(57)【要約】  測定装置１００は、配管９９に設けられたセンサ１１及び１２を用いて配管内を流れる媒質９８中に測定波を伝搬させて受信する測定ユニット１０、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部２１、及び受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する特定部２２を備える。特定部が、トリガ検出部により検出されるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて測定波の受信タイミングを特定することで、順方向及び逆方向信号において対応するピーク波形についてトリガ検出するよう前後のピーク波形とピーク値の差の大きい時間軸上で前側のピーク波形についてトリガを検出し、ゼロクロス点の位置を高精度で検出するよう時間軸上で後側のＳＮ比の高いピーク波形についてゼロクロス点を検出することができる。
2017134828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する特定部と、
を備える測定装置。
【請求項２】
前記特定部は、前記受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期より後の周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記特定部は、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分のゼロクロス点を検出し、
検出されたゼロクロス点に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する
請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定ユニットは、前記媒質に対して２つの測定波を互いに逆方向に伝搬させて受信し、
当該測定装置は、前記２つの測定波のそれぞれの受信タイミングに基づいて、前記媒質の流速を算出する流速算出部を更に備える
請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記流速算出部は、
前記２つの測定波のそれぞれの受信タイミングに基づいて、前記２つの測定波を互いに逆方向に伝搬させた場合の伝搬時間差を算出し、
前記伝搬時間差に基づいて、前記媒質の流速を算出する
請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記２以上の測定波のそれぞれにおける、前記トリガレベルを超えてから何周期後の波形部分を用いて受信タイミングを特定するかを、外部からの指定に応じて設定する設定部を更に備える請求項４または５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記特定部は、
前記２以上の測定波のうち一の測定波について、ピーク点に対して基準割合以上のピークを有する周期の波形部分のうち最先の周期の波形部分を選択し、
選択した波形部分に基づいて、前記一の測定波の受信タイミングを特定する
請求項４から６のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記測定ユニットは、流体である前記媒質に対して超音波の前記測定波を伝搬させて受信する請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項９】
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する段階と、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出する段階と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する段階と、
を備える測定方法。
【請求項１０】
測定装置により媒質が測定波を伝搬する伝搬時間を測定するための測定プログラムであって、
当該プログラムは、前記測定装置を、
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する特定部と、
して機能させる測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置、測定方法、及び測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波が媒質中を伝搬する時間（伝搬時間と呼ぶ）を媒質の流れの方向に超音波を伝搬させた場合と逆方向に伝播させた場合とのそれぞれについて測定することで、それらの結果の差分から媒質が流れる速度（すなわち、流速）、量（すなわち、流量）、或いはこれらに関係する量（流速等と総称する）を測定することができる。【０００３】
超音波を用いて流速等を測定する方法の１つに、トリガ法がある。トリガ法では、超音波を媒質中に伝播させて受信し、受信信号の中からトリガレベルを超える信号成分を検出（すなわち、トリガを検出）して受信波を捉え、受信波に含まれる１以上のピーク波形のなかからトリガレベルを超えるピーク波形を特定してそのゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点の時間軸上の位置から伝搬時間を決定する。【０００４】
ゼロクロス点の検出について、例えば特許文献１に記載の超音波式流量測定装置は、受信波に含まれる複数のピーク波形のピーク値を時間軸上を遡って順次検出するとともにノイズレベルと比較し、ノイズレベルを最初に下回るピーク波形を特定して、そのピーク波形とその直前のピーク波形との間のゼロクロス点を検出する。また、特許文献２に記載の超音波流量計は、受信波を検知するための基準レベルを一定の関係で複数用意し、受信波に含まれる複数のピーク波形のうちのあるピーク波形が、その直前のピーク波形が超えていない基準レベルのうち小さい方から一定数の基準レベルのすべてを超えた場合に、そのピーク波形のゼロクロス点を検出する。つまり、従来の方法においては、トリガが検出されたピーク波形からゼロクロス点が検出されている。
特許文献１  特開２００８−１４７７１号公報
特許文献２  特開２００６−３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
超音波の伝搬時間の差分を正確に得るには、超音波を媒質の流れの方向及び逆方向に伝搬させてそれぞれ得た受信波において、対応するピーク波形についてトリガが検出されなければならない。また、ゼロクロス点の位置を高精度で検出するためには、ノイズに対してピーク値の大きい（すなわち、ＳＮ比の高い）ピーク波形についてゼロクロス点を検出しなければならない。しかし、トリガが検出されるべきピーク波形とＳＮ比の高いピーク波形とは必ずしも一致しない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様においては、媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する特定部と、を備える測定装置が提供される。【０００７】
本発明の第２の態様においては、媒質に対して測定波を伝搬させて受信する段階と、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出する段階と、受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する段階と、を備える測定方法が提供される。【０００８】
本発明の第３の態様においては、測定装置により媒質が測定波を伝搬する伝搬時間を測定するための測定プログラムであって、プログラムは、測定装置を、媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する特定部と、して機能させる測定プログラムが提供される。【０００９】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る測定装置の構成を示す。
【図２】本実施形態に係る測定方法のフローを示す。
【図３】送信波の波形の一例を示す。
【図４】受信波の波形の一例を示す。
【図５】本実施形態に係るコンピュータのハードウェア構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る測定装置１００の構成を示す。測定装置１００は、測定波が媒質９８中を伝搬する時間（すなわち、伝搬時間）を測定することで媒質９８が配管９９内を流れる流速等を測定する装置であり、高精度で流速等を測定することを目的とする。なお、媒質９８は、水などの液体であり、或いは空気などの気体でもよい。また、媒質９８は、配管９９内を図面下向き（白抜き矢印の方向）に流れ、この方向及び逆の方向をそれぞれ媒質の流れに対する順方向及び逆方向とする。測定装置１００は、測定ユニット１０及び演算部２０を備える。
【００１３】
測定ユニット１０は、配管９９内を流れる媒質９８中に測定波を伝搬させて受信するユニットである。測定波として、本実施形態では、超音波を使用する。測定ユニット１０は、センサ１１，１２、切替部１３、送信部１４、受信部１５、及び制御部１６を含む。
【００１４】
センサ１１及び１２は、超音波を送受信する送受信機である。センサ１１及び１２は、それぞれ、既設の配管９９の外表面の径方向の一側（すなわち、図面上下方向に延びる配管９９の左側）及び他側（すなわち、右側）に、ただし媒質９８の流れの方向の一側（すなわち、上流側）及び他側（すなわち、下流側）に位置をずらして固定されている。センサ１１及び１２は、送信部１４から送信される超音波を受けて配管９９内に出力し、また配管９９内の媒質９８中を伝搬する超音波を受けて受信部１５に出力する。
【００１５】
切替部１３は、センサ１１及び１２を送信部１４又は受信部１５に接続するユニットであり、４つの切り替えスイッチ１３ａ〜１３ｄを含む。切替部１３は、制御部１６から切替信号、例えばハイレベル信号（Ｈ信号）を受けて、スイッチ１３ａによりセンサ１１を送信部１４に接続するとともにスイッチ１３ｄによりセンサ１２を受信部１５に接続する。また、切替部１３は、制御部１６からローレベル信号（Ｌ信号）を受けて、スイッチ１３ｃによりセンサ１１を受信部１５に接続するとともにスイッチ１３ｂによりセンサ１２を送信部１４に接続する。
【００１６】
送信部１４は、超音波源（不図示）を有し、これを用いて制御部１６から駆動信号（例えばＯＮ信号）を受けて超音波を生成し、出力する。超音波源として、例えばＰＺＴ等の混合物を含む圧電素子を採用することができる。
【００１７】
受信部１５は、制御部１６から駆動信号（例えばＯＮ信号）を受けて超音波を受信し、受信した超音波の振幅に応じた強度の電圧信号を受信信号として出力する。なお、受信部１５は、増幅器（不図示）を有し、これを介して受信信号を増幅して出力することとしてもよい。
【００１８】
制御部１６は、切替部１３、送信部１４、及び受信部１５の動作を制御するユニットであり、切替信号（例えば、Ｈ信号及びＬ信号）を生成して切替部１３に送信するとともに、駆動信号（例えば、オン信号）を生成して送信部１４及び受信部１５に送信する。ここで、制御部１６は、切替信号及び駆動信号を同期して、例えばＨ信号及びＬ信号を一定周期で繰り返し生成するとともに、Ｈ信号及びＬ信号に同期してＯＮ信号を生成する。それにより、切替信号がＨ及び駆動信号がオンの場合、送信部１４から出力される超音波は、切替部１３のスイッチ１３ａを介してセンサ１１に送信され、センサ１１から配管９９内に出力され、配管９９内の媒質９８を順方向に伝搬してセンサ１２により受信され、スイッチ１３ｄを介して受信部１５により受信される。切替信号がＬ及び駆動信号がオンの場合、送信部１４から出力される超音波は、スイッチ１３ｂを介してセンサ１２に送信され、センサ１２から配管９９内に出力され、配管９９内の媒質９８を逆方向（すなわち、順方向に伝搬する場合と同じパスを逆方向）に伝搬してセンサ１１により受信され、スイッチ１３ｃを介して受信部１５により受信される。
【００１９】
演算部２０は、測定ユニット１０から出力される受信信号を処理して媒質９８の流速等を演算するユニットである。演算部２０は、ＡＤコンバータ２０ａ及び算出部２０ｂを含む。
【００２０】
ＡＤコンバータ２０ａは、測定ユニット１０の受信部１５に接続され、これから入力される受信信号（すなわち、電圧信号）をデジタル信号に変換する。それにより、受信信号は、時間に対して変化する信号波形を表すデジタル値のシーケンスとなる。
【００２１】
算出部２０ｂは、受信信号を演算処理して流速等を算出する。算出部２０ｂは、制御用プログラムを実行することにより、トリガ検出部２１、特定部２２、流速算出部２３、及び設定部２４を発現する。
【００２２】
トリガ検出部２１は、ＡＤコンバータ２０ａに接続され、これから入力される受信信号についてトリガを検出する、すなわち受信信号のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出する。それにより、トリガ検出部２１は、媒質中を伝搬してセンサ１１又は１２により受信された超音波（すなわち、受信波）の波形を捉え、これを出力する。なお、トリガ検出の詳細については後述する。
【００２３】
特定部２２は、トリガ検出部２１に接続され、これから入力される受信信号、すなわちトリガ検出されて波形が捉えられた受信波より、超音波の受信タイミングを特定する。本実施形態では、特定部２２は、受信波においてトリガレベルを超えた周期とは異なる周期、特に後の周期の波形部分（正の整数Ｎを用いてＮ周期後の波形部分とする）に基づいて、超音波の受信タイミングを特定し、その結果を出力する。なお、受信タイミングの特定の詳細については後述する。
【００２４】
流速算出部２３は、特定部２２に接続され、これから入力される超音波の受信タイミングに基づいて、媒質９８の流速等を算出し、その結果を外部出力する。ここで、流速算出部２３は、特定部２２により、媒質９８に対して超音波を順方向に伝搬させて受信した受信信号（順方向信号と呼ぶ）及び逆方向に伝搬させて受信した受信信号（逆方向信号とよぶ）についてそれぞれ特定された受信タイミングに基づいて、媒質９８の流速等を算出する。なお、流速等の算出の詳細については後述する。
【００２５】
なお、流速算出部２３は、各１つの順方向及び逆方向信号についてそれぞれ特定された受信タイミングに限らず、各２以上の順方向及び逆方向信号についてそれぞれ特定された受信タイミングに基づいて媒質９８の流速等を算出してもよい。係る場合、流速算出部２３は、各２以上の順方向及び逆方向信号を対応する各１つの順方向及び逆方向信号をそれぞれ含む複数の組、例えば連続して受信された各１つの順方向及び逆方向信号をそれぞれ含む複数の組に分け、複数の組のそれぞれについて受信タイミングの差分を算出し、それらの平均より媒質９８の流速等を算出してよい。或いは、流速算出部２３は、２以上の順方向信号に対して受信タイミングの平均を算出し、同様に２以上の逆方向信号に対して受信タイミングの平均を算出し、それらの差分より媒質９８の流速等を算出してよい。
【００２６】
設定部２４は、特定部２２に接続され、これに外部からの指定に応じて各種設定情報を送信するインターフェイスである。設定部２４は、例えば、１又は複数の受信信号のそれぞれについてトリガレベルを超えてから何周期後の波形部分を用いて受信タイミングを特定するかを表す情報である整数Ｎを特定部２２に送信する。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る測定装置１００を用いた測定方法のフローを示す。
【００２８】
ステップＳ１では、測定ユニット１０により、配管９９を流れる媒質９８に超音波を伝搬させて受信する。ここで、測定ユニット１０の送信部１４により生成される超音波、すなわち送信波の波形の一例を、図３に示す。送信波は、正の振幅を有する矩形パルスを一定周期（例えば、数１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）で１又は複数回（本実施形態では３回とする）繰り返す波形を有する。
【００２９】
測定ユニット１０は、制御部１６が生成する切替信号による切替部１３の切替並びに駆動信号による送信部１４及び受信部１５の駆動の２つの前述の動作を例えば１〜５ミリ秒の間隔で繰り返す。それにより、超音波を、繰り返し、センサ１１から配管９９内の媒質９８中を順方向に伝搬させてセンサ１２により受信して順方向信号を得るとともにセンサ１２から配管９９内の媒質９８中を逆方向（すなわち、順方向に伝搬する場合と同じパスを逆方向）に伝搬させてセンサ１１により受信して逆方向信号を得る。
【００３０】
ここで、図３に示される波形の送信波の送信に対して受信部１５により受信される超音波、すなわち受信波の波形の一例を図４に示す。送信部１４により生成された送信波が測定ユニット１０内の素子において反射することで、また配管９９内で散乱することで、受信波は、送信波における矩形パルスの発生周期に等しい周期で繰り返し、より長い周期でエンベロープを増大及び減少する複数のピーク波形を含む。ここで、ピーク波形の数は送信波における矩形パルスの数（本例では３）より多く、９つのピーク波形が観測される。なお、１つのピーク波形は、正の振幅を有する山形の単位波形（すなわち、１つの極大値を有する単位波形）と負の振幅を有する谷形の単位波形（すなわち、１つの極小値を有する単位波形）とのセットを含むものとしたが、特に断らない限り正の振幅を有する単位波形のみを扱うものとする。各ピーク波形は第１波から第５波まで順に最大振幅を増大し、第５波から第９波まで順に最大振幅を減少する。
【００３１】
最大振幅を順に増大する第１波から第５波のピーク波形において、連続する２つ（第ｉ波及び第ｊ波）のピーク波形の最大振幅の値（すなわち、ピーク値）の差ｄｉｊについて関係ｄ１２＞ｄ２３＞ｄ３４＞ｄ４５が成立する。つまり、受信波に含まれる複数のピーク波形のうち、時間軸上で前側のピーク波形ほど前後のピーク波形とのピーク値の差が大きい。ただし、ＳＮ比は前側のピーク波形ほど低い。
【００３２】
受信部１５により受信される受信信号（順方向及び逆方向信号）は順次、演算部２０に送信され、ＡＤコンバータ２０ａを介してトリガ検出部２１に送信される。
【００３３】
ステップＳ２では、演算部２０のトリガ検出部２１により、受信信号のそれぞれについてトリガを検出する。
【００３４】
まず、トリガ検出部２１は、受信信号のそれぞれについて、センサ１１又は１２により超音波を送信した時刻０を基準に取り込み範囲（いわゆるウィンドウ）を時間軸を正方向に移動する。取り込み範囲の移動量は、例えば媒質９８中における超音波の典型的な伝搬時間の程度である。それにより、受信信号において、媒質中を伝搬してセンサ１１又は１２により受信された超音波、すなわち受信波の全体（図４に示される波形の受信波における第１波から第９波のピーク波形）が捉えられる。
【００３５】
次に、トリガ検出部２１は、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形のピーク値から最大のピーク値（図４における点ｅの値）を検出し、その値に予め定められた（例えば、設定部２４から入力された）レートを乗算してトリガレベルＬＴを決定する。
【００３６】
最後に、トリガ検出部２１は、受信波の振幅がトリガレベルＬＴ（図４において一点鎖線を用いて示される）を最初に超える位置（図４における点ｃの位置であり、これをトリガ位置と呼ぶ）を検出し、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形からトリガ位置を含むピーク波形（図４の例では第２波のピーク波形）を特定する。
【００３７】
トリガは、順方向及び逆方向信号において対応するピーク波形について検出されなければならない。ここで、トリガレベルを、受信波に含まれる複数のピーク波形のうち、例えば図４に示される例における第４波及び第５波のピーク波形のように、前後のピーク波形とのピーク値の差が小さいピーク波形に合わせて決定すると、例えばノイズ等により波形が歪むことで、順方向及び逆方向信号において異なるピーク波形についてトリガが検出されることがある。従って、前後のピーク波形とのピーク値の差の大きいピーク波形に合わせてトリガレベルを決定するとよい。例えば図４に示される例において、最大振幅を順に増大する第１波から第５波のピーク波形において関係ｄ１２＞ｄ２３＞ｄ３４＞ｄ４５が成立することから、時間軸上で前側のピーク波形に合わせてトリガレベルを決定するのが望ましい。そこで、本例では、レートを例えば０．３と設定している。これにより、順方向及び逆方向信号のいずれにおいても第２波のピーク波形についてトリガが検出されることとなる。
【００３８】
ステップＳ３では、演算部２０の特定部２２により、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形のうちのいずれかのゼロクロス点を検出し、そのゼロクロス点の時間軸上の位置から超音波の受信タイミングを特定する。
【００３９】
ゼロクロス点は、その位置を高精度で検出するために、ＳＮ比の高いピーク波形について検出することが望ましい。ここで、トリガ検出部２１によりトリガが検出されるべきピーク波形とＳＮ比の高いピーク波形とは必ずしも一致しない。そこで、本実施形態では、特定部２２は、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形のなかからトリガが検出されたピーク波形と異なるピーク波形を特定してそのゼロクロス点を検出する。より詳細には、特定部２２は、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて、トリガが検出されたピーク波形から同一周期数後（Ｎ周期後）の周期に対応するピーク波形を特定して、それぞれのゼロクロス点を検出する。ここで、Ｎは１以上の整数であり、図４に示される例においては２と定められている。
【００４０】
整数Ｎの設定について、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形のうちピーク値の大きいピーク波形、例えば図４に示される例における第４波及び第５波のピーク波形は、測定ユニット１０内の素子における超音波の反射等の影響を含んでいることから、温度などの外部環境により波形が大きく歪むことがある。そこで、ＳＮ比が大きく、しかしピーク値は必ずしも最大ではなく、外部環境の影響を受け難いピーク波形についてゼロクロス点を検出するよう整数Ｎを定めるのが望ましい。
【００４１】
特定部２２が、トリガが検出されたピーク波形からＮ周期後の周期に対応するピーク波形を特定する方法について具体的に説明する。まず、特定部２２は、ピーク波形の繰返し周期を取得する。これは、送信波における矩形パルスの繰返し周期に等しい。そして、この繰り返し周期に設定部２４から受信する周期数Ｎを掛けることで、トリガ位置（図４における点ｃ）からゼロクロストリガ位置（図４における点ｄ）までの時間を算出することができる。これより、ゼロクロストリガ位置は、トリガ位置までの時間（図４における点ｃ）と繰り返し周期×Ｎとの和で定めることができる。そして、特定部２２は、ゼロクロストリガ位置を含むピーク波形（図４に示される例では第４波のピーク波形）を特定し、その正部分（正の振幅を有する単位波形）の前後のゼロクロス点ａ及びｂの時間軸上の位置を検出する。特定部２２は、２つのゼロクロス点ａ及びｂの位置の中間を超音波の受信タイミングとして特定する。
【００４２】
なお、整数Ｎは、設定部２４からの指示により自動設定することとしてもよい。係る場合、特定部２２は、例えば１から任意の値までのＮに対してそれぞれピーク波形を特定し、そのピーク波形のゼロクロス点を検出し、その結果より得られる測定波の受信タイミング又は受信タイミングから得られる流速等が停留値をとるＮの値を採用してもよい。
【００４３】
なお、特定部２２は、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて、トリガが検出されたピーク波形から同一周期数後（Ｎ周期後）の周期に対応するピーク波形を特定して、ゼロクロス点を特定するに限らず、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて、最大のピーク値（図４における点ｅの値）に対して基準割合以上のピーク値を有する周期のピーク波形のうち最先の周期のピーク波形を選択し、このピーク波形についてゼロクロス点を特定することとしてもよい。基準割合は、例えば０．７と定めることができる。
【００４４】
ステップＳ４では、演算部２０の流速算出部２３により、ステップＳ３において順方向及び逆方向信号のそれぞれについて特定された測定波の受信タイミングに基づいて、媒質９８の流速等を算出する。流速算出部２３は、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて特定された受信タイミングにオフセットτ、例えば測定ユニット１０内での超音波の送信等に由来する遅延時間を減算することで、超音波を媒質９８中を順方向及び逆方向に伝搬させた場合のそれぞれの伝搬時間Ｔ１及びＴ２を算出する。また、流速算出部２３は、順方向及び逆方向信号のそれぞれについて特定された受信タイミングの差分、又は伝搬時間Ｔ１及びＴ２の差分より伝搬時間差ΔＴを算出する。流速算出部２３は、伝搬時間Ｔ１及びＴ２並びに伝搬時間差ΔＴを用いて、媒質９８の流速Ｖ＝γΔＴ／（（Ｔ１＋Ｔ２）／２−（２τ））２を算出する。ここで、γは、配管９９の構造等に由来する定数である。なお、流速算出部２３は、算出された流速に配管９９の断面積を乗算して媒質９８の流量を算出してもよい。最後に、流速算出部２３は、流量等の算出結果を外部出力する。それにより、一連のフローが終了する。
【００４５】
本実施形態の測定装置１００は、配管９９に設けられたセンサ１１及び１２を用いて配管９９内を流れる媒質９８中に測定波を伝搬させて受信する測定ユニット１０、受信された測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部２１、及び受信された測定波におけるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、測定波の受信タイミングを特定する特定部２２を備える。特定部２２が、トリガ検出部２１により検出されるトリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて測定波の受信タイミングを特定することで、順方向及び逆方向信号において対応するピーク波形についてトリガ検出するよう前後のピーク波形とピーク値の差の大きい時間軸上で前側のピーク波形についてトリガを検出し、ゼロクロス点の位置を高精度で検出するよう時間軸上で後側のＳＮ比の高いピーク波形についてゼロクロス点を検出することができる。
【００４６】
なお、本実施形態に係る測定装置１００では、測定波を送受信する２つのセンサ１１及び１２を設け、それらの間で測定波を送受信することで２つの測定波を媒質中を順方向及び逆方向にそれぞれ伝搬させ、それぞれの測定波の受信タイミングの差分から媒質の流速等を算出することとしたが、センサの数は２つに限らず３つ以上でもよく、また測定波を１つの伝搬経路に沿って順方向及び逆方向に伝搬させるに限らず異なる２つ（又はそれ以上）の伝搬経路に沿って順方向又は逆方向に伝搬させてもよい。例えば、配管９９の外表面の一側に送信用センサを設け、配管９９の外表面の他側であり送信用センサから順方向及び逆方向に等距離離間する位置にそれぞれ第１及び第２受信用センサを設け、送信用センサから順方向に測定波を送信して第１受信用センサにより受信するとともに、送信用センサから逆方向に別の測定波を送信して第２受信用センサにより受信してもよい。また、配管９９の外表面の一側に送信用センサを設け、配管９９の外表面の他側であり媒質の流れの方向に関して送信用センサと異なる位置に複数の受信用センサを設け、送信用センサから異なる方向に２以上の測定波を送信して複数の受信用センサによりそれぞれ受信してもよい。
【００４７】
なお、本実施形態に係る測定装置１００では、演算部２０に含まれる算出部２０ｂは、制御用プログラムを実行することによりトリガ検出部２１、特定部２２、流速算出部２３、及び設定部２４を発現する、すなわちデジタル回路として構成されることとしたが、これに限らず、アナログ回路として構成されてもよい。係る場合、例えば、トリガ検出部２１は、ＡＤコンバータ２０ａから入力される受信信号の電圧値とトリガレベルに対応する電圧値とを入力してそれらの比較結果を表す電圧信号を出力する比較器を用いて構成することができる。
【００４８】
また、本実施形態の測定装置１００では、媒質中を伝搬させる測定波として超音波を用いたが、これに限らず、配管９９の外側から配管９９内を流れる媒質９８中を伝搬することができる測定波であれば例えば音波を用いてもよい。
【００４９】
また、本実施形態の測定装置１００は、超音波を媒質中に流れの方向に伝播した際の伝播時間と逆方向に伝播した際の伝播時間とを測定し、それらの結果の差分から媒質の流速を得る装置としたが、これに限らず、媒質中での超音波の伝播時間を測定し、その結果に基づいて媒質を特定する装置或いは媒質の厚み、レベル等の伝搬距離を測定する装置としてもよい。
【００５０】
図５は、本実施形態に係るコンピュータ１９００のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ１９００は、ホスト・コントローラ２０８２により相互に接続されるＣＰＵ２０００、ＲＡＭ２０２０、グラフィック・コントローラ２０７５、及び表示装置２０８０を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ２０８４によりホスト・コントローラ２０８２に接続される通信インターフェイス２０３０、ハードディスクドライブ２０４０、及びＣＤ−ＲＯＭドライブ２０６０を有する入出力部と、入出力コントローラ２０８４に接続されるＲＯＭ２０１０、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０、及び入出力チップ２０７０を有するレガシー入出力部とを備える。
【００５１】
ホスト・コントローラ２０８２は、ＲＡＭ２０２０と、高い転送レートでＲＡＭ２０２０をアクセスするＣＰＵ２０００及びグラフィック・コントローラ２０７５とを接続する。ＣＰＵ２０００は、ＲＯＭ２０１０及びＲＡＭ２０２０に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ２０７５は、ＣＰＵ２０００等がＲＡＭ２０２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置２０８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ２０７５は、ＣＰＵ２０００等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。
【００５２】
入出力コントローラ２０８４は、ホスト・コントローラ２０８２と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス２０３０、ハードディスクドライブ２０４０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２０６０を接続する。通信インターフェイス２０３０は、ネットワークを介して他の装置と通信する。ハードディスクドライブ２０４０は、コンピュータ１９００内のＣＰＵ２０００が使用するプログラム及びデータを格納する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ２０６０は、ＣＤ−ＲＯＭ２０９５からプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供する。
【００５３】
また、入出力コントローラ２０８４には、ＲＯＭ２０１０と、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０、及び入出力チップ２０７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ２０１０は、コンピュータ１９００が起動時に実行するブート・プログラム、及び／又は、コンピュータ１９００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ２０５０は、フレキシブルディスク２０９０からプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供する。入出力チップ２０７０は、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０を入出力コントローラ２０８４へと接続すると共に、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を入出力コントローラ２０８４へと接続する。
【００５４】
ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供されるプログラムは、フレキシブルディスク２０９０、ＣＤ−ＲＯＭ２０９５、又はＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、ＲＡＭ２０２０を介してコンピュータ１９００内のハードディスクドライブ２０４０にインストールされ、ＣＰＵ２０００において実行される。
【００５５】
コンピュータ１９００にインストールされ、コンピュータ１９００を測定装置１００として機能させるプログラムは、トリガ検出モジュール、特定モジュール、流速算出モジュール、及び設定モジュールを備える。これらのプログラム又はモジュールは、ＣＰＵ２０００等に働きかけて、コンピュータ１９００を、トリガ検出部２１、特定部２２、流速算出部２３、及び設定部２４としてそれぞれ機能させる。
【００５６】
これらのプログラムに記述された情報処理は、コンピュータ１９００に読込まれることにより、ソフトウェアと上述した各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段であるトリガ検出部２１、特定部２２、流速算出部２３、及び設定部２４として機能する。そして、これらの具体的手段によって、本実施形態におけるコンピュータ１９００の使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、使用目的に応じた特有の測定装置１００が構築される。
【００５７】
一例として、コンピュータ１９００と外部の装置等との間で通信を行う場合には、ＣＰＵ２０００は、ＲＡＭ２０２０上にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理内容に基づいて、通信インターフェイス２０３０に対して通信処理を指示する。通信インターフェイス２０３０は、ＣＰＵ２０００の制御を受けて、ＲＡＭ２０２０、ハードディスクドライブ２０４０、フレキシブルディスク２０９０、又はＣＤ−ＲＯＭ２０９５等の記憶装置上に設けた送信バッファ領域等に記憶された送信データを読み出してネットワークへと送信し、もしくは、ネットワークから受信した受信データを記憶装置上に設けた受信バッファ領域等へと書き込む。このように、通信インターフェイス２０３０は、ＤＭＡ（ダイレクト・メモリ・アクセス）方式により記憶装置との間で送受信データを転送してもよく、これに代えて、ＣＰＵ２０００が転送元の記憶装置又は通信インターフェイス２０３０からデータを読み出し、転送先の通信インターフェイス２０３０又は記憶装置へとデータを書き込むことにより送受信データを転送してもよい。
【００５８】
また、ＣＰＵ２０００は、ハードディスクドライブ２０４０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２０６０（ＣＤ−ＲＯＭ２０９５）、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０（フレキシブルディスク２０９０）等の外部記憶装置に格納されたファイルまたはデータベース等の中から、全部または必要な部分をＤＭＡ転送等によりＲＡＭ２０２０へと読み込ませ、ＲＡＭ２０２０上のデータに対して各種の処理を行う。そして、ＣＰＵ２０００は、処理を終えたデータを、ＤＭＡ転送等により外部記憶装置へと書き戻す。このような処理において、ＲＡＭ２０２０は、外部記憶装置の内容を一時的に保持するものとみなせるから、本実施形態においてはＲＡＭ２０２０および外部記憶装置等をメモリ、記憶部、または記憶装置等と総称する。本実施形態における各種のプログラム、データ、テーブル、データベース等の各種の情報は、このような記憶装置上に格納されて、情報処理の対象となる。なお、ＣＰＵ２０００は、ＲＡＭ２０２０の一部をキャッシュメモリに保持し、キャッシュメモリ上で読み書きを行うこともできる。このような形態においても、キャッシュメモリはＲＡＭ２０２０の機能の一部を担うから、本実施形態においては、区別して示す場合を除き、キャッシュメモリもＲＡＭ２０２０、メモリ、及び／又は記憶装置に含まれるものとする。
【００５９】
また、ＣＰＵ２０００は、ＲＡＭ２０２０から読み出したデータに対して、プログラムの命令列により指定された、本実施形態中に記載した各種の演算、情報の加工、条件判断、情報の検索・置換等を含む各種の処理を行い、ＲＡＭ２０２０へと書き戻す。例えば、ＣＰＵ２０００は、条件判断を行う場合においては、本実施形態において示した各種の変数が、他の変数または定数と比較して、大きい、小さい、以上、以下、等しい等の条件を満たすかどうかを判断し、条件が成立した場合（又は不成立であった場合）に、異なる命令列へと分岐し、またはサブルーチンを呼び出す。
【００６０】
また、ＣＰＵ２０００は、記憶装置内のファイルまたはデータベース等に格納された情報を検索することができる。例えば、第１属性の属性値に対し第２属性の属性値がそれぞれ対応付けられた複数のエントリが記憶装置に格納されている場合において、ＣＰＵ２０００は、記憶装置に格納されている複数のエントリの中から第１属性の属性値が指定された条件と一致するエントリを検索し、そのエントリに格納されている第２属性の属性値を読み出すことにより、所定の条件を満たす第１属性に対応付けられた第２属性の属性値を得ることができる。
【００６１】
また、請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【００６２】
以上に示したプログラム又はモジュールは、外部の記録媒体に格納されてもよい。記録媒体としては、フレキシブルディスク２０９０、ＣＤ−ＲＯＭ２０９５の他に、ＤＶＤ又はＣＤ等の光学記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワーク又はインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスク又はＲＡＭ等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムをコンピュータ１９００に提供してもよい。
【００６３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【００６４】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６５】
１０…測定ユニット、１１，１２…センサ、１３…切替部、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…スイッチ、１４…送信部、１５…受信部、１６…制御部、２０…演算部、２０ａ…ＡＤコンバータ、２０ｂ…算出部、２１…トリガ検出部、２２…特定部、２３…流速算出部、２４…設定部、９８…媒質、９９…配管、１００…測定装置、１９００…コンピュータ、２０００…ＣＰＵ、２０１０…ＲＯＭ、２０２０…ＲＡＭ、２０３０…通信インターフェイス、２０４０…ハードディスクドライブ、２０５０…ドライブ、２０６０…ＲＯＭドライブ、２０７０…入出力チップ、２０７５…コントローラ、２０８０…表示装置、２０８２…コントローラ、２０８４…入出力コントローラ、２０９０…フレキシブルディスク、２０９５…ＲＯＭ。
【図１】
2017134828.tif 000003
【図２】
2017134828.tif 000004
【図３】
2017134828.tif 000005
【図４】
2017134828.tif 000006
【図５】
2017134828.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年8月30日(2016.8.30)
【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】
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは１以上の周期離れた異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する特定部と、
を備える測定装置。
【請求項２】
前記特定部は、前記受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期より後の周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記特定部は、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分のゼロクロス点を検出し、
検出されたゼロクロス点に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する
請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定ユニットは、前記媒質に対して２つの測定波を互いに逆方向に伝搬させて受信し、
当該測定装置は、前記２つの測定波のそれぞれの受信タイミングに基づいて、前記媒質の流速を算出する流速算出部を更に備える
請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記流速算出部は、
前記２つの測定波のそれぞれの受信タイミングに基づいて、前記２つの測定波を互いに逆方向に伝搬させた場合の伝搬時間差を算出し、
前記伝搬時間差に基づいて、前記媒質の流速を算出する
請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記２以上の測定波のそれぞれにおける、前記トリガレベルを超えてから何周期後の波形部分を用いて受信タイミングを特定するかを、外部からの指定に応じて設定する設定部を更に備える請求項４または５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記特定部は、
前記２以上の測定波のうち一の測定波について、ピーク点に対して基準割合以上のピークを有する周期の波形部分のうち最先の周期の波形部分を選択し、
選択した波形部分に基づいて、前記一の測定波の受信タイミングを特定する
請求項４から６のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記測定ユニットは、流体である前記媒質に対して超音波の前記測定波を伝搬させて受信する請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記特定部は、受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の１つの波形部分より前記測定波の受信タイミングを特定する請求項１から８のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記特定部は、送信した測定波よりも多くの単位波形が観測される、受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１１】
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する段階と、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出する段階と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは１以上の周期離れた異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する段階と、
を備える測定方法。
【請求項１２】
測定装置により媒質が測定波を伝搬する伝搬時間を測定するための測定プログラムであって、
当該プログラムは、前記測定装置を、
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは１以上の周期離れた異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する特定部と、
して機能させる測定プログラム。
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月9日(2016.12.9)
【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】
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは１以上の周期離れた異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する特定部と、
を備え、前記トリガレベルは、前記測定波の受信タイミングを特定する波形のピーク値とその前後の周期の波形のピーク値との差に対して、前後の周期の波形とのピーク値の差が大きい周期の波形に合わせて決定される、測定装置。
【請求項２】
前記特定部は、前記受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期より後の周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記特定部は、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分のゼロクロス点を検出し、
検出されたゼロクロス点に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する
請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定ユニットは、前記媒質に対して２つの測定波を互いに逆方向に伝搬させて受信し、
当該測定装置は、前記２つの測定波のそれぞれの受信タイミングに基づいて、前記媒質の流速を算出する流速算出部を更に備える
請求項１から３のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記流速算出部は、
前記２つの測定波のそれぞれの受信タイミングに基づいて、前記２つの測定波を互いに逆方向に伝搬させた場合の伝搬時間差を算出し、
前記伝搬時間差に基づいて、前記媒質の流速を算出する
請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記２以上の測定波のそれぞれにおける、前記トリガレベルを超えてから何周期後の波形部分を用いて受信タイミングを特定するかを、外部からの指定に応じて設定する設定部を更に備える請求項４または５に記載の測定装置。
【請求項７】
前記特定部は、
前記２以上の測定波のうち一の測定波について、ピーク点に対して基準割合以上のピークを有する周期の波形部分のうち最先の周期の波形部分を選択し、
選択した波形部分に基づいて、前記一の測定波の受信タイミングを特定する
請求項４から６のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記測定ユニットは、流体である前記媒質に対して超音波の前記測定波を伝搬させて受信する請求項１から７のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記特定部は、受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の１つの波形部分より前記測定波の受信タイミングを特定する請求項１から８のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記特定部は、送信した測定波よりも多くの単位波形が観測される、受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する請求項１から９のいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項１１】
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する段階と、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出する段階と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは１以上の周期離れた異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する段階と、
を備え、前記トリガレベルは、前記測定波の受信タイミングを特定する波形のピーク値とその前後の周期の波形のピーク値との差に対して、前後の周期の波形とのピーク値の差が大きい周期の波形に合わせて決定される、測定方法。
【請求項１２】
測定装置により媒質が測定波を伝搬する伝搬時間を測定するための測定プログラムであって、
当該プログラムは、前記測定装置を、
媒質に対して測定波を伝搬させて受信する測定ユニットと、
受信された前記測定波のレベルが予め定められたトリガレベルを超えたかどうかを検出するトリガ検出部と、
受信された前記測定波における前記トリガレベルを超えた周期とは１以上の周期離れた異なる周期の波形部分に基づいて、前記測定波の受信タイミングを特定する特定部と、
して機能させ、前記トリガレベルは、前記測定波の受信タイミングを特定する波形のピーク値とその前後の周期の波形のピーク値との差に対して、前後の周期の波形とのピーク値の差が大きい周期の波形に合わせて決定される、測定プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
整数Ｎの設定について、受信波の波形に含まれる複数のピーク波形のうちピーク値の大きいピーク波形、例えば図４に示される例における第５波及び第６波のピーク波形は、測定ユニット１０内の素子における超音波の反射等の影響を含んでいることから、温度などの外部環境により波形が大きく歪むことがある。そこで、ＳＮ比が大きく、しかしピーク値は必ずしも最大ではなく、外部環境の影響を受け難いピーク波形についてゼロクロス点を検出するよう整数Ｎを定めるのが望ましい。
【国際調査報告】
2017134828.tif 000008
2017134828.tif 000009