(57)【要約】【課題】対をなす超音波送受信器の送受信を切り替える切替手段によって生じるクロストークを抑制する。【解決手段】第１超音波送受信器２Ａ及び第２超音波送受信器２Ｂと、第１超音波送受信器２Ａ又は第２超音波送受信器２Ｂを振動させるための送信信号を生成する送信回路３と、第１超音波送受信器２Ａ又は第２超音波送受信器２Ｂからの受信信号を検知する受信回路４と、第１超音波送受信器２Ａへの送信信号を増幅する第１送信増幅手段７Ａと、第１超音波送受信器２Ａからの受信信号を増幅する第１受信増幅手段８Ａと、第２超音波送受信器２Ｂへの送信信号を増幅する第２送信増幅手段７Ｂと、第２超音波送受信器２Ｂからの受信信号を増幅する第２受信増幅手段８Ｂとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体が流れる流路に離間して配置された対をなす第１超音波送受信器及び第２超音波送受信器と、
前記第１超音波送受信器又は前記第２超音波送受信器の一方を駆動させるための送信信号を生成する送信回路と、
前記第１超音波送受信器又は前記第２超音波送受信器の他方からの受信信号を検知する受信回路と、
前記送信回路からの送信信号を前記第１超音波送受信器に出力するか、前記第１超音波送受信器からの受信信号を前記受信回路に出力するかを切り替える第１送受信切替手段と、
前記第１送受信切替手段とは別に設けられ、前記送信回路からの送信信号を前記第２超音波送受信器に出力するか、前記第２超音波送受信器からの受信信号を前記受信回路に出力するかを切り替える第２送受信切替手段と、
前記第１超音波送受信器への送信信号を増幅する第１送信増幅手段と、
前記第１超音波送受信器からの受信信号を増幅する第１受信増幅手段と、
前記第１送信増幅手段とは別に設けられ、前記第２超音波送受信器への送信信号を増幅する第２送信増幅手段と、
前記第１受信増幅手段とは別に設けられ、前記第２超音波送受信器からの受信信号を増幅する第２受信増幅手段とを備える超音波流量計。
【請求項２】
前記送信回路から出力される送信信号の経路を、前記第１送受信切替手段側と前記第２送受信切替手段側との間で切り替える送信信号切替手段と、
前記受信回路により検知される受信信号の経路を、前記第１送受信切替手段側と前記第２送受信切替手段側との間で切り替える受信信号切替手段とをさらに備える請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記対をなす第１超音波送受信器及び第２超音波送受信器が、複数組設けられている請求項１又は２記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記複数組の第１超音波送受信器及び前記第２超音波送受信器において、互いに対とならない複数の超音波送受信器において、前記第１送信増幅手段及び前記第１受信増幅手段、又は、前記第２送信増幅手段及び前記第２受信増幅手段が兼用されている請求項３記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記第１送受信切替手段と前記第２送受信切替手段との間にシールド部材が設けられている請求項１乃至４の何れかに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、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としては、特許文献１に示すように、対をなす第１超音波送受信器及び第２超音波送受信器と、それらの超音波送受信器に送信信号を出力する送信回路と、前記超音波送受信器からの受信信号を検知する受信回路と、前記第１超音波送受信器及び前記第２超音波送受信器の送受信を切り替える切替手段とを有している。
【０００３】
そして、切替手段としては、図６に示すように、送信回路からの送信信号を第１超音波送受信器に出力するか否かを切り替える切替スイッチＳＷ１と、前記送信信号を第２超音波送受信器に出力するか否かを切り替える切替スイッチＳＷ３と、第１超音波送受信器からの受信信号を受信回路に出力するか否かを切り替える切替スイッチＳＷ２と、第２超音波送受信器からの受信信号を受信回路に出力するか否かを切り替える切替スイッチＳＷ４とを有している。
【０００４】
しかしながら、上記構成の切替手段によって、第１超音波送受信器に送信信号を出力して当該第１超音波送受信器を送信側とし、第２超音波送受信器を受信側とした場合、送信回路からの送信信号が、遮断されている切替スイッチＳＷ３を介して第２超音波送受信器に伝わってしまい（クロストークの問題）、第２超音波送受信器が、前記第１超音波送受信器からの超音波振動を受信する前に、不要に振動してしまうという問題がある。そうすると、第２超音波送受信器により受信された超音波振動の受信信号の波形に前記不要振動による波形が重畳してしまう。また、送信と受信を逆にした場合も同様に、第１超音波送受信器により受信された超音波振動の受信波形に前記不要振動による波形が重畳してしまう。これらにより、超音波振動の伝搬時間や伝搬時間差の測定に誤差が生じてしまい、流量を精度よく測定することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、第１超音波送受信器及び第２超音波送受信器の送受信を切り替える切替手段において生じるクロストーク及びクロストークによる不要振動を低減することをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る超音波流量計は、被測定流体が流れる流路に離間して配置された対をなす第１超音波送受信器及び第２超音波送受信器と、前記第１超音波送受信器又は前記第２超音波送受信器の一方を駆動させるための送信信号を生成する送信回路と、前記第１超音波送受信器又は前記第２超音波送受信器の他方からの受信信号を検知する受信回路と、前記送信回路からの送信信号を前記第１超音波送受信器に出力するか、前記第１超音波送受信器からの受信信号を前記受信回路に出力するかを切り替える第１送受信切替手段と、前記第１送受信切替手段とは別に設けられ、前記送信回路からの送信信号を前記第２超音波送受信器に出力するか、前記第２超音波送受信器からの受信信号を前記受信回路に出力するかを切り替える第２送受信切替手段と、前記第１超音波送受信器への送信信号を増幅する第１送信増幅手段と、前記第１超音波送受信器からの受信信号を増幅する第１受信増幅手段と、前記第１送信増幅手段とは別に設けられ、前記第２超音波送受信器への送信信号を増幅する第２送信増幅手段と、前記第１受信増幅手段とは別に設けられ、前記第２超音波送受信器からの受信信号を増幅する第２受信増幅手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、第１超音波送受信器の送受信を切り替える第１送受信切替手段と、第２超音波送受信器の送受信を切り替える第２送受信切替手段とを別々に設け、前記第１送受信切替手段に対して第１送信増幅手段及び第１受信増幅手段を設け、前記第２送受信切替手段に対して第２送信増幅手段及び第２受信増幅手段を設けているので、第１超音波送受信器に送信信号を出力した場合であっても、当該送信信号が第２超音波送受信器に漏れてクロストーク及びクロストークによる不要振動が生じることを防ぐことができる。つまり、第１超音波送受信器及び第２超音波送受信器に対して送受信切替手段、送信増幅手段及び受信増幅手段を兼用せずに、各超音波送受信器に送受信切替手段、送信増幅手段及び受信増幅手段を設けているので、クロストーク及びクロストークによる不要振動を低減し、超音波振動の伝搬時間や伝搬時間差を精度良く計測することができ、流量を精度良く測定することができる。
【０００９】
前記送信回路から出力される送信信号の経路を、前記第１送受信切替手段側と前記第２送受信切替手段側との間で切り替える送信信号切替手段と、前記受信回路により検知される受信信号の経路を、前記第１送受信切替手段側と前記第２送受信切替手段側との間で切り替える受信信号切替手段とをさらに備える。
これならば、送信回路及び受信回路を、各超音波送受信器に設けることなく、第１超音波送受信器及び第２超音波送受信器で兼用することができるため、超音波流量計を小型化することができる。
【００１０】
前記対をなす第１超音波送受信器及び第２超音波送受信器が、複数組設けられていることが望ましい。
【００１１】
前記複数組の第１超音波送受信器及び前記第２超音波送受信器において、互いに対とならない複数の超音波送受信器において、前記第１送信増幅手段及び前記第１受信増幅手段、又は、前記第２送信増幅手段及び前記第２受信増幅手段が兼用されていることが望ましい。
これならば、互いに対とならない複数の超音波送受信器において、送信増幅手段及び受信増幅手段を兼用しているので、超音波流量計を小型化することができ、特に超音波送受信器が複数組設けられている場合により効果が顕著となる。
【００１２】
前記第１送受信切替手段と前記第２送受信切替手段との間にシールド部材が設けられていることが望ましい。
これならば、回路構成としてクロストーク及びクロストークによる不要振動を低減するだけでなく、空間を伝搬する送信信号によって生じるクロストーク及びクロストークによる不要振動も低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成した本発明によれば、第１超音波送受信器及び第２超音波送受信器の送受信を切り替える切替手段において生じるクロストーク及びクロストークによる不要振動を低減することができ、超音波振動の伝搬時間や伝搬時間差を精度良く計測することができ、流量を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の超音波流量計における超音波送受信器の配置を示す模式図。
【図２】同実施形態の超音波流量計の回路構成を示す模式図。
【図３】同実施形態の超音波流量計の要部を模式的に示す回路構成図。
【図４】従来例の受信信号の波形及び本発明の受信信号の波形を示す模式図。
【図５】変形実施形態の超音波流量計の模式図。
【図６】従来の超音波流量計を模式的に示す回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明に係る超音波流量計について図面を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態の超音波流量計１００は、例えばエンジン等から排出される排ガス等の測定対象ガス中に含まれる成分分析を行うためのガス分析システムに用いられるものであり、前記測定対象ガスが流れるガス流通管ＲＨに設けられて、当該ガス流通管ＲＨの流路Ｒを流れる測定対象ガスの流量を測定するものである。
【００１７】
具体的にこの超音波流量計１００は、図１の（Ａ）に示すように、前記ガス流通管ＲＨの流路Ｒにおいて斜め向かいに配置された対をなす第１超音波送受信器２Ａ及び第２超音波送受信器２Ｂを複数組有している。本実施形態では、第１超音波送受信器２Ａが上流側に設けられ、第２超音波送受信器２Ｂが下流側に設けられている。また、図１の（Ｂ）に示すように、複数の超音波送受信器組２Ｕにおいて、複数の第１超音波送受信器２Ａが流路方向において同一位置に設けられ、複数の第２超音波送受信器２Ｂが流路方向において同一位置に設けられるとともに、複数の超音波送受信器組２Ｕは、流路方向に直交する断面視において、流路方向に直交する方向に等間隔に配置されている。なお、図１の（Ａ）において、超音波送受信器２Ａ、２Ｂは、ガス流路管ＲＨの管壁内面から内部に突き出して配置されているが、配置位置はこれに限られることなく、管壁内面と面一又は管壁内面よりも外側に配置されても良い。また、図１の（Ｂ）において、超音波送受信器２Ａ、２Ｂは、ガス流路管ＲＨの上下に配置されているが、これに限られることなく、斜めに配置されても良いし、横に配置されても良い。
【００１８】
ここで、ガス分析システムに用いられる超音波流量計１００は、測定対象が気体であるため、液体又は固体を測定するものに比べて、伝搬効率が低下する。超音波送受信器と超音波を伝搬する気体の音響インピーダンスに大きな差があるため、インピーダンス整合が取れず境界面での反射が多くなるためである。電気を超音波に変換する駆動効率が低いと外乱（測定用以外の超音波の影響等）を受け易く、超音波を電気に変換する受信効率が低くても外乱（電気的なノイズ等）を受け易くＳ／Ｎが低下する。このため、本実施形態における超音波送受信器２Ａ、２Ｂの圧電素子に駆動効率・受信効率の高い電気機械結合係数の大きい圧電素子を用いて伝搬効率低下分を相殺するように構成している。しかし、電気機械結合係数の大きいものは、振動が収束し難い傾向があり、クロストークによる不要振動の影響を受け易い。
【００１９】
そして、この超音波流量計１００は、図２及び図３に示すように、第１超音波送受信器２Ａ又は第２超音波送受信器２Ｂの一方を駆動させるための送信信号を生成する送信回路３と、第１超音波送受信器２Ａ又は第２超音波送受信器２Ｂの他方からの受信信号を検知する受信回路４と、前記送信回路３に送信制御信号を入力する送信制御部５１と、前記受信回路４に受信制御信号を出力するとともに、前記受信回路４からの受信信号を取得する受信制御部５２とを備えている。
【００２０】
送信回路３は、前記送信制御部５１からの送信制御信号を取得して、超音波パルスの基準となる基準波を生成する超音波パルス発生回路である。なお、基準波としては、例えば±１Ｖのパルス電圧である。
【００２１】
受信回路４は、受信側の超音波送受信器２Ａ、２Ｂが受信した超音波パルスにより生じる受信信号を受信してアナログ信号を受信制御部５２に出力するものである。
【００２２】
この超音波流量計１００における流速Ｖ及び流量Ｑの算出は、前記送信回路３からの送信信号の送信タイミング及び前記受信回路４による受信信号の受信タイミングを用いて、後述する制御機器５により演算される。具体的に制御機器５は、一方の超音波送受信器２Ａ又は２Ｂから超音波パルスが出力してから、前記一方の超音波送受信器２Ａ又は２Ｂと対をなす他方の超音波送受信器２Ａ又は２Ｂで前記超音波パルスが受信するまでの時間Ｔを、それら超音波送受信器２Ａ、２Ｂの送受信を切り替えつつ、それぞれ計測して、以下の式により求める。
なお、以下の式において、θは、各超音波送受信器２Ａ、２Ｂを結ぶ超音波伝搬軸と流路Ｒとのなす角度であり、Ｌは、超音波送受信器２Ａ、２Ｂの間の伝搬路長さであり、Ｔ１は、上流側の超音波送受信器２Ａから下流側の超音波送受信器２Ｂへの伝搬時間であり、Ｔ２は、下流側の超音波送受信器２Ｂから上流側の超音波送受信器２Ａへの伝搬時間であり、Ａは、前記ガス流通管ＲＨの流路断面積である。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
しかして、この超音波流量計１００は、第１超音波送受信器２Ａの送受信を切り替える第１送受信切替手段６Ａと、第２超音波受信器の送受信を切り替える第２送受信切替手段６Ｂとを備えており、第１送受信切替手段６Ａには、第１超音波送受信器２Ａへの送信信号を増幅する第１送信増幅手段７Ａと、第１超音波送受信器２Ａからの受信信号を増幅する第１受信増幅手段８Ａとが対応して設けられており、第２送受信切替手段６Ｂには、第２超音波送受信器２Ｂへの送信信号を増幅する第２送信増幅手段７Ｂと、第２超音波送受信器２Ｂからの受信信号を増幅する第２受信増幅手段８Ｂとが対応して設けられている。
【００２５】
第１送信増幅手段７Ａ及び第２送信増幅手段７Ｂは、前記送信回路３により生成された送信信号（基準波）を増幅する増幅器である。本実施形態では、送信回路３により生成された±１Ｖのパルス電圧を±１００Ｖの送信信号に増幅するように構成されている。また、第１受信増幅手段８Ａ及び第２受信増幅手段８Ｂは、第１超音波送受信器２Ａ又は第２超音波送受信器２Ｂからの受信信号を増幅する増幅器である。さらに、各送信増幅手段７Ａ、７Ｂ及び各受信増幅手段８Ａ、８Ｂは、送信経路及び受信経路において、各送受信切替手段６Ａ、６Ｂに対して送信回路３側及び受信回路４側に設けられている。
【００２６】
これら第１送信増幅手段７Ａ及び前記第１受信増幅手段８Ａと、前記第２送信増幅手段７Ｂ及び前記第２受信増幅手段８Ｂとは、複数の超音波送受信器組２Ｕにおいて、互いに対とならない複数の超音波送受信器２Ａ、２Ｂで兼用されている。本実施形態では、複数の超音波送受信器組２Ｕにおいて、複数の第１超音波送受信器２Ａが１つの第１送信増幅手段７Ａ及び１つの第１受信増幅手段８Ａを兼用し、複数の第２超音波送受信器２Ｂが１つの第２送信増幅手段７Ｂ及び１つの第２受信増幅手段８Ｂを兼用している。なお、互いに対とならない超音波送受信器２Ａ又は２Ｂであれば、第１超音波送受信器２Ａと第２超音波送受信器２Ｂとが、送信増幅手段及び受信増幅手段を兼用するものであっても良い。
【００２７】
このように、互いに対とならない複数の超音波送受信器、本実施形態では複数の第１超音波送受信器２Ａで１つの第１送信増幅手段７Ａ及び１つの第１受信増幅手段８Ａを兼用し、複数の第２超音波送受信器２Ｂで１つの第２送信増幅手段７Ｂ及び１つの第２受信増幅手段８Ｂを兼用して、対をなす第１超音波送受信器２Ａと第２超音波送受信器２Ｂとで送信増幅手段及び受信増幅手段を異ならせているので、一方の超音波送受信器から送信信号を出力した場合に、それと対をなす他方の超音波送受信器に生じるクロストーク及びクロストークによる不要振動を解消できる。
【００２８】
また、複数の第１超音波送受信器２Ａが１つの第１送信増幅手段７Ａ及び１つの第１受信増幅手段８Ａを兼用し、複数の第２超音波送受信器２Ｂが１つの第２送信増幅手段７Ｂ及び１つの第２受信増幅手段８Ｂを兼用しているため、第１送信増幅手段７Ａを兼用している複数の第１超音波送受信器２Ａ同士（図２の「第１送受信器１」〜「第１送受信器Ｎ」）、第２送信増幅手段７Ｂを兼用している複数の第２超音波送受信器２Ｂ同士（図２の「第２送受信器１」〜「第２送受信器Ｎ」）でクロストーク及びクロストークによる不要振動が発生し得る。ここで、複数の第１超音波送受信器２Ａ又は複数の第２超音波送受信器２Ｂによる送信信号（超音波パルス）の送信タイミングを、所定の時間間隔を置いた送信タイミングとすることで、第１送受信切替手段６Ａ又は第２送受信切替手段６Ｂにより生じるクロストークによる不要振動の影響を小さくすることができる。例えば「第１送受信器１」→「第１送受信器２」→、・・・、→「第１送受信器Ｎ」の順番で送信信号を出力する場合において、「第１送受信器１」から送信信号を出力すると、「第１送受信器２」等にクロストークによる不要振動が発生するが、その「第１送受信器２」から送信信号を出力するタイミングを、前記不要振動が伝搬時間の計測に影響を与えない程度に減衰する時間間隔を置いた後にすれば、「第１送受信器２」を用いた伝搬時間の計測に与えるクロストークによる不要振動の影響を小さくすることができる。このように送信増幅手段及び受信増幅手段を兼用しても、それらを兼用することにより生じるクロストーク及びクロストークによる不要振動が、伝搬時間の計測に与える影響は小さくすることができる。なお、対をなす第１超音波送受信器２Ａ及び第２超音波送受信器２Ｂ間でのクロストーク及びクロストークによる不要振動が低減されるため「第１送受信器１」→「第２送受信器１」→「第１送受信器２」→「第２送受信器２」→、・・・といった順番で送信タイミングを設定しても良いし、「第１送受信器１」→「第２送受信器２」→「第１送受信器２」→「第２送受信器１」→、・・・等の順番で送信タイミングを設定しても良い。
【００２９】
第１送受信切替手段６Ａは、前記送信回路３からの送信信号を第１超音波送受信器２Ａに出力するか、又は前記第１超音波送受信器２Ａからの受信信号を前記受信回路４に出力するかを切り替える開閉スイッチを有するものである。具体的に第１送受信切替手段６Ａは、図３に示すように、前記第１送信増幅手段７Ａと第１超音波送受信器２Ａとの送信経路を開閉する送信側開閉スイッチＳｘ１と、前記第１受信増幅手段８Ａと第１超音波送受信器２Ａとの受信経路を開閉する受信側開閉スイッチＳｘ２とを有する。なお、これらの開閉スイッチＳｘ１、Ｓｘ２は、後述する切替制御部５３によって制御される。
【００３０】
本実施形態では、複数の超音波送受信器組２Ｕを有するため、第１送受信切替手段６Ａにおける送信側開閉スイッチＳｘ１が複数設けられ、前記第１送信増幅手段７Ａと複数の第１超音波送受信器２Ａのうち何れか１つとの送信経路を繋ぎ、又は、後述する第２送受信切替手段６Ｂの送信側開閉スイッチＳｙ１により繋がれた第２超音波送受信器２Ｂに対応する第１超音波送受信器２Ａと前記第１受信増幅手段８Ａの受信経路を繋ぐ。
【００３１】
第２送受信切替手段６Ｂは、前記第１送受信切替手段６Ａとは別に設けられており、前記送信回路３からの送信信号を前記第２超音波送受信器２Ｂに出力するか、又は前記第２超音波送受信器２Ｂからの受信信号を前記受信回路４に出力するかを切り替える開閉スイッチを有するものである。具体的に第２送受信切替手段６Ｂは、図３に示すように、前記第２送信増幅手段７Ｂと第２超音波送受信器２Ｂとの送信経路を開閉する送信側開閉スイッチＳｙ１と、前記第２受信側増幅手段８Ｂと第２超音波送受信器２Ｂとの受信経路を開閉する受信側開閉スイッチＳｙ２とを有する。なお、これらの開閉スイッチＳｙ１、Ｓｙ２は、後述する切替制御部５３によって制御される。
【００３２】
本実施形態では、複数の超音波送受信器組２Ｕを有するため、第２送受信切替手段６Ｂにおける送信側開閉スイッチＳｙ１が複数設けられ、前記第２送信増幅手段７Ｂと複数の第２超音波送受信器２Ｂのうち何れか１つとの送信経路を繋ぎ、又は、前記第１送受信切替手段６Ａの送信側開閉スイッチＳｘ１により繋がれた第１超音波送受信器２Ａに対応する第２超音波送受信器２Ｂと前記第２受信増幅手段８Ｂの受信経路を繋ぐ。
【００３３】
前記切替制御部５３は、前記送信制御部５１及び前記受信制御部５２とともに、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、メモリ、入出力インターフェイス、ＡＤ変換器等からなる専用乃至汎用の制御機器５から構成されている。そして、この切替制御部５３は、所定の測定シーケンスに基づいて、超音波送受信器組２Ｕを順次切り替えるとともに、各超音波送受信器組２Ｕにおける第１超音波送受信器２Ａ及び第２超音波送受信器２Ｂの送受信を切り替えるものである。
【００３４】
例えば、切替制御部５３は、第１送受信切替手段６Ａを制御して、「第Ｎ組目の第１超音波送受信器２Ａ」を選択し、当該「第Ｎ組目の第１超音波送受信器２Ａを「送信側」」に切り替えた場合には、第２送受信切替手段６Ｂを制御して、前記第１送受信切替手段６Ａにより選択された第１超音波送受信器２Ａに対応する「第Ｎ組目の第２超音波送受信器２Ｂ」を選択し、当該「第Ｎ組目の第２超音波送受信器２Ｂを「受信側」」に切り替える。また、切替制御部５３は、第２送受信切替手段６Ｂを制御して、「第Ｎ組目の第２超音波送受信器２Ｂ」を選択し、当該「第Ｎ組目の第２超音波送受信器２Ｂを「送信側」」に切り替えた場合には、第１送受信切替手段６Ａを制御して、前記第２送受信切替手段６Ｂにより選択された第２超音波送受信器２Ｂに対応する「第Ｎ組目の第１超音波送受信器２Ａ」を選択し、当該「第Ｎ組目の第１超音波送受信器２Ａを「受信側」」に切り替える。
【００３５】
また、送信経路における送信回路３と前記第１送信増幅手段７Ａ及び第２送信増幅手段７Ｂとの間には、前記送信回路３から出力される送信信号を前記第１送受信切替手段６Ａ側と前記第２送受信切替手段６Ｂ側との間で切り替える送信信号切替手段９が設けられている。この送信信号切替手段９によって、複数の超音波送受信器組２Ｕにおける第１超音波送受信器２Ａへの送信経路と、第２超音波送受信器２Ｂへの送信経路とが分離される構成とされている。
【００３６】
この送信信号切替手段９は、図３に示すように、前記送信回路３からの送信信号を出力する増幅手段を第１送信増幅手段７Ａ又は第２送信増幅手段７Ｂに切り替える開閉スイッチを有するものである。具体的に送信信号切替手段９は、送信回路３と第１送信増幅手段７Ａとの送信経路を開閉する第１送信開閉スイッチＳｍ１と、送信回路３と第２送信増幅手段７Ｂとの送信経路を開閉する第２送信開閉スイッチＳｍ２とを有する。
【００３７】
なお、これらの開閉スイッチＳｍ１、Ｓｍ２は、前記切替制御部５３によって制御される。具体的に切替制御部５３は、前記第１送受信切替手段６Ａを制御して「第Ｎ組目の第１超音波送受信器２Ａを「送信側」」に切り替える場合に、送信信号切替手段９を制御して、送信回路３と第１送信増幅手段７Ａとの送信経路を繋げる。一方、切替制御部５３は、前記第２送受信切替手段６Ｂを制御して「第Ｎ組目の第２超音波送受信器２Ｂを「送信側」」に切り替える場合に、送信信号切替手段９を制御して、送信回路３と第２送信増幅手段７Ｂとの送信経路を繋げる。
【００３８】
さらに、受信経路における受信回路４と前記第１受信増幅手段８Ａ及び第２受信増幅手段８Ｂとの間には、前記受信回路４により検知される受信信号を、前記第１送受信切替手段６Ａ側と前記第２送受信切替手段６Ｂ側との間で切り替える受信信号切替手段１０が設けられている。この受信信号切替手段１０によって、複数の超音波送受信器組２Ｕにおける第１超音波送受信器２Ａからの受信経路と、第２超音波送受信器２Ｂからの受信経路とが分離される構成とされている。
【００３９】
この受信信号切替手段１０は、図３に示すように、前記受信回路４により検知される受信信号を出力する増幅手段を第１受信増幅手段８Ａ又は第２受信増幅手段８Ｂに切り替える開閉スイッチを有するものである。具体的に受信信号切替手段１０は、第１受信増幅手段８Ａと受信回路４との受信経路を開閉する第１受信開閉スイッチＳｎ１と、第２受信増幅手段８Ｂと受信回路４との受信経路を開閉する第２受信開閉スイッチＳｎ２とを有する。
【００４０】
なお、これらの開閉スイッチＳｎ１、Ｓｎ２は、前記切替制御部５３によって制御される。具体的に切替制御部５３は、前記第１送受信切替手段６Ａを制御して「第Ｎ組目の第１超音波送受信器２Ａを「受信側」」に切り替える場合に、受信信号切替手段１０を制御して、第１受信増幅手段８Ａと受信回路４との受信経路を繋げる。一方、切替制御部５３は、前記第２送受信切替手段６Ｂを制御して「第Ｎ組目の第２超音波送受信器２Ｂを「受信側」」に切り替える場合に、受信信号切替手段１０を制御して、第２受信増幅手段８Ｂと受信回路４との受信経路を繋げる。
【００４１】
その上本実施形態の超音波流量計１００においては、第１送受信切替手段６Ａ、第１送信増幅手段７Ａ及び第１受信増幅手段８Ａと、第２送受信切替手段６Ｂ、第２送信増幅手段７Ｂ及び第２受信増幅手段８Ｂとが物理的に別々に設けられており、その間の空間に例えば金属板等からなるシールド部材１１が設けられている。このシールド部材１１によって、空間を伝搬する送信信号によって生じるクロストーク及びクロストークによる不要振動を低減することができる。
【００４２】
このように構成した本実施形態に係る超音波流量計１００によれば、第１超音波送受信器２Ａ及び第２超音波送受信器２Ｂに対して送受信切替手段、送信増幅手段及び受信増幅手段を兼用せずに、第１超音波送受信器２Ａ及び第２超音波送受信器２Ｂ毎に送受信切替手段６Ａ、６Ｂ、送信増幅手段７Ａ、７Ｂ及び受信増幅手段８Ａ、８Ｂを設けているので、図４に示すように、第１超音波送受信器２Ａに送信信号を出力した場合であっても、当該送信信号が第２超音波送受信器２Ｂに漏れて生じるクロストーク及びクロストークによる不要振動を低減することができ、超音波パルスの伝搬時間Ｔ１、Ｔ２を精度良く計測して流量Ｑを精度良く測定することができる。特に、超音波流量計１００が、測定対象ガスの流量を測定するものにおいて、圧電素子に電気機械結合係数が大きいものを用いた場合において、クロストーク及びクロストークによる不要振動の低減の効果を一層顕著にすることができる。
【００４３】
また、複数組の第１超音波送受信器２Ａ及び第２超音波送受信器２Ｂを有するものにおいて、第１送受信切替手段６Ａが複数の第１超音波送受信器２Ａのうち送受信を行う第１超音波送受信器２Ａを切り替えるものであり、第２送受信切替手段６Ｂ、複数の第２超音波送受信器２Ｂのうち送受信を行う第２超音波送受信器２Ｂを切り替えるものであるので、複数の第１超音波送受信器２Ａにおいて第１送信増幅手段７Ａ及び第１受信増幅手段８Ａを兼用することができ、複数の第２超音波送受信器２Ｂにおいて第２送信増幅手段７Ｂ及び第２受信増幅手段８Ｂを兼用することができる。これらによって、超音波流量計１００を小型化することができる。
【００４４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では、複数の第１超音波送受信器２Ａにおいて第１送受信切替手段６Ａ、第１送信増幅手段７Ａ及び第１受信増幅手段８Ａが兼用とされ、複数の第２超音波送受信器２Ｂにおいて第２送受信切替手段６Ｂ、第２送信増幅手段７Ｂ及び第２受信増幅手段８Ｂが兼用とされているが、図５に示すように、各第１超音波送受信器２Ａ毎に第１送受信切替手段６Ａ、第１送信増幅手段７Ａ及び第１受信増幅手段８Ａを設け、各第２超音波送受信器２Ｂ毎に第２送受信切替手段６Ｂ、第２送信増幅手段７Ｂ及び第２受信増幅手段８Ｂを設けたものであっても良い。
【００４５】
また、複数の第１超音波送受信器２Ａにおいて第１送受信切替手段６Ａを兼用とし、各第１超音波送受信器２Ａ毎に第１送信増幅手段７Ａ及び第１受信増幅手段８Ａを設け、複数の第２超音波送受信器２Ｂにおいて第２送受信切替手段６Ｂを兼用とし、各第２超音波送受信器２Ｂ毎に第２送信増幅手段７Ｂ及び第２受信増幅手段８Ｂを設けたものであっても良い。
【００４６】
なお、第１送受信切替手段６Ａの開閉スイッチＳｘ１、Ｓｘ２、第２送受信切替手段６Ｂの開閉スイッチＳｙ１、Ｓｙ２等において、更にクロストークやクロストークによる不要振動を低減させるべく、リードリレーやフォトモスリレー等を用いたＴ型スイッチ等の絶縁回路を用いても良い。
【００４７】
さらに、信信号切替手段９の開閉スイッチＳｍ１、Ｓｍ２等において、スイッチＯＦＦ時に増幅器の入力をショートさせる絶縁回路を用いることで、更にクロストークやクロストークによる不要振動の低減が可能となる。
【００４８】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４９】
１００・・・超音波流量計
Ｒ    ・・・流路
２Ｕ  ・・・超音波送受信器組
２Ａ  ・・・第１超音波送受信器
２Ｂ  ・・・第２超音波送受信器
３    ・・・送信回路
４    ・・・受信回路
５    ・・・制御機器
５１  ・・・送信制御部
５２  ・・・受信制御部
５３  ・・・切替制御部
６Ａ  ・・・第１送受信切替手段
６Ｂ  ・・・第２送受信切替手段
７Ａ  ・・・第１送信増幅手段
７Ｂ  ・・・第２送信増幅手段
８Ａ  ・・・第１受信増幅手段
８Ｂ  ・・・第２受信増幅手段
９    ・・・送信信号切替手段
１０  ・・・受信信号切替手段
１１  ・・・シールド部材
【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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