(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側にも受信側にも働く１対の超音波送受波器（１）（２）を流管（３）の上流と下流に離して設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流速・流量を求める超音波流量計であって、先ず送信側の送受波器（１又は２）を発信させ、受信側の送受波器（２又は１）の信号を入力する受信波検知部（４）が受信波を検知すると再び送信側の送受波器（１又は２）を発信させることを一定の複数（ｎ）回繰り返すように構成し、
基準クロックを用いて最初の送信から一定の複数（ｎ）回目の受信までの時間を測定することにより、１回分の到達時間を求めるようにしたものにおいて、
第１回目の受信波の検知は、一定の基準レベル（ＶTH）に最初に達した波がゼロレベルを横切るゼロクロス点とし、
第２回目以降の受信波の検知点は、その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点を受信波検知点としたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
送信側にも受信側にも働く１対の超音波送受波器（１）（２）を流管（３）の上流と下流に離して設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流速・流量を求める超音波流量計であって、先ず送信側の送受波器（１又は２）を発信させ、受信側の送受波器（２又は１）の信号を入力する受信波検知部（４）が受信波を検知すると再び送信側の送受波器（１又は２）を発信させることを一定の複数（ｎ）回繰り返すように構成し、
基準クロックを用いて最初の送信から一定の複数（ｎ）回目の受信までの時間を測定することにより、１回分の到達時間を求めるようにしたものにおいて、
受信波の検知は、一定の基準レベル（ＶTH）に最初に達した波がゼロレベルを横切るゼロクロス点とし、
各回の送信から受信波検知までの時間を毎回監視し、これらの時間の隣接する時間同士の差が、一定回数連続して一定時間以下となったとき、受信波を正確に捕らえたと判定して、それ以降の受信波の検知点は、その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点を受信波検知点とし、前記正確にとらえたと判定した送受あるいはその後の任意の送受の送信を第１の送信としたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
送信側にも受信側にも働く１対の超音波送受波器（１）（２）を流管（３）の上流と下流に離して設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流速・流量を求める超音波流量計であって、先ず送信側の送受波器（１又は２）を発信させ、受信側の送受波器（２又は１）の信号を入力する受信波検知部（４）が受信波を検知すると再び送信側の送受波器（１又は２）を発信させることを一定の複数（ｎ）回繰り返すように構成し、
基準クロックを用いて最初の送信から一定の複数（ｎ）回目の受信までの時間を測定することにより、１回分の到達時間を求めるようにしたものにおいて、
受信波の検知は、一定の基準レベル（ＶTH）に最初に達した波がゼロレベルを横切るゼロクロス点とし、
各回の送信から受信波検知までの到達時間を連続して複数回監視し、それら複数回の到達時間のうち一番多くの回数現れた測定値が正しい値と判定し、それ以降、到達時間が前記正しいと判定された値と一致したとき受信波を正確にとらえたと判定し、それ以降の受信波の検知点は、その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点を受信波検知点とし、前記正確にとらえたと判定した送受あるいはその後の任意の送受の送信を第１の送信としたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
送信側にも受信側にも働く１対の超音波送受波器（１）（２）を流管（３）の上流と下流に離して設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流速・流量を求める超音波流量計であって、先ず送信側の送受波器（１又は２）を発信させ、受信側の送受波器（２又は１）の信号を入力する受信波検知部（４）が受信波を検知すると再び送信側の送受波器（１又は２）を発信させることを一定の複数（ｎ）回繰り返すように構成し、
基準クロックを用いて最初の送信から一定の複数（ｎ）回目の受信までの時間を測定することにより、１回分の到達時間を求めるようにしたものにおいて、
受信波の検知は、一定の基準レベル（ＶTH）に最初に達した波がゼロレベルを横切るゼロクロス点とし、
各回の送信から受信波検知までの時間を毎回監視し、これらの時間の隣接する時間同士の差が、一定時間以下となったとき、受信波を正確に捕らえたと判定して、それ以降の受信波の検知点は、その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点を受信波検知点とし、前記正確にとらえたと判定した送受あるいはその後の任意の送受の送信を第１の送信としたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項５】
前記一定時間が超音波の１周期未満の時間（β）であることを特徴とする請求項２又は４記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記一定時間が超音波の半周期程度の値（β）であることを特徴とする請求項２又は４記載の超音波流量計。
【請求項７】
「一定の基準レベル（ＶTH)に最初に達した波」とあるのを「特定の波」に代えたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５、又は６記載の超音波流量計。
【請求項８】
「その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点」とあるのを、「その前回の送信から受信検知までの時間だけその回の送信から経過した時点に最も近いゼロクロス点」に代えたことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記一定の時間（α）が超音波の周期の半分より短い値であることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波流量計の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１において、静止流体中の音速をＣ、流体の流れの速さをＶとすると、音波の伝搬方向が流れに沿った方向（以下順方向と言う）と一致すればその伝搬速度はＣ＋Ｖとなり、流れに逆らった方向（以下逆方向と言う）の場合にはＣ−Ｖとなる。
【０００３】
距離Ｌを隔てて１対の送受波器１，２を流管３の上流と下流に離して配設し、一方の送受波器１から順方向に超音波を発信（送信）したとき、他方の送受波器２に超音波が到達するに要する到達時間をｔ、送受波器２から逆方向に超音波を発信（送信）したときに、送受波器１に超音波が到達するに要する到達時間をｔ′とすれば、
ｔ＝Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）        ・・・（１）
ｔ′＝Ｌ／（Ｃ−Ｖ）      ・・・（２）
となる。
【０００４】
順方向と逆方向の超音波の各到達時間ｔ，ｔ′を測定し、これから流速Ｖを演算し、さらに流速、流量や積算流量（体積）を演算していた。
流速Ｖは上記（１）（２）式から、
Ｖ＝Ｌ｛（１／ｔ）−（１／ｔ′）｝／２      ・・・（３）
として演算していた。
【０００５】
到達時間ｔ，ｔ′等を測定するには、例えば図１２に示すように、送信側の送受波器を励振（駆動）する発信駆動信号Ｐ1 から受信側の送受波器に受信波が到達するまでの時間ｔを直接測定するとよいが、現実にはこれができない。
【０００６】
というのは、受信波は、次第に振幅が増大した後減衰する。図１２では振幅が増大している間の一部の受信波形しか描いてないが、受信波の到達時点である先頭「イ」を検知することは不可能であるからである。
【０００７】
そこで、受信波到達時点を検知するには、先ず受信の基準レベルとしてのＶTHを定め、このレベルに最初に達した波がゼロレベルを通るゼロクロス点を検知し、受信波を検知するようにしている。
【０００８】
基準レベルＶTHは、受信波の何番目かの特定の波を捕らえるように決めてある。図１２では、受信波の第３波を捕らえる。即ち、点「ロ」で基準レベルＶTHに第３波が達して捕らえられる。そしてこの第３波がゼロレベルを通るゼロクロス点「ハ」を検知して受信ポイントとする。
【０００９】
但し、実際の到達時点は受信波の先頭「イ」であるから、点「イ」から「ハ」までの時間τを予め実験的に求めて記憶しておき、発信駆動信号Ｐ1 で送信側の送受波器を駆動した時点から受信波の第３波のゼロクロス点「ハ」までの実測時間からτを差し引いて到達時間ｔを求めている。
【００１０】
時間τは図１２から明らかなように、超音波の周期のほぼ１．５倍に相当する値である。
上述の（１）（２）式で示す１回だけの順方向到達時間ｔとか逆方向到達時間ｔ′から、流速Ｖを（３）式で求め、さらに流量や積算流量を求めると、流量計の精度は、時間ｔ＋τやｔ′＋τを測定するカウンタの基準クロックの分解能で決まってしまう。
【００１１】
そこで、同じ分解能の基準クロックを用いても、より精度の高い流量計を実現するために、順方向の測定時には、受信側の超音波送受波器が受信波（の特定の波のゼロクロス点）を検知すると同時に送信側の超音波送受波器を駆動して次の送信を行うことを繰り返して複数（ｎ）回の送受を行い、逆方向の測定時にも受信側の超音波送受波器が受信波（の特定の波のゼロクロス点）を検知すると同時に送信側の超音波送受波器を駆動して次の送信を行うことを繰り返して複数（ｎ）回の送受を行うシングアラウンド式の超音波流量計が周知である。
【００１２】
この流量計では、順方向測定時と、逆方向測定時において、基準クロックを用いて、それぞれ最初の送信から複数（ｎ）回目の受信までの時間、つまり到達時間ｔ，ｔ′の複数倍の時間ｎｔ，ｎｔ′を測定することにより、複数（ｎ）回の到達時間の平均値に相当する値を求めるようにしている。
【００１３】
図１２で、符号Ｐ2 は、受信波の第３波のゼロクロス点「ハ」を検知すると同時に再び送信側の超音波送受波器を発信（駆動）させる発信駆動信号を示す。
こうすることで、１回だけの到達時間ｔ，ｔ′から流量を求める場合に比べて、複数（ｎ）倍の精度に流量計の精度が向上する。例えばｎが１００であれば流量計の計測精度が１００倍になる。
【００１４】
ところが、受信波の波形は、必ずしも図１２で実線で示すような奇麗な波形が毎回安定した振幅で得られるとは限らなくて、常に一定レベルのノイズが乗っているし、流体の流れの乱れや、特に流体が気体の場合には、温度のむらで受信波の振幅が大きく変動することがある。
【００１５】
例えば、図１２に波線で示すように受信波の振幅が小さくなると、第３波が基準レベルＶTHに到達しないため、目標の第３波を捕らえることができず、第５波のゼロクロス点「ニ」を受信波の到達時点として間違って検知することになり、超音波の１周期分の時間ｔｅの誤差が生じるというエラーが発生する。
【００１６】
こうなると、図１２で符号Ｐ′2 で示すように、第５波のゼロクロス点「ニ」のタイミングで次の発信駆動信号が出ることになるという不都合が生じる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、受信波の特定の波…狙った波…を外したことを検知する、即ちエラーを検知する方法が提案されている、
例えば、受信波のピーク値を監視して、この値がある一定範囲外となった時はエラーとする等の方法である。
【００１８】
これらは、エラーがあったら…狙った波を外したら…それを検知しようというものである。従って、エラーは殆ど起きないということが前提となる。
そのため、受信波が常に大きく変動すると、シングアラウンド式の超音波流量計では、順方向測定時や逆方向測定時の複数（ｎ）回の測定のうち１回はエラーとなることが起こり、測定不可能となるという問題点があった。
【００１９】
また、エラーを少なくする方法として、直前の受信波のピーク値を記憶して、その値に１より小さい一定値を掛けた値、つまり直前の受信波のピーク値に比例する値を基準レベルＶTHとして使用する方法が提案されているが、ピーク値ホールド回路が必要となる為、消費電流が大きくなり、電池駆動の超音波流量計には向かないという問題点があった。
【００２０】
そこで、本発明は、エラーの検知ではなく、受信波が少々乱れても到達時間を安定してかつ正確に求めることができるシングアラウンド式超音波流量計を提供することを目的とする。
【００２１】
そして、本発明のさらなる他の目的は、消費電流を低減して、電池駆動可能なシングアラウンド式超音波流量計を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、
送信側にも受信側にも働く１対の超音波送受波器（１）（２）を流管（３）の上流と下流に離して設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流速・流量を求める超音波流量計であって、
先ず送信側の送受波器（１又は２）を発信させ、受信側の送受波器（２又は１）の信号を入力する受信波検知部（４）が受信波を検知すると同時に再び送信側の送受波器（１又は２）を発信させることを一定の複数（ｎ）回繰り返すように構成し、
基準クロックを用いて最初の送信から一定の複数（ｎ）回目の受信までの時間を測定することにより、１回分の到達時間を求めるようにしたものにおいて、
第１回目の受信波の検知は、一定の基準レベル（ＶTH）に最初に達した波がゼロレベルを横切るゼロクロス点とし、
第２回目以降の受信波の検知点は、その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点を受信波検知点としたことを特徴とする超音波流量計である。
【００２３】
この超音波流量計で１対の超音波送受波器（１）と（２）の距離Ｌを例えば０．２ｍ、静止流体中の音速Ｃを４４０ｍ／Ｓとすると、流体が静止しているとき、つまり流量が零のときの１回の到達時間ｔは、
ｔ＝Ｌ／Ｃ＝０．２／４４０≒４５４μＳ
となり、極めて短い時間である。
【００２４】
従って、順方向測定と逆方向測定の各複数（ｎ）回の送受で、隣接する送受の到達時間同士の差は４５４μＳの時間に比べれば殆ど零に近いと考えて良い。
また、超音波の周波数が例えば２５０ｋＨｚであるとすると、その周期は４μＳで、前記隣接する送受の到達時間同士の差は、この周期４μＳと比べても極めて小さな値で、実際の流速変動の数値から考えても、周期４μＳの数％という小さな値に過ぎない。
【００２５】
よって、図１に示すように、連続した複数回の送受のうち、第１の発信駆動信号（送信）Ｐ1 から、その受信即ち第１の受信までの時間がｔ11であった場合、第２の受信波が到達するのは前記第１の受信と同時に行われる第２の送信Ｐ2 後およそ時間ｔ11経った時点である。従ってその時点に最も近いゼロクロス点が第２の受信波検知点として良い点となる。
【００２６】
第３の送受についても同様で、今度は、上述のようにして求めた第２の送受の時間ｔ12を用いて第３の受信波検知点を予想して、ゼロクロス点を検知すれば良く、以降同様にして、順に次の受信波検知点であるゼロクロス点を求める。
【００２７】
そのために、本発明では、前回の送受による到達時間を一般的にｔ1 i と表現したとき、その回の送信時点からｔ1 i −α経った後の最初のゼロクロス点を受信波検知点とするようにした（図１（ｂ）参照）。
【００２８】
但し、αは超音波の１周期の半分より小さい値で、超音波の周期の２０〜４０％に定めるのが望ましい。
なお、最初の第１回の送信から、最後の第ｎ回の受信までの時間ｎｔの測定精度が流量計としての精度に直接関係し、各１回毎の送受の時間ｔ11，ｔ12，…，ｔ1 i ，…ｔｎは流量計の測定精度には関係ないため、それ程高精度で測定する必要はない。
【００２９】
この発明では、第１の受信波のゼロクロス点を検知するときさえ、確実に狙った波を捕らえることができれば、以降の受信波は振幅の大きさに関係なく狙った波を捕らえてそのゼロクロス点を検知できる。
【００３０】
図１では、第１回の送信Ｐ1 から受信（第３波のゼロクロス点の検知）までの時間ｔ11に対し、第１の受信時点である第２の送信Ｐ2 からｔ11−αの時間経った点以降にくる最初のゼロクロス点を第２の受信波検知点としている（特に同図（ｂ）参照）。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、第２の受信波の狙った波である第３波が仮に基準レベルＶTHに達してなくても、狙った第３波のゼロクロス点を確実に検知できる。図１（ｂ）に示すとは逆に、第２の受信波の狙った波である第３波の前の波が基準レベルＶTHを越えたとしても、間違いなく第３波のゼロクロス点を検知できることは明らかである。
【００３２】
従来の技術では、順方向測定時と逆方向測定時に各複数（ｎ）回の送受を行う場合、ｎ回の全ての受信で、狙った波を捕らえるように、基準レベルＶTHに対する狙った波の振幅が適切な範囲に入る必要があるのに比べ、本発明では、第１の受信波だけが、基準レベルＶTHとの関係で捕らえられれば良く、受信波の振幅の変化によるエラーの確率が極めて小さくなる。つまり、測定の信頼性が向上する。
【００３３】
ところで、上記請求項１の発明では、第１の受信波だけは、基準レベルＶTHに狙った波例えば第３波が達することで、狙った波を捕らえるようにしているため、第１の受信波の振幅が所定の範囲を外れて大きく変化したときには、第１の受信波のゼロクロス点で検知する受信波検知時点が真値に対して超音波の１周期分だけずれて、その分だけ誤差の原因となる虞れがある。
【００３４】
そこで、かかる誤差をなくすようにしたのが請求項２の発明である。
請求項２の発明は、
送信側にも受信側にも働く１対の超音波送受波器（１）（２）を流管（３）の上流と下流に離して設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流速・流量を求める超音波流量計であって、
先ず送信側の送受波器（１又は２）を発信させ、受信側の送受波器（２又は１）の信号を入力する受信波検知部（４）が受信波を検知すると同時に再び送信側の送受波器（１又は２）を発信させることを一定の複数（ｎ）回繰り返すように構成し、
基準クロックを用いて最初の送信から一定の複数（ｎ）回目の受信までの時間を測定することにより、１回分の到達時間を求めるようにしたものにおいて、
受信波の検知は、一定の基準レベル（ＶTH）に最初に達した波がゼロレベルを横切るゼロクロス点とし、
各回の送信から受信波検知までの時間を毎回監視し、これらの時間の隣接する時間同士の差が、一定回数連続して一定時間以下となったとき、受信波を正確に捕らえたと判定して、それ以降の受信波の検知点は、その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点を受信波検知点とし、前記正確にとらえたと判定した送受あるいはその後の任意の送受の送信を第１の送信としたことを特徴とする超音波流量計である。
【００３５】
前記基準レベルＶTHは、当然、狙った特定の波、例えば第３波を捕らえるのに最も適した電圧に定めてある。従って、従来技術のように基準レベルＶTHを使って狙った波を捕らえるようにしても、狙った波を正しく捕らえる確率は最も高いが、間違った波を捕らえる可能性もあり、その場合には、超音波の１周期分の誤差が生じる可能性が高く、請求項１の発明では、第１回目の受信でそのような間違いが生じる可能性が残されている。
【００３６】
請求項２の発明では、このような間違いを避けるべく、狙った波、例えば第３波を確実に捕らえたと判断したときに、そのときの送信から捕らえた波のゼロクロス点（受信波検知点）までの時間に基づいて以降の測定を行う。
【００３７】
前述のように、狙った波を捕らえている限り、隣接する送受の時間の差はほとんど無い。これに対して、狙った波を捕らえられなかった場合、超音波の１周期分の差がでることになる。二つの測定時間同士を比べて１周期に近い時間差があった場合、どちらが狙った波を正しく捕らえたかの判断は出来ないが、測定を連続して何回か行うと判ってくる。
【００３８】
つまり、前述のように、基準レベルＶTHは狙った波を最大の確率で捕らえるように設計調整されていて、ほとんどの場合、狙った波を捕らえられる。従って、何回かの測定で、正しい場合が最も多い。狙った波を捕らえた正しい測定である限り、求めた各測定時間は殆ど同じ値となり、逆に、殆ど同じ値の測定時間が続く場合、それらは狙った波が正しく捕らえられていると大きな確率で言える。
【００３９】
この請求項２の発明は、一定の複数回連続して、近い値の測定時間が得られたときに狙った波を正しく捕らえられたと判定して、それ以降の手順は請求項１の発明と同様にする。
【００４０】
なお、狙った波を正しく捕らえられたと判断できた時は、そのときの受信波検知と同時に行う送信が終了しているので、その波の送受をｎ回のうちの第１の（最初の）送受とすることができる。
【００４１】
そして、順に一つ前の測定時間を基準にして、その測定時間から一定の時間αだけ引いた時間だけ経った後の最初のゼロクロス点を次の受信波検知点とする。以下、図２に従って、請求項２の発明の作用、特に最初の送信と見做すまでの作用をより詳しく説明する。
【００４２】
▲１▼で送信。
▲２▼で測定時間ｔ′11が求まる。
▲３▼で測定時間ｔ′12が求まる
超音波の１周期未満の一定の時間βに対して、
｜ｔ′11−ｔ′12｜＞β  となる。
【００４３】
▲４▼で測定時間ｔ′13が求まる。
｜ｔ′12−ｔ′13｜＞β  となる。
▲５▼で測定時間ｔ′14が求まる。
【００４４】
｜ｔ′13−ｔ′14｜＜β  となる。
ここで、測定時間ｔ′13，ｔ′14と差の少ない送受が連続したので、その時点で、この測定の送信、つまり▲５▼の直前の送信をシングアラウンド方式のｎ回の最初の送信と見做し、次の受信は、この最初の送信よりｔ′14−αの時間だけ経った時点以降最初のゼロクロス点を受信波検知点とする。以降は同様の作用を繰り返す。
【００４５】
この請求項２の発明では、先ず狙った波を正しく捕らえることができたということを確認して、それから到達時間の大きな変化が急に生じる事は無いことを前提にして、前回の測定時間に近いゼロクロス点を受信検知点とするようにしているため、以後受信波の振幅が変わっても確実に正確な測定が可能である。
【００４６】
上記請求項２の発明のように、必ずしも連続して何回かのほぼ同じ測定時間（ｔ′13），（ｔ′14）が発生することを条件にする必要はなく、例えば何回かの測定時間ｔ′11，ｔ′12，…の計測を行い、そのうち、一番多数回現れた測定時間が正しい値であると判断し、こうして正しいと判断したときの受信波検知と同時に行う送信をｎ回のうちの最初の送信と見做しても、本発明の目的を達成でき、これが次の請求項３の発明である。
【００４７】
請求項３の発明は、
送信側にも受信側にも働く１対の超音波送受波器（１）（２）を流管（３）の上流と下流に離して設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流速・流量を求める超音波流量計であって、
先ず送信側の送受波器（１又は２）を発信させ、受信側の送受波器（２又は１）の信号を入力する受信波検知部（４）が受信波を検知すると同時に再び送信側の送受波器（１又は２）を発信させることを一定の複数（ｎ）回繰り返すように構成し、
基準クロックを用いて最初の送信から一定の複数（ｎ）回目の受信までの時間を測定することにより、１回分の到達時間を求めるようにしたものにおいて、
受信波の検知は、一定の基準レベル（ＶTH）に最初に達した波がゼロレベルを横切るゼロクロス点とし、
各回の送信から受信波検知までの到達時間を連続して複数回監視し、それら複数回の到達時間のうち一番多くの回数現れた測定値が正しい値と判定し、それ以降、到達時間が前記正しいと判定された値と一致したとき受信波を正確にとらえたと判定し、それ以降の受信波の検知点は、その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点を受信波検知点とし、前記正確にとらえたと判定した送受あるいはその後の任意の送受の送信を第１の送信としたことを特徴とする超音波流量計である。
【００４８】
請求項４の発明は、送信側にも受信側にも働く１対の超音波送受波器（１）（２）を流管（３）の上流と下流に離して設け、流体の流れの中を上流から下流及び下流から上流に超音波の送受を行い、その各向きの到達時間より流速・流量を求める超音波流量計であって、
先ず送信側の送受波器（１又は２）を発信させ、受信側の送受波器（２又は１）の信号を入力する受信波検知部（４）が受信波を検知すると再び送信側の送受波器（１又は２）を発信させることを一定の複数（ｎ）回繰り返すように構成し、
基準クロックを用いて最初の送信から一定の複数（ｎ）回目の受信までの時間を測定することにより、１回分の到達時間を求めるようにしたものにおいて、
受信波の検知は、一定の基準レベル（ＶTH）に最初に達した波がゼロレベルを横切るゼロクロス点とし、
各回の送信から受信波検知までの時間を毎回監視し、これらの時間の隣接する時間同士の差が、一定時間以下となったとき、受信波を正確に捕らえたと判定して、それ以降の受信波の検知点は、その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点を受信波検知点とし、前記正確にとらえたと判定した送受あるいはその後の任意の送受の送信を第１の送信としたことを特徴とする超音波流量計である。
請求項５の発明は、請求項２又は４の超音波流量計において、前記一定時間が超音波の１周期未満の時間（β）であることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項２又は４の超音波流量計において、前記一定時間が超音波の半周期程度の値（β）であることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１，２，３，４，５又は６の超音波流量計において、「一定の基準レベル（ＶTH）に最初に達した波」とあるのを「特定の波」に代えたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１，２，３，４，５，６又は７の超音波流量計において、「その前回の送信から受信波検知までの時間から一定の時間（α）を減じた時間だけその回の送信から経過した後の最初のゼロクロス点」とあるのを、「その前回の送信から受信検知までの時間だけその回の送信から経過した時点に最も近いゼロクロス点」に代えたことを特徴とするものである。
そして、請求項９の発明は、請求項１，２，３，４，５，６，７又は８の超音波流量計において、前記一定の時間（α）が超音波の周期の半分より短い値であることを特徴とするものである。
【００４９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態をいくつかの実施例に従って説明する。
〔実施例１〕
図３〜５に示す実施例１は請求項１の発明に対応する。
【００５０】
図３，４において、１，２は１対の超音波送受波器で、図１１の従来技術と同様に流管３の上流と下流に離して配設され、一方の送受波器１を送信側として使用し他方の送受波器２を受信側として使用することで、流体中を上流から下流へ順方向に超音波の送受を行う。
【００５１】
また、送受波器２を送信側として使用し、送受波器１を受信側として使用することで、流体中を下流から上流へ逆方向に超音波の送受を行う。
なお、両超音波送受波器１，２は超音波振動子で構成されている。
【００５２】
４は受信波検知部で、信号切替器５によって選択された受信側の送受波器２又は１がその入力に接続され、受信波の特定の波即ち第３波のゼロクロス点を検知すると受信波検知信号を出力する。
【００５３】
６は送波器駆動部で、コントロール部７から第１送信指令信号を受けると、送信側の送受波器１又は２を駆動し、その後は受信波検知部４からの受信波検知信号を受ける毎に送信側の送受波器１又は２を駆動する。
【００５４】
そして、第１のカウンタ８から第ｎ受信波検知信号を受けると、その後は新たにコントロール部７からの第１送信指令信号を受けるまでは、送受波器の駆動を停止する。
【００５５】
なお、この実施例では無意味なｎ＋１回目の駆動も行う設計となっているが、受信側で無視されるので問題はない。ｎ＋１回目の駆動を無くするには、回路構成が少し煩雑になるのでこのような設計にした。
【００５６】
８は第１のカウンタで、受信波検知部４からの受信波検知信号が入力されていて、コントロール部７からの第１送信指令信号でリセットされて零から受信波検知信号の数を計数し、順方向測定時と逆方向測定時のそれぞれのときにおいて、ｎ番目の受信波検知信号を検知して第ｎ受信波検知信号を出力する。
【００５７】
９は第２のカウンタで、内蔵されている基準クロック発振器の基準クロックを計数することで、順方向測定時と逆方向測定時のそれぞれのときにおいて、前記第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間をカウントし測定する。この時間（カウント値）はコントロール部７が読み取る。
【００５８】
この実施例では、前記第１送信指令信号で第２のカウンタ９のカウント値（測定時間）がゼロクリアされて、基準クロックのカウントを開始するように構成されている。
【００５９】
コントロール部７は、一定時間間隔で送受切替信号を反転させることにより、信号切替器５と切替スイッチ１０を同期して切り替え、各送受波器の送受の役割を切り替える。
【００６０】
即ち、順方向測定時には、信号切替器５と切替スイッチ１０を図示の状態にして、送受波器１を送信側として使用し、送受波器２を受信側として使用する。そして、逆方向測定時には、信号切替器５と切替スイッチ１０を図示の状態から切り替えて、送受波器２を送信側として使用し、送受波器１を受信側として使用する。
【００６１】
コントロール部７は、信号切替器５と切替スイッチ１０を切り替えた後、毎回切替によるノイズ等が収まる時間を待って、前記第１送信指令信号を出力する。そして、第ｎ受信波検知信号が入力されると、第２のカウンタ９のカウント値（測定時間）を読み取り、その直前に行って反対方向での第２のカウンタ９のカウント値（測定時間）とから、流体の流速・流量を演算する。
【００６２】
図４は、図３の受信波検知部４の具体的な回路構成を示すもので図示のように接続されている。以下、図４の回路の構成と作用を図５のタイミング図も参照して説明する。
【００６３】
１２は受信側の送受波器２又は１からの信号を増幅する増幅器、１３は第１のアナログ比較部で、−入力としての基準レベルＶTHより＋入力としての増幅器１２の出力が大きくなった瞬間に短いパルスを出力するように構成されている。
【００６４】
ＲＳ−ＦＦ１４のＳ入力には、第２のアナログ比較部１５の出力が入力されている。この出力は、受信波のプラスからマイナスへのゼロクロス点を検知したもので、弛まなく出力されているので、ＲＳ−ＦＦ１４の出力Ｑはいつも“Ｈ”となっている。
【００６５】
ＲＳ−ＦＦ１４の後段の立上りエッジ検知部１６は、ＲＳ−ＦＦ１４のＱ出力が“Ｌ”から“Ｈ”になる時を検知して短いパルスを出力するものである。
１７はカウンタで、発振器１８のクロックをカウントすることにより時間を計測するもので、ＯＲゲート１９を介して入力される第１送信指令信号でリセットされて零から計数を開始するものである。
【００６６】
第１送信指令信号が入力されると、Ｄ−ＦＦ２０がリセットされてそのＱ出力が“Ｌ”となり切替スイッチＳＷは図示の状態となって第１のアナログ比較部１３を選択する。
【００６７】
受信波が到達して、その増幅された信号が基準レベルＶTHを越えたところで第１のアナログ比較部１３から信号が出力される。この信号は切替スイッチＳＷを介してＲＳ−ＦＦ１４のＲ入力に入力されているので、ＲＳ−ＦＦ１４の出力Ｑが“Ｌ”となる。
【００６８】
さらに受信波がゼロレベルを通過するゼロクロス点で第２のアナログ比較部１５から出力される信号がＲＳ−ＦＦ１４のＳ入力に入力されて出力Ｑが“Ｈ”となり、立上りエッジ検知部１６より受信波検知信号として出力される。
【００６９】
この受信波検知信号はＤ−ＦＦ２０のＣＫ入力となっているので、Ｄ−ＦＦ２０の出力Ｑは“Ｈ”となって、切替スイッチＳＷを図示の状態から切り替えられ、ＲＳ−ＦＦ１４のＲ入力にはデジタル比較部２１のＡ＝Ｂ出力が入力されるようになる。
【００７０】
また前記受信波検知信号は記憶器２２のラッチ入力にもなっていて、受信波検知信号が該ラッチ入力に入力された瞬間のカウンタ１７の値即ち第１送信指令信号から第１受信波検知信号までの前記時間ｔ11（＝Ａ）を記憶器２２が記憶する（図５参照）。
【００７１】
なお図４では、カウンタ１７の時間測定値は一般的にＡで示している。
受信波検知信号は前述のように記憶器２２をラッチして、送信から受信波検知（第３波のゼロクロス点）までの時間ｔ11（＝Ａ）を記憶してから、カウンタ１７の計数値をリセットし、次の受信波検知（第３波のゼロクロス点）までの時間の測定に移るようになっている。
【００７２】
２３は減算器で、記憶器２２に記憶した時間Ａ（＝ｔ11）から前記一定の時間αを減算した値Ａ−α（＝ｔ11−α）を出力し、この出力をデジタル比較部２１のＢ入力に入力する。
【００７３】
カウンタ１７の時間測定値Ａもデジタル比較部２１のＡ入力に入力されていて、両入力が等しい時にＡ＝Ｂ出力から信号が出力される。
カウンタ１７のカウントが進んでｔ11−αと等しくなると、Ａ＝Ｂ出力が“Ｈ”となり、ＲＳ−ＦＦ１４の出力Ｑが“Ｌ”となって、次のゼロクロスを待つ状態となる。
【００７４】
そして、実際にゼロクロスする時、第２のアナログ比較部１５の出力によってＲＳ−ＦＦ１４がセットされて、その出力Ｑが“Ｈ”となり、再び受信波検知信号が出力される。
【００７５】
ここで、カウンタ１７の時間測定値ｔ12が記憶器２２に記憶される。
以後、同様の動作が繰り返される。
なお、発振器１８は、図３の第２のカウンタ９に内蔵した前記基準クロック発振器の基準クロックを直接あるいは分周して利用することが可能である。
【００７６】
そして、第ｎ受信波検知信号が入力されると、図３のコントロール部７は第２のカウンタ９のカウント値、即ち第１の送信から第ｎ回目の第３波ゼロクロス点までの時間を読み取って流速・流量の演算を行う。
【００７７】
〔実施例２〕
図６〜１０に示す実施例２は請求項２の発明に対応する。
この実施例２は、実施例１と同様の構成の部分が多いので、以下の説明は実施例１と異なるところを主に詳述する。
【００７８】
第１のカウンタ８はコントロール部７からの再スタート信号でリセットされるようになっていて、その後のｎ＋１番目の受信波検知信号を検知して、第ｎ受信波検知信号を出力する。
【００７９】
第２のカウンタ９は再スタート信号入力後の最初の受信波検知信号から第ｎ受信波検知信号までの時間を測定し、そのカウント値（時間測定値）をコントロール部７に出力するようになっている。
【００８０】
受信波検知部４の記憶器２２の出力であるカウント記憶値がコントロール部７に入力されている。
受信波検知部４は、Ｄ−ＦＦ２０のリセット入力Ｒに第１送信指令信号と再スタート信号の論理和信号が入力されうようにＯＲゲート２４が設けてある。
【００８１】
本実施例ではコントロール部７としてマイクロコンピュータを使用している。
１）．先ず送受の向きを所定の順方向又は逆方向にセットした後、切り替え時のノイズ等が小さくなってから第１指令信号を出力する。この時少し遅れて再スタート信号も出力する。この時受信検知割り込みの許可を行う。前回値は零を入力。
【００８２】
２）．受信波検知信号は割込信号としてコントロール部７へ入力される。その時の動きを図８にフローチャートで示す。
３）．最初の本割り込みではｔ′11が読み取られる。前回値としては零がセットされているため、差は当然超音波の半周期程度に相当するカウント値βより大きくなり、連続数はクリアされて零となる。そしてコントロール部７は再スタート信号を出力する。
【００８３】
４）．このため、受信波検知部４の切替スイッチＳＷは一旦デジタル比較器２１のＡ＝Ｂ出力を選択する“Ｈ”側に切り替わるが、また第１のアナログ比較部１３の出力側“Ｌ”に戻される。
【００８４】
５）．また受信波検知信号を受けてカウントを開始した第１のカウンタ８はまたもとの待機状態…カウントスタートの信号となる受信波検知信号を持つ状態…となる。
【００８５】
６）．また前回値としてｔ′11が記憶される。
７）．また再スタート信号を出力する時には、その回の受信波は十分小さくなっていて、基準レベルＶTHを越えることはない。
【００８６】
８）．次の割り込み時ｔ′12を読み取る。ここでは基準レベルＶTHが狙った第３波を捕らえていない。よって｜ｔ′11−ｔ′12｜は前記βより大きくなる。
｜ｔ′11−ｔ′12｜＞β
よって、前回同様、連続数は零にクリアされ、再スタート信号が出力される。ｔ′12が記憶される。
【００８７】
９）．次の割り込みでも同様。ｔ′13が記憶される。
１０）．その次の割り込みにおいて、ｔ′14が読み取られ、｜ｔ′13−ｔ′14｜がβより小さくなる。
【００８８】
｜ｔ′13−ｔ′14｜＜β
本実施例ではｍ＝１としたため、連続数が＋１され１になり、狙った第３波が捕らえられたと判定される。ｍがもっと大きな値にセットされた時は連続数がｍとならないうちは再スタート信号が出力される。
【００８９】
狙った第３波が捕らえられたと判定されると、本割り込みつまり受信波検知信号割り込みはマスクされて不許可となり、以後許可されるまでは受信波検知信号が入力されてもこの動きはしない。
【００９０】
１１）．実際の測定はｔ′14の受信時スタートしたことになる。
１２）．以後は実施例１と同じである。
なお、最初のｔ11はｔ′14を測定した受信時よりｔ′14−α経ってから最初のゼロクロス点となる。
【００９１】
また、第１のカウンタ８は、スタート時点の受信検知信号を１と数えるため、ｎ＋１回目が実施例１のｎ番目に相当することになる。
また、基準レベルＶTHは図１０に示すようにマイナス側（負側）に設定することも可能である。この場合受信波検知点としてのゼロクロス点はマイナス側かプラス側への最初のゼロクロス点となる。
【００９２】
なお、図９のタイミングチャートで、符号Τで示す時間は受信波検知信号から再スタート信号を出力するまでの処理に要する時間で、この時間Ｔの間に受信波は減衰して小さくなっている。
【００９３】
上記実施例２では、ｍを１としたが、仮にｍを２以上に限るなら連続数がｍ−１となったとき、再スタート信号を出力しないようにすることで、正しく波を捕らえたと判断できた送受を最初の第１の送受とすることが可能となる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の超音波流量計は上述のように構成されているので、ノイズや、流れの乱れ、温度むら等で受信波の振幅が乱れても、所定の波のゼロクロス点を正確に検知でき、いわゆるエラーがなくなる。
【００９５】
その結果、測定のやり直しが必要なく、消費電流も低減できるため電池駆動の超音波流量計の実用化に役立つ。
また、或る程度のノイズを許容できるため、増幅器の増幅度を上げなくても良く、低コストで、しかも低消費電流化が可能となり、この面からも電池駆動の超音波流量計の実現性を高めることが出来る。
【００９６】
そして、測定値の信頼性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の動作を説明する線図で、（ａ）はタイムチャート、（ｂ）は同図（ａ）の一部を拡大した詳細図である。
【図２】請求項２の発明の動作を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明の実施例１のブロック図である。
【図４】図３の要部の具体的な電気回路を示す図である。
【図５】図３と図４の動作を説明するタイムチャートである。
【図６】本発明の実施例２のブロック図である。
【図７】図６の要部の具体的な電気回路を示す図である。
【図８】図６と図７の動作を説明するフローチャートである。
【図９】図６と図７の動作を説明するタイムチャートである。
【図１０】受信波と基準レベルＶTHとの関係を説明する図である。
【図１１】従来技術の原理を説明する略図である。
【図１２】従来技術の受信波検知部の動作を説明するための電気信号波形を示す線図である。
【符号の説明】
１，２    超音波送受波器
３        流管
４        受信波検知部
ＶTH      基準レベル
α        一定の時間
ハ        ゼロクロス点
【図１】
0003659745.tif 000002
【図２】
0003659745.tif 000003
【図３】
0003659745.tif 000004
【図４】
0003659745.tif 000005
【図５】
0003659745.tif 000006
【図６】
0003659745.tif 000007
【図７】
0003659745.tif 000008
【図８】
0003659745.tif 000009
【図９】
0003659745.tif 000010
【図１０】
0003659745.tif 000011
【図１１】
0003659745.tif 000012
【図１２】
0003659745.tif 000013