(57)【要約】 【課題】    受信側超音波の受信タイミングを安定に検出することができる超音波流量計を提供する。【解決手段】  被測流体中を伝播する超音波パルスの受信側超音波センサ３ｂへの到達を検知するためのしきい値を、送信側超音波センサ３ａから被測流体中の向けて送出された超音波パルスが受信側超音波センサ３ｂに到達する時以外の受信側超音波センサ３ｂで計測される被測流路中の音響ノイズの大きさに応じて変化させることで、被測流体中を伝播する超音波パルスの伝播時間を安定して検出する。【選択図】  図１
2006343292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測流路に流れ方向に対して所定の角度を有して配置された少なくとも一対の超音波センサと、
送信側と受信側とを交番的に切り替えて該超音波センサ間で被測流体を媒体として送受信される超音波の伝播時間差に基づいて被測流路に流れる被測流体の流速を演算する流量演算手段と
を備えた超音波流量計であって、
前記超音波センサ間で被測流体を媒体として送受信される超音波の伝播時間を前記流量演算手段に取得させるために、受信側の超音波センサの検出出力をしきい値と比較して被測流体中を伝播した超音波が当該受信側の超音波センサによって受信されたことを検出し、前記流量演算手段に当該検出結果を供給する超音波受信判定手段と、
該超音波受信判定手段のしきい値を被測流路中の音響ノイズの大きさに合わせて調整する調整手段と
を備えていることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記調整手段は、被測流路中の音響ノイズの大きさを、前記受信側の超音波センサによる超音波受信検出時を外した検出出力に基づいて取得する
ことを特徴する請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記調整手段には、調整したしきい値を予め定められた規定値と比較して監視し、調整したしきい値が規定値以上になる場合には、前記流量演算手段による被測流体の流速の演算又はその外部出力を停止させる流量演算停止手段
が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記流量演算手段には、前記調整手段によって調整されたしきい値又は自身が算出した被側流体の流速に基づいて、前記取得した超音波の伝播時間を補正する補正手段
が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して被測流体の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、ガス等の被測流体が流れる管路（被測流路）にその流れ方向に対して所定の傾斜角度を有して少なくとも一対の超音波センサを配置し、この一対の超音波センサ間で、被測流体の流れに対して順方向（上流側の超音波センサを送信センサ、下流側の超音波センサを受信センサとして用いた場合）、逆方向（下流側の超音波センサを送信センサ、上流側の超音波センサを受信センサとして用いた場合）交互に、被測流体を媒体として超音波パルスの送受信を行い、超音波パルスが被測流体の流れに対して順方向に伝播される場合と逆方向に伝播される場合との伝播時間差を計測し、この伝播時間差に基づいて被測流体の流速（単位時間当たりの流量）を求め、この求めた流速から流量を演算する構成の超音波流量計が知られている。
【０００３】
この種の超音波流量計では、各伝播時間を、送信側超音波センサからの超音波パルスの送信タイミングと受信側超音波センサによるその超音波パルスの受信タイミングとの時間差をもとに算出している。
【０００４】
この場合、被測流体中を伝播してきた超音波パルスの受信タイミングの検出は、高速Ａ／Ｄ変換処理とＤＳＰ（Digital Signal Processing）演算とにより受信側超音波センサの受信信号波形をそのまま取り込んで相関処理又は電気的なしきい値との比較処理を行うことによって、受信側超音波センサの受信信号をパルス化して行っている。しかし、受信側超音波センサの受信信号波形をそのまま取り込む方式は、非常に回路構成が複雑で高価なものになってしまう。
【０００５】
そこで、この種の超音波流量計では、安価な構造として、受信側超音波センサの受信信号電圧を積分回路で平滑して固定のしきい値と比較することによって、被測流体中を伝播してきた超音波パルスの受信タイミングを簡易的に検出する方式が採用されている。
【０００６】
この簡易的検出方式では、超音波パルスの受信タイミングを検出するためのしきい値を、固定値すなわち予測される到達時間の中でおおよそ安定して受信信号をパルス化できる値で予めいくつか準備しておき、計測演算制御回路としてのマイクロコンピュータがこれら準備した値の中から検出の際に使用する固定のしきい値を随時選択する方法が採用されている。
【特許文献１】特開平７−３１１０６２号公報
【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、上述した簡易的検出方式を採用した超音波流量計を、例えば振動等が生じている配管に取り付けるような場合は、通常の超音波流量計の設置条件では問題にならない振動等による音響ノイズを考慮する必要がある。
【０００８】
具体的には、配管中を流れる流体の流量が大きく変動する配管に超音波流量計を取り付けた場合は、配管中の音響ノイズも随時変化することから、受信信号電圧を平滑化した信号に対して、計測演算制御回路が随時選択する固定のしきい値を使用して受信信号をパルス化することが困難になることがある。
【０００９】
また、被測流体中を伝播する超音波の伝播効率は管内圧力に比例することから、被測流体自体の圧力によって受信側超音波センサが受信する受信超音波及び音響ノイズの受信レベルが変化し、受信超音波と音響ノイズとのＳ／Ｎ比が変化する。そのため、計測演算制御回路としてのマイクロコンピュータが固定のしきい値を随時選択する簡易的検出方式の場合は、受信側超音波センサの受信信号を安定にパルス化できなくなる可能性もあり、対策としてＡＧＣ（Automatic Gain Control）アンプを用いて受信レベルを合わせる等、複雑な回路で対応していた。
【００１０】
しかし、そのような構成でも、被測流体中を伝播する超音波の到着を予定的に検出できず、被測流体中を伝播した超音波パルスの受信タイミングを検出できない場合は、流量出力が突変したり不適当な値を出力（誤出力）したりしてしまい、流量計出力を用いた後段の制御系の作動を不安定にする恐れがある。
【００１１】
また、配管内の音響ノイズは配管の屈曲部分や部分等といった凹凸部でも発生し、管路内が共鳴状態となって、配管内の音響ノイズが周期的に大きくなったりすることが発生する。特に、被測流体の流量が高流量（高流速）域になった場合には、超音波センサ取り付けのための凹凸部等で発生する音響ノイズにより、受信超音波と音響ノイズとのＳ／Ｎ比が悪くなり、被測流体中を伝播した超音波を安定して受信検出できなくなってしまう恐れもある。
【００１２】
このような状況で、固定のしきい値を選択する場合は、予め音響ノイズの大きさを予測して十分に高い電圧値にしきい値を設定しておくことが考えられるが、受信レベルはセンサの特性等により徐々に大きくなっていくために、高い受信レベルを得ている所では伝播する超音波同士の干渉により受信レベルの変化と位相の変化が起こりやすく、低流量時の検出では誤差を生じやすい。そのために、読み値誤差を小さくするためには、音響ノイズの小さい低流量域では、できるだけ低いしきい値で干渉の影響を受けない超音波を検出することが望まれている。
【００１３】
本発明は上記した問題点を鑑みてなされたものであって、受信側超音波の受信タイミングを安定に検出することができる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】
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決するために、被測流路に流れ方向に対して所定の角度を有して配置された少なくとも一対の超音波センサと、送信側と受信側とを交番的に切り替えて超音波センサ間で被測流体を媒体として送受信される超音波の伝播時間差に基づいて被測流路に流れる被測流体の流速を演算する流量演算手段とを備えた超音波流量計であって、超音波センサ間で被測流体を媒体として送受信される超音波の伝播時間を流量演算手段に取得させるために、受信側の超音波センサの検出出力をしきい値と比較して被測流体中を伝播した超音波が当該受信側の超音波センサによって受信されたことを検出し、流量演算手段に当該検出結果を供給する超音波受信判定手段と、超音波受信判定手段のしきい値を被測流路中の音響ノイズの大きさに合わせて調整する調整手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明では、その調整手段は、被測流路中の音響ノイズの大きさを、受信側の超音波センサによる超音波受信検出時を外した検出出力に基づいて取得することを特徴する。
【００１６】
また、本発明では、その調整手段には、調整したしきい値を予め定められた規定値と比較して監視し、調整したしきい値が規定値以上になる場合には、流量演算手段による被測流体の流速の演算又はその外部出力を停止させる流量演算停止手段が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明では、その流量演算手段には、調整手段によって調整されたしきい値又は自身が算出した被側流体の流速に基づいて、取得した超音波の伝播時間を補正する補正手段が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、被測流体中を伝播する超音波パルスが受信側の超音波センサに到達したのを検出するためのしきい値を、被測流路中の音響ノイズの大きさに合わせて自動的に調整できることによって、例えば高流速域等で被測流体中を伝播させる超音波パルスと同じ周波数の大きな音響ノイズが生じるような計測環境であっても、被測流体中を伝播する超音波パルスの安定した検出が可能になり、安価な構成で、被測流体の安定した流量測定が行える。
【００１９】
さらに、被測流体中を伝播してきた超音波パルスが受信側の超音波センサに到達したのを検知するためのしきい値を、被測流路中の音響ノイズの大きさに合わせて自動的に調整した場合には、超音波パルスが受信側の超音波センサに到達したのを検出するときの検出時間誤差を超音波パルスの伝播時間をその調整値に合わせて補正することによって、被測流路中の音響ノイズが大きい場合であっても被測流路中の超音波パルスの伝播時間を正確に取得することができ、被測流路中の音響ノイズの大小にかかわらず、その算出した流量誤差を小さくすることができる。
【００２０】
また、本発明によれば、被測流路中の音響ノイズが余りに大きく、被測流体中を伝播してきた超音波パルスが受信側の超音波センサに到達したのを検知するためのしきい値を自動調整しても、被測流体の安定した流量測定ができなくなるような場合は、事前にその兆候を検知して、不安定な流量出力をその後段の制御計に対して行わないようにその出力を保持することによって、後段の制御系の動作に突変を生じさせたり、不安定にさせたりするのを避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一実施の形態に係る超音波流量計について、図面とともに説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る超音波流量計の概略横断面図とシステムブロック図である。
【００２２】
図１において、超音波流量計１は、被測流体としてのガス（気体）や液体が流れる流路２を形成する管路３ｐが設けられた流量計本体３に、一対の超音波パルスを送受信可能な送・受信兼用の超音波センサ３ａ，３ｂが被測流体の流れ方向に対して角度θをなして音響的に対向した位置に配置された構成になっている。図示の実施例では、送受信兼用の超音波センサ３ａ，３ｂが、被測流体の流れ方向に沿って予め設定された所定間隔だけ離間させられて管路３ｐの流路２を挟んだ一側に設けられ、一方の超音波センサ３ａ（３ｂ）から送信され、被測流体中を伝播して流路２を挟んだ他側の管路壁で反射された超音波パルスの反射波を、他方の超音波センサ３ｂ（３ａ）で受信可能な構成になっている。
【００２３】
各超音波センサ３ａ，３ｂは、圧電素子等によって構成され、切替回路４を介して、センサ駆動回路５及びセンサ受信回路６に接続されている。
【００２４】
切替回路４は、後述する計測演算制御回路１０から供給される送・受信切替指示に基づいて、一方の超音波センサ３ａ（３ｂ）をセンサ駆動回路５に切換接続して超音波送信用センサとして機能させるとともに、他方の超音波センサ３ｂ（３ａ）をセンサ受信回路６に切換接続して超音波受信用センサとして機能させ、超音波センサ３ａ，３ｂ間における送・受信側を切り替える。
【００２５】
センサ駆動回路５は、後述する計測演算制御回路１０から供給される超音波パルス生成指示に基づいて、超音波センサ３ａ又は超音波センサ３ｂを駆動するためのインパルス（すなわち、駆動パルス）を生成する。センサ駆動回路５により生成された駆動パルスは、切替回路４を介して送信側として選択されている超音波センサ３ａ（３ｂ）に供給され、超音波センサ３ａ（３ｂ）からは被測流体中に超音波パルスが放出される。この放出された超音波パルスは、被測流体の流速ベクトル成分の影響を受けて変調され、被測流体中を伝播し、受信側として選択されている超音波センサ３ｂ（３ａ）によって受信される。
【００２６】
センサ受信回路６は、受信側として選択されている超音波センサ３ｂ（３ａ）が検出する被測流体中を伝播する音圧（上述した超音波パルスによる音圧を含む）を検出して電気信号（この場合は、電圧信号）に変換し、これを増幅及び波形成形した後、検出信号として検波回路７に出力する。
【００２７】
検波回路７は、センサ受信回路６からの検出信号を全波整流して検波し、この検波した検出信号を積分回路８に出力する。
【００２８】
積分回路８は、検波回路７からの全波整流検波された検出信号を積分して、その波高値のエンベロープ波形からなる検出信号に変換し、この変換したエンベロープ波形の検出信号を比較回路９の比較入力端、及び後述するフィルタ・加算回路１４の一方の加算入力端に、それぞれ出力する。
【００２９】
フィルタ・加算回路１４は、積分回路８からのエンベロープ波形の検出信号を平滑化し、この平滑化されたエンベロープ波形の検出信号電圧を、予め設定された比較基準としての固定電圧を生成する基準電位回路１３の出力電圧と加算し、この加算出力信号をサンプルホールド回路１５のサンプル入力端に出力すると同時に、計測演算制御回路１０の第２の監視入力端に供給する。
【００３０】
基準電位回路１３は、管路３ｐに音響ノイズが生じていない場合に、送信側として選択された超音波センサ３ａ（３ｂ）から送出されて被測流体中を伝播してきた超音波パルスが受信側として選択された超音波センサ３ｂ（３ａ）によって受信されたときの受信音圧に基づいて、その際における超音波パルス受信判別のための比較基準電圧（固定電圧）を生成し、これを出力する。
【００３１】
サンプルホールド回路１５は、フィルタ・加算回路１４からの加算出力信号がそのサンプル入力端に入力され、計測演算制御回路１０からの保持信号がそのホールド入力端に入力され、その出力を比較回路９の他方の比較入力端に超音波パルスの受信タイミング判別のためのしきい値基準電圧信号として供給する。また、サンプルホールド回路１５の出力は、同時に、計測演算制御回路１０の第１の監視入力端にも供給される。
【００３２】
比較回路９は、その一方の比較入力端に入力される積分回路８からのエンベロープ波形の検出信号と、サンプルホールド回路１５からのしきい値基準電圧信号とを比較して、エンベロープ波形の検出信号の大きさ（電圧値）が、サンプルホールド回路１５からのしきい値基準電圧信号の大きさ超えた場合に、超音波パルスの受信タイミングパルス信号を計測演算制御回路１０に出力する。
【００３３】
計測演算制御回路１０は、いわゆるマイクロコンピュータによって構成され、被測流体の流量計測のために、切替回路４，センサ駆動回路５，サンプルホールド回路１５といった超音波流量計１の各部の作動を制御する。
【００３４】
また、計測演算制御回路１０は、被測流体の流量演算のために、超音波送信センサとして機能する一方の超音波センサ３ａ（３ｂ）から被測流体中に送出された超音波パルスが、被測流体中を伝播して超音波受信センサとして機能する他方の超音波センサ３ｂ（３ａ）に到達するまでの超音波パルス伝播時間ｔを、例えば、前述したセンサ駆動回路５に対する超音波パルス生成指示の出力タイミングと、比較回路９から供給される受信タイミングパルス信号の入力タイミングとを基に計測し、この計測した超音波パルス伝播時間ｔに基づいて被測流体の流速（単位時間当たりの流量の大きさ）を演算し、必要に応じてこの演算された流速から被測流体の積算流量等を演算する。この計測演算制御回路１０によって計測演算された流速や積算流量等といった流量データは、出力回路１１や表示回路１２に供給される。
【００３５】
さらに、計測演算制御回路１０は、第１の監視入力端に供給されるサンプルホールド回路１５の出力レベル、及び第２の監視入力端に供給されるフィルタ・加算回路１４の出力レベルに基づいて、上述した超音波パルスの被測流体中における伝播時間ｔの計測制御や、この計測された伝播時間ｔに基づいた流量データの計測演算の実行自体を制御する。
【００３６】
出力回路１１は、計測演算制御回路１０から供給される被測流体の流速や積算流量等といった流量データを、図示せぬ後段の制御系に対して出力する。また、表示回路１２は、計測演算制御回路１０から供給される被測流体の流速や積算流量等といった流量データを図示省略して表示器に表示出力する。
【００３７】
次に、このように構成された本実施の形態の超音波流量計１による被側流体の計測について説明する。
【００３８】
図２は、本実施の形態の超音波流量計による流量計測のフローチャートである。
図３は、図２に示した流量計測のフローチャートにおける流量データ演算部分についてのさらに具体的なフローチャートである。
【００３９】
計測演算制御回路１０は、前回計測時における超音波パルスの送信方向（被測流体の流れ方向に対して順方向か逆方向か）に基づく今回計測時における超音波パルスの送信方向の決定、被測流体中を伝播する超音波パルスの伝播時間を計測するために内部に設けられた受信検知カウンタのリセット、等といった超音波パルスの流量計測開始にあたっての計測開始処理を行う（ステップＳ101）。
【００４０】
そして、計測演算制御回路１０は、今回計測時における超音波パルスの送信方向に対応させた送・受信切替指示を切替回路４に供給し、超音波センサ３ａ，３ｂの中の一方（例えば、超音波センサ３ａ）を超音波送信用センサとして、また他方（例えば、超音波センサ３ｂ）を超音波受信用センサとして機能させることを設定する（ステップＳ102）。
【００４１】
その後、計測演算制御回路１０は、センサ駆動回路５に超音波パルス生成指示を供給して、超音波送信側の超音波センサ３ａから被測流体中に向けて超音波パルスの送出を行わせるとともに、この超音波パルスの被測流体中の伝播時間ｔを計測するための受信検知カウンタ（内部タイマカウンタ）による伝播時間ｔの時間カウントを開始させる（ステップＳ103）。
【００４２】
また、計測演算制御回路１０は、上述したセンサ駆動回路５への超音波パルス生成指示と同時に又は先立って、超音波パルスの受信タイミング判別のためのしきい値基準電圧信号の大きさ（電圧値）の設定処理（ステップＳ104）と、その監視・確認処理（ステップＳ104，Ｓ105）と、受信タイミング判別許可処理（ステップＳ106）とを行う。
【００４３】
ここで、上記各処理（ステップＳ104，Ｓ105，Ｓ106）について詳述する前に、被測流体中を伝播してきた超音波パルスの伝播時間ｔの計測における課題について、図４及び図５により説明する。
【００４４】
図４は、被測流路内における音響ノイズが小さい場合の超音波流量計各部の信号波形の説明図である。
図５は、被測流路内における音響ノイズが大きい場合の超音波流量計各部の信号波形の説明図である。なお、ここで、被測流路内とは、超音波流量計１の管路３ｐ内を指す。
【００４５】
図４及び図５において、（ａ）は、計測演算制御回路１０からセンサ駆動回路５に供給されるパルス生成指示信号の波形を表したものである。また、（ｂ）は、前述のステップＳ102による今回切替時において、上記（ａ）に示したパルス生成指示信号の出力に基づいて送信用超音波センサとして選択された超音波センサ３ａから被測流体中に向けて送出される超音波パルスの波形（実線で示す）と、この超音波パルスが被測流体中を伝播して、受信用超音波センサとして選択された超音波センサ３ｂに到達したときの超音波パルスの仮想波形（破線で示す）とを表したものである。また、（ｃ）は、今回切替時に受信用超音波センサとして選択された超音波センサ３ｂの受信信号出力に基づいて、積分回路８から出力されるエンベロープ波形の検出信号波形（平滑波形）を表したものである。また、（ｄ）は、比較回路９から出力される受信タイミングパルス信号の波形（受信タイミングパルス信号波形）を表したものである。この受信タイミングパルス信号は、（ｃ）に示した積分回路８の出力としてのエンベロープ波形の検出信号を、サンプルホールド回路１５から供給されるしきい値基準電圧信号（図中では、しきい値と表記）に対して、大小比較した比較結果に該当する。
【００４６】
被測流路内における音響ノイズが小さい場合を示した図４においては、（ｄ）で示した受信タイミングパルス信号は、（ｃ）に示した積分回路８の出力としてのエンベロープ波形の検出信号の大きさと、サンプルホールド回路１５から供給されるしきい値基準電圧信号の大きさとの関係に基づいて、（ｂ）において破線で示した超音波センサ３ｂに到達した超音波パルスの仮想波形とほぼ同じタイミングで、１対１の対応関係を有して生成される。
【００４７】
ところが、被測流路内における音響ノイズが大きい場合を示した図５においては、仮に、サンプルホールド回路１５から供給されるしきい値基準電圧信号の大きさが同図に示すように音響ノイズが小さい場合と同じ大きさに固定されてしまっている場合は、超音波センサ３ｂがこの音響ノイズを検出してしまうため、（ｃ）に示したように、積分回路８の出力としてのエンベロープ波形の検出信号の大きさがこの音響ノイズの影響によって変動を受けるようになる。この結果、比較回路９から出力される受信タイミングパルス信号は、（ｃ）に示した積分回路８の出力としてのエンベロープ波形の検出信号の大きさと、サンプルホールド回路１５から供給される音響ノイズが小さい場合に合わせて固定されたままのしきい値基準電圧信号の大きさとの関係に基づいて、この音響ノイズによってエンベロープ波形の検出信号の大きさがしきい値基準電圧信号の大きさを超えた場合も、比較回路９は受信タイミングパルス信号を生成してしまう。このため、比較回路９は、（ｄ）に示すように、超音波センサ３ａから送出された１つの超音波パルスに対して、複数の受信タイミングパルス信号を生成してしまったり、また（ｂ）において破線で示した超音波センサ３ｂに到達した超音波パルスの仮想波形とほぼ同じタイミングで、１対１の対応関係を有する受信タイミングパルス信号が生成されない恐れがある。
【００４８】
これにより、計測演算制御回路１０では、この比較回路９から供給される受信タイミングパルス信号に基づいて、被測流体中を伝播する超音波パルスの伝播時間ｔを正確に計測することができなくなり、後述の図２のステップＳ110による被測流体についての流量データの演算出力が正確に実行できなくなる。
【００４９】
そこで、図２に戻り、本実施の形態の超音波流量計１では、前述したしきい値基準電圧信号の大きさ（電圧値）の設定処理（ステップＳ104）、その監視・確認処理（ステップＳ104，Ｓ105）、受信タイミング判別許可処理（ステップＳ106）を実行し、被測流体中を伝播する超音波パルスの伝播時間を正確に計測することができる構成になっている。
【００５０】
すなわち、本実施の形態の超音波流量計１では、計測演算制御回路１０は、センサ駆動回路５への超音波パルス生成指示とほぼ同時に又は先立って、サンプルホールド回路１５のホールド制御入力端に供給していた保持信号を一時的に消勢して、サンプルホールド回路１５の出力、すなわち比較回路９に供給するしきい値基準電圧信号の設定又は設定更新を行う（ステップＳ104）。なお、計測演算制御回路１０によるこの保持信号の一時的消勢期間の終了は、送信側の超音波センサ３ａから送出された超音波パルスが被測流体中を伝播し、受信側の超音波センサ３ｂに到着する前になされるようになっており、その期間長は従前の被測流体の計測流速等に基づいて設定される。
【００５１】
この計測演算制御回路１０から供給される保持信号の一時的消勢によって、サンプルホールド回路１５は、今まで保持していたしきい値基準電圧信号に変えて、この消勢時、サンプル入力端に供給されているフィルタ・加算回路１４の出力電圧を取り込み、計測演算制御回路１０から供給される保持信号の供給復帰に基づいて、この取り込んだ出力電圧を新たなしきい値基準電圧信号として保持することになる。
【００５２】
その際、フィルタ・加算回路１４の出力電圧の大きさは、積分回路８からのエンベロープ波形の検出信号を平滑化して平均化をはかった検出信号電圧の大きさと、予め管路３ｐに音響ノイズが生じていない場合の超音波パルス受信判別のための比較基準電圧（固定電圧）を生成する基準電位回路１３の出力電圧の大きさとの加算した値になる。
【００５３】
したがって、この消勢時のタイミングは、超音波センサ３ａから送出された超音波パルスが未だ超音波センサ３ｂによって受信されていない状況に該当するため、フィルタ・加算回路１４の出力電圧の大きさは、被測流路内に音響ノイズが生じていない場合の超音波パルス受信判別のための比較基準電圧を、積分回路８から供給されるエンベロープ波形の検出信号の大きさ、すなわち現在の管路３ｐ内の音響ノイズの大きさに応じて、補正した値になる。この結果、計測演算制御回路１０は、サンプルホールド回路１５に対する保持信号の一時的消勢によって、現在の被測流路内の音響ノイズの大きさに応じた超音波パルスの受信判別のための比較基準電圧を、サンプルホールド回路１５に更新されたしきい値基準電圧信号として保持させる。
【００５４】
計測演算制御回路１０は、この新たに設定保持されたしきい値基準電圧信号の大きさを、その第１の監視入力端から取り込み（ステップＳ105）、予め設定されている規定値に対して比較する（ステップＳ106）。
【００５５】
この規定値は、一対の超音波センサ３ａ，３ｂ間で、被測流体の流れに対して順方向、逆方向交互に、被測流体を媒体として超音波パルスの送受信が安定して行えなくなるのを検出するために、予め設定されている値（電圧値）である。この規定値は、例えば、図４の（ｃ）に示すように、被測流路内における音響ノイズが小さい状態で、積分回路８から超音波パルスの受信に対応して出力されるエンベロープ波形の検出信号の大きさを超えない範囲の値に設定され、しきい値基準電圧信号の設定上限値に相当する。
【００５６】
この規定値に対する比較の結果、計測演算制御回路１０は、新たに設定保持されたしきい値基準電圧信号がこの規定値を超えない場合は、超音波パルスの安定した受信判別が可能であると判定して、比較回路９から供給される受信タイミングパルス信号の取得を許容するように、自身の受信タイミングパルス信号の受信ゲートをオープン（開放）にする（ステップＳ107）。また、計測演算制御回路１０は、新たに設定保持されたしきい値基準電圧信号がこの規定値を超えてしまう場合は、後述のステップＳ111〜Ｓ114に示す計測異常処理を行う。
【００５７】
そして、計測演算制御回路１０は、比較回路９から受信タイミングパルス信号がそのオープン状態の受信ゲートに供給されると（ステップＳ108）、この受信タイミングパルス信号の入力タイミングに基づいて、前述のステップＳ103で開始した受信検知カウンタによる伝播時間ｔの時間カウントを停止させる（ステップＳ109）。
【００５８】
このステップＳ108における、比較回路９から計測演算制御回路１０への受信タイミングパルス信号の供給の際には、前述したステップＳ104によるしきい値基準電圧信号の大きさの設定処理によって、サンプルホールド回路１５には、センサ駆動回路５への超音波パルス生成指示と同時に又は先立って取得開始され、その指示により送出される超音波パルスの超音波センサ３ｂへの伝播前に保持された、現在の管路３ｐ内の音響ノイズの大きさに応じた超音波パルスの受信判別のための比較基準電圧が、しきい値基準電圧信号として保持されている。
【００５９】
そのため、例え、図５に示したような被測流路内における音響ノイズが大きい場合であっても、比較回路９は、超音波センサ３ｂに到達した超音波パルスの仮想波形とほぼ同じタイミングで１対１の対応関係を有する受信タイミングパルス信号が生成することができる。
【００６０】
図６は、本実施の形態の超音波流量計において、被測流路内における音響ノイズが大きい場合の超音波流量計各部の信号波形の説明図である。なお、図６における（ａ）〜（ｄ）の各部の信号波形についての表記は、図４及び図５における（ａ）〜（ｄ）の各部の信号波形についての表記と同じなので、その表記自体についての説明は省略する。
【００６１】
図６に示すように、本実施の形態の超音波流量計１では、（ａ）に示す計測演算制御回路１０からセンサ駆動回路５に供給されるパルス生成指示と同時に又は先立って取得された、（ｃ）に示した積分回路８の伝播時間計測開始時又はその直前のエンベロープ波形の検出信号の大きさと、予め設定された被測流路内に音響ノイズが生じていない場合の超音波パルス受信判別のための比較基準電圧（固定電圧）を生成する基準電位回路１３の出力電圧の大きさとが加算された値が、サンプルホールド回路１５からしきい値基準電圧信号として比較回路９に供給されている。そのため、比較回路９のしきい値基準電圧信号の大きさは、図４に示した被測流路内における音響ノイズが小さい場合に対して、被測流路内における音響ノイズの大きさに応じて、大きな値に自動調整される構成になっている。
【００６２】
これにより、図５の（ｃ），（ｄ）に示すように、積分回路８から出力されるエンベロープ波形の検出信号の大きさが、音響ノイズによって、サンプルホールド回路１５からのしきい値基準電圧信号の大きさを超えてしまうことを極力防ぐことができる。このため、図６の（ｃ），（ｄ）に示すように、超音波センサ３ａから送出された１つの超音波パルスに対して、比較回路９から複数の受信タイミングパルス信号を計測演算制御回路１０に供給してしまうことがなく、（ｂ）において破線で示した超音波センサ３ｂに到達した超音波パルスの仮想波形とほぼ同じタイミングで１対１の対応関係を有する受信タイミングパルス信号を生成することができ、これを計測演算制御回路１０に供給することができる。
【００６３】
この結果、計測演算制御回路１０は、ステップＳ110に示す流量データ演算出力処理において、この比較回路９から供給される受信タイミングパルス信号に基づいて、被測流体中を伝播する超音波パルスの伝播時間ｔを正確に計測することができ、被測流路内に多少の音響ノイズが生じている場合であっても、被測流体についての流量データの演算出力を正確に実行できる。
【００６４】
ここで、上述した計測演算制御回路１０によるステップＳ110に示した流量データ演算出力処理の詳細について、図３に基づいて説明する。
【００６５】
計測演算制御回路１０は、前述のステップＳ109により比較回路９から供給される受信タイミングパルス信号によってその時間カウントを停止させた受信検知カウンタのカウント値に基づいて、今回の超音波センサ３ａを送信用超音波センサとして、超音波センサ３ｂを受信用超音波センサとして用いた超音波パルスの送受信における被測流体を媒体とした超音波パルスの伝播時間ｔを取得する（ステップＳ1101）。
【００６６】
そして、本実施の形態では、計測演算制御回路１０は、さらにこの取得した伝播時間ｔの補正処理を行う（ステップＳ1102）。ここで、この伝播時間ｔの補正処理について、図７により説明する。
【００６７】
図７は、本実施の形態の超音波流量計において、取得した超音波パルスの伝播時間を補正するための超音波流量計各部の信号波形に基づいて説明した説明図である。
【００６８】
なお、図７において、（４ａ）は、図４及び図６の（ａ）に示した超音波パルス生成信号の波形に該当し、（４ｃ）は、図４（ｃ）に示した被測流路内における音響ノイズが小さい場合の積分回路８から出力されるエンベロープ波形の検出信号波形に該当し、（４ｄ）は、図４（ｄ）に示した比較回路９から出力される受信タイミングパルス信号の波形に該当する。また、（６ｃ）は、図６（ｃ）に示した被測流路内における音響ノイズが大きい場合の積分回路８から出力されるエンベロープ波形の検出信号波形に該当し、（４ｄ）は、図４（ｄ）に示した比較回路９から出力される受信タイミングパルス信号の波形に該当する。
【００６９】
図７に示すように、同じ被測流体で流速及び超音波パルスの流れ方向に関する伝播方向が同じであっても、（６ｃ）に示す被測流路内における音響ノイズが大きい場合の積分回路８から出力されるエンベロープ波形の検出信号の大きさと、サンプルホールド回路１５から供給されるしきい値基準電圧信号の電圧値Ｖｈとの比較に基づいて、比較回路９から出力される（６ｄ）に示された受信タイミングパルス信号の計測演算制御回路１０への供給タイミングは、（４ｃ）に示す被測流路内における音響ノイズが小さい場合の積分回路８から出力されるエンベロープ波形の検出信号の大きさと、サンプルホールド回路１５から供給されるしきい値基準電圧信号の電圧値Ｖｌとの比較に基づいて、比較回路９から出力される（４ｄ）に示された受信タイミングパルス信号の計測演算制御回路１０への供給タイミングに対して、しきい値基準電圧信号の電圧値Ｖｈがしきい値基準電圧信号の電圧値Ｖｌよりも大きい分だけ、Δｔの遅れが生じる。
【００７０】
このΔｔの遅れは、超音波センサ３ａ，３ｂの機械的なＱが低く、その受信信号波形の立ち上がりが早い場合にはしきい値基準電圧信号の値を変化させても大きくならないが、流速により超音波パルスが下流に流されて、その受信信号電圧の振幅が変化したり、超音波センサ３ａ，３ｂの機械的なＱが高く、その受信信号波形の立ち上がりが遅い場合には、大きくなり顕著になる。
【００７１】
その結果、音響ノイズが小さい場合の受信検知カウンタのカウント値に基づいて取得した超音波パルスの伝播時間ｔｌと、音響ノイズが大きい場合の受信検知カウンタのカウント値に基づいて取得した超音波パルスの伝播時間ｔｈとの間で誤差Δｔが生じ、同じ伝播時間ｔを得られず、流量データの演算結果に誤差が生じる恐れがある。
【００７２】
そのため、図３に戻り、本実施の形態の超音波流量計１では、同じ被測流体で流速及び超音波パルスの流れ方向に関する伝播方向が同じ場合は、その音響ノイズの大きさにかかわらず同じ伝播時間ｔになるように、計測演算制御回路１０が、サンプルホールド回路１５から供給される供給されるしきい値基準電圧信号の電圧値、すなわち管路３ｐ内の音響ノイズの大きさに基づいて、受信検知カウンタのカウント値に基づいて取得した超音波パルスの伝播時間ｔの補正を行う（ステップＳ1102）。より具体的には、計測演算制御回路１０が、サンプルホールド回路１５から供給される供給されるしきい値基準電圧信号の電圧値や、超音波パルスの前回送受信の際に次のステップＳ1103の流量データの演算処理を行うことによって得られた流速に応じて、取得した伝播時間ｔに対して誤差Δｔを加算又は減算することによって、本来の伝播時間ｔとの誤差が管路３ｐ内の音響ノイズの大きさによって生じないようにしている。
【００７３】
このようにして、計測演算制御回路１０は、取得した超音波パルスの伝播時間ｔの補正を行うと、補正した伝播時間ｔに基づいて、今回の直前に行った超音波センサ３ｂから超音波センサ３ａへの今回と逆方向の超音波パルスの送受信によって得られた伝播時間ｔが既に内部メモリに蓄積されている場合は、両者間の伝播時間差に基づいて、流量データの演算処理を行い（ステップＳ1103）、演算した流量データの表示回路１２又は出力回路１１に対する出力処理を行う（ステップＳ1104）。そして、計測演算制御回路１０は、今回の送受信で取得した超音波パルスの伝播時間ｔとその伝播方向を、前回の送受信で取得した超音波パルスの伝播時間ｔとその伝播方向として内部メモリに蓄積した後、今回とは超音波センサ３ａ，３ｂの送受信側を変更して、再びステップＳ101からの一連の計測処理を繰り返す。
【００７４】
一方、前述した図２のステップＳ105でサンプルホールド回路１５に新たに設定保持されたしきい値基準電圧信号の大きさが、ステップＳ106で規定値以上と判定された場合は、計測演算制御回路１０は、ステップＳ111〜Ｓ114に示す計測異常処理を行う。
【００７５】
この場合、計測演算制御回路１０は、内部メモリの異常カウンタのカウント値をインクリメントしてカウントアップした後（ステップＳ111）、その更新されたカウント値を予め設定されている規定回数に対して比較する（ステップＳ112）。
【００７６】
この比較の結果、異常カウンタのカウント値が規定回数に対して達していない場合は、計測演算制御回路１０は、自身の第２の監視入力端に供給されているフィルタ・加算回路１４の出力電圧を監視し（ステップＳ113）、その積分回路８のエンベロープ波形の検出信号の大きさと、予め設定された被測流路内に音響ノイズが生じていない場合の超音波パルス受信判別のための比較基準電圧（固定電圧）を生成する基準電位回路１３の出力電圧の大きさとを加算した出力電圧の大きさが予め設定されている規定値以下になり、管路３ｐ内の音響ノイズの影響の減少が確認された場合は（ステップＳ114）、今回とは超音波センサ３ａ，３ｂの送受信側を変更して、再びステップＳ101からの一連の計測処理を開始する。
【００７７】
この場合、管路３ｐ内の音響ノイズが、被測流体を媒体とした超音波パルスの送受信に係る伝播時間ｔの計測に大きな影響を与えなくなるまで、伝播時間ｔの実計測による流量データの演算を中断し、安定した流量計測が行えない場合は不安定な流量データの出力は行わず、それ以前に演算した流量データに基づいてその出力を保持したり、又は更新したりすることができるので、超音波流量計１の後段の制御系の動作に突変（急変）を起こさせたり、不安定にさせたりすることを避けることができる。
【００７８】
また、計測演算制御回路１０は、ステップＳ112の異常カウンタのカウント値と規定回数との比較において、規定回数以上になった場合は、計測異常を表示回路１２又は出力回路１１に対して出力し、流量計測を停止して自動復帰は行わない（ステップＳ115）。
【００７９】
これら、ステップＳ111〜Ｓ114に示す計測異常処理の実行によって、誤検出を避けるために流量検出（受信音波検出）を停止して、次の超音波送受信動作を行わせると同時に、流量出力についてが直前の安定して流量計測できていた値を保持して出力の突変を避け、異常を報知して流量計測が不安定であることを示す。
【００８０】
なお、前述のステップＳ115では、常な音響ノイズの発生が規定回数以上連続して続き、安定して受信音波の到達が検出できない状態が続いた場合には、計測演算制御回路１０は、センサ駆動回路５に対して送信側の超音波センサ３ａ，３ｂの駆動電圧を大きくする制御を行い、受信した超音波パルスの受信レベルが音響ノイズよりも大きくなるようにし、その状態でも連続的に音波受信を検出できない場合には異常を検出することも可能である。
【００８１】
本実施の形態の超音波流量計は、以上説明したように構成されるが、本発明の超音波流量計の実施の形態は、これに限るものではない。例えば、上記説明では、一対の送受信兼用の超音波センサを備えた超音波流量計の超音波パルスの伝播時間の計測を説明したが、被測流体中を伝播する超音波パルスの伝播時間の計測を行って流量データの演算を行う流量計であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超音波流量計の概略横断面図とシステムブロック図である。
【図２】本実施の形態の超音波流量計による流量計測のフローチャートである。
【図３】図２に示した流量計測のフローチャートにおける流量データ演算部分についてのさらに具体的なフローチャートである。
【図４】被測流路内における音響ノイズが小さい場合の超音波流量計各部の信号波形の説明図である。
【図５】被測流路内における音響ノイズが大きい場合の超音波流量計各部の信号波形の説明図である。
【図６】本実施の形態の超音波流量計において、被測流路内における音響ノイズが大きい場合の超音波流量計各部の信号波形の説明図である。
【図７】本実施の形態の超音波流量計において、取得した超音波パルスの伝播時間を補正するための超音波流量計各部の信号波形に基づいて説明した説明図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  超音波流量計
２  流路
３  流量計本体
３ｐ  管路
３ａ，３ｂ  超音波センサ
４  切替回路
５  センサ駆動回路
６  センサ受信回路
７  検波回路
８  積分回路
９  比較回路
１０  計測演算制御回路
１１  出力回路
１２  表示回路
１３  基準電位回路
１４  フィルタ・加算回路
１５  サンプルホールド回路
【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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