(57)【要約】【課題】測定時間を短くし消費電力を小さくする。【解決手段】受信回路１６の出力が２回発生するとタイマ１７へ出力を行うカウンタ１８と、前記タイマ１７から時間測定データを受け取る制御部１９とを備えている。これによって、受信回路１６の出力が２回発生するとカウンタ１８によってタイマ１７に停止信号を出力し測定を終了するので、受信音波に干渉が起こらない。このため回路の消費電力を小さくすることができ、回路規模も小さくすることができるので、電池などの限られた電源によって長時間動作する安価・高精度の流速計を実現することができる。【選択図】図１
2006084480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する第一の超音波振動子と、前記第一の超音波振動子から送信され被測定流体中を伝播した超音波を受信する前記第二の超音波振動子と、前記第一の超音波振動子を駆動する送信回路と、前記第二の超音波振動子の出力を受け前記送信回路へ出力を行う受信回路と、超音波送信開始からの経過時間を測定する複数のタイマと、前記タイマ及び前記送信回路へ順次スタート信号を出力し、前記タイマから測定データを受け演算によって流速を求める制御部と、前記受信回路の出力に応じ複数のタイマへ順次停止出力を行うカウンタとを備えた超音波流速計。
【請求項２】
超音波を送信する第一の超音波振動子と、前記第一の超音波振動子から送信され被測定流体中を伝播した超音波を受信する第二の超音波振動子と、前記第一の超音波振動子を駆動する送信回路と、前記第二の超音波振動子の出力を受け前記送信回路へ出力を行う受信回路と、超音波の送信開始からの経過時間を測定するタイマ及び前記送信回路へスタート信号を一定間隔で連続して出力する制御部と、前記受信回路の出力を受け前記タイマの出力を順次加算し前記制御部へ出力する加算器とを有した超音波流速計。
【請求項３】
制御部は超音波の伝搬時間が長くなることに対応してスタート信号を出力する数を増加させる請求項２記載の超音波流速計。
【請求項４】
超音波を送受信する第一及び第二の超音波振動子と、超音波振動子を駆動する送信回路と、超音波振動子の出力を受ける受信回路と、前記２つの超音波振動子と前記送信回路および前記受信回路との間に設けられ送受信を切り替える方向切り替え器と、上流から下流への超音波の送信開始からの経過時間を測定する第一のタイマと反対方向への超音波の送信開始からの経過時間を測定する第二のタイマと、前記送信回路、前記第一のタイマ及び第二のタイマへそれぞれスタート信号を出力し、前記第一のタイマ及び第二のタイマから時間測定データを受け取り演算によって流速を求める制御部と、前記受信回路の出力を始めの２回は前記送信回路へ、次の２回は前記第一のタイマあるいは前記第二のタイマに順次出力する切り替え器と、送信回路出力と受信回路出力を受け、前記送信回路及び前記受信回路にそれぞれ接続する超音波振動子を、第一及び第二の超音波振動子が交互に動作するように前記方向切り替え器を制御する切り替え制御部を有し、一方向への送信後その超音波を受信するまでの間に他方向への送信を行うことを特徴とした超音波流速計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面積と流速の積から流量を測定する測定器等に応用された超音波流速計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波流速計は、図１８に示すように、流体の流れる測定経路１に設置した第一の超音波振動子２と、第一の超音波振動子２を駆動する送信回路３と、送信回路３にスタート信号を出力し、またタイマ４から測定データを受け取る制御部５と、第一の超音波振動子２から送信した超音波を受ける第二の超音波振動子６と、第二の超音波振動子６の出力を受ける受信回路７と、受信回路７の出力を受け繰り返し制限回路８に出力を行うディレイ回路９と、受信回路７の出力に応じて繰り返し制限回路８及びタイマ４を制御するカウンタ１０によって構成されていた。
【０００３】
そして、上記超音波流速計は、制御部５からスタート信号を受けた送信回路３が第一の超音波振動子２を一定時間パルス駆動する。同時に制御部５からの信号によってにタイマ４をスタートさせる。パルス駆動された第一の超音波振動子２からは超音波が送信される。第一の超音波振動子２から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し第二の超音波振動子６で受信される。第二の超音波振動子６の受信出力は、受信回路７で増幅され、受信判定の後にディレイ回路９に受信信号として出力される。受信信号を受けたディレイ回路は設定されたディレイ時間ｔｄ経過後に繰り返し制御部５を介して送信回路３に出力され、送信回路３ではこの信号を受けると再度第一の超音波振動子２を駆動する。このようにして超音波の送信は繰り返される。
【０００４】
そして、カウンタ１０は受信判定信号をカウントしており、そのカウント値が設定回数ｎに達すると繰り返し制限回路８に出力を送り、超音波送受信の繰り返しループを繰り返し制限回路８で切る。同時に繰り返し制限回路８はタイマ４に停止信号を出力し、タイマ４での時間計測を止める。一般的に繰り返し回数は１０〜１０００に設定されていた。制御部５ではタイマ４から測定データを受け取り、この値をもとに（式１）を用いて流速を求める。
【０００５】
なお、タイマ４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、第一の超音波振動子２から第二の超音波振動子６への方向を正とする。
【０００６】
ｖ＝（Ｌ／（（ｔ／ｎ）−ｔｄ））−ｃ                            （式１）
また、前記第一の超音波振動子２と前記第二の超音波振動子６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２）より速度ｖを求める方法もある。
【０００７】
但し、この場合には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。
【０００８】
ｖ＝Ｌ／２（１／（（ｔ１／ｎ）−ｔｄ）−１／（（ｔ２／ｎ）−ｔｄ））  （式２）
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。
【０００９】
また、図１９（ａ）、（ｂ）は第一の超音波振動子２から出た超音波の伝播する様子を
表したものである。図１９（ａ）のように第一の超音波振動子２から送信された超音波（ニ）は、第二の超音波振動子６で受信されると同時に反射される。さらに第一の超音波振動子４で反射され再度超音波振動子６で受信される。この２回反射した超音波の超音波振動子６での受信レベルは始めに受信される超音波に比べ十分小さいが、この時第一の超音波振動子２から次の次に送信された超音波と重なると、干渉をおこし誤差が大きくなる。
【００１０】
そこで正確な測定を行うために図１９（ｂ）のように、ディレイ回路９を設け、超音波を送信するタイミングをずらすことによって干渉を起こさないようにしていた。図中の（イ）は超音波振動子６での超音波、（ロ）は超音波振動子６で反射し超音波振動子２へ到達した超音波、（ホ）はさらに超音波振動子２で反射し、超音波振動子６へ到達した超音波を示し、（ハ）は受信回路７から送信回路３への信号を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら上記従来の構成では、測定途中にディレイ回路９によるディレイ時間が発生するので、測定に時間がかかり消費電力が大きくなってしまう。特に非測定時にスリープ動作と呼ばれる一定時間電源をＯＦＦすることによって消費電力を小さくするシステムを構成した場合では、測定に要する時間が長いのでＯＮ／ＯＦＦの比を大きくとり消費電力を小さくすることができない。さらに、ディレイ回路９は、求めようとする測定精度以上の時間精度が必要であり、精度の高いディレイ時間を作るには回路が高価になるとともに、消費電力も大きくなってしまう。またディレイ回路の時間ばらつきのため、繰り返し送信回数を単に増やしても測定精度は一定以上高くすることはできなかった。このため、電池などの限られた電源によって長時間動作する安価・高精度の流速計を実現するためには、ディレイ回路の誤差をなくし、消費電力を低減しなくてはならないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するために、超音波を送信する第一の超音波振動子と、前記第一の超音波振動子から送信され被測定流体中を伝播した超音波を受信する前記第二の超音波振動子と、前記第一の超音波振動子を駆動する送信回路と、前記第二の超音波振動子の出力を受け前記送信回路へ出力を行う受信回路と、超音波送信開始からの経過時間を測定する複数のタイマと、前記タイマ及び前記送信回路へ順次スタート信号を出力し、前記タイマから測定データを受け演算によって流速を求める制御部と、前記受信回路の出力に応じ複数のタイマへ順次停止出力を行うカウンタとを備える構成としている。
【００１３】
これにより制御部は、送信回路及び複数のタイマへ超音波が重なり合わない間隔で順次スタート信号出力を行い、複数のタイマにより一部時間を重複しながら、それぞれの２回繰り返しの時間測定を行うため、複数の測定をわずかな時間で行うことができるので、消費電力を小さくすることができるとともに、電池などの限られた電源によって長時間動作する安価な流速計を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超音波流速計は、消費電力を小さくすることができるとともに、電池などの限られた電源によって長時間動作する安価な流速計を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の超音波流速計は、超音波を送信する第一の超音波振動子と、前記第一の超音波振動子を駆動する送信回路と、前記第一の超音波振動子から送信した超音波を受ける第二の超音波振動子と、前記第二の超音波振動子の出力を受け前記送信回路へ出力を行う受信回路と、前記受信回路の出力が２回発生するとタイマへ出力を行うカウンタと、前記タイ
マからデータを受け取る制御部とを有し、制御部からスタート信号を受けた送信回路が第一の超音波振動子を一定時間パルス駆動を行う。同時に制御部からの信号によってタイマをスタートさせる。パルス駆動された第一の超音波振動子からは超音波が送信される。この超音波は被測定流体中を伝搬し、第二の超音波振動子で受信される。第二の超音波振動子の受信出力は、受信回路で増幅、受信判定され受信信号として送信回路に出力される。送信回路ではこの信号を受けると再度第一の超音波振動子を駆動する。このようにして超音波の送信は繰り返される。受信回路から２回目の受信信号が出力されると、カウンタからタイマを停止させる信号が発生し、繰り返し送信回数２回で測定を終了する。このため、最初に送信した超音波が反射して第二の超音波振動子に帰ってくるまでに測定を終えるため、受信音波に干渉が起こらず、なおかつディレイ回路をなくすことができる。このため回路の消費電力を小さくすることができ、回路規模も小さくすることができるので、電池などの限られた電源によって長時間動作する高精度の流速計を実現することができる。
【００１６】
また、超音波を送信あるいは受信する第一の超音波振動子と、前記第一の超音波振動子を駆動する送信回路と、前記第一の超音波振動子から送信した超音波を受ける第二の超音波振動子と、前記第二の超音波振動子の出力を受け前記送信回路へ出力を行う受信回路と、前記受信回路の出力が２回発生するとタイマへ出力を行うカウンタと、前記カウンタの出力によって前記受信回路の入力を前記第二の超音波振動子から前記第一の超音波振動子に切り替える切り替え器と、前記タイマからデータを受け取る制御部とを有し、カウンタ出力によって受信回路の入力を前記第二の超音波振動子から前記第一の超音波振動子に切り替える前記切り替え器を動作させて切り替える。一回の測定終了後に第一の超音波振動子が受信する超音波を一定時間観測し、反射波の影響が十分小さくなるタイミングにおいて、次の測定をすばやく開始する。このため連続した測定をすばやく行うことができるので、回路の動作時間を短くすることができ、消費電力を小さくすることができる。そして電池などの限られた電源によって長時間動作する安価な流速計を実現することができる。
【００１７】
また、受信回路から制御部への信号線の途中に第２のカウンタを配し、第一の超音波振動子で受信される超音波を数えることにより、一回の測定で受信される超音波の数をカウントし、つまり測定終了後すぐに次の測定を開始するので、連続した次の測定をすばやく行うことができ、回路を動作させる時間が短くなる。よって消費電力を小さくすることができる。また、制御部で常に受信回路の出力を監視する必要がなく、計測を行っている間に前回の測定結果より流速を求める演算を行うことができ、制御部をより効率よく動作させることができる。このため電池などの限られた電源によって長時間動作する安価な流速計を実現することができる。
【００１８】
また入力を受けてから一定時間後に前記送信回路へ出力を行うディレイ回路と、前記受信回路の出力に応じてタイマへ出力を行うカウンタと、前記受信回路の出力を前記カウンタの値が有数ならば前記送信回路へまた、偶数ならば前記ディレイ回路へ出力を行うように切り替え回路が動作する。そのため受信回路出力の２回ごとに１回前記ディレイ回路を通過するので、反射波が直接波に干渉することがなくなる。このため繰り返し送信を受信波の干渉を防ぎつつ続ける事ができる。そして、ディレイ時間が入るのは２回の送信に１回なので、測定時間は短く、ディレイ時間のばらつきによる測定誤差も従来に比べ１／２とすることができる。このため電池などの限られた電源によって長時間動作する安価・高精度な流速計を実現することができる。
【００１９】
また超音波を送信する第一の超音波振動子と、前記第一の超音波振動子を駆動する送信回路と、前記送信回路及び複数のタイマへ順次スタート信号出力を行い、また前記タイマから測定データを受け取る制御部と、前記第一の超音波振動子から送信した超音波を受ける第二の超音波振動子と、前記第二の超音波振動子の出力を受け前記送信回路へ出力を行う受信回路と、前記受信回路の出力に応じ複数のタイマへ停止出力を行うカウンタとを有
し、制御部は、送信回路及び複数のタイマへ超音波が重なり合わない間隔で順時スタート信号出力を行い、複数のタイマにより一部時間を重複しながら、それぞれの２回繰り返しの時間測定を行う。このため複数の測定をわずかな時間で行うことができるので、消費電力を小さくすることができる。このため電池などの限られた電源によって長時間動作する安価な流速計を実現することができる。
【００２０】
また複数のタイマを一つのタイマと、受信回路の出力を受けたタイミングで前記タイマの出力を順次加算し制御部に出力する加算器とに変えた超音波流速計において、受信回路の出力を受けたタイミングで前記タイマの出力を順次加算し制御部に出力する加算器により、前記制御部ではすべての測定が終わってから前記加算器から測定データを受け取ることで、全測定結果を受けとることができる。このため前記制御部では常に複数の前記タイマの出力からデータを受け取る必要がなく、計測を行っている間に前回の測定結果より流速を求める演算を行うことができるので、前記制御部をより効率よく動作させることができる。また前記タイマの数を複数から一つに少なくすることができるので、回路の消費電力を小さくすることができる。このため電池などの限られた電源によって長時間動作する安価な流速計を実現することができる。
【００２１】
また制御部が流速によってスタート信号を出力する間隔を変化させる制御方法とした超音波流速計において、制御部が超音波の伝搬時間が長くなるに対応してスタート信号を出力する数を増加させる制御方法とすることによって、流速が変化した場合であっても、同じ時間における測定数を最も多く設定するようにできる。スタート信号を出力する数を固定した場合では、超音波の受信時間が流速によって変化するため、その変化を考慮した長い時間に設定せざるを得ない。本発明では流速に合わせてスタート信号を出力する数を最適な値とすることができるので、回路を動作させる時間が短くなる。よって消費電力を少なくすることができるので、電池などの限られた電源によって長時間動作する流速計を実現することができる。
【００２２】
また超音波を送信あるいは受信する第一及び第二の超音波振動子と、超音波振動子を駆動する送信回路と、超音波振動子の出力を受ける受信回路と、前記２つの超音波振動子と前記送信回路および前記受信回路の接続を切り替え信号に応じて切り替える方向切り替え器と、前記送信回路及び第一のタイマと第二のタイマにスタート信号出力を行い、また前記第一のタイマ及び前記第二のタイマから測定データを受け取る制御部と、前記受信回路の出力に応じて前記第一のタイマあるいは前記第二のタイマあるいは送信回路に出力を行う切り替え器と、送信回路出力と受信回路出力に対応した入力によって前記方向切り替え器を制御する切り替え制御部を有し、前記２つの超音波振動子と前記送信回路および前記受信回路の接続を切り替え信号に応じて切り替える前記方向切り替え器を、前記送信回路出力と前記受信回路出力に応じて制御する。具体的には、まず第一の超音波振動子から送信を行った後、わずかの時間をおいて、前記方向切り替え器を動作させる。そして第二の超音波振動子から送信を行う。その後再度前記方向切り替え器を動作させ第二の超音波振動子で始めに送信した超音波を受信し、送信回路に出力を送る。この出力を受け取った送信回路は、再度第一の超音波振動子から超音波を送信し、前記方向切り替え器を動作させる。このようにして方向切り替え器を交互に動作させ両方向の測定をほぼ同時に行う。このようにして、同一時間に上流方向と下流方向の超音波伝播時間を測定するので、流速の変化が大きいときであっても正確な流速を測定できる。このため測定を何回も繰り返す必要がなく、消費電力を小さくすることができる。そして電池などの限られた電源によって長時間動作する流速計を実現することができる。
【００２３】
また第一の超音波振動子と第二の超音波振動子からなる第一の超音波送受波系と、第三の超音波振動子と第四の超音波振動子からなる第二の超音波送受波系と、超音波振動子を駆動する送信回路と、超音波振動子の出力を受ける受信回路と前記二組の超音波送受波系
と送信回路及び受信回路とを切り替える系切り替え回路と、前記送信回路にスタート信号出力を行い、またタイマから測定データを受け取る制御部と、前記受信回路の出力に応じて前記送信回路と前記系切り替え器と前記タイマとに出力を行うカウンタ有し、第一の超音波振動子と第二の超音波振動子からなる第一の超音波送受波系と、第三の超音波振動子と第四の超音波振動子からなる第二の超音波送受波系と、超音波振動子を駆動する送信回路と、超音波振動子の出力を受ける受信回路と前記二組の超音波送受波系と送信回路及び受信回路とを切り替える系切り替え回路を、前記受信回路の出力が２回発生するごとに切り替えることにより、繰り返し回数を限定せずにディレイ時間のないシングアラウンド測定を行うことができる。このため短い時間で精度の高い測定を行うことができる。このため電池などの限られた電源によって長時間動作する流速計を実現することができる。
【００２４】
以下本発明の実施の形態及び参考例について図を用いて説明する。なお図面中で同一符号を付しているものは同一構成要素であり同じ動作を行うものである。
【００２５】
（参考例１）
図１及び図２を用いて本発明の超音波流速計における参考例１を説明する。図１は全体のブロック図、図２は超音波の伝播する様子を時間軸上に表した模式図である。
【００２６】
本発明は、流路１１の中に配置された超音波を送信する第一の超音波振動子１２と、第一の超音波振動子１２を駆動する送信回路１３と、第一の超音波振動子１２から送信し流路内を伝播した超音波を受ける第二の超音波振動子１４と、第二の超音波振動子１４の出力を受け繰り返し制限回路１５を介して送信回路へ出力を行う受信回路１６と、受信回路１６の出力が２回発生するとタイマ１７へ出力を行うカウンタ１８と、タイマ１７から時間測定データを受け取る制御部１９とを有している。
【００２７】
次に動作を図２を用いて説明する。
【００２８】
制御部１９からスタート信号を受けた送信回路１３が第一の超音波振動子１２を一定時間パルス駆動する。同時に制御部１９からの信号によってタイマ１７をスタートさせる。パルス駆動された第一の超音波振動子１２からは超音波が送信される。（Ａ）においてこの超音波は被測定流体中を伝搬し第二の超音波振動子１４で受信される。（Ｂ）において第二の超音波振動子１４の受信出力は、受信回路１６で増幅、受信判定され受信信号として制限回路１５を介して送信回路１３に出力される。そして図１の送信回路１３ではこの信号を受けると再度第一の超音波振動子１２を駆動する。
【００２９】
（Ｃ）において、同様にして超音波の送信は繰り返される。そして受信回路１６から２回目の受信信号が出力されると、（Ｄ）においてカウンタ１８がタイマ１７を停止させると同時に制限回路１５へ制御信号を出力し、制限回路１５が受信回路１６の出力信号を送信回路１３へ伝達しないようにする。そして繰り返し送信回数２回で測定を終了する。
【００３０】
この時のタイマ１７から制御部１９はデータを受ける。そのデータは、（Ａ）〜（Ｄ）の時間であり、被測定流体を超音波が２回伝播するときにかかった時間なので、制御部では流速ｖを（式３）によって求める。
【００３１】
但し、流速をｖ、超音波振動子間の距離をＬ、超音波の音速をＣとする。
【００３２】
ｖ＝２Ｌ／ｔ−Ｃ                                （式３）
あるいは、上流方向と下流方向への超音波の伝播時間を測定して、（式２）を用いて流速を求める。
【００３３】
図２の中の（イ）は受信信号波形、（ロ）は第二の超音波振動子で反射して第一の超音波振動子に到達した超音波信号の波形、（ハ）は受信信号が回路内で送信回路へ伝わり超音波を送信する流れを示す。
【００３４】
（参考例２）
図３及び図４を用いて本発明の超音波流速計における他の参考例を説明する。図３は全体のブロック図、図４は超音波の伝播する様子を時間軸上に表した模式図である。
【００３５】
カウンタ１８の出力によって受信回路１６の入力を第二の超音波振動子１４から第一の超音波振動子１２に切り替える切り替え器２０を備えている。
【００３６】
次に動作を図４を用いて説明する。
【００３７】
受信回路１６の出力が２回発生すると（Ｅ）、カウンタ１８はタイマ１７へ出力を送り動作を停止させる。同時に受信回路１６の入力を第二の超音波振動子１４から第一の超音波振動子１２に切り替える切り替え器２０によって切り替える。そして、制御部１９は一回の測定終了後に第一の超音波振動子１２が受信する超音波を受けた受信回路１６の出力をＬ／Ｃ＋αの間観測し（Ｆ）、反射波の影響が小さくなることを確認して次の測定をすばやく開始する（Ｇ）。
【００３８】
このようにすることによって、測定路内に超音波が伝搬していないことを確認した後２回目の測定を行うので、１回目の影響を受けることがなく、そして２回目の測定をすみやかに行うことができる。
【００３９】
（参考例３）
図５及び図６を用いて本発明の超音波流速計における他の参考例を説明する。図５は全体のブロック図、図６は超音波の伝播する様子を時間軸上に表した模式図である。動作を図６に示すタイミング（Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ）を付して説明する。
【００４０】
受信回路１６から制御部１９への信号線の途中に第２のカウンタ２１を配し、第一の超音波振動子１２で受信される超音波を数えている。まず始めの超音波の送信信号を受けた時第２のカウンタ２１のカウントが１となる（Ｈ）。次に繰り返した２回目の超音波の送信信号を受けた時第２のカウンタ２１のカウントが２となる（Ｉ）。２回目の受信信号が切り替え器２０を通過した後、切り替え器２０は受信回路１６の入力を第一の超音波振動子１２に切り替える（Ｊ）。そして反射波を受信すると第２のカウンタ２１のカウントは３となり、制御部１９への出力信号を出力する。この信号を受けた制御部１９は、２回目の測定をすばやく開始する（Ｋ）。
【００４１】
（参考例４）
図７及び図８を用いて本発明の超音波流速計における他の参考例を説明する。図７は全体のブロック図、図８は超音波の伝播する様子を時間軸上に表した模式図である。動作を図８を用いて説明する。
【００４２】
入力を受けてから一定時間後に送信回路１３へ出力を行うディレイ回路２２と、受信回路１６の出力が設定した値、例えば６になったときタイマ１７へ出力を行うカウンタ１８と、受信回路１６の出力をカウンタ１８から受けた値が奇数のときは送信回路１３へ偶数のときはディレイ回路２２へ出力を行う切り替え回路２３を追加している。
【００４３】
この構成において、２回の繰り返し送信が行われ、２回目の超音波を受けた切り替え回路２３はカウンタ１８からの値が偶数であるので、ディレイ回路２２へ出力を行う（Ｌ）
。入力を受けたディレイ回路２２は、Δｔの遅延時間の後に送信回路１３へ出力を行い（Ｍ）、前述した動作を繰り返す。そして、カウンタ１８の値が６になった時にカウンタ１８からタイマ１７へ停止信号が出力され測定を終了する（Ｎ）。そしてタイマから測定結果ｔを受けた制御部１９は（式４）によって流速を求める。
【００４４】
ｖ＝Ｌ／（（ｔ−２Δｔ）／６）                            （式４）
（実施の形態１）
図９及び図１０を用いて本発明の超音波流速計における第１の実施の形態を説明する。図９は全体のブロック図、図１０は超音波の伝播する様子を時間軸上に表した模式図である。この動作を図６を示して説明する。
【００４５】
制御部１９は、送信回路１３及び第一、第二、第三、第四のタイマ２４、２５、２６、２７へ順時Δｔ時間ごとにスタート信号出力を行う。また前記４つのタイマから測定データを受け取っている。そして、受信回路１６の出力に応じ第一及び第二及び第三及び第四のタイマ２４、２５、２６、２７へ停止出力を行うカウンタ１８とを有している。
【００４６】
制御部１９は、送信回路１３及び第一、第二、第三、第四のそれぞれのタイマ２４、２５、２６、２７へ超音波が重なり合わない間隔Δｔで順次スタート信号２を出力し（Ｏ、Ｐ、Ｑ）、これをそれぞれ２回繰り返し送信を行う。そして、２回目の受信信号は、カウンタ１８から一回目に送信と同時にスタートしたタイマへ切り替えて出力され、それぞれのタイマを停止させる。制御部１９は、それぞれのタイマから測定データｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４を受取り、（式５）によって超音波の伝播時間を求め、さらに有効距離Ｌより流速を求める。
【００４７】
ｔ＝（ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４）／８                    （式５）
（実施の形態２）
図１１及び図１２を用いて本発明の超音波流速計における第２の実施の形態を説明する。図１１は全体のブロック図、図１２は超音波の伝播する様子を時間軸上に表した模式図である。この動作を図１２を用いて説明する。
【００４８】
図９の第一、第二、第三、第四のそれぞれタイマ２４、２５、２６、２７を一つのタイマ１７とし、受信回路１６の出力を受けタイマ１７の出力を加算し制御部１９に出力する加算器２８に変更している。タイマ１７は第一の送信と同時に制御部１９からの信号によってスタートする（Ｒ）。そして、カウンタ１８は２回目の繰り返し送信を受信した信号を判断し、タイマ１７へ信号を送る（Ｓ、Ｔ、Ｕ、Ｖ）。
【００４９】
そしてその信号を受けたタイマ１７はその時の経過時間データを加算器２８へ出力する。その経過時間データを受けた加算器２８では経過時間データを順次加算していく。そして制御部１９はすべての測定が終わってから、加算器２８から測定データを受け取ることによって、全測定結果を受けとることができる。計算は（式６）のようになる。加算器２８から受け取るデータはそれぞれの測定時間とスタート信号を出す間隔Δｔが含まれる。
【００５０】
ｔ＝（（測定データ）−６Δｔ）／４                      （式６）
（実施の形態３）
図１１及び図１２、図１３を用いて本発明の超音波流速計における第３の実施の形態を説明する。図１２、図１３は超音波の伝播する様子を時間軸上に表した模式図である。
【００５１】
制御部１９が流速によってスタート信号を出力する間隔を変化させる制御方法とし、下流から上流へ超音波を送信するときは、制御部において前回の測定結果を参照し流速が早くなるとスタート信号を出力する数を多くするようにしている。つまり、下流から上流方
向への送信では、送信してから受信されるまでの時間が流速が大きくなるにつれて長くなる。このため、送信の間隔Δｔが同じでもより多くの送信を行うことができる。なお、図１２は流速が無い場合、図１３は流速がある場合の下流から上流方向への超音波の伝播を示す図である。
【００５２】
（実施の形態４）
図１４及び図１５を用いて本発明の超音波流速計における第４の実施の形態を説明する。図１４は全体のブロック図、図１５は超音波の伝播する様子を時間軸上に表した模式図である。この動作を図１５を用いて説明する。
【００５３】
２つの超音波振動子１２、１４と送信回路１３および受信回路１６の接続を切り替え信号に応じて切り替える方向切り替え器２９と、送信回路１３及び第一のタイマ３０と第二のタイマ３１にスタート信号出力を行い、また第一のタイマ３０及び第二のタイマ３１から測定データを受け取る制御部１９と、受信回路１６の出力に応じて第一のタイマ３０あるいは第二のタイマ３１あるいは送信回路１３に出力を行うカウンタ１８と、送信回路出力と受信回路出力に対応した入力によって方向切り替え器２９を制御する切り替え制御部３２を有する。
【００５４】
そして、２つの超音波振動子１２、１４と送信回路１３および受信回路１６の接続を切り替え信号に応じて切り替える方向切り替え器２９を、送信回路出力と受信回路出力に応じて制御する。方向切り替え器２９は入力パルスごとに送信回路１３と受信回路１６の接続先を変える。送信回路１３が第一の超音波振動子１２と接続されてる場合（Ｗ）、受信回路１６は第２の超音波振動子と接続されている。この状態の時に方向切り替え器２９に入力があると、送信回路１３は第二の超音波振動子１６と、受信回路１６は第一の超音波振動子と接続するように切り替える。
【００５５】
はじめに第一の超音波振動子１２から送信を行った後、わずかの時間をおいて、方向切り替え器２９を動作させる（Ｚ）。そして第二の超音波振動子１６から送信を行う（ａ）。その送信回路１３の出力を受けた切り替え制御部３２により再度方向切り替え器２９を動作させ（Ｘ）第二の超音波振動子１４で始めに第一の超音波振動子１２から送信した超音波を受信する（ｂ）。そして送信回路１３に受信出力を送る。受信出力を受け取った送信回路１３は、再度第一の超音波振動子１２を駆動し超音波を送信する（ｃ）。同時に切り替え制御部３２に信号を出力し方向切り替え器２９を動作させる（ｄ）。
【００５６】
このようにして方向切り替え器２９を交互に動作させ両方向の測定をほぼ同時に行う。そして、それぞれの方向へのシングアラウンドを２回行い、それぞれの受信信号によってタイマ１、タイマ２を停止させる。この時のそれぞれタイマ１、タイマ２の測定データｔ１、ｔ２を受けた制御回路は（式７）によって流速を求める。
【００５７】
Ｖ＝４Ｌ／（１／ｔ１−１／ｔ２）          （式７）
（参考例５）
図１６及び図１７を用いて本発明の超音波流速計における他の参考例を説明する。図１６は全体のブロック図、図１７は超音波の伝播する様子を時間軸上に表した模式図である。この動作を図１７を用いて説明する。
【００５８】
第一の超音波振動子１２と第二の超音波振動子１４からなる第一の超音波送受波系と、第三の超音波振動子３３と第四の超音波振動子３４からなる第二の超音波送受波系と、超音波振動子を駆動する送信回路１３と、超音波振動子の出力を受ける受信回路１６と二組の超音波送受波系と送信回路１３及び受信回路１６とを切り替える系切り替え器３５と、送信回路１３にスタート信号出力を行い、またタイマ１７から測定データを受け取る制御
部１９と、受信回路１６の出力に応じて送信回路１３と系切り替え器３５とタイマ１７に出力を行うカウンタ１８とを有している。
【００５９】
そして、第一の超音波振動子１２と第二の超音波振動子１４からなる第一の超音波送受波系と、第三の超音波振動子３３と第四の超音波振動子３４からなる第二の超音波送受波系と、超音波振動子を駆動する送信回路１３と、超音波振動子の出力を受ける受信回路１５と二組の超音波送受波系と送信回路１３及び受信回路１６とを切り替える系切り替え器３５によって、送信回路１３の接続は送信信号を２回受けるごとに、受信回路１６の接続は受信回路１６の出力が２回発生するごとに切り替えるようにしている。
【００６０】
始めに送信回路１３と超音波振動子１２、受信回路１６と超音波振動子１４とが接続されており、この状態で制御部１９からの信号によって、送信回路１３が動作し超音波振動子１２から超音波が送信される（ｅ）。この超音波信号は超音波振動子１４で受信される。そしてこの受信信号は、受信回路１６と制限回路１５とを通って送信回路１３に返され再度超音波振動子１２を駆動する（ｆ）。また超音波振動子１４で受信し、送信回路１３に信号を返すが、この時送信回路１３の出力は系切り替え器３５によって超音波振動子３３に切り替えられている。
【００６１】
このため送信回路１３は超音波振動子３３を駆動し超音波を送信する（ｇ）。この時受信回路１６は超音波振動子３４と接続されている。このようにシングアラウンド動作を２回行ってもう一つの系に切り替える動作を行う。そして、カウンタ１８が設定した値ｎになるとカウンタ１８はタイマ１７を停止させる停止信号を出力し、測定を終了する。制御部１９はタイマ１７から測定データｔを受け取り（式８）によって伝播時間を求め、その伝播時間からさらに流速を求める。
【００６２】
伝播時間＝ｔ／ｎ                                  （式８）
以上の説明から明らかのように、本発明の超音波流速計における実施例または参考例によれば次の効果を奏する。
【００６３】
（１）受信回路の出力が２回発生するとタイマへ出力を行うカウンタによって、繰り返し送信回数２回行い測定を終了するので、その後に第２の超音波振動子へ到達する超音波信号によって受信音波に干渉が起こらず、なおかつディレイ回路をなくすことができる。さらに同じ分解能を持つタイマを使用し１回の繰り返し測定を行った場合と比べ、流速によって起こる測定時間の変動が２倍となるため、測定精度を向上させることができる。このため回路の消費電力を小さくすることができ、回路規模も小さくすることができるので、電池などの限られた電源によって長時間動作する安価・高精度の流速計を実現することができる。
【００６４】
（２）受信回路の入力を第二の超音波振動子から第一の超音波振動子に切り替える切り替え器によって、一回の測定終了後に第一の超音波振動子から受信する。制御部は一定時間受信回路出力を観測し、反射波の影響が十分小さくなるタイミングにおいて次の測定を開始する。こうすることによって次の測定をすばやく開始することができるので、連続した測定をすばやく行うことができ、消費電力を小さくすることができる。このため電池などの限られた電源によって長時間動作する流速計を実現することができる。
【００６５】
（３）受信回路から制御部への信号線の途中にカウンタを配し、第一の超音波振動子で受信される超音波を数えることにより、より早く次の測定を開始することができるので、連続した測定をすばやく行うことができると共に消費電力を小さくすることができる。また、制御部で常に受信回路の出力を監視する必要がなく、制御部をより効率よく動作させることができる。
【００６６】
（４）入力を受けてから一定時間後に送信回路へ出力を行うディレイ回路と、受信回路の出力を数えてタイマへ出力を行うカウンタと、前記受信回路の出力を前記カウンタからの入力に応じて奇数であれば前記送信回路へ、偶数であれば前記ディレイ回路へ出力を行う切り替え回路によって、繰り返し送信２回ごとに１回しか前記ディレイ回路を通過しない。そのため、ディレイ時間が入るのは２回の送信に１回なので、測定時間は短く、ディレイ時間のばらつきによる測定誤差も従来に比べ１／２とすることができる。
【００６７】
（５）送信回路及び複数のタイマへ順時スタート信号出力を行い、前記複数のタイマで一部時間を重複しながら、それぞれ２回シングアラウンドの時間を測定するので、複数の測定をわずかな時間で行うことができる。またこれらの測定結果を平均して測定精度を上げることができる。測定精度を等しくした場合従来の方法に比べて測定時間が短くなるので、消費電力を小さくすることができる。
【００６８】
（６）受信回路の出力を受けタイマの出力を順次加算し制御部に出力する加算器により、前記制御部ではすべての測定の最後に加算器から測定データを受け取ることによって、全測定結果を受け取ることができる。このため前記制御部では常に複数の前記タイマの出力からデータを受け取る必要がないので、前記制御部をより効率よく動作させることができる。また前記タイマの数を複数から一つに少なくすることができるので、回路の消費電力を小さくすることができる。
【００６９】
（７）制御部が超音波の伝搬時間が長くなるのに対応してスタート信号を出力する数を変化させる制御方法とすることによって、流速が変化した場合であっても、同じ時間における測定数をより多く設定するようできる。このため同一時間で測定できる回数が多くなるので、消費電力を少なくすることができる。
【００７０】
（８）２つの超音波振動子と送信回路および受信回路の接続を切り替え信号に応じて切り替える方向切り替え器を、前記送信回路出力と前記受信回路出力に応じて制御し、同一時間に上流方向と下流方向の超音波伝播時間を測定することによって、流速の変化が大きいときであっても上流方向と下流方向の測定タイミングのずれを小さくできるので、一回の測定で正確な流速を測定できる。そして測定を何回も繰り返す必要がなく、消費電力を小さくすることができる。
【００７１】
（９）第一の超音波振動子と第二の超音波振動子からなる第一の超音波送受波系と、第三の超音波振動子と第四の超音波振動子からなる第二の超音波送受波系と、超音波振動子を駆動する送信回路と、超音波振動子の出力を受ける受信回路と前記二組の超音波送受波系と送信回路及び受信回路とを切り替える系切り替え器を、前記受信回路の出力に応じて切り替えることにより、繰り返し回数を２回に限定せずにディレイ時間のないシングアラウンド測定を行うことができるので、短い時間で精度の高い測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の参考例１における超音波流速計ブロック図
【図２】同流速計の超音波の伝播状況を示す模式図
【図３】本発明の参考例２における超音波流速計ブロック図
【図４】同流速計の超音波の伝播状況を示す模式図
【図５】本発明の参考例３における超音波流速計ブロック図
【図６】同流速計の超音波の伝播状況を示す模式図
【図７】本発明の参考例４における超音波流速計のブロック図
【図８】同流速計の超音波の伝播状況を示す模式図
【図９】本発明の実施の形態１における超音波流速計のブロック図
【図１０】同流速計の超音波の伝播状況を示す模式図
【図１１】本発明の実施の形態２における超音波流速計のブロック図
【図１２】同流速計の超音波の伝播状況を示す模式図
【図１３】本発明の実施の形態３における超音波流速計の超音波の伝播状況を示す模式図
【図１４】本発明の実施の形態４における超音波流速計のブロック図
【図１５】同流速計の超音波の伝播状況を示す模式図
【図１６】本発明の参考例５における超音波流速計のブロック図
【図１７】同流速計の超音波の伝播状況を示す模式図
【図１８】従来の超音波流速計のブロック図
【図１９】（ａ）同流速計の超音波の伝播状況をディレイ時間なしとして示した模式図（ｂ）同流速計の超音波の伝搬状況をディレイ時間ありとして示した模式図
【符号の説明】
【００７３】
１２  第一の超音波振動子
１３  送信回路
１４  第二の超音波振動子
１６  受信回路
１７  タイマ
１８  カウンタ
１９  制御部
２０  切り替え器
２１  第２のカウンタ
２２  ディレイ回路
２３  切り替え回路
２４、２５、２６、２７  複数のタイマ
２８  加算器
２９  方向切り替え器
３０  第一のタイマ
３１  第二のタイマ
３２  切り替え制御部
３３  第三の超音波振動子
３４  第四の超音波振動子
３５  系切り替え器
【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】
2006084480.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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