、図４（ａ）の水晶振動子（振動子Ｂ）の１周期ＴＡまたは複数周期当たりに、図４（ｂ）のセラミック振動子（振動子Ａ）のパルスがいくつ入るかをカウントして、セラミック振動子（振動子Ａ）の１周期あたりの時間を求め、その値でセラミック振動子（振動子Ａ）のパルス数で求められた超音波の伝播時間の補正を行うようにしている。【００４２】
このように実施の形態３によれば、超音波の伝播時間計測用の振動子Ａに起動の早いセラミック振動子を用い、振動子Ｂとして振動周波数精度の高い水晶振動子を用いて振動子Ａのパルス周期を振動子Ｂのパルスで検定することで、瞬時に安定した超音波の伝播時間計測を実行することができる。【００４３】
（実施の形態４）
実施の形態４では、セラミック振動子（振動子Ａ）の水晶振動子（振動子Ｂ）による検定を、超音波の伝播時間測定後に連続して行うようにしている。図５は本発明の実施の形態４における超音波流量計のタイミングチャートであり、図５（ａ）は超音波センサＡの動作を示し、図５（ｂ）は超音波センサＢの動作を示し、図５（ｃ）は振動子Ａの動作を示している。【００４４】
セラミック振動子（振動子Ａ）が付勢される時間ＴＦの後、パルス安定性を得るため待機時間Ｔをおき、超音波センサＡから送信６４をしている。超音波センサＡの信号は超音波センサＢで受信６５がなされて、超音波の伝播時間ＴＴが計測される。その後、セラミック振動子（振動子Ａ）は時間ＴＳの間停止される。【００４５】
再び、セラミック振動子（振動子Ａ）が時間ＴＦの間付勢され、待機時間Ｔの後、超音波センサＢから送信６６をしている。超音波センサＢの信号は超音波センサＡで受信６７がなされて、超音波の伝播時間ＴＴ′が計測される。その後、セラミック振動子（振動子Ａ）の水晶振動子（振動子Ｂ）による検定を行うため時間ＴＣの間、セラミック振動子（振動子Ａ）が連続して動作する。【００４６】
このように実施の形態４では、セラミック振動子（振動子Ａ）を停止せずに、連続して検定を行うことにより、あらためてセラミック振動子（振動子Ａ）を付勢して待機時間をとる必要がないので省電力とすることができる。【００４７】
（実施の形態５）
実施の形態５では、前述したセラミック振動子（振動子Ａ）を付勢した後、パルス安定性が得られるまでの待機時間は一定時間として与えるようにする。パルス安定性が得られるまでの時間は、温度、セラミック振動子の個体間の特性ばらつきによって変化するため、あらかじめこれらの要因を含めて安定に要する時間を測定し、待機時間としてはこれらの要因を十分に網羅できる範囲で固定した値として与えるようにする。【００４８】
この構成により、最も単純に待機時間を設定することができるので、演算処理回路の回路要素規模、あるいはソフト規模を小さくすることができる。【００４９】
（実施の形態６）
実施の形態６では、待機時間は振動子のパルス周期の検定を行い決定するようにする。すなわち、セラミック振動子（振動子Ａ）を付勢した後、パルス安定性を待っている待機時間の間、セラミック振動子（振動子Ａ）の周期を水晶振動子（振動子Ｂ）で検定を行い、検定結果に基づいて検定誤差がある範囲内になれば、セラミック振動子（振動子Ａ）のパルス安定性が得られたものと判断する。【００５０】
この構成によれば、待機時間を設定するための演算処理回路の回路要素規模、あるいはソフト規模は大きくなるが、待機時間を適切に設定できる利点がある。【００５１】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2006年12月27日出願の日本特許出願（特願2006-351251）、
に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、正確な計測が要求される、天然ガスや液化石油ガスの流量を測定する業務用や家庭用の超音波式ガス流量測定装置(ガスメータ)の用途に展開できる。
【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】
2008081610.tif 000010
【図９】
2008081610.tif 000011
【図１０】
2008081610.tif 000012
【図１１】
2008081610.tif 000013
【図１２】
2008081610.tif 000014
【図１３】
2008081610.tif 000015
【図１４】
2008081610.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月24日(2009.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路中で超音波を送受信する超音波センサと、所定の周波数の振動を発生する振動子と、前記振動子の安定を早める振動開始手段とを備え、前記振動開始手段で振動された前記振動子のパルスを前記超音波の伝播時間計測に用いた超音波流量計。
【請求項２】
前記振動開始手段で振動された前記振動子のパルスに同期して前記超音波センサに駆動信号を与え、かつ、前記振動開始手段で振動させてから前記超音波センサに駆動信号を与えるまでの間に、待機期間を設けるようにした請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記振動開始手段は、別の振動手段と、この振動手段のパルスを一定期間前記振動子に付勢する回路とを備える請求項１記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記振動子はセラミック振動子を用いるようにした請求項１記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記振動子は、超音波の伝播時間計測に用いる振動子Ａ以外に、別の振動子Ｂを設け、前記振動子Ａのパルス周期を前記振動子Ｂのパルスで検定して伝播時間の補正を行う構成とした請求項４記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記振動子Ａのパルス周期検定は、伝播時間の計測に続いて連続して行うようにした請求項５記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記待機時間は一定時間とした請求項２記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記待機時間は、前記振動子のパルス周期の検定を行った結果に基づき決定するようにした請求項２記載の超音波流量計。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に超音波によって流量を測定する超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波流量計は、例えば特許文献１に記載されている。図６は前記特許文献１に記載されている従来の超音波流量計の第１の実施例を示す制御ブロック図である。
【０００３】
図６の超音波流量計は、流体管路４の途中に超音波を発信する第１振動子５と受信する第２振動子６とが流れ方向に配置されている。また、第１振動子５への発信回路７、第２振動子６で受信した信号の増幅回路８を備える。そして、増幅回路８で増幅された信号を比較回路９で基準信号と比較し、発信から受信までの時間をタイマカウンタのような計時手段１０で求め、その超音波伝幡時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量演算手段１１で流量値を求め、この流量演算手段１１の値によって発信回路７のトリガ手段１３への信号送出のタイミングを調節する構成を有する。
【０００４】
次にその動作について述べる。トリガ手段１３からの指示に基づき発信回路７よりバースト信号が送出され、このバースト信号に応じて第１振動子５で発信された超音波信号は、流れの中を伝幡し第２振動子６で受信される。そして、受信信号が増幅回路８と比較回路９で信号処理され、発信から受信までの時間が計時手段１０で測定される。
【０００５】
静止流体中の音をｃ、流体の流れの速さをｖとすると、流れの順方向の超音波の伝幡速度は（ｃ＋ｖ）となる。振動子５と６の間の距離をＬ、超音波伝幡軸と管路の中心軸とがなす角度をφとすると、超音波が到達する時間Ｔは、
Ｔ＝Ｌ／（ｃ＋ｖCOSφ）                （１）
となり、（１）式より、
ｖ＝（Ｌ／Ｔ−ｃ）／COSφ              （２）
となり、Ｌとφが既知ならＴを測定すれば流速ｖが求められる。この流速より流量Ｑは、通過面積をＳ、補正計数をＫとすれば、
Ｑ＝ＫＳｖ                              （３）
となる。
【０００６】
図７は前記特許文献１に記載されている従来の超音波流量計の第４の実施例を示す制御ブロック図である。図７の超音波流量計は、発信から受信を繰り返し手段１５によって、繰り返し設定手段１６で設定された回数だけ繰り返し、さらに発信と受信の切り換えを切換手段１７で行った後、同様に繰り返しを行う。すなわち、発信回路７によって第１振動子４から超音波が発生し、この超音波を第２振動子５で受信し、受信信号が増幅回路８を介し比較回路９に到達すると、繰り返し手段１６の指示により再びトリガ手段１３で発信回路７をトリガする。この繰り返しは繰り返し設定手段１５で設定された回数だけ行われ、設定回数に達すると繰り返しに要した時間を計時手段１０で計測する。しかる後、切換手段１７により第１振動子４と第２振動子５の発信受信を逆に接続し、今度は第２振動子から第１振動子５に向かって超音波を発信し前述と同様に到達時間を求め、この差を流量演算手段１１で流量値を演算する。
【０００７】
静止流体中の音をｃ、流体の流れの速さをｖとすると、流れの順方向の超音波の伝幡速度は（ｃ＋ｖ）、逆方向の伝幡速度は（ｃ−ｖ）となる。振動子７と８の間の距離をＬ、超音波伝幡軸と管路の中心軸とがなす角度をφ、繰り返し回数をｎとすると、順方向と逆方向のそれぞれの繰り返し時間Ｔ１とＴ２は、
Ｔ１＝ｎ×Ｌ／（ｃ＋ｖCOSφ）                （４）
Ｔ２＝ｎ×Ｌ／（ｃ−ｖCOSφ）                （５）
となり、（４）、（５）式より、
ｖ＝ｎ×Ｌ／２COSφ×（１／Ｔ１−１／Ｔ２）  （６）
となり、Ｌとφが既知ならＴ１とＴ２を測定すれば流速ｖが求められる。
【０００８】
しかしながら、Ｔ１とＴ２の差は流量が小さくかつ繰り返し回数が小さいときには極めて微小であり、正確に計ることが困難であるので、測定回数を多く設定し誤差を比較的小さくする。また、流量が大きくなるとＴ１−Ｔ２の差も大きくなるので測定が容易になり、その場合には繰り返し設定の回数を小さくしてサンプリング間隔を速くして誤差を小さくする。すなわち、流量演算手段１１によって繰り返し設定手段１５の回数を変更する。
【０００９】
この特許文献１の超音波流量計は、２つの振動子を用いて、送信と受信とを切り替え、それぞれの受信波形から求められる超音波の伝播時間から流速を求めて、流量を演算する方式である。
【特許文献１】特開平８−１２２１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
超音波の伝播時間の計測は、発振素子としての振動子でつくられるパルスの数をカウントすることで求められる。例えば、振動子として４×１０６Ｈｚ（周期は周波数の逆数で０．２５×１０−６秒）の水晶振動子を用いた場合、伝播時間中に７２０個のパルスがあれば伝播時間は１８０×１０−６秒となる。水晶振動子はそれが接続された回路の動作開始から振動して、振動の振幅が増大し、はっきりしたパルス波形が得られ、かつ、このパルス周期あるいはデューティーが安定するまでの時間が経過した後、計測が可能な状態になる。
【００１１】
この点について図を用いて説明する。図８の振動回路で振動子７０に株式会社大真空製の水晶振動子の品番ＳＭＤ４９ＴＡ４Ｍ（４×１０６Ｈｚ用）を用いて、波形を計測すると図９の波形図が得られる。図９の横軸は時間（秒）であり、図９（ａ）は回路に供給する電源電圧を示し、電圧安定化のために挿入されるコンデンサを充電するために緩やかに上昇している。回路のバッファ７１（株式会社東芝製ＴＣ７４ＨＣ０４）とアンバッファ７２（株式会社東芝製ＴＣ７４ＨＣＵ０４）とが動作可能な電圧になると、図９（ｂ）のアンバッファ７２（ＴＣ７４ＨＣＵ０４）の出力電圧Ｖ１が現れ、その振動の振幅がしだいに増大する。この電圧Ｖ１は、バッファ７１（ＴＣ７４ＨＣＵ０４）に入力され、Ｖ１がこのバッファ７１の閾値電圧を超えると、時間ＴＣＲ１＝４×１０−３秒でバッファ７１から図９（ｃ）のように矩形波の出力電圧Ｖ２が出力される。矩形波の出力電圧Ｖ２が出力されてから、この矩形波の周期が安定するまでいくらかの時間ＴＣＲ２が必要となる。
【００１２】
図１０は矩形波の出力電圧Ｖ２が出力されてから、この矩形波の周期の変化を示したグラフであり、横軸は時間（秒）、縦軸はパルス周期（秒）である。この図１０を見ると、周期が０．２５×１０−６秒に安定するまでに、時間ＴＣＲ２としておよそ１×１０−３秒必要となる。
【００１３】
このため、超音波の伝播時間の計測を始める前に水晶振動子をあらかじめ立ち上げておくことが必要である。この時間はＴＣＲ１＋ＴＣＲ２で、およそ５×１０−３秒必要となる。電池を電力源として用いる超音波流量計では省電力にすることが強く要求される。このため、超音波の伝播時間計測は、例えば４×１０−３秒ごとの間欠の計測で行う制御をしている。
【００１４】
しかしながら、超音波の伝播時間の計測に水晶振動子を使用すると、前述したように、計測に使用可能な５×１０−３秒前に水晶振動子を立ち上げないと計測に使用可能なパルスの安定性が得られない。従って、計測間隔が４×１０−３秒ごとであれば、水晶振動子は停止することができず連続で動作させることが必要となる。水晶振動子を動作させる回路による電力消費は大であるので、水晶振動子の連続動作は省電力化を行う場合に課題となる。
【００１５】
振動子には水晶振動子の他に、セラミック振動子がある。セラミック振動子は水晶振動子に比べ起動が早い。図１１の振動回路で振動子７３に松下電器産業社製セラミック振動子の品番ＥＦＯＭＣ４００ＡＲ（４×１０６Ｈｚ用）を用いて、波形を計測すると図１２の波形図が得られる。図１２の横軸は時間（秒）で、図１２（ａ）は回路に供給する電源電圧を示し、電圧安定化のために挿入されるコンデンサを充電するために緩やかに上昇している。回路のバッファ７１とアンバッファ７２とが動作可能な電圧になると、図１２（ｂ）のアンバッファ７２の出力電圧Ｖ１に振動が現れ、その振動の振幅がしだいに増大する。この電圧Ｖ１は、バッファ７１に入力され、Ｖ１がこのバッファ７１の閾値電圧を超えると、時間ＴＣＥ１＝４４×１０−６秒でバッファ７１から図１２（ｃ）のように矩形波の出力電圧Ｖ２が出力される。矩形波の出力電圧Ｖ２が出力されてから、この矩形波の周期が安定するまでいくらかの時間ＴＣＥ２が必要となる。
【００１６】
図１３は矩形波の出力電圧Ｖ２が出力されてから、この矩形波の周期の変化を示したグラフであり、横軸は時間（秒）、縦軸は周期（秒）である。この図１３を見ると、周期が０．２５×１０-６秒に安定するまでに、ＴＣＥ２としておよそ５×１０−５秒を要している。
【００１７】
このため、超音波の伝播時間の計測をはじめる前にセラミック振動子をあらかじめ立ち上げておくことが必要である。この時間はＴＣＥ１＋ＴＣＥ２で、およそ９．４×１０−５秒必要となる。この安定度合いは同実験において周期の計測を行う計測器や周囲環境から決まる安定の度合いである。セラミック振動子を用いて実際の超音波の伝播時間計測を行い、それから流量計算を行ってみた場合、流量の標準偏差は、セラミック振動子の振動回路の電源を投入した後、計測を開始するまでの待機時間をパラメータとして求めると、図１４のようになる。図１４からわかるように、流量の標準偏差は約２００×１０−６秒以上で小さくなり安定してきている。
【００１８】
このように、振動子としてセラミック振動子を用いると、水晶振動子に比べて振動子の起動が極めて早くなるが、それでも約２００×１０−６秒以上必要であるので、省電力化のためにはさらにセラミック振動子の起動と安定振動を早めることが課題である。
また、水晶振動子の振動周波数精度は、個体間ばらつき、使用温度範囲の変化を考慮して±０．００１％であるが、セラミック振動子は±０．５％となっており、セラミック振動子を使用する場合は絶対的な時間精度に課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の超音波流量計は、超音波の伝播時間計測に用いる振動子の振動開始を早め、かつ、振動パルスの安定性を高めるために振動開始手段を用いる。振動開始手段は、計測に用いる振動子の振動周波数に近い周波数のパルスをつくる振動回路を備え、その振動回路で作られたパルスで、超音波の伝播時間計測に用いる振動子を付勢するようにする。
【００２０】
我々はこのような振動開始手段が、振動子の振動開始を早められるだけではなく、振動したパルスの周波数（周期）の安定する時間も早くなることを確認し、これを超音波流量計に応用して流量を計測すると、十分な流量計測精度と、省電力化が実現できることを確認した。
【００２１】
また、我々は超音波の伝播時間計測に用いる振動子にセラミック振動子を用い、セラミック振動子の振動周波数精度が悪いことを解決するために、伝播時間計測に用いるセラミック振動子よりも、低い周波数で振動する水晶振動子を設けて、セラミック振動子のパルス周期は低い周波数で振動する水晶振動子のパルスで検定して伝播時間の校正を行う構成とする。具体的には、実際の超音波流量計は、超音波計測を行うための回路と、これを制御し、かつ流量表示などを制御するマイクロコンピュータとが搭載されているが、マイクロコンピュータは常に動作しており、これを動かすための振動子は例えば３２×１０３Ｈｚの水晶振動子が用いられている。そこで、この３２×１０３Ｈｚの水晶振動子を用いて、超音波計測を行うための４×１０６Ｈｚのセラミック振動子を検定して伝播時間の校正を行うようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における超音波流量計は、振動子と、前記振動子の振動を早める振動開始手段とを備え、前記振動開始手段で振動された前記振動子のパルスを超音波の伝播時間計測に用いるようにする。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態１における超音波流量計の構成を示す回路ブロック図である。
【００２４】
図１において、流路５０は流体の通る管で、途中に超音波センサ５１、５２が設けてある。超音波センサ５１、５２はリード線で制御部５３が設けられているプリント基板と接続される。プリント基板には、超音波センサ５１、５２への送信信号を供給するための送信回路５４と、超音波センサ５１、５２からの信号が伝達される受信回路５５と、受信回路５５の出力を増幅する増幅回路５６と、増幅回路５６の出力を直流電圧と比較する比較回路５７とを有してなる制御部５３が設けられている。
【００２５】
スイッチ群５８は、超音波センサ５１、５２の送信と受信の切り換えのために設けており、図１では超音波センサ５１が送信回路５４に、超音波センサ５２が受信回路５６に接続されている状態にある。演算処理回路５９は送信回路５４へ送信指令を伝えて、超音波センサ５１を駆動させる。超音波センサ５１から送信された超音波を超音波センサ５２が受信すると、その受信信号は受信回路５５、増幅回路５６で処理され、比較回路５７から信号が出力される。
【００２６】
比較回路５７からの信号は演算処理回路５９に伝えられ、演算処理回路５９は超音波センサ５１の送信から、比較回路５７から信号が伝達されるまでの間の時間を計測する。この時間計測には振動子６０で作られるパルスを使用し、超音波の伝播期間中のパルス数をカウントして時間を演算する。ここでは、振動子６０の振動周波数は例えば４×１０６Ｈｚ（０．２５×１０−６秒）のものを選択している。振動子６０は振動開始手段６１で付勢される。振動開始手段６１は、別の振動手段６２と、この振動手段６２のパルスを一定期間、振動子６０に付勢する回路とを有して構成される。
【００２７】
別の振動手段６２は、振動手段６０の周波数とほぼ同等な周波数のパルスを発生するもので、瞬時にパルスを発生することが望ましいためリングオシレータで構成している。リングオシレータは周波数精度が良くないので計測に用いることはできないが、振動子６０を付勢して、振動子６０の振動開始を早め、かつ、振動周波数あるいはデューティーの安定性を早める目的であれば十分に活用することができる。
【００２８】
このようなリングオシレータを用いて振動子の動作開始を早くする方法は、例えば米国特許ＵＳ６８１９１９５Ｂ１に記載されている。同特許はリングオシレータの周波数を調整しながら、振動子を付勢する方法であり、我々はこのような方法であれば、パルス周期の安定性も早められる効果があることを確認している。
【００２９】
ちなみに振動子の起動からそのパルスが使用可能になるまでの時間を短縮する方法は、他にも紹介されている。例えば日本国特許の特開平１１−１６３６３２号公報は振動子を付勢する方式ではないので、パルス出力までの時間が短縮されても、パルス周期の安定性が早められる効果は期待できないので好ましくない。
【００３０】
このように実施の形態１によれば、振動開始手段６１を設けることにより、超音波センサ５１、５２による超音波の伝播時間計測に用いる振動子６０の振動開始を早め、かつ、振動パルスの安定性を高めることができる。これにより、超音波の伝播時間の安定的な計測を瞬時に開始できるので、高精度の計測を間欠的に行うことが可能となり、超音波流量計の省電力化を図ることができる。
【００３１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における超音波流量計は、振動開始手段で振動した振動子のパルスに同期して超音波センサに駆動信号を与え、かつ、前記振動開始手段で振動してから、前記超音波センサに駆動信号を与えるまでの間に待機期間を設けるようにする。
【００３２】
図２は本発明の実施の形態２における超音波流量計のタイミングチャートであり、図１に記述したＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの個所の信号を表している。図２のＢは演算処理回路５９からの信号で、振動子６０の動作／停止のための信号である。図２のＣは同じく演算処理回路５９からの信号で、振動子６０を別の振動手段（リングオシレータ）６２のパルスで付勢する期間を定めている信号である。図２Ａは別の振動手段（リングオシレータ）のパルス信号である。図２Ｄは振動子６０のパルス信号であり、別の振動手段（リングオシレータ）からの付勢が停止した瞬間に若干パルス波形が乱れているが、すぐに正常なパルスを出力している。
【００３３】
図２Ｅは超音波センサ５１の駆動信号で、図２Ｄの振動子６０のパルス信号Ｄに同期して発生される。図２Ｆは超音波センサ５２で受信した信号を元に比較回路５７が出力した信号である。図２Ｄの振動子６０のパルス信号で、別の振動手段（リングオシレータ）からの付勢が停止した瞬間に若干パルス波形が乱れるため、パルス周波数が安定するために若干時間が必要である。このため、図２Ｄの振動子６０のパルス信号Ｄに同期して出力される、図２Ｅの超音波センサ５１の駆動信号との間には待機時間Ｔを設けている。
【００３４】
振動子にセラミック振動子を用いるようにすると、待機時間は約３０×１０−６秒である。図２において時間ＴＴは超音波の伝播時間を表しており、また時間ＴＦは振動子６０が付勢される時間を表している。振動子６０を付勢して駆動信号を出すまでの時間ＴＦ＋ＴＴは約５０×１０−６秒であるので、上記［発明が解決しようとする課題］の欄で述べたように、「セラミック振動子を用いると、水晶振動子に比べて振動子の起動が極めて早くなるが、それでも約２００×１０-６秒以上必要であるので、省電力化のためにはさらにセラミック振動子の起動を早めることが課題である。」ということに対して、さらに１／４程度に時間短縮ができる。
【００３５】
このように実施の形態２によれば、振動開始手段６１で振動してから超音波センサ５１、５２に駆動信号を与えるまでの間に待機時間Ｔを設けることで、別の振動手段６２の付勢により振動子６０の振動開始を早める際に、できるだけ早く安定動作させることができる。
【００３６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における超音波流量計は、超音波の伝播時間計測に用いる振動子Ａ以外に、別の振動子Ｂを設け、振動子Ａのパルス周期は振動子Ｂのパルスで検定して伝播時間の校正を行うようにする。
【００３７】
図３は本発明の実施の形態３における超音波流量計の構成を示す回路ブロック図で、図１に示す超音波流量計の回路ブロック図を簡略化し、一部追加したものである。図３において、第１の振動子Ａである振動子６０は、超音波の伝播時間を計測するために用いられ、その振動周波数は例えば４×１０６Ｈｚのものを選択する。この振動子６０は、間欠動作を行うもので、振動開始時は振動開始手段６１で付勢される。第２の振動子Ｂである振動子６３は、演算処理回路５９の動作の基本となるパルスを発生する振動子で、その振動周波数は例えば３２×１０３Ｈｚのものが選択する。この振動子６３は、連続動作を行う。
【００３８】
この振動子６３は、演算処理回路５９を構成するマイクロコンピュータ用のもので、周波数が低いので消費電力は小さいが、このような周波数では周期が長すぎて、直接的には超音波の伝播時間計測に用いられない。
【００３９】
振動子Ａである振動子６０はセラミック振動子を用いる。振動子Ｂである振動子６３は水晶振動子を用いる。前述したように、周波数精度が水晶振動子±０．００１％に対して、セラミック振動子±０．５％なので、セラミック振動子は高精度計測には周波数精度が十分でない。このためセラミック振動子（振動子Ａ）を水晶振動子（振動子Ｂ）で検定する。検定としては、図４に示すように、図４（ａ）の水晶振動子（振動子Ｂ）の１周期ＴＡまたは複数周期当たりに、図４（ｂ）のセラミック振動子（振動子Ａ）のパルスがいくつ入るかをカウントして、セラミック振動子（振動子Ａ）の１周期あたりの時間を求め、その値でセラミック振動子（振動子Ａ）のパルス数で求められた超音波の伝播時間の補正を行うようにしている。
【００４０】
このように実施の形態３によれば、超音波の伝播時間計測用の振動子Ａに起動の早いセラミック振動子を用い、振動子Ｂとして振動周波数精度の高い水晶振動子を用いて振動子Ａのパルス周期を振動子Ｂのパルスで検定することで、瞬時に安定した超音波の伝播時間計測を実行することができる。
【００４１】
（実施の形態４）
実施の形態４では、セラミック振動子（振動子Ａ）の水晶振動子（振動子Ｂ）による検定を、超音波の伝播時間測定後に連続して行うようにしている。図５は本発明の実施の形態４における超音波流量計のタイミングチャートであり、図５（ａ）は超音波センサＡの動作を示し、図５（ｂ）は超音波センサＢの動作を示し、図５（ｃ）は振動子Ａの動作を示している。
【００４２】
セラミック振動子（振動子Ａ）が付勢される時間ＴＦの後、パルス安定性を得るため待機時間Ｔをおき、超音波センサＡから送信６４をしている。超音波センサＡの信号は超音波センサＢで受信６５がなされて、超音波の伝播時間ＴＴが計測される。その後、セラミック振動子（振動子Ａ）は時間ＴＳの間停止される。
【００４３】
再び、セラミック振動子（振動子Ａ）が時間ＴＦの間付勢され、待機時間Ｔの後、超音波センサＢから送信６６をしている。超音波センサＢの信号は超音波センサＡで受信６７がなされて、超音波の伝播時間ＴＴ′が計測される。その後、セラミック振動子（振動子Ａ）の水晶振動子（振動子Ｂ）による検定を行うため時間ＴＣの間、セラミック振動子（振動子Ａ）が連続して動作する。
【００４４】
このように実施の形態４では、セラミック振動子（振動子Ａ）を停止せずに、連続して検定を行うことにより、あらためてセラミック振動子（振動子Ａ）を付勢して待機時間をとる必要がないので省電力とすることができる。
【００４５】
（実施の形態５）
実施の形態５では、前述したセラミック振動子（振動子Ａ）を付勢した後、パルス安定性が得られるまでの待機時間は一定時間として与えるようにする。パルス安定性が得られるまでの時間は、温度、セラミック振動子の個体間の特性ばらつきによって変化するため、あらかじめこれらの要因を含めて安定に要する時間を測定し、待機時間としてはこれらの要因を十分に網羅できる範囲で固定した値として与えるようにする。
【００４６】
この構成により、最も単純に待機時間を設定することができるので、演算処理回路の回路要素規模、あるいはソフト規模を小さくすることができる。
【００４７】
（実施の形態６）
実施の形態６では、待機時間は振動子のパルス周期の検定を行い決定するようにする。すなわち、セラミック振動子（振動子Ａ）を付勢した後、パルス安定性を待っている待機時間の間、セラミック振動子（振動子Ａ）の周期を水晶振動子（振動子Ｂ）で検定を行い、検定結果に基づいて検定誤差がある範囲内になれば、セラミック振動子（振動子Ａ）のパルス安定性が得られたものと判断する。
【００４８】
この構成によれば、待機時間を設定するための演算処理回路の回路要素規模、あるいはソフト規模は大きくなるが、待機時間を適切に設定できる利点がある。
【００４９】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2006年12月27日出願の日本特許出願（特願2006-351251）、
に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、正確な計測が要求される、天然ガスや液化石油ガスの流量を測定する業務用や家庭用の超音波式ガス流量測定装置(ガスメータ)の用途に展開できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の超音波流量計の構造を示す回路ブロック図
【図２】本発明の超音波流量計のタイミングチャート
【図３】本発明の超音波流量計の構造を示す回路ブロック図
【図４】本発明の超音波流量計のタイミングチャート
【図５】本発明の超音波流量計のタイミングチャート
【図６】従来の超音波流量計の構成を示す制御ブロック図
【図７】従来の超音波流量計の構成を示す制御ブロック図
【図８】従来の水晶振動子の振動回路
【図９】従来の水晶振動子の振動回路の特性図
【図１０】従来の水晶振動子の振動回路の特性図
【図１１】従来のセラミック振動子の振動回路
【図１２】従来のセラミック振動子の振動回路の特性図
【図１３】従来のセラミック振動子の振動回路の特性図
【図１４】従来のセラミック振動子の振動回路を用いて測定した流量特性図
【符号の説明】
【００５２】
６０  振動子（振動子Ａ）
６１  振動開始手段
６３  振動子（振動子Ｂ）
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008081610.tif 000017
【図２】
2008081610.tif 000018
【図３】
2008081610.tif 000019
【図４】
2008081610.tif 000020
【図５】
2008081610.tif 000021
【図６】
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【図７】
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【図８】
2008081610.tif 000024
【図９】
2008081610.tif 000025
【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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【国際調査報告】
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