(57)【要約】【課題】受信波形振幅が変化した場合の受信点の検知個所を確実とし、計測精度を向上させた超音波流れ計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】流体の通る流路７１に配置された一対の超音波センサ７２，７３と、これら超音波センサ７２，７３を駆動する送信手段７４と、前記超音波センサ７２，７３からの信号を受信するとともに、閾値と受信信号を比較して受信を検知する比較手段８７、および前記比較手段８７の比較結果の正誤を判断する判断手段８６を有する受信手段７５と、超音波の伝播時間を計る計時手段７６とを具備したものである。【選択図】図１
2006308439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の通る流路に配置された一対の超音波センサと、前記超音波センサを駆動する送信手段と、前記超音波センサからの信号を受信するとともに、閾値と受信信号を比較して受信を検知する比較手段、および前記比較手段の比較結果の正誤を判断する判断手段を有する受信手段と、超音波の伝播時間を計る計時手段とを具備した流体の流れ計測装置。
【請求項２】
比較手段は基準値に対して２つの閾値で受信波形との比較を行い、判断手段は前記比較手段の結果が２つの閾値のどちらから先に検知したかを判断するようにした請求項１記載の流体の流れ計測装置。
【請求項３】
計時手段を有し、２つの閾値の１つで比較されてから、もう一つの閾値で比較されるまでの時間を計時することで、比較手段の信号の正誤を判断手段で判断するようにした請求項２記載の流体の流れ計測装置。
【請求項４】
閾値を切換えて、複数の閾値で比較できるようにした比較手段を備えた請求項２記載の流体の流れ計測装置。
【請求項５】
一方の超音波センサから他方の超音波センサへ送信した時の超音波の伝播時間Ｔ１と、逆方向に送信した時の超音波の伝播時間Ｔ２との伝播時間差にもとづいて流速および／または流量を求めるようにし、受信波の波数を求めて、波数の比較で受信波の正誤を判断する判断手段を備えた請求項１記載の流体の流れ計測装置。
【請求項６】
判断手段はピークホールド回路を有し、このピークホールド回路のピーク値更新回数で波数比較を行うようにした請求項５記載の流体の流れ計測装置。
【請求項７】
判断手段は受信波のピークを検知するピークホールド回路と比較手段を有し、この比較手段は前記ピークホールド回路出力と受信波とを比較して、波数を求めるためのパルス信号を形成する構成とした請求項６記載の流体の流れ計測装置。
【請求項８】
計時手段を有し、波数を求めるために形成されたパルス間隔の時間を計時することで、形成されたパルス信号の正誤を判断手段で判断するようにした請求項７記載の流体の流れ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に超音波によって流速および／または流量を測定する流体の流れ計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体の流れ計測装置の一例としての超音波流量計を図１５で示す。図１５において、流体管路１の途中に超音波を発信する第１振動子２と受信する第２振動子３とが流れ方向を斜めに横切るごとく配置されている。
【０００３】
４は第１振動子２への発信回路、５は第２振動子３で受信した信号の増幅回路で、この増幅された信号は基準信号と比較回路６で比較され、発信から受信までの時間をタイマカウンタのような計時手段７で求め、その超音波伝幡時間に応じて流体の流速値を、また管路の大きさや流れの状態を考慮して対応する流量値を演算手段８で演算するようにし、この演算手段８の値によって計測間隔変更手段９を介して発信回路４トリガ手段１０への信号送出のタイミングを調節するようにしている。
【０００４】
次にその動作について述べる。トリガ手段１０から発信回路４よりバースト信号を送出される。第１振動子２で発信された超音波信号は、流れの中を伝幡して第２振動子３で受信される。増幅回路５と比較回路６で信号処理され、発信から受信までの時間を計時手段７で測定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
静止流体中の音をｃ、流体の流れの速さをｖとすると、流れ方向の超音波の伝幡速度は（ｃ＋ｖ）となる。振動子５と６の間の距離をＬ、超音波伝幡軸と管路の中心軸とがなす角度をφとすると、超音波が到達する時間Ｔは、
Ｔ＝Ｌ／（ｃ＋ｖ×ｃｏｓφ）                          （１）
となり、（１）式より
ｖ＝（Ｌ／Ｔ−ｃ）／ｃｏｓφ                          （２）
となり、Ｌとφが既知ならＴを測定すれば流速ｖが求められる。この流速より流量Ｑは、通過面積をＳ、補正計数をＫとすれば、
Ｑ＝Ｋ×Ｓ×ｖ                                        （３）
となる。
【０００６】
図１６は他の従来例を示すものであり、発信から受信を繰り返し手段１１によって繰り返し、設定手段１２で設定された回数だけ繰り返しを行う。さらに発振と受信の切換えを切換手段１３で行なった後、同様に繰り返しを行う。
【０００７】
すなわち、発振回路４によって第１振動子２から超音波が送信され、この超音波を第２振動子３で受信し、増幅回路５を介し比較回路６に到達すると繰り返し手段１１で再びトリガ手段１０で発信回路４をトリガする。
【０００８】
この繰り返しは繰り返し設定手段１２で設定された回数だけ行われ、設定回数に達すると繰り返しに要した時間を計時手段７で計測する。しかる後、切換手段１３により第１振動子２と第２振動子３の発信受信を逆に接続し、今度は第２振動子３から第１振動子２に向かって超音波を発信し前述と同様に到達時間を求め、この差を演算手段８で流速および／または流量値を演算する。
【０００９】
静止流体中の音をｃ、流体の流れの速さをｖとすると、流れに対して順方向の超音波の伝幡速度は（ｃ＋ｖ）、逆方向の伝幡速度は（ｃ−ｖ）となる。振動子２，３の間の距離をＬ、超音波伝幡軸と管路の中心軸とがなす角度をφ、繰り返し回数をｎとすると、順方向と逆方向のそれぞれの繰り返し時間Ｔ１とＴ２は、
Ｔ１＝ｎ×Ｌ／（ｃ＋ｖ×ｃｏｓφ）                    （４）
Ｔ２＝ｎ×Ｌ／（ｃ−ｖ×ｃｏｓφ）                    （５）
となり、（４）、（５）式より
ｖ＝ｎ×Ｌ／（２×ｃｏｓφ）×（１／Ｔ１−１／Ｔ２）  （６）
となり、Ｌとφが既知ならＴ１とＴ２を測定すれば流速ｖが求められる。しかしながらＴ１とＴ２の差は流量が小さくかつ繰り返し回数が小さいときには極めて微小であり、正確に計ることが困難であるので測定回数を多く設定し誤差を比較的小さくし、流量が大きくなるとＴ１−Ｔ２の差も大きくなるので測定が容易になり、その場合には繰り返し設定の回数を小さくしてサンプリング間隔を速くして誤差を小さくする。すなわち、演算手段８によって繰り返し設定手段１１の回数を変更する。
【００１０】
また、超音波を用いて高精度な超音波伝播時間の測定を短時間で、かつ、低消費電力で行う計測方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
これは図１７に示されるように、超音波信号を流体管路１の内面に対して送受信する振動子２と、前記振動子２の交流受信信号を複数周期にわたって閾値と比較する比較手段６と、振動子２の送信から比較手段６による検出ごとの複数の伝播時間を計測する計時手段７と、計時手段７の計時値の平均値より伝播時間を算出する時間演算手段１４とを備えたものである。
【００１２】
これによって１回の超音波送受信によって何度も比較手段で比較を行った計測値が得られるので、その平均値を求めることによって高精度な伝播時間の測定値が短時間で得られ、低消費電力で計測を行うことができるように記載されている。
【００１３】
上記図１６に示すものは、２つの振動子を用いて、送信と受信とを切り替え、それぞれの受信波形から求められる超音波の伝播時間から流速を求めて、流量を演算する方式である。振動子の受信波形はいくつかの波を持つため、決められた波で伝播時間を求める必要がある。
【００１４】
例えば、受信波形は図１８のようになるので、閾値を超えた第３波が基準値と交わる点Ｐ１で、送信からの時間をクロックで計時するようにする。実際の受信波の到達点はＰＴであるので、ＰＴからＰ１までの時間は、固定値として扱い、計算時に補正する。
【００１５】
このような方式のため、気体の流れによる受信波形の変化、超音波センサの温度特性、あるいはノイズなどが原因で定められた第３波でない波で伝播時間を検出すると大きな測定誤差となるという課題がある。
【特許文献１】特開平８―１２２１１７号公報(図１、図７)
【特許文献２】特開平１０−３０９４７号公報(図１)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、２つの超音波センサを交互に送信と受信に入れ替えて、それぞれの超音波が伝播する時間を求めて、それらの逆数の差から流速を算出し、さらに流体を通る管路(流路ともいう)の断面積を考慮して流量を求める従来の計測装置は、受信波形が計測精度に大きな影響を与える。この点について図を用いて詳しく説明する。
【００１７】
今、計測システムを図１９に示されるような流路５０に超音波センサ５１，５２が配置され、切り替え回路５３により超音波センサ５１に送信回路５４、超音波センサ５２に受信回路５５が接続され、気体中の超音波の伝播時間Ｔ１を測定し、次に、切り替え回路５３により超音波センサ５２に送信回路５４、超音波センサ５１に受信回路５５が接続され、気体中の超音波の伝播時間Ｔ２を測定し、両方の時間差から流速を求めるものとする。
【００１８】
図２０は超音波センサへの送信信号と、それの受信信号および時間を計測するためのクロック動作を示したタイミングチャートである。
【００１９】
同図（ａ−１）、（ａ−２），（ａ−３）は超音波センサ５１が送信側、超音波センサ５２が受信側の場合で、同図（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）は超音波センサ５１が受信側、超音波センサ５２が送信側の場合である。
【００２０】
気体に図１９に示した方向の流れがあるために、超音波の伝播時間Ｔ１はＴ２よりも短くなる。受信波形の検出について図１８を用いて詳細に説明する。同図は受信波形を示しており、これの検出は受信波形の第２波と第３波のピーク値のおよそ中間になるように設けられた閾値があり、この閾値を超えた信号があることで、それを受信信号とみなす。
【００２１】
閾値を超えた波形がくると受信波形と判断し、次にこの受信波形が基準値と交わるポイントＰ１を検出ポイントとする。送信信号から検出ポイントまでのクロックをカウントして超音波の伝播時間を計測する。実際の受信ポイントはＰＴであるので、ＰＴから第３波までの時間は固定値として扱い、検出ポイントＰ１までの時間からこの固定値を差し引いて超音波の伝播時間を求める。
【００２２】
超音波センサから放射される超音波は、いくらかの広がりを持っており、超音波が伝播する際に流路を構成する壁面に当たるような場合、受信波形は様々な経路で進入する超音波の合成波となるので、気体の流速により合成波の状態が変化することがある。
【００２３】
このような波形の変化があると、設定した固定の閾値では第２波と第３波を区別できなくなり、第３波でない波で伝播時間を検出すると大きな測定誤差となるという課題がある。
【００２４】
また、前述したように超音波センサの温度特性、あるいはノイズなどが原因で定められた第３波でない波で伝播時間を検出した場合も大きな測定誤差となるという課題がある。
【００２５】
本発明はこのような従来の課題を解決したもので、高精度な計測を可能とした流体の流れ計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、流体の通る流路に配置される超音波センサと、前記超音波センサを駆動する送信手段と、前記超音波センサからの信号を受信する受信手段と、超音波の伝播時間を計る計時手段とからなり、前記受信手段は閾値と受信信号を比較して受信を検知する比較手段と、前記比較手段の比較結果の妥当性を判断する判断手段を備えることで、大きな計測誤差の発生を解消できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の超音波流量計は、超音波の受信波形が流速、温度の影響で変化しても適確に受信波を検知して、その正誤を判断することで、計測の精度を向上することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
第１の発明は、流体の通る流路に配置される超音波センサと、前記超音波センサを駆動する送信手段と、前記超音波センサからの信号を受信する受信手段と、超音波の伝播時間を計る計時手段とからなり、前記受信手段は閾値と受信信号を比較して受信を検知する比較手段と、前記比較手段の比較結果の正誤を判断する判断手段を備える。
【００２９】
超音波センサの受信波形は、振動子振動に継続性があるため、送信信号を１波だけ与えても複数周期の波形となる。また、受信波形は徐々に波形ピーク値が上昇して、その後減少するようなエンベロープを持つ。このため受信波形の検知を比較手段で行う場合は、比較手段の閾値をどのようなレベルに設定するかで、受信の何波目を検知するかが決まる。しかしながら、受信波形のエンベロープは温度・流速で変化するため、設定した閾値で検知する波は何波目であるかを限定することが困難である。
【００３０】
従って、例えば流量が無い場合において、３波目で検知するように閾値を設定しても大流量になると、この閾値では４波目で検知することが起り得る。１波ずれると伝播時間計測が１周期に相当する時間だけ増減するので、大きな測定誤差となる。
【００３１】
そこで、閾値を受信信号の基準値に極めて近い値に設定する。ここで基準値とは、交流信号である超音波センサの受信信号を回路で信号処理ができるように、直流分を重畳させて、受信信号を正、または負のいずれかになるようにした場合の直流分を示す。
【００３２】
このように、閾値を基準値に極めて近い値にすることで受信した場合の波形変化を、即検知することができるようになり、受信の1波目を検知しやすくなる。受信の1波目の波高値も温度・流速により変化するが、閾値はこの波高値の変化範囲の最小値よりも低い値に設定されることで、確実に1波目をとらえることができる。
【００３３】
しかしながら、閾値は基準値に近い値に設定されるため、ノイズが重畳した基準値で、比較手段が動作し誤った信号を出力することが起りやすくなる。
【００３４】
そこで、比較手段からの出力信号の正誤を判断する判断手段を設けることで、誤った信号での計測を行わないようにすることができる。
【００３５】
第２の発明は、特に、第１の発明の比較手段は、基準値に対して、２つの閾値で受信波形との比較を行い、判断手段は、比較手段の結果が２つの閾値のどちらから先に検知したかを判断するようにする。
【００３６】
例えば、基準値に対して正負の２つの閾値を設けると、正しい信号を検知した場合は必ず先に比較される閾値と後から検知される閾値とが決まっているので、これとは異なる順番で検知された信号は誤ったものと判断することができる。
【００３７】
第３の発明は、特に、第２の発明において、２つの閾値の１つで比較されてから、もう一つの閾値で比較されるまでの時間を計時することで、比較手段の信号の正誤を判断手段で判断するようにする。例えば、基準値に対して正負に設けられた２つの閾値において、正しい信号を検知した場合は必ず先に比較される閾値と後から検知される閾値との時間間隔がある範囲内で決まっているので、この時間間隔を計時することで、比較手段の出力信号の正誤を判断することができる。
【００３８】
第４の発明は、特に、第２の発明において、閾値を切換え複数の閾値で比較できるようにした比較手段を備えたることにより、回路の素子数を節約することができる。
【００３９】
第５の発明は、特に、第１の発明において、流体の通る流路に配置される複数の超音波センサを備え、一方の超音波センサから他方の超音波センサへ送信した時の超音波の伝播時間Ｔ１と、逆向きに送信した時の超音波の伝播時間Ｔ２とから流速および／または流量を求めるものにおいて、受信波の波数をカウントして、波数の比較で受信波の正誤を判断する判断手段を備える。
【００４０】
これにより、一方の超音波センサから他方の超音波センサへ送信した時の波数と、逆向きに送信した時の波数が異なれば、比較手段の比較結果は誤りであることが判断できる。
【００４１】
第６の発明は、特に、第５の発明において、ピークホールド回路を用いた判断手段とする。これにより、ピーク値の更新回数で波数を求めるようにすることができる。
【００４２】
第７の発明は、特に、第６の発明において、ピークホールド回路と比較手段を有した判断手段とする。前記ピークホールド回路出力と受信波とを比較して、波数を求めるためのパルス信号を形成することができる。
【００４３】
第８の発明は、特に、第７の発明において、計時手段を有し、波数を求めるために形成されたパルス間隔の時間を計時することで、形成されたパルス信号の正誤を判断手段で判断できるようになる。
【００４４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態において本発明が限定されるものではない。
【００４５】
図１において、気体が流れる流路７１に超音波センサ７２，７３とが配置される。超音波センサ７２，７３には、送信手段７４から送信信号が送られる。また、超音波センサの受信信号は受信手段７５に伝えられる。
【００４６】
送信と受信は切換手段７７で選択される。一方の超音波センサ７２が送信手段７４に接続するように選択された場合は、他方の超音波センサ７３は受信手段７５に接続するように選択される。
【００４７】
今、同図に示されるように気体の流れが左から右方向の場合、超音波センサ７２が送信した超音波は伝播時間Ｔ１後に超音波センサ７３に到達する。反対に超音波センサ７３が送信した超音波は伝播時間Ｔ２後に超音波センサ７２に到達するが、気体の流れの方向から、Ｔ１＜Ｔ２となる。これらの伝播時間Ｔ１、Ｔ２は計時手段７６によって計時される。
【００４８】
演算手段７９は計時手段７６からのデータを基にして流量を求める。
【００４９】
以上が超音波計測装置７８の主要部である。
【００５０】
図２は、超音波センサの送信(送信手段)波形と、受信(受信手段)波形とクロック(計時手段)波形を示し、同図（ａ-１）、(ａ-２)、（ａ−３）は、それぞれ超音波センサ７２から送信して超音波センサ７３で受信する場合である。
【００５１】
同図（ａ−１）によれば送信信号は３波となっており、受信波形は同図（ａ−２）のような波形となる。超音波の伝播時間Ｔ１は、受信波形が基準値と交わる点であるＴＡ１からＴＡ７の時間を同図（ａ−３）のクロックでカウントして、あらかじめ定めた規定値Ｔ０を引くことで補正して求められる。同図（ｂ-１）、(ｂ-２)、（ｂ−３）は、それぞれ超音波センサ７３から送信して超音波センサ７２で受信する場合で、同様にして超音波の伝播時間Ｔ２が求められる。
【００５２】
同図に示される閾値は受信波を検知するために、設けられるもので受信手段の比較手段への入力信号となるものである。比較手段を用いて受信を検知すると、さらに別の比較手段を用いて、基準値と交差する点、ＴＡ１からＴＡ７および、ＴＢ１からＴＢ７を検知するようにしている。
【００５３】
次に図３を用いて受信手段について説明する。超音波センサ７２，７３の受信信号は切換手段７７を介して、受信手段７５の増幅手段８０に入力される。増幅された信号は、増幅手段８１でさらに増幅され、比較手段８３，８４に入力される。
【００５４】
基準値設定部８５は基準値を与える。これは、交流の受信信号に重畳されるとともに、比較手段８７へも入力される。比較手段８３、８４の信号は判断手段８６に入力される。比較手段８３，８４で受信を検知し、その受信の正誤を判断手段８６で判断する。
【００５５】
判断が正であれば、基準値が与えられている比較手段８７で受信波と基準値を比較して、交わるポイント（図２のＴＡ１からＴＡ７および、ＴＢ１からＴＢ７）を検知する。比較手段８７の信号は、計時手段７６に伝達され、伝播時間が算定される。
【００５６】
図４は超音波センサ７２から送信して、超音波センサ７３で受信した場合の、比較手段の入力信号と出力信号の波形を示し、同図（ａ）は入力信号で、比較手段８３の閾値Ａと、比較手段８４の閾値Ｂとを合わせて記載している。同図（ｂ）は比較手段８３の出力信号、同図（ｃ）は比較手段８４の出力信号である。
【００５７】
正常な動作では、比較手段８３の出力信号から先にＨＩになり、後から比較手段８４の出力信号がＨＩとなる。また、比較手段８３の出力信号と、比較手段８４の出力信号が同時にＨＩになることはない。このような判断は判断手段が行い受信の正誤を判断する。受信が正しいと判断されれば、比較手段８７で基準値との交差点ＴＡ１からＴＡ７を検知して、送信からの伝播時間を求める。
【００５８】
図５は同じく超音波センサ７２から送信して、超音波センサ７３で受信した場合の比較手段の入力信号と出力信号の波形を示し、同図（ａ）は受信信号である入力信号で、第1波目にノイズなどが重畳して、閾値Ａを超えずに同図（ｂ）の比較手段８３の出力がＨＩにならない状態から、先に同図（ｃ）の比較手段８４の出力がＨＩになった状態を示したものである。この場合、判断手段は受信信号が誤っていると判断して、伝播時間の算出は行わず計測をやり直す。
【００５９】
図６は同じく超音波センサ７２から送信して、超音波センサ７３で受信した場合の比較手段の入力信号と出力信号の波形を示し、同図（ａ）は受信信号である入力信号、同図（ｂ）は比較手段８３の出力、同図（ｃ）は比較手段８４の出力、同図（ｄ）は比較手段８７の出力を表している。
【００６０】
正常に受信を検知した場合は、比較手段８７は必ず、比較手段８３，８４の出力がＬＯＷのときＨＩに立ち上がり、同様に比較手段Ａ８３，８４の出力がＬＯＷのときＬＯＷに下がる。判断手段はこのような論理が成り立っているかを判断することで、受信信号の正誤を判断することができる。
【００６１】
図７（ａ）は同じく超音波センサ７２から送信して、超音波センサ７３で受信した場合の比較手段の入力信号と出力信号の波形を示し、同図（ａ）は受信信号である入力信号、同図（ｂ）は比較手段８３の出力、同図（ｃ）は比較手段８４の出力、同図（ｄ）はクロックを表している。
【００６２】
クロックは、比較手段８３の出力の立ち上がりから、比較手段８４の出力の立ち上がりまで動作する。判断手段はクロック数をカウントして、その動作時間を求めることで、比較手段８３，８４の出力信号の正誤を判断する。
【００６３】
図８は同じく比較手段の入力信号と出力信号の波形を示し、同図（ａ）の受信波形（入力信号）は図７（ａ）に比べてその振幅が小さくなっている。図８（ｂ）は比較手段８３の出力、同図（ｃ）は比較手段Ｂの出力、同図（ｄ）はクロックを表している。クロックは、比較手段８３の出力の立ち上がりから、比較手段８４の出力の立ち上がりまで動作しているが、図７（ｄ）の場合に比べ、クロック数が少なくなっている。
【００６４】
このように受信波形によってクロック数（動作時間）は異なるが、正常な場合動作時間は、ほぼ受信波の１／４周期から１／２周期の中に入るので、判断手段はこの時間外であるものを誤った受信波形であると判断する。
【００６５】
図９は受信波形の正誤を判断する他の構成を示し、図３で示される回路ブロック図と共通する部分は同じ符号を用いており、詳細な説明は図３のものを援用する。増幅手段８１からの増幅された受信信号をピークホールド回路８８で受け、ピーク値が更新される回数を判断手段８６がカウントする。
【００６６】
また、増幅手段８１からの増幅された受信信号は、比較手段８７にも入力される。この比較手段８７は受信波と基準値との比較結果を出力する。
【００６７】
図９で示された回路ブロック図の各部波形を図１０に示す。同図（ａ）は増幅手段８１からの増幅された受信信号であり、ピークホールド回路８８の入力信号となる信号である。この受信信号は、超音波センサ７２から送信され、超音波センサ７３で受信した場合の波形である。
【００６８】
同図（ｂ）はピークホールド回路８８の出力信号であり、入力信号である受信波形のピーク毎にピーク値が更新されている様子を示している。また、同図（ｃ）は判断手段８６の内部信号で、ピークホールド回路８８の信号を受けて、ピーク値が更新される毎にパルスを発生する回路部の信号波形である。
【００６９】
判断手段８６はこのパルスにより、ピーク値の更新回数を記憶する。この場合は更新回数が４回である。同図（ａ）の増幅手段８１からの増幅された受信信号は、比較手段８７の入力信号でもある。比較手段８７によって、基準値と受信信号との比較が行われ、その出力が計時手段７６に入力される。
【００７０】
ただし、比較手段８７の動作は同図（ｃ）の判断手段内部信号Ａの１つ目のパルスが出力されてから行われる。計時手段７６は図に示される基準値と受信信号との交差するポイントＴＡ１からＴＡ７の時間を求める。求められた時間ＴＡ１からＴＡ７はいったん記憶される。
【００７１】
次に、超音波センサ７３から送信され、超音波センサ７２で受信する動作に移る。図は図１０と同等なものになるので図は省略するが、同様に計時手段７６が求める基準値と受信信号との交差するポイントの時間をＴＢ１からＴＢ７とする。式（６）で示されるように時間の逆数差から伝播時間を求める場合は、例えばＴＡ１とＴＢ１の一対のデータから伝播時間をもとめ、同様に、ＴＡ２とＴＢ２、ＴＡ３とＴＢ３のようなそれぞれ一対のデータから求める。
【００７２】
ただし、ＴＡ２とＴＢ２は２波目の伝播時間であるので、計算する場合はこのことを考慮しておく。また、ＴＡ３とＴＢ３は３波目であることを同様に考慮しておく。このようにして伝播時間を求めると、７つのデータが得られるので、この７つのデータを平均すれば、超音波センサ７２および超音波センサ７３においてそれぞれ１回の送受信で、従来例のように一つの一対の伝播時間データから流速を求める場合に比べ、よりばらつきの少ない計測データを得ることができる。
【００７３】
図１１は図１０と同様な各部波形を示しているが、同図（ａ）の受信信号は超音波センサ７３から送信され、超音波センサ７２で受信した場合の波形である。流速の関係で、受信波形のピーク値は図１０に比べて低くなっているが、ピークに達すまでの波数は変わらない（波数がかわるのは、温度変化で超音波センサの特性変化があるときに生じるが、この場合も超音波センサ７２から送信して超音波センサ７３で受信する場合と、その反対の場合とで、受信波形がピークに達するまでの波数は同じである）。
【００７４】
このため、ピークホールド回路では同図（ｂ）に示されるように、受信波形の１波目をとらえることかできずに、２波目からとらえている。従って、判断手段の内部信号も受信波の２波目から出力されているので、比較手段８７は、基準値と受信信号との交差するポイントＴＢ２からＴＢ７の時間を求めることになる。
【００７５】
この場合のピーク値の更新回数は３回で、図１０（ｃ）に比べ、更新回数が１回少ないので判断手段８６は、ＴＢ１が検知できなかったものと判断し、これらのデータは適用せずに最初から計測をやり直すか、または、ＴＡ２とＴＢ２の一対のデータから以降を適用する。
【００７６】
図１２も同様に図９で示された回路ブロック図の各部波形を示している。同図（ａ）は超音波センサ７２の送信信号、同図（ｂ）は超音波センサ７３の受信信号、（ｃ）はピークホールド回路出力信号、（ｄ）は断手段内部信号Ａ、（ｅ）はクロックを表している。
【００７７】
同図（ｂ）において、特に送信から受信の間にノイズが重畳されている様子を表している。同図（ｃ）のピークホールド回路出力は、ノイズを検知している様子を表している。同図（ｄ）は、ピークホールド回路出力に応じて、電圧変化があったタイミングでパルスを出力している。ノイズを検知しているので、同図（ｅ）のクロックで計時される同図（ｅ）のパルス間隔は一定周期の無いものとなる。
【００７８】
このパルスに送信信号に近い周期が見出されない場合は、ピークホールド回路出力をリセットしている。また、正しい受信信号が検知されている部分では、パルス間隔は一定周期を持つ。
【００７９】
このように、クロックを用いてパルス周期を計時することで、受信信号の正しい信号とノイズとを見分けることができる。一定周期を持ったパルスの数で、受信信号がピークに達するまでの波数を知ることができる。
【００８０】
（実施の形態２）
図１３において、ピークホールド回路８８と比較手段８９を有する。この比較手段８９は、ピークホールド回路８８の出力と、増幅手段８１からの信号である受信波信号とを比較することで、受信波の波数を数えるためのパルス信号を出力する。
【００８１】
図１４は図１３で示される回路ブロック図の一部の波形を示した波形図である。（ａ）受信波信号（比較手段Ｄ入力信号）と（ｂ）ピークホールド回路出力信号（比較手段Ｄ入力信号）とを比較手段Ｄで比較して得られた信号が（ｃ）の波数を求めるためのパルス信号｛比較手段Ｄ出力信号（判断手段内部信号）｝となる。
【００８２】
図では受信波のピークから次の一つの波まで検知するように、（ａ）と（ｂ）の信号レベルを調整している。
【００８３】
（ｃ）の波数を求めるためのパルス信号の立ち上がりの間隔は、ほぼ受信波の周期に近い値であるので、これを（ｄ）のクロックを用いて確認し、受信波の正誤を判断する。受信波の波数は（ｂ）パルス信号をカウントすることで得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、超音波センサの受信波形の振幅変化によらず適確な超音波の伝播時間測定が行え、かつ、１回の受信波形から複数の伝播時間データを取得でき、平均化をすることができるので計測精度が向上させることができ、かつ、超音波の受信波形が変化しやすい扁平流路を用いることも可能であるので、広い流量領域にわたり正確な計測が要求される、天然ガスや液化石油ガスの流量を測定する業務用や家庭用の超音波式ガス流量測定装置(ガスメータ)の用途に展開できる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１の超音波流れ測定装置の構成を示すブロック図
【図２】同の超音波流れ測定装置の波形図
【図３】同超音波流れ測定装置における受信手段の回路ブロック図
【図４】同超音波流れ測定装置の波形図
【図５】同超音波流れ測定装置の波形図
【図６】同同超音波流れ測定装置の波形図
【図７】同同超音波流れ測定装置の波形図
【図８】同同超音波流れ測定装置の波形図
【図９】本発明の実施の形態２の同超音波流れ測定装置における受信手段の回路ブロック図
【図１０】同同超音波流れ測定装置の受信手段の波形図
【図１１】同同超音波流れ測定装置の受信手段の波形図
【図１２】同同超音波流れ測定装置の受信手段の波形図
【図１３】同同超音波流れ測定装置の受信手段の回路ブロック図
【図１４】同同超音波流れ測定装置の受信手段の波形図
【図１５】従来の同超音波流れ測定装置の構成を示す制御ブロック図
【図１６】従来の他の同超音波流れ測定装置の構成を示す制御ブロック図
【図１７】従来の他の同超音波流れ測定装置の構成を示す制御ブロック図
【図１８】従来の同超音波流れ測定装置の超音波センサの受信信号波形図
【図１９】従来の同超音波流れ測定装置の構成を示すブロック図
【図２０】従来の同超音波流れ測定装置の波形図
【符号の説明】
【００８６】
７１  流路
７２，７３  超音波センサ
７４  送信手段
７５  受信手段
７６  計時手段
８６  判断手段
８７  比較手段
８８  ピークホールド回路
８９  比較手段
【図１】
2006308439.tif 000003
【図２】
2006308439.tif 000004
【図３】
2006308439.tif 000005
【図４】
2006308439.tif 000006
【図５】
2006308439.tif 000007
【図６】
2006308439.tif 000008
【図７】
2006308439.tif 000009
【図８】
2006308439.tif 000010
【図９】
2006308439.tif 000011
【図１０】
2006308439.tif 000012
【図１１】
2006308439.tif 000013
【図１２】
2006308439.tif 000014
【図１３】
2006308439.tif 000015
【図１４】
2006308439.tif 000016
【図１５】
2006308439.tif 000017
【図１６】
2006308439.tif 000018
【図１７】
2006308439.tif 000019
【図１８】
2006308439.tif 000020
【図１９】
2006308439.tif 000021
【図２０】
2006308439.tif 000022