(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、入力電圧を昇圧して前記振動子に給電する昇圧手段と、前記昇圧手段の動作を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記送信側振動子が繰返し動作する度に前記送信側振動子の動作に影響の無い時期に前記昇圧手段の出力電圧が安定するように前記昇圧手段を動作させる流量計測装置。
【請求項２】
被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、入力電圧を昇圧して前記振動子に給電する昇圧手段と、前記昇圧手段の動作を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記送信側振動子が一定回数動作する度に前記昇圧手段の出力電圧が安定するように前記昇圧手段を動作させる流量計測装置。
【請求項３】
被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、入力電圧を昇圧して前記振動子に給電する昇圧手段と、前記昇圧手段の動作を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記送信側振動子が動作回数の約数になる分割回数毎に前記昇圧手段の出力電圧が安定するように前記昇圧手段を動作させる流量計測装置。
【請求項４】
被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、入力電圧を昇圧して前記振動子に給電する昇圧手段と、前記昇圧手段の動作を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記送信側振動子が動作する前に前記昇圧手段の出力電圧が安定するように前記昇圧手段を動作させ、前記送信側振動子が動作する直前に前記昇圧手段の動作を停止する流量計測装置。
【請求項５】
制御手段は、一方の振動子の送信動作回数形態を記憶しておき、切換手段が前記振動子の送受信を切換えた時に、他方の振動子の送信動作回数形態も同じ形態にする請求項３記載の流量計測装置。
【請求項６】
制御手段は、昇圧手段に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段を有する請求項１から４のいずれか１項記載の流量計測装置。
【請求項７】
制御手段は、経年変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段を有する請求項１から４のいずれか１項記載の流量計測装置。
【請求項８】
制御手段は、周囲温度変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段を有する請求項１から４のいずれか１項記載の流量計測装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項記載の制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷に電源電圧より高電圧の電力を供給する昇圧制御装置と、この昇圧制御装置を用い超音波を利用して気体や液体などの流量を計測する流量計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の昇圧制御装置としてはＤＣＤＣコンバータを利用したものがあった。図１７は一般的な昇圧回路の構成を示すブロック図である。図１７において１は電源、２はＤＣＤＣコンバータ、３はインダクタンスＬ，４はダイオードＤ，５はコンデンサＣ、６は負荷である。ＤＣＤＣコンバータ２はインダクタンス３をスイッチング動作することによりオンからオフになったときにインダクタンスに生じる逆起電力がダイオード４を介して整流し、コンデンサ５でリップルを小さくした安定した高電圧を負荷６に供給するものである。
【０００３】
また、この主の昇圧制御装置を利用した流量計測装置としては例えば、特開２０００−２９２２３２公報に記載されているものがあった。図１８は、前記公報に記載された従来の超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【０００４】
図１８において、流体流路１１の途中に超音波を発信する第１振動子１２と受信する第２振動子１３が流れ方向に配置されている。１４は第１振動子１２への送信回路、１５は第２振動子１３で受信した超音波を信号処理する受信回路である。１６は受信回路１５で超音波を検知した後第１振動子１２からの送信と第２振動子１３での受信を複数回繰り返す繰返し手段である。１７は受信回路で超音波を検出した後、再度第１振動子１２から超音波を送信するまでの遅延時間を発生させる遅延時間発生手段であり、１８は遅延時間発生手段１７により発生した遅延時間を計測する遅延時間計測手段、１９は遅延時間発生手段１７の計測値を基に、遅延時間を制御する遅延時間制御手段、２０はは繰返し手段により行われる複数回の超音波伝達の所要時間を計測する累積時間計測手段、２１は遅延時間計測手段１８および累積時間計測手段２０の計測値から流量を求める流量演算手段である。送信回路１４より送出されたバースト信号により第１振動子１２から発信された超音波信号は、流れの中を伝搬し、第２振動子１３で受信され受信回路１５で検知され、遅延時間発生手段１７で発生した遅延時間を置いた後、再び送信回路１４よりバースト信号が送出される。送信回路１４からのバースト信号は、予め定められた回数だけ繰り返され、この繰返しに要した時間を累積時間計測手段２０で、また、遅延時間を遅延時間計測手段１０により計測する。
【０００５】
更に、流量演算手段２１では、累積時間計測手段２０で求めた値から遅延時間計測手段１９で求めた遅延時間を差し引くことにより、超音波の伝達のみの所要時間Ｔを求める。通常、この送信回路から振動子を駆動する際には伝搬距離により信号が減衰することを考慮して高電圧を供給する。その回路として上記に説明した昇圧回路を利用することが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の昇圧回路における高電圧供給回路では負荷の動作とＤＣＤＣコンバータの動作タイミングが統一されておらず、個々に動作している。例えば負荷が動作して電圧が低下してもＤＣＤＣコンバータの閾値レベルまで電圧が下がっていなければ昇圧動作を開始しない。そして次に負荷が動作し始めてから電圧低下を検知すると負荷の動作中にもかかわらず昇圧動作を行なうことがある。これにより負荷の動作電圧が途中で変化したり、スイッチングノイズを発生したりすることがある。
【０００７】
そして昇圧した電圧が一定でない状態で流量計測装置の送信側における振動子を駆動すると毎回異なる電圧の送信波形となる。さらに受信動作を行っているような時に昇圧回路が動作するとシステムの電圧が変動したり、ノイズの発生による計測精度の劣化につながる可能性がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するもので、負荷の動作に応じて昇圧手段を制御することで、安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することを目的としている。
【０００９】
そして、このような安定した昇圧制御手段を用いることで、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は、被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、入力電圧を昇圧して前記振動子に給電する昇圧手段と、前記昇圧手段の動作を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記送信側振動子が繰返し動作する度に前記送信側振動子の動作に影響の無い時期に前記昇圧手段の出力電圧が安定するように前記昇圧手段を動作させるものである。
【００１１】
これによって、負荷である振動子の動作に応じて昇圧手段を制御することで、安定した電圧で振動子への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することができ、このような安定した制御手段を用いることで、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１の発明は、被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、入力電圧を昇圧して前記振動子に給電する昇圧手段と、前記昇圧手段の動作を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記振動子が繰返し動作する度に前記送信側振動子の動作に影響の無い時期に前記昇圧手段の出力電圧が安定するように前記昇圧手段を動作させる流量計測装置である。これにより、制御手段が、振動子が繰返し動作する度に昇圧手段を動作することにより、振動子の動作による電圧変動分を必ず補充することで電圧の安定度を向上することが可能になり、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することが可能になる。
【００１３】
第２の発明は、被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、入力電圧を昇圧して前記振動子に給電する昇圧手段と、前記昇圧手段の動作を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記送信側振動子が一定回数動作する度に前記昇圧手段の出力電圧が安定するように前記昇圧手段を動作させる流量計測装置である。これにより、制御手段が、負荷が一定回数動作する度に昇圧手段を動作することにより、繰返し動作する場合に負荷の電圧変動の状態が常に同じようにすることができ電圧変動の再現性を向上することが可能になり、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することが可能になる。
【００１４】
第３の発明は、被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、入力電圧を昇圧して前記振動子に給電する昇圧手段と、前記昇圧手段の動作を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記送信側振動子が動作回数の約数になる分割回数毎に前記昇圧手段の出力電圧が安定するように前記昇圧手段を動作させる流量計測装置である。これにより、制御手段が、負荷の動作回数の公約数になる分割回数度に昇圧手段を動作することにより、繰返し動作をする場合に負荷の電圧変動の状態が最初の繰返し回数動作時と最後の繰返し動作時でも同じ電圧変動状態の電力を供給することが可能になり、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することが可能になる。
【００１５】
第４の発明は、被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、入力電圧を昇圧して前記振動子に給電する昇圧手段と、前記昇圧手段の動作を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記振動子が動作する前に前記昇圧手段の出力電圧が安定するように前記昇圧手段を動作させ、前記送信側振動子が動作する直算に前記昇圧手段の動作を停止する流量計測装置である。これにより、制御手段が、負荷の動作する前に昇圧手段を動作することにより、常に負荷が動作する時に高電圧を供給可能な状態にしておくことが可能になり、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することが可能になる。
【００１６】
第５の発明は、制御手段が、一方の振動子の送信動作回数形態を記憶しておき、切換手段が前記振動子の送受信を切換えた時に、他方の振動子の送信動作回数形態も同じ形態にする請求項３記載の流量計測装置である。これにより、流量を演算する場合、上流から送信した時と下流から送信した時の電圧変化を同じ状態にすることができるため再現性を向上するとともに計測のバラツキ度合いが小さくすることが可能になる。
【００１７】
第６の発明は、制御手段が、昇圧手段に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段を有する流量計測装置である。これにより、制御手段が、昇圧手段に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段を有する構成により、昇圧手段の動作を外部から操作することで想定外の負荷の変動や外乱によるシステムの動作に対しても安定した電圧供給を確かなものにすることが可能になる
第７の発明は、制御手段が、経年変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段を有する流量計測装置である。これにより、制御手段が、経年変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段を有する構成により、経年変化による負荷や昇圧手段の変動に対しても追随して調節することができ、長期間安定した動作をすることが可能になる。
【００１８】
第８の発明は、制御手段が、周囲温度変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段を有する流量計測装置である。これにより、制御手段が、周囲温度変化に応じて昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段を有する構成により、温度変化の激しい環境におかれた負荷や昇圧手段に対しても追随して調節することができ、安定した電圧動作をすることが可能になる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２０】
（実施例１）
最初に昇圧制御装置について説明する。図１は本実施例の構成を示す昇圧制御装置のブロック図である。図１（ａ）において１は電源、２２は昇圧手段、６は負荷、２３は制御手段である。昇圧手段２２の例としては内部にインダクタンス２２ａ、開閉手段２２ｂ、ダイオード２２ｃ、開閉制御手段２２ｄの構成を示す。
【００２１】
制御手段２３が負荷６の動作を検知すると、開閉制御手段２２ｄに信号を送出し、開閉制御手段２２ｄは開閉手段２２ｂをオン、オフ動作する。これにより電源１からインダクタンス２２ａを介して流れる電流が断続的になるためインダクタンス２２ａの逆起電力がダイオード２２ｃを通して負荷６に供給される。
【００２２】
図１（ｂ）には制御手段２３による他の動作を示す構成を示す。負荷６の動作は制御手段６で検知できるようになっている。負荷６の端子電圧は抵抗手段２４ａ，２４ｂで分圧されその電圧信号が昇圧手段内部の開閉制御手段２２ｄに入っている。電圧の情報により開閉手段を動作して昇圧電圧を制御することが可能である。また出力電圧を制御手段２３で測定し、例えばＡＤ変換器などにより電圧信号を得ることにより制御手段２３は昇圧手段２２の出力電圧を一定にするよう開閉手段２２ｂを調整する信号を送出する。このように制御手段２３は負荷６の動作を検知し、その動作に応じて昇圧手段２２に信号を送出し電圧を調整することで、安定した電圧で負荷６への電力供給を行うとともに、負荷の動作に影響を与えない時期に昇圧手段２２を動作することでノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することが可能になる。
【００２３】
従来例との差を図２のタイミングを用いて説明する。図２（ａ）は従来の昇圧回路であるＤＣＤＣコンバータ２における負荷の動作タイミングである。負荷が動作することにより昇圧手段２の出力電圧が（ｂ）のように低下してくる。そしてｔ１で電圧が低下したことを検知してＤＣＤＣコンバータが動作する。
【００２４】
このｔ１のタイミングは電圧によってのみ決まり負荷の動作を考慮していない。したがって、図２にあるように負荷６が動作中に電圧が低下した場合もすぐにＤＣＤＣコンバータが昇圧動作を開始してしまう。これは負荷の端子電圧が動作中に変動することを示している。計測装置などに使用していると動作電圧が変動するため安定度が悪くなってくる。
【００２５】
同様に図２（ｃ）は本発明の昇圧制御手段２３を用いた場合の負荷の動作タイミングである。そして（ｄ）が制御手段２３の動作タイミングである。制御手段２３は負荷６の動作を検知しているため負荷の動作が終了すると時刻ｔ３、ｔ４で昇圧手段２２に信号を送出し開閉手段を調節することで昇圧動作を行う。したがって昇圧手段２２の出力電圧は図２（ｅ）のようになり、負荷の動作タイミングを外して電圧の変更を行うことが可能になる。
【００２６】
つぎに、上記昇圧制御装置を流量計測装置に用いた例を説明する。図３は本実施例の構成を示す流量計測装置のブロック図である。図３おいて、本発明の超音波流量計は被測定流体の流れる流路３１と、前記流路３１に配置された超音波を送受信する第１の振動子３２、第２の振動子３３を設置し、前記第１の振動子３２を駆動する駆動手段３４と、前記第２の振動子３３の受信信号を受け受信タイミングを決定するタイミング検知手段３５と、前記駆動手段３４と第１の振動子３２、および第２の振動子３３とタイミング検知手段３５の間に切換え手段３６を設け、超音波の送受信を第１の振動子３２と第２の振動子３３の間で交互に行うようにしている。タイミング検知手段３５の出力を受け駆動手段３４を介して再度超音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰返し手段３７と、前記繰返し手段３７の信号を受け所定の遅延時間遅れて前記駆動手段３４のトリガ信号として出力する遅延手段３８と、少なくとも駆動手段３４による第１の振動子３２の駆動開始から前記繰返し手段３７の動作停止までの超音波の伝搬時間を測定する計時手段３９と、前記計時手段３９の値から前記一対の振動子間の流速を演算し、それから流量を求める流量演算手段４０とを有するものである。さらに計測制御手段４１を設け、前記駆動手段３４を動作する計測スタート信号を出力する。
【００２７】
通常の動作を説明する。計測制御手段４１からスタート信号を受けた駆動手段３４が第１の振動子３２を一定時間パルス駆動行うと同時に計時手段３９は計測制御手段４１からの信号によって時間計測始める。パルス駆動された第１の振動子３２からは超音波が送信される。第１の振動子３２から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し、第２の振動子３３で受信される。第２の振動子３３の受信出力は、タイミング検知手段３５で信号を増幅された後、予め定められている受信タイミングの信号レベルで超音波の受信を決定する。繰返し動作を行わない場合はこの超音波の受信を決定した時点で計時手段３９の動作を停止し、その時間情報ｔから（式１）によって流速を求める（計時手段３９から得た測定時間をｔ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする）。
【００２８】
ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ  ・・・（式１）
タイミング検知手段３５は通常コンパレータによって基準電圧と受信信号を比較するようになっていることが多い。
【００２９】
繰返し手段３７を用いる今回の動作はタイミング検知手段３５の判定結果を遅延手段３８で一定時間遅延させた後に駆動手段３４に返し、再度送信を行う。繰返し動作を決められた回数行い、その時間を計時手段３９で測定し、計時手段３９の測定時間を元に（式２）の計算によって流速を求める。
【００３０】
（遅延手段の遅延時間をＴｄ、繰返しの回数をｎ、測定時間をｔｓ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする。）
ｖ＝Ｌ／（ｔｓ／ｎ−Ｔｄ）−ｃ・・・（式２）
この方法によれば（式１）の方法に比べ精度よく測定することができる。
【００３１】
また、第１の超音波振動子３２と第２の超音波振動子３３とを切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、（式３）より速度ｖを求める（上流から下流への測定時間時間をｔ１、下流から上流への測定時間時間をｔ２とする）。
【００３２】
ｖ＝Ｌ／２（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））・・・（式３）
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定に広く利用されている。流速ｖが求まると、それに流路１の断面積を乗ずることにより流量を導くことができる。
【００３３】
通常の動作は図４に示すタイミング図のようになる。すなわち、計測制御手段４１による時刻ｔ０における開始信号から計測を開始し、ｔ１で駆動手段３４を介して第１の超音波振動子３２を駆動する。そこで発生した超音波信号は流路内を伝搬し時刻ｔ２で第２の超音波振動子３３に到達し、タイミング検知手段３５で受信点を検知すると繰返し手段３７は設定回数に達していない場合、遅延手段３８に信号を送出する。そして時刻ｔ３から遅延手段３８が動作し、予め定めた時間だけ動作した後時刻ｔ４で駆動手段３４に信号を送出し、再び第１の超音波振動子３２を駆動する。以下、この繰返しを行っている。
【００３４】
繰返し手段３７で決められた回数動作すると図４時刻ｔ５で送受信動作は停止し、その時間は図に示すＴとなる。その後、切換え手段３６が送受信を切換える。すなわち第１の超音波振動子３２が受信側、第２の超音波振動子３３が送信側になる。そして同様な繰返し動作を行う。
【００３５】
この流量計測装置において図５のように昇圧制御装置が組み込んだ場合について説明する。第１の振動子３２を駆動するには流路３１の内部を十分な超音波信号レベルで伝送するためある程度高電圧で駆動する必要がある。そこで昇圧手段２２の出力は駆動手段３４を介して第１の振動子３２に繋がっている。途中の切換え手段３６は送受信を切換えているだけなのでここでの詳しい説明は除く。駆動手段３４の内部の一例として振動子を動作するために３４ａから３４ｄまでの駆動開閉手段を用いたブリッジ構成をとる。最初駆動開閉手段３４ａ，３４ｄを通電状態にし、反対に３４ｂ、３４ｃを開放しておく。次に駆動開閉手段３４ａ，３４ｄを開放し、３４ｂ、３４ｃを通電状態にする。この動作で振動子が動作し始める。振動子への電源は昇圧手段２２からの高電圧が供給される。
【００３６】
この高電圧の供給が図２（ｂ）に示してあるように負荷（ここでは振動子）の動作状態によらず、ＤＣＤＣコンバータのみの動作で昇圧動作を行うと振動子への供給電圧が動作中に変化してしまい、受信信号が一定でなくなる。これは流量の計測精度に大きく影響するために好ましいことではない。図２（ｄ），（ｅ）のように制御手段２３が昇圧手段２２の動作や振動子３２の動作を検知し、振動子３２の動作に影響の無い時期に昇圧手段２２を動作するように制御信号を送出することにより安定した電圧で振動子への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響を流量計測システム全体に与えないような昇圧手段２２の動作を実現することが可能になる。
【００３７】
制御手段２３は計測制御手段４１から計測動作信号が出ているのを信号として受け取ることが可能なため、より確実に振動子の動作に影響を与えない状態で昇圧手段２２を制御することできるようになる。図５では制御手段２３と計測制御手段４１を別々に設けているが同じ制御手段として１つの論理手段、例えばマイコンを用いても良い。
【００３８】
さらに、制御手段２３が昇圧手段２２にインダクタンスの開閉動作を指示しても出力電圧があまり低下していない場合には動作しないことがある。たとえば昇圧手段２２としてＤＣＤＣコンバータを用いている場合は素子自体で出力電圧を監視している場合がある。このような場合は出力に抵抗などの電力消費を促す素子を一時的に接続し電圧を低下させてから昇圧動作を確実に動作する方法をとることが可能である。また開閉手段の動作時間を短くしたりするなどして昇圧手段２２の出力電圧を微調整することが可能である。
【００３９】
また、図６を用いて他の動作を説明する。計測制御手段４１が動作し第１の振動子３２が動作すると昇圧手段２２の出力電圧は低下する。このため図６の時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６で（ａ）のように第１の振動子３２が動作すると、それぞれｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７において（ｂ）のように制御手段２３が昇圧手段２２を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は制御手段２３が検知できるため、その動作する度に電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段２２の出力は（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。図６では負荷である振動子が動作してから昇圧手段２２を動作しているが、計測制御手段４１からの信号を入力することで計測動作がわかるため振動子を動作する前に昇圧手段２２を動作して電圧を調整することも可能である。
【００４０】
このように制御手段２３が、振動子３１の動作する度に昇圧手段２２を動作することにより、負荷である振動子の動作による電圧変動分を必ず補充することで電圧の安定度を向上することが可能になる。
【００４１】
また、図７を用いて他の動作を説明する。計測制御手段４１が動作し第１の振動子３２が動作すると昇圧手段２２の出力電圧は低下する。振動子のインピーダンスが大きいと電流もあまり流れないためこの電圧低下はあまり大きくない。そのような場合はあまり頻繁に電圧調整をするとかえって省電力の観点から得策でない場合がある。そこで図７の時刻ｔ１０、ｔ１１で（ａ）のように第１の振動子３２が動作して電圧がある程度低下すると、（ｂ）のように制御手段２３が昇圧手段２２を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は制御手段２３が検知できるため、その動作する度に電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段２２の出力は（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。このように昇圧手段２２の動作した後、１回目の振動子の動作電圧と２回目の動作電圧は異なるかもしれないが、次の昇圧手段２２の動作した後の１回目の動作電圧は前の１回目の動作電圧と同じである。その結果一定回数振動子が動作してから昇圧手段２２を動作するため各回数における電圧は同じになるため、繰り返し回数を多くする場合は平均として精度の良い動作が得られる。
【００４２】
このように負荷である振動子が一定回数動作する度に昇圧手段２２を動作することにより、繰返し動作する場合に振動子の電圧変動の状態が常に同じようにすることができ電圧変動の再現性を向上することが可能になる。
【００４３】
ここで、振動子の動作回数が一定回毎に昇圧手段２２を動作する説明をしたが、流量計測に用いる場合、回数は常に同じ値である必要はない。例えば４回毎にするのでは無く、３回、５回、４回というように振動子の動作回数が異なっていても良い。流量計測装置においては切換え手段３６が振動子を送信と受信を切換えている。この場合、第１の振動子が送信側の時、昇圧手段の動作が第１の振動子３２の動作回数で３回目、５回目、４回目という形態で動作したとする。制御手段２３はこの形態を記憶しておき、切換え手段３６が反転し第２の振動子３３が送信側になった時に同じ昇圧手段２２の動作を行うようにする。これにより式（３）で流量を演算する場合、上流から送信した時と下流から送信した時の電圧変化を同じ状態にすることができるため再現性を向上するとともに計測のバラツキ度合いが小さくすることができる。
【００４４】
また、図８を用いて他の動作を説明する。振動子３２が動作すると昇圧手段２２の出力電圧は低下するため、それを補うため昇圧手段２２が動作する。その動作が一定回数毎でも効果のあることを説明してきたが、繰り返し回数が多い場合、最後の昇圧手段２２が動作した後の振動子の動作回数がそれ以前の回数より少ないと、流量計測に使用している場合などでは受信レベルの平均値が大きい方に偏る誤差が発生するかもしれない。例えば流量計測の場合繰り返し手段３７に設定している回数が１２とすると、例えば１２回の繰り返しに対し５回毎に昇圧手段２２を動作すると最後に昇圧手段２２が動作してから振動子は２回しか動作しない。それまでは昇圧手段２２が動作すると５回動作していたのに比べ少ない回数では電圧低下も小さく受信レベルも大きいままとなっている。このため１２回の平均をとるとその値は高い目にでてくる恐れがある。従ってこのような場合は昇圧手段２２の動作を繰り返し回数の約数回となるよう制御手段２３が調節する。１２回の繰り返しでは３回もしくは４回振動子が動作すると昇圧手段２２が動作するように制御する。図８の（ａ）のように第１の振動子３２が動作している場合、（ｂ）のように３回動作すると昇圧手段２２がｔ２０、ｔ２９で動作する。
【００４５】
したがって、この繰り返し回数は３の倍数回を設定していることがわかる。電圧の変動も振動子が動作する３回毎に同じ特性を示し、最後の振動子の動作状態はその直前に昇圧手段２２が動作する前の電圧特性と同じになる。流量計測で計時手段３９に蓄積された値を流量演算手段４０で計算する際、平均処理をする場合でも同じ電圧変動を繰り返している場合の方が、より正確な値を演算することができ精度の良い流量値を算出することがでる。
【００４６】
このように、制御手段２３が、負荷である振動子の繰り返し動作回数の約数になる分割回数度に昇圧手段２２を動作することにより、繰返し動作をする場合に負荷の電圧変動の状態が最初の繰返し回数動作時と最後の繰返し動作時でも同じ電圧変動状態の電力を供給することができ、流量計測等に用いた場合でも精度のよい流量演算が可能になる。
【００４７】
本実施例では昇圧制御手段の負荷として超音波振動子を例にとり説明したが、電圧駆動型の負荷であればセンサやアクチュエータの種類を特定せずに利用できることは言うまでもない。
【００４８】
（実施例２）
本発明の昇圧制御装置およびそれを用いた流量計測装置について図３、図５と図９、図１０、図１１を用いて説明する。実施例１と異なるところは昇圧手段の動作を負荷の動作近傍で行うことである。
【００４９】
まず、図３、図５および図９を用いて動作を説明する。実施例１で示したように流量計測装置に用いられている振動子などの負荷は動作することにより端子電圧が低下する。例えば図３の第１の振動子３２が動作すると図５における昇圧手段２２の出力電圧は低下するため、それを補うため昇圧手段２２が動作しなければならない。そこで昇圧手段２２を動作するタイミングを調節することにより振動子の動作を安定したものにしていく。図９の時刻ｔ３１、ｔ３３、ｔ３５、ｔ３７で（ａ）のように第１の振動子３２が動作して電圧がある程度低下すると、（ｂ）のように時刻ｔ３０、ｔ３２、ｔ３４、ｔ３６で制御手段２３が昇圧手段２２を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は制御手段２３が検知できるため、振動子の動作する前に昇圧手段２２に信号を送出し電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段２２の出力は（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。これは振動子の動作する直前に昇圧手段２２の動作が終了しているため電圧は最適な値になり、負荷である振動子が動作する時に高電圧を供給可能な状態にしておくことが可能になる。さらに、システム全体に対するインダクタンス動作などによるノイズ発生が無くなっているため流量計測に応用した場合でも安定した計測動作をすることが可能になる。
【００５０】
図９では振動子が動作する直前には必ず昇圧手段が動作するようになっているが、実施例１に示したように一定回数毎や動作回数の約数に相当する回数毎において振動子が動作する前に昇圧手段２２を動作する構成をとっても良い。
【００５１】
また、図３、図５および図１０を用いて他の動作を説明する。昇圧手段２２を動作するタイミングを調節することにより振動子の動作を安定したものにしていく。図１０の時刻ｔ４０、ｔ４２、ｔ４４、ｔ４６で（ａ）のように第１の振動子３２が動作して電圧がある程度低下すると、（ｂ）のように時刻ｔ４１、ｔ４３、ｔ４５、ｔ４７で制御手段２３が昇圧手段２２を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は制御手段２３が検知できるため、振動子の動作する後に昇圧手段２２に信号を送出し電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段２２の出力は（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。これは振動子の動作した後において電圧低下分を正確に把握し、昇圧手段２２で補充するとともにその昇圧した電圧が安定してから次の負荷である振動子の動作を行うことができるため流量計測などに応用した場合安定したシステム動作を行うことが可能になる。例えば昇圧手段に容量性の大きな負荷が接続されていた場合などは電圧の上昇も大きな時定数を持った変化になるが、振動子の動作終了後から電圧の調整を行うと、次の振動子の動作するかなり前から余裕をもって、安定した電圧に調整することができる。
【００５２】
図１０では振動子が動作した後には必ず昇圧手段が動作するようになっているが、実施例１に示したように一定回数毎や動作回数の約数に相当する回数毎において振動子が動作した後に昇圧手段２２を動作する構成をとっても良い。
【００５３】
また、図３、図５および図１１を用いて他の動作を説明する。流量計測装置において一定回数振動子が動作し流量計測が終了すると切換え手段３６が動作し第２の振動子３３が送信側になる。この場合第１の振動子３２と第２の振動子３３の特性が同じであれば昇圧手段２２の動作を同じにすれば良いが、振動子の特性がばらつくこともある。そこで昇圧手段２２を動作するタイミングを負荷である振動子の特徴にあわせて調節することにより振動子の動作を安定したものにしていく。図１１の時刻ｔ５０、ｔ５２で（ａ）のように第１の振動子３２が動作して電圧がある程度低下すると、（ｂ）のように時刻ｔ５１、ｔ５３で制御手段２３が昇圧手段２２を動作して電圧を調整する。
【００５４】
その後時刻ｔｃｈで切換え手段３６が動作し第２の振動子３３が送信側になった場合、時刻ｔ５４、ｔ５６で（ａ）のように第２の振動子３３が動作して電圧がある程度低下すると、（ｂ）のように時刻ｔ５５、ｔ５７で制御手段２３が昇圧手段２２を動作して電圧を調整する。ここで、振動子が変わったことにより（ｃ）の電圧低下度合いが異なっているが制御手段で調整して電圧を安定にしている。このように振動子の特性にあわせて制御手段２３は昇圧手段２２の動作を調整することが可能になる。負荷である振動子の動作は制御手段２３が検知できるため、今どちらの振動子が動作しているのかも計測制御手段４１からの情報で認識できている。このため振動子毎に適した昇圧手段２２の電圧の調整を行うことが可能になる。その結果昇圧手段２２の出力は（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。
【００５５】
このように制御手段２３が、負荷である振動子の状態に応じて昇圧手段２３を動作することにより、振動子の変動や変更に対して電圧の上昇をすばやく対応することが可能になる。そして流量計測に用いた場合は振動子を切換えても安定した電圧を供給することができるため式（３）等による流量演算を行うのも精度良く行うことが可能になる。
【００５６】
（実施例３）
本発明の昇圧制御装置およびそれを用いた流量計測装置について図３、図５と図１２、図１３、図１４、図１５および図１６を用いて説明する。実施例１と異なるところは昇圧手段の動作長期間安定に行うように外部信号により調整することを可能にすることである。
【００５７】
まず、図３、図５および図１２を用いて動作を説明する。図３の第１の振動子３２が動作すると図５における昇圧手段２２の出力電圧は低下するため、それを補うため昇圧手段２２が動作しなければならない。通常な実施例１や実施例２に示したように振動子の動作に応じて昇圧手段２２を動作し電圧を調整していけば良い。しかし、計測システムのアルゴリズムの変更や他の負荷が急に追加されたりした場合は制御手段２３の動作が対応しきれないことがある。このため図１２に示すように通信手段４２を制御手段２３に接続し、外部設定手段４３との間で昇圧手段２２の動作状態のモニタや設定値の調整を行うようにする。この通信は有線、無線の別は問わない。このように制御手段２３が、昇圧手段２２に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段４２を有する構成により、昇圧手段２２の動作を外部から操作することで想定外の負荷の変動や外乱によるシステムの動作に対しても安定した電圧供給を確かなものにすることが可能になる。
【００５８】
また、図３、図１３および図１４を用いて他の動作を説明する。昇圧手段２２の動作は経年変化によりその能力が低下してくる場合がある。そこで使用時間の経過により昇圧手段２２を動作するタイミングを調節することで振動子の動作を安定したものにしていく。図１３に示すように制御手段２３には経年変化調整手段４４を設置し、システムの動作時間が長くなってくるとそれに応じて昇圧手段２２の動作時間やタイミングを調節する。経年変化調節手段４４としては例えばタイマや時計およびそれに記憶手段を組み合わせた構成でも良い。
【００５９】
動作初期は図１４の時刻ｔ６０、ｔ６２、ｔ６４、ｔ６６で（ａ）のように第１の振動子３２が動作して電圧がある程度低下すると、（ｂ）のように時刻ｔ６１、ｔ６３、ｔ６５、ｔ６７で制御手段２３が昇圧手段２２を動作して電圧を調整する。しかし経年変化で昇圧手段２２の能力が低下してくると同じ動作時間では昇圧動作が完了しないことがでてくる。この場合は（ｃ）のように経年変化調整手段４４からの情報により制御手段２３が昇圧手段２２の動作を長めに調整する。その結果、昇圧手段２２の出力は当初の設定していた高電圧の値を維持することが可能になる。
【００６０】
このように制御手段２３が、経年変化に応じて昇圧手段２２に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段４４を有する構成により、経年変化による負荷や昇圧手段２２の変動に対しても追随して調節することができ、長期間安定した動作をすることが可能になる。振動子への高電圧が安定することにより流量計測の安定度も向上するため長期間、精度を維持したまま流量計測を継続することが可能になる。
【００６１】
また、図３、図１５および図１６を用いて他の動作を説明する。昇圧手段２２の動作はシステムの設置されている雰囲気温度の変化によりその能力が低下してくる場合がある。そこで周囲温度の変化度合いにより昇圧手段２２を動作するタイミングを調節することで振動子の動作を安定したものにしていく。図１５に示すように制御手段２３には温度変化変化調整手段４５を設置し、システムの動作中における温度変化を調べている。そして周囲温度が日光にてらされ高温になった場合や、雪や氷が存在する低温になった場合は、その温度に応じて昇圧手段２２の動作時間やタイミングを調節する。通常、室温など想定された温度範囲においては動作初期において図１５の時刻ｔ７０、ｔ７２、ｔ７４、ｔ７６で（ａ）のように第１の振動子３２が動作して電圧がある程度低下すると、（ｂ）のように時刻ｔ７１、ｔ７３、ｔ７５、ｔ７７で制御手段２３が昇圧手段２２を動作して電圧を調整する。
【００６２】
しかし高温や低温状態になり電子部品の温度特性に応じた補正が必用な温度範囲になってくると同じ動作時間では昇圧動作が完了しないことがでてくる。この場合は（ｃ）のように温度変化調整手段４５からの情報により制御手段２３が昇圧手段２２の動作を長めに調整する。その結果、昇圧手段２２の出力は当初の設定していた高電圧の値を維持することが可能になる。
【００６３】
このように制御手段２３が、周囲温度変化に応じて昇圧手段２２に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段４５を有する構成により、温度変化の激しい環境におかれた負荷や昇圧手段２２に対しても追随して調節することができ、安定した電圧動作をすることが可能になる。そして振動子への高電圧が安定することにより流量計測の安定度も向上するため温度変化の激しい環境でも精度を維持したまま流量計測を継続することが可能になる。
【００６４】
（請求項４）
本発明の昇圧制御装置およびそれを用いた流量計測装置について説明する。実施例１と異なるところは、昇圧制御装置において、昇圧手段２２の動作を調整する制御手段２３の動作を確実にするためのコンピュータを機能させるためのプログラムを有する記憶媒体４６を用いていることである。
【００６５】
図１、図５、図１２、図１３および図１５において実施例１から実施例３で示した制御手段２３の動作を行うには、予め実験等により振動子の動作による昇圧手段２２の出力変化、経年変化、温度変化、システムの安定度に関して昇圧手段の動作タイミングなどの相関を求め、例えばファジィ制御のメンバーシップ関数のように適合度というような形で判断する判定ソフトをプログラムとして記憶媒体４６に格納しておく。通常マイクロコンピュータのメモリやフラッシュメモリ等電気的に書き込み可能なものにしておくと利用が便利である。
【００６６】
このように制御手段２３の動作をプログラムで行うことができるようになると振動子の駆動電圧の変化に対して追随する昇圧手段２３の動作をソフトで行うことになる。これにより駆動回数の条件設定、切換手段３６動作前後における電圧調整の条件設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに計測時間の精度向上を行うことができる。なお本実施例において制御手段２３以外の動作もマイコン等によりプログラムで行ってもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明の昇圧制御装置によれば、制御手段が負荷の動作に応じて昇圧手段による電圧の上昇動作を制御するため安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、負荷の動作を検知しながら昇圧手段を動作するためノイズ等の影響をシステムに与えないようなの動作を実現することができる。そして負荷の動作していない時に昇圧手段を動作することで電圧の安定度をはかり、再現性もよくなる。また、このような昇圧制御装置を流量計測装置に用いることにより電圧の安定度が向上し、時間計測をする場合でも電圧精度が高いため計測系の安定動作をと、精度の良い流量計測を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における昇圧制御装置の全体のブロック図
【図２】  従来と本発明の昇圧装置におけるタイミング図
【図３】  本発明の流量計測装置の全体ブロック図
【図４】  本発明の流量計測装置におけるタイミング図
【図５】  同流量計測装置と昇圧制御装置の接続を示すブロック図
【図６】  同流量計測装置におけるタイミング図
【図７】  同流量計測装置における他のタイミング図
【図８】  同流量計測装置における他のタイミング図
【図９】  本発明の第２の実施例の流量計測装置におけるタイミング図
【図１０】  他の流量計測装置におけるタイミング図
【図１１】  他の流量計測装置におけるタイミング図
【図１２】  本発明の第３の実施例における昇圧制御装置のブロック図
【図１３】  同昇圧制御装置と流量計測装置の接続を示すブロック図
【図１４】  同流量計測装置におけるタイミング図
【図１５】  同昇圧制御装置と流量計測装置の接続を示すブロック図
【図１６】  他の流量計測装置におけるタイミング図
【図１７】  従来の昇圧回路の全体のブロック図
【図１８】  従来の流量計測装置の全体のブロック図
【符号の説明】
１  電源
６  負荷
２２  昇圧手段
２３  制御手段
３１  流路
３２  第１の振動子
３３  第２の振動子
３６  切換え手段
３７  繰返し手段
３８  遅延手段
３９  計時手段
４０  流量演算手段
４２  通信手段
４４  経年変化調整手段
４５  温度変化調整手段
４６  記憶媒体
【図１】
0003695432.tif 000002
【図２】
0003695432.tif 000003
【図３】
0003695432.tif 000004
【図４】
0003695432.tif 000005
【図５】
0003695432.tif 000006
【図６】
0003695432.tif 000007
【図７】
0003695432.tif 000008
【図８】
0003695432.tif 000009
【図９】
0003695432.tif 000010
【図１０】
0003695432.tif 000011
【図１１】
0003695432.tif 000012
【図１２】
0003695432.tif 000013
【図１３】
0003695432.tif 000014
【図１４】
0003695432.tif 000015
【図１５】
0003695432.tif 000016
【図１６】
0003695432.tif 000017
【図１７】
0003695432.tif 000018
【図１８】
0003695432.tif 000019