(57)【要約】【課題】送信側の超音波トランスジューサの超音波パルス駆動を間欠動作とすることにより、流量の計測精度を低下させることなしに、消費電力を低減する。【解決手段】間欠駆動制御部１１１は、順方向送信周波数および逆方向送信周波数の計測時に数クロック分の順方向クロック選択信号ＣＳｊおよび逆方向クロック選択信号ＣＳｇを間欠時間をあけて出力する。送信周波数切替スイッチ部９は、順方向クロック選択信号ＣＳｊおよび逆方向クロック選択信号ＣＳｇにより選択された順方向クロックＣＬＫｊおよび逆方向クロックＣＬＫｇを間欠時間をあけた送信波パルス群として送信側の超音波トランスジューサに印加する。【選択図】  図１
2006038708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、
順方向送信周波数および逆方向送信周波数の計測時に数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する間欠駆動制御部と、
前記間欠駆動制御部からのクロック選択信号により選択されたクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部とを設けて、
送信周波数の計測における前記送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタを設けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
送信周波数の計測間のインターバル時間を制御するインターバル制御部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記インターバル制御部が、計測された流量に応じて前記インターバル時間を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項５】
計測された流量に応じて前記間欠時間を可変に制御する流量判定部を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記流量判定部が、送信周波数の計測によって求められた音速に基づいて温度を計算し、該温度に対して流量補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記一対の超音波トランスジューサが、機械的共振尖鋭度を表すＱ値が低くかつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記クロックの送信周波数に応じて、前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記クロックの送信周波数に応じて、前記受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項１０】
計測流体に応じてロック波数を変更することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項１１】
前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックにマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部を設け、前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間での超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御する受信計測管理部を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項１２】
前記受信計測管理部が、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を微調制御することを特徴とする請求項１１に記載の超音波流量計。
【請求項１３】
前記一対の超音波トランスジューサで順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを切り替えて計測するときに、前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を記憶して、次回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を、記憶した前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数から開始することを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項１４】
送信波パルス群による受信波パルス群の直接波が到達してからその三次反射波が出現するまでの時間帯に、次の送信波パルス群による次の受信波パルス群を受信するようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の超音波流量計。
【請求項１５】
流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、
送信側の超音波トランスジューサを駆動するクロックと受信側の超音波トランスジューサにより変換された受信波変換信号との位相を比較し、位相が一致する送信周波数のクロックを出力するフェイズロックドループと、
前記フェイズロックドループからのクロックのカウント値がロック波数になる際に位相比較タイミング信号を出力するロック波数クロック管理部と、
前記ロック波数クロック管理部からの位相比較タイミング信号に応じて数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する送受信制御部と、
前記送受信制御部からのクロック選択信号に基づいて数クロック分のクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部と、
前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタと、
計測された流量に応じて順方向送信周波数の計測と逆方向送信周波数の計測との間のインターバル時間を制御するインターバル制御部と、
計測された流量に応じて間欠時間を可変に制御する流量判定部と、
前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部と、
前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、前記受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部と、
前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックに前記送受信制御部からのマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部と、
前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御し、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるようにクロックの周波数を微調制御する受信計測管理部と
を有することを特徴とする超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計に関し、詳しくは超音波を利用して都市ガス，ＬＰＧ，水などの流体の流速や流量を計測する超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波流量計の一例として、フェーズロックドループ（ＰＬＬ）を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の超音波流量計における計測原理は、流路の流体流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、ＰＬＬにより一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められた波の数（以下、ロック波数という）となるように制御し、流れ方向上手側の超音波トランスジューサ（以下、順方向超音波トランスジューサという）から流れ方向下手側の超音波トランスジューサ（以下、逆方向超音波トランスジューサという）に向けて超音波を発射したときの送信周波数（以下、順方向送信周波数という）と、逆方向超音波トランスジューサから順方向超音波トランスジューサに向けて超音波を発射したときの送信周波数（以下、逆方向送信周波数という）とを計測し、計測された順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流路を流れる流体の平均流速を求め、さらに平均流速に流路断面積を乗算することで流量を求める方法である。
【０００３】
いま、図２に示すように、ロック波数をＮ、順方向送信周波数をｆｊ、逆方向送信周波数をｆｇ、順方向超音波トランスジューサ２ａ，逆方向超音波トランスジューサ２ｂ間の距離（以下、伝搬長という）をＬ、流体の流速をＶとすると、順方向超音波トランスジューサ２ａから逆方向超音波トランスジューサ２ｂに超音波を伝搬させたときの計測（以下、順方向計測という）で、下式（１）が得られ、逆方向超音波トランスジューサ２ｂから順方向超音波トランスジューサ２ａに超音波を伝搬させたときの計測（以下、逆方向計測という）で、下式（２）が得られる。
【０００４】
Ｌ／（Ｃ＋Ｖ）＝Ｎ／ｆｊ  →  Ｌｆｊ／Ｎ＝Ｃ＋Ｖ        ・・・（１）
Ｌ／（Ｃ−Ｖ）＝Ｎ／ｆｇ  →  Ｌｆｇ／Ｎ＝Ｃ−Ｖ        ・・・（２）
【０００５】
式（１）−式（２）から下式（３）が得られ、式（１）＋式（２）から下式（４）が得られる。
【０００６】
Ｖ＝（Ｌ／２Ｎ）×（ｆｊ−ｆｇ）                        ・・・（３）
Ｃ＝（Ｌ／２Ｎ）×（ｆｊ＋ｆｇ）                        ・・・（４）
【０００７】
そして、流量Ｑが、流路の断面積Ｓ、計測時間間隔（以下、インターバル時間という）Δ等を考慮した補正係数Ｈを用いて、下式（５）で求められる。
【０００８】
Ｑ＝Ｖ・Ｓ・Ｈ                                      ・・・（５）
【０００９】
また、前回までの積算流量ΣＱ０を用いれば、積算流量ΣＱ１は、ΣＱ１＝ΣＱ０＋Ｑで求められる。
【００１０】
さらに、式（４）によって求められた音速Ｃから、簡易式Ｃ＝３３１．６８＋０．６１τにより、温度τが求まるので、温度τに対する補正が可能となる。
【特許文献１】特公平３−３９２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、従来の超音波流量計では、順方向超音波トランスジューサ２ａから逆方向超音波トランスジューサ２ｂへの超音波の伝搬時間（以下、順方向伝搬時間という）Ｔｊの計測中および逆方向超音波トランスジューサ２ｂから順方向超音波トランスジューサ２ａへの超音波の伝搬時間（以下、逆方向伝搬時間という）Ｔｇの計測中には、一対の超音波トランスジューサ２ａ，２ｂ間で超音波パルスを連続的に送信し続けていた。すなわち、送信側の超音波トランスジューサに対して駆動パルスを連続的に印加していた。このため、送信側の超音波トランスジューサは、超音波パルスを発射し続けなければならず、これにより多くの電力を消費するという問題点があった。電池等の限られた電源で長時間動作しなければならない超音波流量計にとっては、電力消費をできる限り抑えるために、送信側の超音波トランスジューサに印加される駆動パルスの数（駆動パルス数）Ｍを抑えることが望ましかった。
【００１２】
また、従来の超音波流量計において、しばしば問題となるのが流量Ｑの計測精度であるが、流量Ｑの計測精度を向上させるためには、計測回数を多くする必要がある。しかし、計測回数を多くすると、計測時間がその分長くなり、消費電力が増大するという問題点があった。したがって、何年間も電池交換無しで作動することが要求されるような超音波流量計では、計測回数を増やして計測精度を高めることは難しかった。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑み、送信側の超音波トランスジューサからの超音波パルスの発射を間欠動作とすることにより、消費電力の増大を抑制しつつも、優れた流量の計測精度が得られるようにした超音波流量計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および発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の超音波流量計は、流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、順方向送信周波数および逆方向送信周波数の計測時に数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する間欠駆動制御部と、前記間欠駆動制御部からのクロック選択信号により選択されたクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部とを設けて、１回の送信周波数の計測における前記送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことを特徴とする。請求項１記載の超音波流量計によれば、１回の送信周波数の計測における送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことにより、消費電力が大きい超音波トランスジューサの駆動の回数が減り、その分、超音波流量計の低消費電力化を実現することができる。
【００１５】
請求項２記載の超音波流量計は、請求項１記載の超音波流量計において、前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタを設けたことを特徴とする。請求項２記載の超音波流量計によれば、間欠時間の間もクロックをカウントし続けることにより、間欠時間の間も流速を推定し続けることが可能になり、低消費電力でも高精度な流量の計測を実現することができる。
【００１６】
請求項３記載の超音波流量計は、請求項１または請求項２に記載の超音波流量計において、送信周波数の計測間のインターバル時間を制御するインターバル制御部を設けたことを特徴とする。請求項３記載の超音波流量計によれば、インターバル制御部を設けて、送信周波数の計測間のインターバル時間を制御できるようにしたので、高流量時にインターバル時間を短くし、低流量時にインターバル時間を長くすることができる。
【００１７】
請求項４記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波流量計において、前記インターバル制御部が、計測された流量に応じて前記インターバル時間を制御することを特徴とする。請求項４記載の超音波流量計によれば、流量に応じてインターバル時間を制御することにより、低流量時にインターバル時間を長くして、単位時間当たりの駆動パルス数を減少させ、低消費電力化を実現することができる。
【００１８】
請求項５記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超音波流量計において、計測された流量に応じて前記間欠時間を可変に制御する流量判定部を設けたことを特徴とする。請求項５記載の超音波流量計によれば、流量に応じて間欠時間を制御することにより、低流量時に間欠時間を長くして、単位時間当たりの駆動パルス数を減少させ、低消費電力化を実現することができる。
【００１９】
請求項６記載の超音波流量計は、請求項５記載の超音波流量計において、前記流量判定部が、送信周波数の計測によって求められた音速に基づいて温度を計算し、該温度に対して流量補正を行うことを特徴とする。請求項６記載の超音波流量計によれば、送信周波数の計測によって求められた音速に基づいて温度を計算することにより、温度計を配置することなしに、少ない部品数で、低消費電力でも流量の計測精度を向上させることができる。
【００２０】
請求項７記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超音波流量計において、前記一対の超音波トランスジューサが、機械的共振尖鋭度を表すＱ値が低くかつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性であることを特徴とする。請求項７記載の超音波流量計によれば、機械的共振尖鋭度を表すＱ値が低く、かつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性である超音波トランスジューサを用いることにより、駆動パルス数が少なくても受信ポイントが安定するため、超音波流量計の計測精度の向上ならびに低消費電力化を実現することができる。
【００２１】
請求項８記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の超音波流量計において、前記クロックの送信周波数に応じて、前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部を設けたことを特徴とする。請求項８記載の超音波流量計によれば、クロックの送信周波数に応じて送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御するようにしたことにより、クロックの送信周波数が変化しても、流量の計測精度を保つことができる。
【００２２】
請求項９記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の超音波流量計において、前記クロックの送信周波数に応じて、前記受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部を設けたことを特徴とする。請求項９記載の超音波流量計によれば、順方向送信周波数または逆方向送信周波数に応じて受信ポイントを変更することにより、低消費電力での超音波トランスジューサの駆動に準じた計測精度の向上を図ることができる。
【００２３】
請求項１０記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の超音波流量計において、計測流体に応じてロック波数を変更することを特徴とする。請求項１０記載の超音波流量計によれば、伝搬時間計測や外部スイッチによって流体の種別（例えば、ガス種）を判別し、同じ周波数領域を使用してロック波数を変更・管理することができるので、計測精度が向上すると同時に、流体の種別毎に使用する超音波トランスジューサを設ける必要がなくなる。
【００２４】
請求項１１記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の超音波流量計において、前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックにマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部を設け、前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間での超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御する受信計測管理部を設けたことを特徴とする。請求項１１記載の超音波流量計によれば、大きくずれた位相を粗い制御ステップで位相合わせをすることができるので、急激な流量変化に対してでも素早く波数ロックができるため、低消費電力化につながる。また、マーカパルスを付けることで位相回り管理を行なうので、高精度かつ広範囲の流量計測が可能になる。
【００２５】
請求項１２記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の超音波流量計において、前記受信計測管理部が、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるようにクロックの周波数を微調制御することを特徴とする。請求項１２記載の超音波流量計によれば、粗調制御によって荒く合わせた位相をさらに精度良く細かい制御ステップで合わせる微調制御を行なうので、高精度の流量計測を行なうことができる。
【００２６】
請求項１３記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の超音波流量計において、前記一対の超音波トランスジューサで順方向伝搬時間と逆方向伝搬時間とを切り替えて計測するときに、前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を記憶して、次回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を、記憶した前回の計測時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数から開始することを特徴とする。請求項１３記載の超音波流量計によれば、消費電流を多く消費するＶＣＯを計測していない間は停止するため、計測していない方向での計測動作の停止前にその時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を記憶する。順方向計測および逆方向計測を開始するときに低消費電力で記憶されている順方向送信周波数および逆方向送信周波数から計測することにより、順方向送信周波数および逆方向送信周波数の調整を素早く行なえ、低消費電力となる。なお、ＶＣＯへ入力する電圧値を記憶しておくことも考えられる。
【００２７】
請求項１４記載の超音波流量計は、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の超音波流量計において、送信波パルス群による受信波パルス群の直接波が到達してからその三次反射波が出現するまでの時間帯に、次の送信波パルス群による次の受信波パルス群を受信するようにしたことを特徴とする。請求項１４記載の超音波流量計によれば、三次反射波が出現するまでの時間帯を受信後の受信ポイントとすることにより、送信周波数の計測から三次反射波が予め除去され、流量の計測精度を向上させることができる。
【００２８】
請求項１５記載の超音波流量計は、流体が流通する流路内の流れ方向上手側および流れ方向下手側に一対の超音波トランスジューサを設け、該一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるように順方向送信周波数および逆方向送信周波数を制御し、その時の順方向送信周波数および逆方向送信周波数を基に流速および流量を求める超音波流量計において、送信側の超音波トランスジューサを駆動するクロックと受信側の超音波トランスジューサにより変換された受信波変換信号との位相を比較し、位相が一致する送信周波数のクロックを出力するフェイズロックドループと、前記フェイズロックドループからのクロックのカウント値がロック波数になる際に位相比較タイミング信号を出力するロック波数クロック管理部と、前記ロック波数クロック管理部からの位相比較タイミング信号に応じて数クロック分のクロック選択信号を間欠時間をあけて出力する送受信制御部と、前記送受信制御部からのクロック選択信号に基づいて数クロック分のクロックを間欠時間をあけた送信波パルス群として前記送信側の超音波トランスジューサに印加する送信周波数切替スイッチ部と、前記間欠時間の間も前記クロックをカウントし続けるカウンタと、計測された流量に応じて順方向送信周波数の計測と逆方向送信周波数の計測との間のインターバル時間を制御するインターバル制御部と、計測された流量に応じて間欠時間を可変に制御する流量判定部と、前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、送信側の送信側超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群の駆動パルス数を可変に制御する駆動パルス数制御部と、前記フェイズロックドループからのクロックの送信周波数に応じて、受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群の受信ポイントを変更する受信ポイント管理部と、前記送信周波数切替スイッチ部により選択されたクロックに前記送受信制御部からのマーカパルスを混在させるマーカパルス合成部と、前記マーカパルスを予め決められたロック波数に応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスを基に前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波の波数が予め決められたロック波数になるように前記クロックの周波数を粗調制御し、前記粗調制御で位相回りをなくした後に、前記一対の超音波トランスジューサ間で超音波が予め決められたロック波数になるようにクロックの周波数を微調制御する受信計測管理部とを有することを特徴とする。請求項１５記載の超音波流量計によれば、送信周波数の計測における送信側の超音波トランスジューサの駆動を間欠時間を挟んだ送信波パルス群による間欠動作としたことにより、消費電力が大きい超音波トランスジューサの駆動の回数が減り、その分、超音波流量計の低消費電力化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】
【００２９】
一対の超音波トランスジューサ間で送受信する超音波パルス群を間欠時間を挟んだ超音波パルス群に分けて、送信側の超音波トランスジューサの超音波パルス駆動を間欠動作とすることにより、流量の計測精度を低下させることなしに、消費電力を低減することができるようにした。
【００３０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の実施例１に係る超音波流量計の構成を示す回路ブロック図である。本実施例１に係る超音波流量計は、流路１と、流路１内の流れ方向上手側に設置された超音波トランスジューサ（順方向超音波トランスジューサ）２ａと、流路１内の流れ方向下手側に設置された超音波トランスジューサ（逆方向超音波トランスジューサ）２ｂと、順方向超音波トランスジューサ２ａおよび逆方向超音波トランスジューサ２ｂに接続された送受切替部３と、送受切替部３が接続された位相比較切替スイッチＳＷａと、同じく送受切替部３が接続された位相比較切替スイッチＳＷｂと、位相比較切替スイッチＳＷａおよび後述する電圧制御発信器（ＶＣＯ）６ａが入力端子に接続され、制御端子に後述するマイクロコンピュータ１１が接続された位相比較部４ａと、位相比較切替スイッチＳＷｂおよび後述する電圧制御発信器（ＶＣＯ）６ｂが入力端子に接続され、制御端子に後述するマイクロコンピュータ１１が接続された位相比較部４ｂと、位相比較部４ａの出力端子が接続されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）５ａと、位相比較部４ｂの出力端子が接続されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）５ｂと、ＬＰＦ５ａが接続された電圧制御発信器（ＶＣＯ）６ａと、ＬＰＦ５ｂが接続された電圧制御発信器（ＶＣＯ）６ｂと、ＶＣＯ６ａが接続されたカウンタ（以下、順方向カウンタという）７ａと、ＶＣＯ６ｂが接続されたカウンタ（以下、逆方向カウンタという）７ｂと、ＶＣＯ６ａが接続されたロック波数クロック管理部８ａと、ＶＣＯ６ｂが接続されたロック波数クロック管理部８ｂと、ＶＣＯ６ａおよびＶＣＯ６ｂならびにマイクロコンピュータ１１が接続された送信周波数切替スイッチ部９と、送信周波数切替スイッチ部９およびマイクロコンピュータ１１が接続されたマーカパルス合成部１０と、送信制御部としてのマイクロコンピュータ１１とから、その主要部が構成されている。
【００３２】
流路１は、順方向超音波トランスジューサ２ａ，逆方向超音波トランスジューサ２ｂ間において流れ方向軸線が直線状であり、軸断面の形状および断面積が流れ方向において同一に形成されている。計測流体がガスの場合、流路１の軸断面形状は壁部により閉鎖された空間を形成するものであればよく、例えば、円形状，楕円形状，正方形状，矩形状等のいずれを採用してもよい。
【００３３】
順方向超音波トランスジューサ２ａおよび逆方向超音波トランスジューサ２ｂは、圧電素子，振動板，電極等を用いて構成された超音波トランスジューサであり、機械的共振尖鋭度を表すＱ値が低く、かつ低スプリアスな単一共振特性に近い周波数インピーダンス特性である。順方向超音波トランスジューサ２ａおよび逆方向超音波トランスジューサ２ｂの送受信の切り替えは、アナログスイッチ等で構成される送受切替部３によって行なわれる。
【００３４】
送受切替部３は、順方向超音波トランスジューサ２ａおよび逆方向超音波トランスジューサ２ｂから超音波パルス群を発射させるための駆動電圧回路等から構成される送信手段（図示せず）と、順方向超音波トランスジューサ２ａおよび逆方向超音波トランスジューサ２ｂの受信波変換信号を検出するための電圧検出回路等から構成される受信手段（図示せず）とを含んで構成されており、マイクロコンピュータ１１からの送受切替信号ＳＲのオン／オフ（ハイレベル／ロウレベル）に応じて順方向超音波トランスジューサ２ａおよび逆方向超音波トランスジューサ２ｂの送受信の切替を制御する。例えば、順方向超音波トランスジューサ２ａから逆方向超音波トランスジューサ２ｂに向けて送信波パルス群ＴＰｊを送信する順方向計測の場合には、順方向超音波トランスジューサ２ａが送信側（発射元）となるので、送受切替部３は、送信手段と順方向超音波トランスジューサ２ａとを接続し、受信手段と逆方向超音波トランスジューサ２ｂとを接続する。一方、逆方向超音波トランスジューサ２ｂから順方向超音波トランスジューサ２ａに向けて送信波パルス群ＴＰｇを送信する逆方向計測の場合には、逆方向超音波トランスジューサ２ｂが送信側（発射元）となるので、送受切替部３は、送信手段と逆方向超音波トランスジューサ２ｂとを接続し、受信手段と順方向超音波トランスジューサ２ａとを接続する。
【００３５】
位相比較切替スイッチＳＷａは、マイクロコンピュータ１１からのスイッチ切替信号ＳＣｊに応じて、送受切替部３からの受信波変換信号を出力するか、ＶＣＯ６ａからの順方向クロックＣＬＫｊを出力するかを切り替える。
【００３６】
位相比較切替スイッチＳＷｂは、マイクロコンピュータ１１からのスイッチ切替信号ＳＣｇに応じて、送受切替部３からの受信波変換信号を出力するか、ＶＣＯ６ｂからの逆方向クロックＣＬＫｇを出力するかを切り替える。
【００３７】
位相比較部４ａ，ＬＰＦ５ａ，およびＶＣＯ６ａは、いわゆるフェイズロックドループ（ＰＬＬ）を構成している。
【００３８】
位相比較部４ａは、位相比較切替スイッチＳＷａからの受信波変換信号または順方向クロックＣＬＫｊと、ＶＣＯ６ａからの順方向クロックＣＬＫｊとを比較して、位相差に相当する位相差電圧信号を出力する。なお、マイクロコンピュータ１１から入力されている順方向位相セット信号ＰＳｊは、粗調用のマーカパルスＭＰを位相比較するのか、微調用の受信波変換信号を位相比較するのかを位相比較部４ａに知らせる信号である。
【００３９】
ＬＰＦ５ａは、位相比較部４ａからの位相差電圧信号を入力し、該位相差電圧信号を平均化して出力する。ＬＰＦ５ａは、ＰＬＬのループ特性を決定する役目をする。
【００４０】
ＶＣＯ６ａは、ＬＰＦ５ａからの電圧信号を入力し、位相比較部４ａで受信波変換信号と順方向クロックＣＬＫｊとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように順方向クロックＣＬＫｊの順方向送信周波数ｆｊを変更し、予め決められたロック波数Ｎとなるように位相調整を行う。詳しくは、ＶＣＯ６ａは、図４（ａ）に示すように、位相比較部４ａによって受信波変換信号と比較した位相ズレ分を位相調整するために必要な順方向送信周波数ｆｊに調整された順方向クロックＣＬＫｊをロック波数クロック管理部８ａに出力する。
【００４１】
位相比較部４ｂ，ＬＰＦ５ｂ，およびＶＣＯ６ｂも、いわゆるフェイズロックドループ（ＰＬＬ）を構成している。
【００４２】
位相比較部４ｂは、位相比較切替スイッチＳＷｂからの受信波変換信号または逆方向クロックＣＬＫｇと、ＶＣＯ６ｂからの逆方向クロックＣＬＫｇとを比較して、位相差に相当する位相差電圧信号を出力する。なお、マイクロコンピュータ１１から入力されている順方向位相セット信号ＰＳｇは、粗調用のマーカパルスＭＰを位相比較するのか、微調用の受信波変換信号を位相比較するのかを位相比較部４ｂに知らせる信号である。
【００４３】
ＬＰＦ５ｂは、位相比較部４ｂからの位相差電圧信号を入力し、該位相差電圧信号を平均化して出力する。ＬＰＦ５ｂは、ＰＬＬのループ特性を決定する役目をする。
【００４４】
ＶＣＯ６ｂは、ＬＰＦ５ｂからの電圧信号を入力し、位相比較部４ｂで受信波変換信号と逆方向クロックＣＬＫｇとの間に位相ズレがあるならば、位相ズレがゼロになるように逆方向クロックＣＬＫｇの逆方向送信周波数ｆｇを変更し、予め決められたロック波数Ｎとなるように位相調整を行う。詳しくは、ＶＣＯ６ｂは、位相比較部４ｂによって受信波変換信号と比較した位相ズレ分を位相調整するために必要な逆方向送信周波数ｆｇに調整された逆方向クロックＣＬＫｇをロック波数クロック管理部８ｂに出力する。
【００４５】
順方向カウンタ７ａは、順方向送信周波数ｆｊの順方向クロックＣＬＫｊをカウントする（計測していない間にも流速Ｖを推定する）。詳しくは、順方向カウンタ７ａは、送受切替信号ＳＲのオフに同期してカウント値を順方向用カウント値Ｋｊとしてマイクロコンピュータ１１に取り込まれ、しかる後にゼロクリアされて順方向クロックＣＬＫｊのカウントを再開する。
【００４６】
逆方向カウンタ７ｂは、逆方向送信周波数ｆｇの逆方向クロックＣＬＫｇをカウントする（計測していない間にも流速Ｖを推定する）。詳しくは、逆方向カウンタ７ｂは、送受切替信号ＳＲのオンに同期してカウント値を逆方向用カウント値Ｋｇとしてマイクロコンピュータ１１に取り込まれ、しかる後にゼロクリアされて逆方向クロックＣＬＫｇのカウントを再開する。
【００４７】
ロック波数クロック管理部８ａは、順方向超音波トランスジューサ２ａ，逆方向超音波トランスジューサ２ｂ間の空間にロックする波数（ロック波数）をＮ個にするための管理（ロック波数Ｎのカウント、順方向位相比較タイミング信号ＣＴｊのトリガ等）を行う。ロック波数クロック管理部８ａは、ＶＣＯ６ａからの順方向クロックＣＬＫｊをカウントしていてカウント値がロック波数Ｎになる数個前（図４（ｂ）では（Ｎ−２）個目）から位相比較部４ａに受信波変換信号とＶＣＯ６ａからの順方向クロックＣＬＫｊとの位相比較タイミングを知らせる順方向位相比較タイミング信号ＣＴｊ（図４（ｂ）参照）をマイクロコンピュータ１１に送信する。さらに、ロック波数クロック管理部８ａは、次の位相調整のためにＶＣＯ６ａで変更された順方向送信周波数ｆｊで数クロック分の順方向クロックＣＬＫｊを送信する。なお、流体の種別（例えば、ガス種）を判別して、伝搬時間計測や外部スイッチによって同じ周波数領域を使用してロック波数Ｎを変更・管理するようにしてもよい。
【００４８】
ロック波数クロック管理部８ｂは、逆方向超音波トランスジューサ２ｂ，順方向超音波トランスジューサ２ａ間の空間にロックする波数（ロック波数）をＮ個にするための管理（ロック波数Ｎのカウント、逆方向位相比較タイミング信号ＣＴｇのトリガ等）を行う。ロック波数クロック管理部８ｂは、ＶＣＯ６ｂからの逆方向クロックＣＬＫｇをカウントしていてカウント値がロック波数Ｎになる数個前から位相比較部４ｂに受信波変換信号とＶＣＯ６ｂからの逆方向クロックＣＬＫｇとの位相比較タイミングを知らせる逆方向位相比較タイミング信号ＣＴｇをマイクロコンピュータ１１に送信する。さらに、ロック波数クロック管理部８ｂは、次の位相調整のためにＶＣＯ６ｂで変更された逆方向送信周波数ｆｇで数クロック分の逆方向クロックＣＬＫｇを送信する。なお、流体の種別（例えば、ガス種）を判別して、伝搬時間計測や外部スイッチによって同じ周波数領域を使用してロック波数Ｎを変更・管理するようにしてもよい。
【００４９】
送信周波数切替スイッチ部９は、順方向クロックＣＬＫｊ（図３（ａ）参照）を順方向クロック選択信号ＣＳｊ（図３（ｂ）参照）によって選択した信号を送信波パルス群ＴＰ（図４（ｇ）参照）としてマーカパルス合成部１０に出力する。また、送信周波数切替スイッチ部９は、逆方向クロックＣＬＫｇ（図３（ｄ）参照）を逆方向クロック選択信号ＣＳｇ（図３（ｅ）参照）によって選択した信号を送信波パルス群ＴＰ（図４（ｇ）参照）としてマーカパルス合成部１０に出力する。
【００５０】
マーカパルス合成部１０は、送信波パルス群ＴＰ（図４（ｇ）参照）がマーカパルスＭＰ（図４（ｅ）参照）を含むように印加電圧を合成する。詳しくは、マーカパルス合成部１０は、送信波パルス群ＴＰ（図４（ｇ）参照）のタイミングで、しかもマーカパルスＭＰ（図４（ｅ）参照）がオンされている間はマーカパルスＭＰを含む送信波パルス群ＴＰ（図４（ｈ）参照）として高い電圧を送受切替部３に出力する。
【００５１】
マイクロコンピュータ１１は、間欠駆動制御部１１１と、インターバル制御部１１２と、流量判定部１１３と、受信計測管理部１１４と、駆動パルス数制御部１１５と、受信ポイント管理部１１６とを含んで構成されている。
【００５２】
マイクロコンピュータ１１は、送信周波数切替スイッチ部９から出力させる送信波パルス群ＴＰのパルス数（駆動パルス数）Ｍを制御するための順方向クロック選択信号ＣＳｊ（図３（ｂ）参照）および逆方向クロック選択信号ＣＳｇ（図３（ｅ）参照）を送信周波数切替スイッチ部９に出力する。なお、図４（ｄ）では、逆方向クロック選択信号ＣＳｇがオフであるから、ＶＣＯ６ａからの順方向クロックＣＬＫｊを選択している状態である。
【００５３】
また、マイクロコンピュータ１１は、ロック波数クロック管理部８ａからの順方向位相比較タイミング信号ＣＴｊおよびロック波数クロック管理部８ｂからの逆方向位相比較タイミング信号ＣＴｇを基に、順方向超音波トランスジューサ２ａおよび逆方向超音波トランスジューサ２ｂの駆動時に送信波パルス群ＴＰ（図４（ｇ）参照）に重畳されるマーカパルスＭＰ（図４（ｅ）参照）をマーカパルス合成部１０に出力する。
【００５４】
さらに、マイクロコンピュータ１１は、順方向スイッチ切替信号ＳＣｊ（図４（ｆ）参照）を位相比較切替スイッチＳＷａに出力するとともに、逆方向スイッチ切替信号ＳＣｇを位相比較切替スイッチＳＷｂに出力する。順方向スイッチ切替信号ＳＣｊは、位相比較部４ａがＶＣＯ６ａからの順方向クロックＣＬＫｊと受信波変換信号とを比較するのか、順方向クロックＣＬＫｊ同士を比較するのかを切り替える。順方向スイッチ切替信号ＳＣｊの制御によって、ＶＣＯ６ａからの順方向クロックＣＬＫｊと受信波変換信号との位相比較をしている間（間欠送信しているため）は、その位相ズレ分を調整するように順方向送信周波数ｆｊの順方向クロックＣＬＫｊが出力され、ＶＣＯ６ａからの順方向クロックＣＬＫｊ同士を比較している間は直前の調整された順方向送信周波数ｆｊでＶＣＯ６ａはロックされた状態となる。また、逆方向スイッチ切替信号ＳＣｇは、位相比較部４ｂがＶＣＯ６ｂからの逆方向クロックＣＬＫｇと受信波変換信号とを比較するのか、逆方向スイッチ切替信号ＳＣｇ同士を比較するのかを切り替える。逆方向スイッチ切替信号ＳＣｇの制御によって、ＶＣＯ６ｂからの逆方向クロックＣＬＫｇと受信波変換信号との位相比較をしている間（間欠送信しているため）は、その位相ズレ分を調整するように逆方向送信周波数ｆｇの逆方向クロックＣＬＫｇが出力され、ＶＣＯ６ｂからの逆方向クロックＣＬＫｇ同士を比較している間は直前の調整された逆方向送信周波数ｆｇでＶＣＯ６ｂはロックされた状態となる。
【００５５】
間欠駆動制御部１１１は、求められた流量Ｑに応じて順方向間欠時間δｊおよび逆方向間欠時間δｇを可変に制御する。すなわち、流量Ｑが低流量であった場合には、順方向間欠時間δｊおよび逆方向間欠時間δｇを長くする。
【００５６】
インターバル制御部１１２は、求められた流量Ｑに応じてインターバル時間Δを可変に制御する。すなわち、求められた流量Ｑが低流量であった場合には、インターバル時間Δを長くする。なお、インターバル時間Δは、順方向伝搬時間Ｔｊまたは逆方向伝搬時間Ｔｇと残響時間との和である待機時間Ｗ（図３（ｈ）参照）以上、具体的には反射ノイズの影響を低減するために順方向伝搬時間Ｔｊまたは逆方向伝搬時間Ｔｇのおおよそ３倍以上に設定することが望ましい。
【００５７】
流量判定部１１３は、計測された順方向送信周波数ｆｊおよび逆方向送信周波数ｆｇに基づいて流量Ｑを求め、該流量Ｑに応じて順方向間欠時間δｊおよび逆方向間欠時間δｇを可変に制御する。また、流量判定部１１３は、順方向超音波トランスジューサ２ａから送信波パルス群ＴＰｊを逆方向超音波トランスジューサ２ｂに送信して行なう順方向計測，および逆方向超音波トランスジューサ２ｂから送信波パルス群ＴＰｇを順方向超音波トランスジューサ２ａに送信して行なう逆方向計測によって求められた音速Ｃに基づいて温度τを求め、該温度τに対して流量Ｑの補正を行う。
【００５８】
受信計測管理部１１４は、マーカパルスＭＰを予め決められたロック波数Ｎに応じた周期で伝搬させて、該マーカパルスＭＰを基に順方向超音波トランスジューサ２ａおよび逆方向超音波トランスジューサ２ｂ間で超音波の波数が予め決められたロック波数Ｎになるように順方向クロックＣＬＫｊの順方向送信周波数ｆｊおよび逆方向クロックＣＬＫｇの逆方向送信周波数ｆｇを粗調制御することを指示する順方向位相セット信号ＰＳｊおよび逆方向位相セット信号ＰＳｇを位相比較部４ｂおよび位相比較部４ａに出力する。また、受信計測管理部１１４は、粗調制御で位相回りをなくした後に、微調制御によって順方向超音波トランスジューサ２ａ，逆方向超音波トランスジューサ２ｂ間で超音波の波数が予め決められたロック波数Ｎになるように順方向クロックＣＬＫｊの順方向送信周波数ｆｊおよび逆方向クロックＣＬＫｇの逆方向送信周波数ｆｇを微調制御することを指示する順方向位相セット信号ＰＳｊおよび逆方向位相セット信号ＰＳｇを位相比較部４ｂおよび位相比較部４ａに出力する。
【００５９】
駆動パルス数制御部１１５は、順方向クロックＣＬＫｊの順方向送信周波数ｆｊおよび逆方向クロックＣＬＫｇの逆方向送信周波数ｆｇに応じて、受信側の送信側超音波トランスジューサに印加する送信波パルス群ＴＰの駆動パルス数Ｍを可変に制御する。
【００６０】
受信ポイント管理部１１６は、順方向クロックＣＬＫｊの順方向送信周波数ｆｊおよび逆方向クロックＣＬＫｇの逆方向送信周波数ｆｇに応じて、受信側の超音波トラスジューサで計測する受信波パルス群ＲＰの受信ポイントを変更する。
【００６１】
図３は、本発明の実施例１に係る超音波流量計における順方向間欠時間δｊおよび逆方向間欠時間δｇを設けた場合（間欠モード）のタイミングチャートを示す。この場合、逆方向超音波トランスジューサ２ｂで受信した受信波パルス群ＲＰｊ１，ＲＰｊ２と順方向クロックＣＬＫｊとの位相ズレを無くすように制御が働き、順方向超音波トランスジューサ２ａで受信した受信波パルス群ＲＰｇ１，ＲＰｇ２と逆方向クロックＣＬＫｇとの位相ズレを無くすように制御が働く。
【００６２】
次に、このように構成された実施例１に係る超音波流量計の動作について、図５ないし図７のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６３】
（１−１）  順方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｊ１の送信動作（図５の送信フローチャート参照）
【００６４】
まず、マイクロコンピュータ１１は、インターバル制御部１１２により、前回の逆方向計測の終了時刻からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて、順方向計測を開始する時刻（順方向計測開始時刻）になったか否かを判断する（ステップＳ１０１）。詳しくは、インターバル制御部１１２は、２回目の逆方向クロック選択信号ＣＳｇ（図３（ｅ）参照）の出力完了（立ち下がり）からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて順方向計測開始時刻を判断する。
【００６５】
順方向計測開始時刻になったのであれば（ステップＳ１０１でイエス）、マイクロコンピュータ１１は、いまから行なう計測が、順方向計測であるか、逆方向計測であるかを判断する（ステップＳ１０２）。
【００６６】
いま、順方向計測であるので（ステップＳ１０２でイエス）、マイクロコンピュータ１１は、送受切替信号ＳＲ（図３（ｇ）参照）をオフにして順方向計測モードとするように送受切替部３に指示する（ステップＳ１０３）。すると、送受切替部３は、送受切替信号ＳＲがオフであることに基づいて、送信手段と順方向超音波トランスジューサ２ａとを接続し、受信手段と逆方向超音波トランスジューサ２ｂとを接続する。すなわち、送受切替部３は、順方向超音波トランスジューサ２ａを送信側に設定し、逆方向超音波トランスジューサ２ｂを受信側に設定する。
【００６７】
続いて、マイクロコンピュータ１１は、送信周波数切替スイッチ部９に出力する順方向クロック選択信号ＣＳｊ（図３（ｂ）参照）がオンであるかどうかに基づいて、順方向クロックＣＬＫｊ（図３（ａ）参照）を１回目の送信波パルス群ＴＰｊ１として順方向超音波トランスジューサ２ａに印加する時間（駆動時間）か否かを判定する（ステップＳ１０５）。
【００６８】
順方向クロック選択信号ＣＳｊがオフであれば（ステップＳ１０５でノー）、マイクロコンピュータ１１は、順方向クロックＣＬＫｊを順方向超音波トランスジューサ２ａへ印加しない未計測モードに設定する（ステップＳ１０６）。
【００６９】
順方向クロック選択信号ＣＳｊがオンであれば（ステップＳ１０５でイエス）、マイクロコンピュータ１１は、受信計測管理部１１４により、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【００７０】
粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングならば（ステップＳ１０７でイエス）、マイクロコンピュータ１１は、マーカパルス合成部１０により、マーカパルスＭＰ（図４（ｅ）参照）と、駆動パルス数Ｍの送信波パルス群ＴＰｊ１の先頭パルス（図４（ｇ）参照）とを重畳して、図４（ｈ）に示すように、マーカパルスＭＰを含む送信波パルス（印加電圧）を合成させ、送受切替部３を介して順方向超音波トランスジューサ２ａに印加する（ステップＳ１０８）。
【００７１】
一方、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングでないならば（ステップＳ１０７でノー）、マイクロコンピュータ１１は、マーカパルス合成部１０により、送信波パルスを送受切替部３を介して順方向超音波トランスジューサ２ａに印加する（ステップＳ１０９）。
【００７２】
次に、マイクロコンピュータ１１は、駆動パルス数制御部１１５により、順方向超音波トランスジューサ２ａに印加した送信波パルスの数が駆動パルス数Ｍになったかどうかを判定し（ステップＳ１１０）、駆動パルス数Ｍになっていなければ、ステップＳ１０７に制御を戻し、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０を繰り返す。
【００７３】
そして、ステップＳ１１０で送信波パルスの数が駆動パルス数Ｍになると、マイクロコンピュータ１１は、順方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｊ１の送信動作を終了する。
【００７４】
このようにして、順方向超音波トランスジューサ２ａは、駆動パルス数Ｍの１回目の送信波パルス群ＴＰｊ１を逆方向超音波トランスジューサ２ｂに向けて送信する。
【００７５】
（１−２）  順方向計測での１回目の受信波パルス群ＲＰｊ１の受信動作（図６の受信フローチャート参照）。
【００７６】
マイクロコンピュータ１１は、受信計測管理部１１４により、順方向超音波トランスジューサ２ａから１回目の送信波パルス群ＴＰｊ１が発射された後に伝搬長Ｌの距離を伝搬されて１回目の受信波パルス群ＲＰｊ１として逆方向超音波トランスジューサ２ｂで受信されるべき時刻（順方向計測開始時刻）になったか否かを判定する（ステップＳ２０１）。
【００７７】
順方向計測開始時刻なっていなければ（１回目の受信波パルス群ＲＰｊ１が逆方向超音波トランスジューサ２ｂにいまだ到達しない時刻であるならば）、マイクロコンピュータ１１は、未計測モードの設定とする（ステップＳ２０２）。
【００７８】
順方向計測開始時刻なっていれば（１回目の受信波パルス群ＲＰｊ１が逆方向超音波トランスジューサ２ｂにすでに到達する時刻になっていれば）、マイクロコンピュータ１１は、粗調制御のためのマーカパルス待ち時間なのか否かを判断する（ステップＳ２０３）。
【００７９】
マーカパルス待ち時間であるならば（ステップＳ２０３でイエス）、マイクロコンピュータ１１は、受信計測管理部１１４により、逆方向位相セット信号ＰＳｇ（図３（ｊ）参照）をオンにすることにより、マーカパルス待ち用に位相比較部４ｂの制御を行い、逆方向スイッチ切替信号ＳＣｇをオンにすることにより、位相比較部４ｂをマーカパルス受信用およびマーカパルス位相調整用にして粗調制御（位相調整）をさせる（ステップＳ２０４）。マーカパルスＭＰを含む受信波パルス群ＲＰｊ１（粗調波）で位相調整を行うことで、急峻な流量Ｑの変化による位相ズレをより早く（大きな位相補正を行うため）、位相回りによる位相ズレの補正が可能となる。
【００８０】
既に粗調制御が終っていて微調制御での計測の段階であるならば（ステップＳ２０３でノー）、マイクロコンピュータ１１は、受信計測管理部１１４により、受信波パルス群ＲＰｊ１待ち用に位相比較部４ｂの制御を行い、既に、粗調制御が終っていて、微調制御での計測の段階なので、微調制御（位相調整）をさせる（ステップＳ２０５）。
【００８１】
次に、マイクロコンピュータ１１は、急峻な流量Ｑの変化による位相ズレが起こったか否かを判定して（ステップＳ２０６）、位相ズレが大きいならば、次回は粗調制御での計測をするように準備し（ステップＳ２０７）、位相ズレが少ないならば、次回は微調制御での計測をするように準備する（ステップＳ２０８）。
【００８２】
続いて、マイクロコンピュータ１１は、順方向送信周波数ｆｊに応じた受信波パルス群ＲＰｊ１の受信ポイントとするように位相比較部４ｂを制御する（ステップＳ２０９）（順方向送信周波数ｆｊに合わせた受信ポイントとするため、位相比較部４ｂの準備をする）。
【００８３】
（１−３）  順方向計測での２回目の送信波パルス群ＴＰｊ２の送信動作（図５の送信フローチャート参照）
【００８４】
順方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｊ１の送信動作後、マイクロコンピュータ１１は、間欠駆動制御部１１１により、１回目の送信波パルス群ＴＰｊ１の末尾パルスの立ち下がりから順方向間欠時間δｊをカウントし、順方向間欠時間δｊの経過後に、図５の送信フローチャート（ステップＳ１０１〜Ｓ１１０）を再度繰り返すことにより、順方向計測での２回目の送信波パルス群ＴＰｊ２の送信動作を行なう。
【００８５】
順方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｊ１の送信動作および２回目の送信波パルス群ＴＰｊ２の送信動作により、１回の順方向計測では、図３（ｂ）に示すように、駆動パルス数Ｍ（ここでは３）の送信波パルス群ＴＰｊ１，ＴＰｊ２が順方向間欠時間δｊを挟んで送信されることになる。
【００８６】
（１−４）  順方向計測での２回目の受信波パルス群ＲＰｊ２の受信動作（図６の受信フローチャート参照）
【００８７】
順方向計測での２回目の送信波パルス群ＴＰｊ２の送信動作後、マイクロコンピュータ１１は、図６の受信フローチャート（ステップＳ２０１〜Ｓ２０９）を再度繰り返すことにより、順方向計測での２回目の受信波パルス群ＲＰｊ２の受信動作を行なう。
【００８８】
順方向計測での１回目の受信波パルス群ＲＰｊ１の受信動作および２回目の受信波パルス群ＲＰｊ２の受信動作により、１回の順方向計測では、図３（ｆ）に示すように、受信波パルス群ＲＰｊ１，ＲＰｊ２が順方向間欠時間δｊを挟んで受信されることになる。
【００８９】
（２−１）  逆方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｇ１の送信動作（図５の送信フローチャート参照）
【００９０】
まず、マイクロコンピュータ１１は、インターバル制御部１１２により、前回の順方向計測の終了時刻からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて、逆方向計測を開始する時刻（逆方向計測開始時刻）になったか否かを判断する（ステップＳ１０１）。詳しくは、インターバル制御部１１２は、２回目の順方向クロック選択信号ＣＳｊ（図４（ｂ）参照）の出力完了（立ち下がり）からインターバル時間Δが経過したか否かに基づいて逆方向計測開始時刻を判断する。
【００９１】
逆方向計測開始時刻になったのであれば（ステップＳ１０１でイエス）、マイクロコンピュータ１１は、いまから行なうのが、順方向計測であるか、逆方向計測であるかを判断する（ステップＳ１０２）。
【００９２】
いま、逆方向計測であるので（ステップＳ１０２でノー）、マイクロコンピュータ１１は、送受切替信号ＳＲ（図３（ｇ）参照）をオンにして逆方向計測モードとするように送受切替部３に指示する（ステップＳ１０４）。すると、送受切替部３は、送受切替信号ＳＲがオンであることに基づいて、送信手段と逆方向超音波トランスジューサ２ｂとを接続し、受信手段と順方向超音波トランスジューサ２ａとを接続する。すなわち、送受切替部３は、逆方向超音波トランスジューサ２ｂを送信側に設定し、順方向超音波トランスジューサ２ａを受信側に設定する。
【００９３】
続いて、マイクロコンピュータ１１は、送信周波数切替スイッチ部９に出力する逆方向クロック選択信号ＣＳｇ（図３（ｅ）参照）がオンであるかどうかに基づいて、逆方向クロックＣＬＫｇ（図３（ｄ）参照）を１回目の送信波パルス群ＴＰｇ１として逆方向超音波トランスジューサ２ｂに印加する時間（駆動時間）か否かを判定する（ステップＳ１０５）。
【００９４】
逆方向クロック選択信号ＣＳｇがオフであれば（ステップＳ１０５でノー）、マイクロコンピュータ１１は、逆方向クロックＣＬＫｇを逆方向超音波トランスジューサ２ｂへ印加しない未計測モードに設定する（ステップＳ１０６）。
【００９５】
逆方向クロック選択信号ＣＳｇがオンであれば（ステップＳ１０５でイエス）、マイクロコンピュータ１１は、受信計測管理部１１４により、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
【００９６】
粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングならば（ステップＳ１０７でイエス）、マイクロコンピュータ１１は、マーカパルス合成部１０により、マーカパルスＭＰ（図４（ｅ）参照）と、駆動パルス数Ｍの送信波パルス群ＴＰｇ１（図４（ｇ）参照）の先頭パルスとを重畳して、図４（ｈ）に示すように、マーカパルスＭＰを含む送信波パルスを合成させ、送受切替部３を介して逆方向超音波トランスジューサ２ｂに印加する（ステップＳ１０８）。
【００９７】
一方、粗調制御のためのマーカパルス送信タイミングでないならば（ステップＳ１０７でノー）、マイクロコンピュータ１１は、マーカパルス合成部１０により、送信波パルスを送受切替部３を介して逆方向超音波トランスジューサ２ｂに印加する（ステップＳ１０９）。
【００９８】
次に、マイクロコンピュータ１１は、駆動パルス数制御部１１５により、逆方向超音波トランスジューサ２ｂに印加した送信波パルスの数が駆動パルス数Ｍになったかどうかを判定し（ステップＳ１１０）、駆動パルス数Ｍになっていなければ、ステップＳ１０７に制御を戻して、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０を繰り返す。
【００９９】
そして、ステップＳ１１０で送信波パルスの数が駆動パルス数Ｍになると、マイクロコンピュータ１１は、逆方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｇ１の送信動作を終了する。
【０１００】
このようにして、逆方向超音波トランスジューサ２ｂは、駆動パルス数Ｍの１回目の送信波パルス群ＴＰｇ１を順方向超音波トランスジューサ２ａに向けて送信する。
【０１０１】
（２−２）  逆方向計測での１回目の受信波パルス群ＲＰｇ１の受信動作（図６の受信フローチャート参照）。
【０１０２】
マイクロコンピュータ１１は、受信計測管理部１１４により、逆方向超音波トランスジューサ２ｂから１回目の送信波パルス群ＴＰｇ１が発射された後に伝搬長Ｌの距離を伝搬されて１回目の受信波パルス群ＲＰｇ１として順方向超音波トランスジューサ２ａで受信されるべき時刻（逆方向計測開始時刻）になったか否かを判定する（ステップＳ２０１）。
【０１０３】
逆方向計測開始時刻なっていなければ（１回目の受信波パルス群ＲＰｇ１が順方向超音波トランスジューサ２ａにいまだ到達しない時刻であるならば）、マイクロコンピュータ１１は、未計測モードの設定とする（ステップＳ２０２）。
【０１０４】
逆方向計測開始時刻なっていれば（１回目の受信波パルス群ＲＰｇ１が順方向超音波トランスジューサ２ａにすでに到達する時刻になっていれば）、マイクロコンピュータ１１は、粗調制御のためのマーカパルス待ち時間なのか否かを判断する（ステップＳ２０３）。
【０１０５】
マーカパルス待ち時間であるならば（ステップＳ２０３でイエス）、マイクロコンピュータ１１は、受信計測管理部１１４により、順方向位相セット信号ＰＳｊ（図３（ｉ）参照）をオンにすることにより、マーカパルス待ち用に位相比較部４ａの制御を行い、順方向スイッチ切替信号ＳＣｊをオンにすることにより、位相比較部４ａをマーカパルス受信用およびマーカパルス位相調整用にして粗調制御（位相調整）をさせる（ステップＳ２０４）。マーカパルスＭＰを含む受信波パルス群ＲＰｇ１（粗調波）で位相調整を行うことで、急峻な流量Ｑの変化による位相ズレをより早く（大きな位相補正を行うため）、位相回りによる位相ズレの補正が可能となる。
【０１０６】
既に粗調制御が終っていて微調制御での計測の段階であるならば（ステップＳ２０３でノー）、マイクロコンピュータ１１は、受信計測管理部１１４により、受信波パルス群ＲＰｇ１待ち用に位相比較部４ａの制御を行い、既に、粗調制御が終っていて、微調制御での計測の段階なので、微調制御（位相調整）をさせる（ステップＳ２０５）。
【０１０７】
次に、マイクロコンピュータ１１は、急峻な流量Ｑの変化による位相ズレが起こったか否かを判定して（ステップＳ２０６）、位相ズレが大きいならば、次回は粗調制御での計測をするように準備し（ステップＳ２０７）、位相ズレが少ないならば、次回は微調制御での計測をするように準備する（ステップＳ２０８）。
【０１０８】
続いて、マイクロコンピュータ１１は、逆方向送信周波数ｆｇに応じた受信波パルス群ＲＰｇ１の受信ポイントとするように位相比較部４ａを制御する（ステップＳ２０９）（逆方向送信周波数ｆｇに合わせた受信ポイントとするため、位相比較部４ａの準備をする）。
【０１０９】
（２−３）  逆方向計測での２回目の送信波パルス群ＴＰｇ２の送信動作（図５の送信フローチャート参照）。
【０１１０】
逆方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｇ１の送信動作後、マイクロコンピュータ１１は、間欠駆動制御部１１１により、１回目の送信波パルス群ＴＰｇ１の末尾パルスの立ち下がりから逆方向間欠時間δｇをカウントし、逆方向間欠時間δｇの経過後に、図５の送信フローチャート（ステップＳ１０１〜Ｓ１１０）を再度繰り返すことにより、逆方向計測での２回目の送信波パルス群ＴＰｇ２の送信動作を行なう。
【０１１１】
逆方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｇ１の送信動作および２回目の送信波パルス群ＴＰｇ２の送信動作により、１回の逆方向計測では、図３（ｆ）に示すように、駆動パルス数Ｍ（ここでは３）の送信波パルス群ＴＰｇ１，ＴＰｇ２が順方向間欠時間δｊを挟んで送信されることになる。
【０１１２】
（２−４）  逆方向計測での２回目の受信波パルス群ＲＰｇ２の受信動作（図６の受信フローチャート参照）。
【０１１３】
逆方向計測での２回目の送信波パルス群ＴＰｇ２の送信動作後、マイクロコンピュータ１１は、図６の受信フローチャート（ステップＳ２０１〜Ｓ２０９）を再度繰り返すことにより、逆方向計測での２回目の受信波パルス群ＲＰｇ２の受信動作を行なう。
【０１１４】
逆方向計測での１回目の受信波パルス群ＲＰｇ１の受信動作および２回目の受信波パルス群ＲＰｇ２の受信動作により、１回の逆方向計測では、図３（ｃ）に示すように、受信波パルス群ＲＰｇ１，ＲＰｇ２が順方向間欠時間δｊを挟んで受信されることになる。
【０１１５】
（３）  流量Ｑの算出（図７の流量算出フローチャート参照）
【０１１６】
マイクロコンピュータ１１は、順方向計測を開始してから、逆方向計測を終了し、次の順方向計測を開始するまでの時間（順方向計測時間間隔Ｕｊ＋逆方向計測時間間隔Ｕｇ（図３（ｇ）参照））とその間にカウントされた順方向カウンタ7ａのカウント値Ｋｊとにより、順方向送信周波数fｊを求める（ステップＳ３０１）。すなわち、fｊ＝Ｋｊ／（Ｕｊ＋Ｕｇ）を求める。
【０１１７】
また、マイクロコンピュータ１１は、順方向計測を開始してから、逆方向計測を終了し、次の順方向計測を開始するまでの時間（順方向計測時間間隔Ｕｊ＋逆方向計測時間間隔Ｕｇ（図３（ｇ）参照））とその間にカウントされた逆方向カウンタ7ｂのカウント値Ｋｇとにより、逆方向送信周波数fｇを求める（ステップＳ３０１）。すなわち、fｇ＝Ｋｇ／（Ｕｊ＋Ｕｇ）を求める。
【０１１８】
次に、マイクロコンピュータ１１は、流量判定部１１３により、既述した式（４）である下式に基づいて流速Ｖを算出する（ステップＳ３０２）。
【０１１９】
Ｖ＝（Ｌ／２Ｎ）×（ｆｊ−ｆｇ）
【０１２０】
続いて、マイクロコンピュータ１１は、流量判定部１１３により、流速Ｖに管路断面積Ｓを乗じたり、計測単位時間を乗じたり、温度・圧力や計測流体や求まった流速Ｖに応じた補正係数Ｈを乗じたりして、流量Ｑを求める（ステップＳ３０３）。加えて、マイクロコンピュータ１１は、流量判定部１１３により、以前までに積算した積算流量ΣＱ０に今計測した流量Ｑを加算して、全体の合計流量ΣＱ１＝ΣＱ０＋Ｑとする。
【０１２１】
そして、マイクロコンピュータ１１は、間欠駆動制御部１１１により、いま計測した流量Ｑに応じて、例えば、低流量であったならば、順方向間欠時間δｊおよび逆方向間欠時間δｇを長くして、低消費電力にする（ステップＳ３０４）。さらに、低流量が一定時間継続したならば、マイクロコンピュータ１１は、順方向間欠時間δｊおよび逆方向間欠時間δｇのみならず、インターバル制御部１１２により、インターバル時間Δをも長くすることによって順方向計測時間間隔Ｕｊ（図３（ｇ）参照）および逆方向計測時間間隔Ｕｇ（図３（ｇ）参照）を長くして、さらに低消費にする。また、マイクロコンピュータ１１は、順方向間欠時間δｊおよび逆方向間欠時間δｇならびにインターバル時間Δを数段階に分けて順方向計測時間間隔Ｕｊ（図３（ｇ）参照）および逆方向計測時間間隔Ｕｇ（図３（ｇ）参照）を制御することで、さらに低消費電力化を図ることも考えられる。
【０１２２】
なお、上記実施例１に係る超音波流量計では、まず順方向計測を行なって、次に逆方向計測を行なうようにしているが、計測の順番は逆であってもよい。
【０１２３】
また、実施例１に係る超音波流量計では、送信波パルス群ＴＰとして矩形波を印加しているが、サイン波で駆動させたり、ステップ駆動にしたり、バースト駆動させたりしてもよい。
【０１２４】
さらに、実施例１に係る超音波流量計では、順方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｊ１および２回目の送信波パルス群ＴＰｊ２、ならびに逆方向計測での１回目の送信波パルス群ＴＰｇ１および２回目の送信波パルス群ＴＰｇ２を発射するようにしたが、順方向計測および逆方向計測での送信波パルス群ＴＰの発射回数は２回に限られるわけではなく、１回または３回以上であってもよい。
【０１２５】
以上、本発明の実施例を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波流量計の構成を示す回路ブロック図。
【図２】本実施例１に係る超音波流量計における流速の測定原理を説明する図。
【図３】本実施例１に係る超音波流量計における流量計測手順を示すタイミングチャート。
【図４】本実施例１に係る超音波流量計における流量計測手順を示すタイミングチャート。
【図５】実施例１に係る超音波流量計における送信動作を表すフローチャート。
【図６】実施例１に係る超音波流量計における受信動作を表すフローチャート。
【図７】実施例１に係る超音波流量計における流量算出動作を表すフローチャート。
【符号の説明】
【０１２７】
１  流路
２ａ  順方向超音波トランスジューサ（超音波トランスジューサ）
２ｂ  逆方向超音波トランスジューサ（超音波トランスジューサ）
３  送受切替部
４ａ，４ｂ  位相比較部
５ａ，５ｂ  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
６ａ，６ｂ  電圧制御発信器（ＶＣＯ）
７ａ  順方向カウンタ
７ｂ  逆方向カウンタ
８ａ，８ｂ  ロック波数クロック管理部
９  送信周波数切替スイッチ部
１０  マーカパルス合成部
１１  マイクロコンピュータ（送信制御部）
１１１  間欠駆動制御部
１１２  インターバル制御部
１１３  流量補正部
１１４  受信計測管理部
１１５  駆動パルス数制御部
１１６  受信ポイント管理部
【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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