(57)【要約】【課題】昇圧手段の動作がシステム動作初期の電圧が安定していない場合だと他の回路動作に不具合を生じる可能性があるため、電源投入後一定時間経過してから昇圧手段を動作して電圧安定度を高める。【解決手段】電源制御手段４４はそれ自体の電圧が安定した後にチャージポンプ型昇圧手段４３にクロック信号を出力しチャージポンプ型昇圧手段４３内部のスイッチを切り替えて昇圧動作を行う。チャージポンプ型昇圧手段４３の出力が所定の電圧を満足すると、その後で計測制御手段４１は送信手段３４を動作する。このように負荷の動作に影響を与えない時期に誘導性素子の無い昇圧手段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。【選択図】図１
2006217724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源より高電圧を発生させ負荷へ電圧を出力するチャージポンプ型昇圧手段と、前記チャージポンプ型昇圧手段に接続され電力を蓄える蓄電手段と、前記電源と前記チャージポンプ型昇圧手段を時間的に制御する電源制御手段とを備え、前記電源制御手段は、動作が安定した後にクロック信号を前記チャージポンプ型昇圧手段に出力する昇圧装置。
【請求項２】
蓄電手段の充電が一定値以上になると電源制御手段からのクロック信号を停止する請求項１記載の昇圧装置。
【請求項３】
チャージポンプ型昇圧手段と蓄電手段との間に第１の開閉手段を備え、前記蓄電手段の充電が一定値以上になると電源制御手段は前記第１の開閉手段を開成する請求項１記載の昇圧装置。
【請求項４】
蓄電手段と負荷との間に第２の開閉手段を備え、前記蓄電手段の充電が所定値以上になると電源制御手段は前記第２の開閉手段を閉止する請求項１記載の昇圧装置。
【請求項５】
蓄電手段の充電が所定値以上になると電源制御手段は負荷への制御信号を送出する請求項１記載の昇圧装置。
【請求項６】
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、前記送信側振動子を駆動する送信手段と、前記受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、前記受信手段の電気信号を用いて前記被測定流体の流速を算出する演算手段と、請求項１から５のいずれか１項記載の昇圧装置を備えた流速計測装置。
【請求項７】
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、前記送信側振動子を駆動する送信手段と、前記受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、前記受信手段の電気信号を用いて前記被測定流体の流量を算出する演算手段と、請求項１から５のいずれか１項記載の昇圧装置を備えた流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に電源電圧より高電圧の電力を供給するチャージポンプ型昇圧手段を用いる昇圧装置、及びこの昇圧装置を設け超音波を利用して気体や液体などの流量を計測する流速または流量計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の昇圧装置としてはＤＣＤＣコンバータを利用したものがあり、これを利用した流量計測装置は超音波を用いた電気的な計測方法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１２は一般的な昇圧回路の構成を示すブロック図である。図１２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。図１３は、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１３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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【特許文献１】特開２０００−２９２２３２号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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および回路全体の安定性を考えた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。例えば送信、受信回路への供給電圧が安定する前にＤＣＤＣコンバータの動作を開始すると充電後、負荷が動作するまでの時間に無駄が発生する可能性がでてくる。さらに回路の初期設定動作などを行っている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】
また、誘導性の素子を用いるＤＣＤＣコンバータでは動作時の逆起電力や誘導ノイズにより他の回路へ影響を及ぼす可能性がある。
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するもので、チャージポンプ型昇圧手段をこまめに、特にタイミングを重視して時間的に制御することで、安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、コイルを使用しない回路構成により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。
【００１０】
さらにチャージポンプ型昇圧手段の充電動作も過充電、過放電が極力少なくなるように動作して入力側電源の省エネにも対処できることを目的としている。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の昇圧装置の電源制御手段は、それ自体の動作が安定した後にチャージポンプ型昇圧手段の動作を行うクロック信号を出力して高圧電圧の出力を制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の、昇圧装置における電源制御手段は、電源立ち上げ時に、それ自体の動作が安定した後でチャージポンプ型昇圧手段の動作を行うクロック信号を出力して高圧電圧の出力を制御するものである。
【００１４】
これによって、回路動作が安定した後に例えば負荷の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段の出力電圧を制御する動作を行うことにより安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、コイルなどのノイズ発生源となる素子を使用しない回路構成により昇圧などの動作による電圧の不安定さやスイッチングノイズの発生を抑える。そしてノイズ等の影響をシステムに与えないようなチャージポンプ型昇圧手段の動作を実現することができるとともに、チャージポンプ型昇圧手段の充電動作も過充電、過放電が極力少なくなるように動作して入力側電源の省エネにも対処でき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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１の発明は、電源より高電圧を発生させ負荷へ電圧を出力するチャージポンプ型昇圧手段と、前記チャージポンプ型昇圧手段に接続され電力を蓄える蓄電手段と、前記電源と前記チャージポンプ型昇圧手段を時間的に制御する電源制御手段とを備え、前記電源制御手段は、動作が安定した後にクロック信号を前記チャージポンプ型昇圧手段に出力する昇圧装置である。
【００１６】
これにより、電源制御手段は電源立ち上げ時に、それ自体の動作が安定した後でチャージポンプ型昇圧手段の動作を行うクロック信号を出力して高圧電圧の出力を制御することで、回路動作が安定した後に例えば負荷の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段の出力電圧を制御する動作を行うことにより安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、コイルなどのノイズ発生源となる素子を使用しない回路構成により昇圧などの動作による電圧の不安定さやスイッチングノイズの発生を抑えることができる。そしてノイズ等の影響をシステムに与えないようなチャージポンプ型昇圧手段の動作を実現することができるとともに、チャージポンプ型昇圧手段の充電動作も過充電、過放電が極力少なくなるように動作して入力側電源の省エネにも対処できることで計測系の安定動作を実現する精度を向上できる。
【００１７】
第２の発明は、特に第１の発明の電源制御手段が、チャージポンプ型昇圧手段の後段に設けた蓄電手段の充電を監視し一定値以上になるとを電源制御手段からのクロック信号を停止することにより昇圧動作による過充電を防止し蓄電手段の寿命劣化を防止するとともに、電源の省エネルギーを図ることが可能になる。
【００１８】
第３の発明は、特に第１の発明で、チャージポンプ型昇圧手段と蓄電手段の間に第１の開閉手段を備え、前記蓄電手段の充電が一定値以上になると電源制御手段は前記第１の開閉手段を開成することにより、蓄電手段への過充電を防止するとともに逆流による放電を防止することが可能になる。
【００１９】
第４の発明は、特に第１の発明で、蓄電手段と負荷の間に第２の開閉手段を備え、前記蓄電手段の充電が一定値以上になると電源制御手段は前記第２の開閉手段を閉止することにより、充電が完了してから負荷への電源供給を行うことで、安定した電圧での動作を実現できる。
【００２０】
第５の発明は、特に第１の発明で、蓄電手段の充電が一定値以上になると電源制御手段は負荷への制御信号を送出することにより、負荷は蓄電手段の電圧が安定領域に入った後で動作することができる。
【００２１】
第６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、前記送信側振動子を駆動する送信手段と、前記受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、前記受信手段の電気信号を用いて前記被測定流体の流速を算出する演算手段と、第１から５のいずれかの昇圧装置を備えた流速計測装置であり、これにより、安定した動作で精度のよい流速計測を実現できる。
【００２２】
第７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、前記送信側振動子を駆動する送信手段と、前記受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、前記受信手段の電気信号を用いて前記被測定流体の流量を算出する演算手段と、第１から５のいずれかの昇圧装置を備えた流量計測装置であり、これにより、安定した動作で精度のよい流量計測を実現できる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
実施の形態１に関する本発明の昇圧装置とこの装置を備えた流速または流量計測装置について説明する。図１は本実施の形態１の構成を示す流速または流量計測装置のブロック図である。
【００２５】
図１おいて、被測定流体の流れる流路３１と、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、第１の振動子３２を駆動する送信手段３４と、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受信手段３５と、送信手段３４と第１の振動子３２、および第２の振動子３３と受信手段３５の間に切換手段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。
【００２６】
受信手段３５の出力を受け送信手段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、繰返し手段３７の信号を受け所定の遅延時間遅れて送信手段３４のトリガ信号として出力する遅延手段３８と、少なくとも送信手段３４による第１の振動子３２の駆動開始から繰返し手段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、計時手段３９の値から一対の振動子３２、３３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（演算手段）とを有するものである。
【００２７】
さらに計測制御手段４１を設け、送信手段３４を動作する計測スタート信号を出力する。さらに電力の供給を行う電源４２と、電源より高電圧の負荷を駆動するためのチャージポンプ型昇圧手段４３と、前記電源とチャージポンプ型昇圧手段４３を制御する電源制御手段４４を備えている。
【００２８】
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送信手段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、受信手段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。
【００２９】
（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。）
ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ  ・・・（式１）
受信手段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。
【００３０】
繰返し手段３７を用いる今回の動作は受信手段３５の判定結果を遅延手段３８で一定時間遅延させた後に送信手段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。
（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）
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。
【００３２】
通常の動作は図２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で送信手段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、受信手段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で送信手段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。
【００３３】
繰返し手段３７で決められた回数動作すると図２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。
【００３４】
次に計測制御手段４１などに電力を供給する電源周辺について説明する。図３は本実施例の電源周辺の構成を示すブロック図である。
【００３５】
図３において、４２は電源、４３はチャージポンプ型昇圧手段、４４は電源制御手段、５は蓄電手段、６は負荷である。チャージポンプ型昇圧手段４３の例としては内部に少なくとも１つのコンデンサを有するスイッチング昇圧手段４３ａ、出力電圧を安定する電圧安定手段４３ｂで構成できる。
【００３６】
チャージポンプ型昇圧手段４３の動作を図６のブロック図で説明する。電源１の下流にスイッチとコンデンサで構成するチャージポンプ型昇圧手段４３を接続し、その出力は安定用コンデンサ５と並列に接続した負荷６に送られる。
【００３７】
チャージポンプ型昇圧手段は電源制御手段４４からのクロック信号による発振により制御する。チャージフェーズではスイッチＳ１，Ｓ４が開成し、スイッチＳ２，Ｓ３が閉止している。電源１はフライングコンデンサＣＦを入力電圧まで充電する。次にトランスファフェーズではスイッチＳ１，Ｓ４が閉止し、スイッチＳ２，Ｓ３が開成する。ＣＦにかかる電圧は入力電圧Ｖｉｎと直列になり、電源とＣＦの双方は安定用コンデンサに放電する。基本的なチャージポンプ型昇圧手段は倍電圧器として動作し、この図６では出力電圧は入力電圧の２倍となる。このスイッチとＣＦを直列に複数段構成することにより出力電圧は高くなる。
【００３８】
クロック信号とスイッチの関係を図７に示す。このようにクロック信号が入ることによりチャージポンプ型昇圧手段４３は高電圧をつくりだす。
【００３９】
図３では負荷６の動作は電圧制御手段４４で検知できるようになっている。電圧の情報によりスイッチの開閉手段を制御して昇圧電圧を調節することが可能である。また出力電圧を電源制御手段４４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電源制御手段４４はチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧を一定にするようスイッチの開閉動作を調整する信号を送出する。このように電源制御手段４４は負荷６の動作を検知し、その動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段４３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チャージポンプ型昇圧手段の動作を実現することが可能になる。
【００４０】
電圧安定手段４３ｂとしては高精度の電圧レギュレータを用いれば電圧制御はさらに良くなる。それは電圧安定手段４３ｂの入力を高電圧として降圧動作により出力電圧を安定させるためである。一般にＤＣＤＣコンバータよりレギュレータの方が出力電圧の安定度が高いためより回路の安定度が向上する。
【００４１】
従来例との差を図６のタイミングを用いて説明する。図６（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の出力電圧が図６（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。
【００４２】
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６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。
【００４３】
同様に図６（ｃ）は本発明の電源制御手段４４を用いた場合の負荷の動作タイミングである。そして図６（ｄ）が電源制御手段４４の動作タイミングである。電源制御手段４４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でチャージポンプ型昇圧手段４３に信号を送出しスイッチ動作を調節することで昇圧動作を行う。したがってチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧は図６（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。
【００４４】
流速またはた流量計測装置において図７のように電源制御手段４４から送信手段３４付近の動作について説明する。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４３の出力は送信手段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。送信手段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までの送信開閉手段を用いたブリッジ構成をとる。最初送信開閉手段３４ａ，３４ｄを通電状態にし、反対に３４ｂ、３４ｃを開放しておく。次に送信開閉手段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４３からの高電圧が供給される。
【００４５】
この高電圧の供給が図６（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６（ｄ），（ｅ）のように電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３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チャージポンプ型昇圧手段４３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チャージポンプ型昇圧手段４３の動作を実現することが可能になる。
【００４６】
さらにチャージポンプ型昇圧手段４３の出力段には電源安定手段４３ｂとしてレギュレータを設置することでさらに電圧安定度を向上することが可能である。
【００４７】
電源制御手段４４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チャージポンプ型昇圧手段４３を制御することできるようになる。図７では電源制御手段４４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。
【００４８】
さらに、チャージポンプ型昇圧手段４３内部のコンデンサが中途半場な充電である場合はまだ昇圧動作を必要としないが、負荷に電力を供給するには容量不足というような場合もある。この場合は電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３に発振信号を送出しスイッチの開閉動作を指示し、さらに高い電圧をつくり出力コンデンサ４３ｄを充電する方法もある。またチャージポンプ型昇圧手段４３の素子自体で出力電圧を監視している場合は、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も可能である。またチャージポンプ型昇圧手段４３内部のスイッチの動作回数を変化するよう電源制御手段からの発振動作信号を変化してチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧を微調整することが可能である。
【００４９】
出力電圧の変化幅はチャージポンプ型昇圧手段４３の内部にある電圧安定手段４３ｂの精度によって決まることがあるため、電圧安定手段４３ｂの電圧閾値の設定には注意することが大切である。
【００５０】
動作開始時の電源周辺のタイミングについて説明する。省電力で動作する場合などは電源をこまめに入り切りし、本当に動作が必要な場合のみ電源を各部に供給し、それ以外は休止する方法が多くの制御手段に用いられている。流速または流量計測装置のように周期的に動作を行う機器では非動作時に電源を遮断することが有用である。そのため電源を立ち上げる動作が頻発するが、その度に各種設定を行う必要がでてくる。送信手段３４、受信手段３５への供給電圧が安定する前にチャージポンプ型昇圧手段４３の動作を開始すると充電後、負荷としての振動子が動作するまでの時間に無駄が発生する可能性がでてくる。さらに計測制御手段４１の初期設定動作などを行なっている時にチャージポンプ型昇圧手段４３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。例えば計測制御手段４１の内部に複数の集積回路が存在し、初期データのやり取りやアナログ部の調整を行っているような場合である。
【００５１】
このような場合は図８（ａ）に示しているように電源制御手段４４の入力部の電圧が上昇し、規定電圧を超えると図８（ｂ）のようにデジタル機器は動作を開始する。時刻ｔ１で計測制御手段４１が動作を開始し、初期設定を行いはじめる。そしてｔ２までの時間で各部の設定を終了する。その間に電源制御手段４４の動作も安定している。そして図８（ｃ）で電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作するよう信号を送出するとともに図８（ｄ）のようにクロック信号も出力しチャージポンプ型昇圧手段４３内部のスイッチを切り替えて昇圧動作を行う。チャージポンプ型昇圧手段４３の出力は図８（ｅ）のように立ち上がりｔ３で所定の電圧を満足する。その後で計測制御手段４１は送信手段３４を動作する。
【００５２】
このように、電源制御手段４４は電源立ち上げ時に、それ自体の動作が安定した後でチャージポンプ型昇圧手段４３の動作を行うクロック信号を出力して高圧電圧の出力を制御する。回路動作が安定した後に例えば負荷の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段の出力電圧を制御する動作を行うことにより安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、コイルなどのノイズ発生源となる素子を使用しない回路構成により昇圧などの動作による電圧の不安定さやスイッチングノイズの発生を抑えることができる。そしてノイズ等の影響をシステムに与えないようなチャージポンプ型昇圧手段の動作を実現することができるとともに、チャージポンプ型昇圧手段４３の充電動作も過充電、過放電が極力少なくなるように動作して入力側電源の省エネにも対処でき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可能になる。
【００５３】
また、図９を用いて他の動作を説明する。電源の立ち上げを頻発している場合、電源４２からの電圧立ち上がりが安定しない間にチャージポンプ型昇圧手段４３が動作すると周辺の動作に悪影響を与えたり、無駄な動作待ち時間、特に負荷への動作がまだ必要の無い時間が生じる場合がある。そこで図９（ａ）のように電源制御手段４４の入力部の電圧が上昇し、ｔ０で規定電圧を超えると図９（ｂ）のようにデジタル機器は動作を開始する。そして図９（ｃ）のようにｔ１で電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作するよう信号を送出する。そして電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作するよう信号を送出するとともに、図９（ｄ）のようにクロック信号も出力しチャージポンプ型昇圧手段４３内部のスイッチを切り替えて昇圧動作を行う。
【００５４】
チャージポンプ型昇圧手段４３の出力は図９（ｅ）のように立ち上がりｔ２で所定の電圧を満足する。その後で計測制御手段４１は送信手段３４を動作する。時刻ｔ０からｔ１の間で電源出力はほぼ安定しているため各部の動作も落ち着いてきている。なおかつ時刻ｔ２までクロック信号によりチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧が上昇し、監視している蓄電手段５の充電が一定値以上になると負荷６を動作するのに十分な状態になるとそれ以上の昇圧動作は不要のため電源制御手段４４からのクロック信号の送出を停止する。
【００５５】
これにより、昇圧動作による過充電を防止し蓄電手段５の寿命劣化を防止するとともに、電源４２の省エネルギーを図ることが可能になる。
【００５６】
本実施の形態ではチャージポンプ型昇圧手段４３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。またチャージポンプ型昇圧手段４３の内部構成は図２のようなものに限ったものでない。
【００５７】
（実施の形態２）
実施の形態２に関する本発明の昇圧装置と流速または流量計測装置について図１、図７、図１０、図１１を用いて説明する。実施の形態１と異なるところはチャージポンプ型昇圧手段４３の出力側に開閉手段を設け過充電、過放電を防止することである。
【００５８】
実施の形態１で示したように流速または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電力を消費するためチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧が低下する。例えば図１の第１の振動子３２が動作すると図７におけるチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧は低下するため、それを補うためチャージポンプ型昇圧手段４３が動作しなければならない。そこでチャージポンプ型昇圧手段４３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。
【００５９】
図１０で４５はチャージポンプ型昇圧手段４３と蓄電手段５の間に設けた第１の開閉手段である。また４６は蓄電手段５と負荷６の間に設けた第２の開閉手段である。電源制御手段４４からチャージポンプ型昇圧手段４３に、図１１に示した時刻ｔ１で動作信号を送出すると高電圧の出力が出てくる。これを第１の開閉手段４５が閉止している間、蓄電手段５に充電していく。充電手段５の端子間電圧は電源制御手段４４で監視しておき、十分な電力を充電すると、時刻ｔ２でチャージポンンプ型昇圧手段４３の動作を停止する信号を送出する。
【００６０】
昇圧動作が停止するとチャージポンプ型昇圧手段４３の内部電流だけが消費電流となり省エネではあるが、蓄電手段５の電力が逆流する可能性もある。高電圧までした電力が無駄に消費されると電源の効率も悪くなる。したがって蓄電手段５の充電が一定値以上になると電源制御手段４４は第１の開閉手段４５を開成することにより、チャージポンプ型昇圧手段４３と蓄電手段５の間を電気的に切り離すようにする。これにより、蓄電手段５への過充電を防止するとともに逆流による放電を防止することが可能になり、蓄電手段の寿命を縮めることが無く、電源の無駄な消費も無くなり長期間の使用もできるようになる。
【００６１】
蓄電手段５の電圧は充電中と充電を停止した直後、および待機中では異なる場合がある。電源制御手段４４は第１の開閉手段４５を開成動作した後も蓄電手段５の電圧を時々監視し、電圧低下が検出されると再度チャージポンプ型昇圧手段４３を動作するとともに第１の開閉手段４５を閉止して充電を開始する操作を行っても良い。
【００６２】
第２の開閉手段４６を使用する他の動作を説明する。電源制御手段４４からチャージポンプ型昇圧手段４３に動作信号を送出すると高電圧の出力が出てくる。これを蓄電手段５に充電している間は電圧が不安定な場合もありうる。この電圧が負荷６や他の回路部分にこの高電圧がかかると誤動作の原因にもなるため、充電手段５の端子間電圧は電源制御手段４４で監視しておき、十分な電力を充電するまでは第２に開閉手段４６を開成動作しておく。蓄電手段５の充電が十分満足できる値までになると本来の動作をするため図１１時刻ｔ３で第２の開閉手段を閉止する。そして負荷６への給電を開始する。このように充電中の電圧は外に出さず、蓄電手段５の充電が一定値以上になると電源制御手段４４は第２の開閉手段４６を閉止することにより、充電が完了してから負荷６への電源供給を行うことで、安定した電圧での動作による計測系の安定動作と精度の良い流量計測を実現することが可能になる。
【００６３】
負荷６への制御信号を送出する他の動作を説明する。負荷６への供給電圧はチャージポンプ型昇圧手段４３で作成し、開閉手段などにより供給するタイミングを調整しているが、負荷６自体も電源制御手段４４で動作を調整することができる。蓄電手段５への充電する電力が十分安定すると、負荷６が動作しても良いように、例えば超音波振動子の場合は決められた周波数で駆動できる準備が整ったことになる。そこで電源制御手段４４は負荷６に動作を許可する信号を送出することで動作可能にすることができる。
【００６４】
このような動作により例えば超音波振動子の駆動電圧が常にある程度の一定値を保つことができ、安定した駆動ができ、再現性の良い動作が可能になる。
【００６５】
このように蓄電手段５の充電が一定値以上になると電源制御手段４４は負荷６への制御信号を送出することにより、負荷は蓄電手段５の電圧が安定領域に入った後で動作することにより精度の良い流量計測を行うことが可能になる。
【００６６】
（実施の形態３）
実施の形態１と異なるところは、チャージポンプ型昇圧手段４３の動作を調整する電源制御手段４４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。図１、および図７において実施の形態１から実施の形態２で示した電源制御手段４４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チャージポンプ型昇圧手段４３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チャージポンプ型昇圧手段４３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４７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。
【００６７】
このように電源制御手段４４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チャージポンプ型昇圧手段４３の動作をソフトで行うことになる。これにより送信回数の条件設定、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電源制御手段４４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。
【００６８】
また第１の開閉手段、第２の開閉手段も効率良く動作することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の昇圧装置は電源制御手段が、回路全体の動作と負荷の動作に応じてこまめに特にタイミングを重視して時間的に、チャージポンプ型昇圧手段による電圧の上昇動作を制御するものである。
【００７０】
これによって、回路動作が安定する電源電圧を確保するとともに負荷の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段の出力電圧を制御する動作を行うことにより安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、コイルを使用しない回路構成により昇圧などの動作による電圧の不安定さやスイッチングノイズの発生を抑える。さらにチャージポンプ型昇圧手段の充電動作も過充電、過放電が極力少なくなるように動作して入力側電源の省エネにも対処できる。
【００７１】
したがって、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可能になり、ガスメータや各種流体の計測装置などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の流速または流量計測装置の全体ブロック図
【図２】同計測装置における計測制御手段の動作を示すタイミング図
【図３】本発明の実施の形態１における電源周辺のブロック図
【図４】同チャージポンプ型昇圧手段のブロック図
【図５】同チャージポンプ型昇圧手段の動作を示すタイミング図
【図６】従来の昇圧回路の動作を示すタイミング図
【図７】同計測装置の送信手段周辺の接続を示すブロック図
【図８】同計測装置における電源の動作を示すタイミング図
【図９】同計測装置における電源の動作を示すタイミング図
【図１０】本発明の実施の形態２の計測装置における電源制御手段周辺のブロック図
【図１１】同計測装置における電源の動作を示すタイミング図
【図１２】従来の昇圧回路の全体のブロック図
【図１３】従来の流量計測装置の全体のブロック図
【符号の説明】
【００７３】
１  電源
６  負荷
３１  流路
３２  第１の振動子
３３  第２の振動子
３４  送信手段
３５  受信手段
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（演算手段）
４２  電源
４３  チャージポンプ型昇圧手段
４４  電源制御手段
４５  第１の開閉手段
４６  第２の開閉手段
４７  記憶媒体
【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】
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【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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