(57)【要約】      （修正有）【課題】流量誤差が小さくなる送信周波数を決定し、精度良く流量を測定する。【解決手段】反射体５に振動子３１を取り付け、所定の送信周波数範囲について前記振動子３１の送信周波数と前記反射体５から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求め、さらに、流量測定用の配管に振動子３１を取り付け、前記所定の送信周波数範囲について前記振動子３１の送信周波数と前記配管自体からの反射信号あるいは透過信号の信号強度との関係を求める。次にこの信号強度を前記反射体５からの反射信号の強度で除算し、除算後の信号強度と前記振動子３１の送信周波数との関係に基づいて最適な送信周波数を決定し、その送信周波数で流速を測定する。【選択図】図３
2011169665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内を流れる被測定流体に対し振動子から所定の送信周波数の超音波を入射させて前記被測定流体の流速を測定する流量測定方法において、
前記振動子を反射材に取り付け、所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記反射材から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求める振動子特性取得ステップと、
前記配管を一定流速の液体で満たすとともに前記振動子をその配管に取り付け、前記所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記配管自体からの反射信号あるいは透過信号の信号強度との関係を求める配管特性取得ステップと、
この配管特性取得ステップで得られた信号強度を前記振動子特性取得ステップで得られた信号強度で除算する信号強度正規化ステップと、
この信号強度正規化ステップで得られた除算後の信号強度と前記振動子の送信周波数との関係に基づいて最適な送信周波数を決定する送信周波数決定ステップと、
この送信周波数決定ステップで決定された送信周波数の超音波を前記被測定流体に入射させて流速を測定する流速測定ステップと、
を備えたことを特徴とする流速測定方法。
【請求項２】
前記送信周波数決定ステップは、前記信号強度正規化ステップで得られた除算後の信号強度が最大値または最小値となる送信周波数を最適な送信周波数として決定することを特徴とする請求項１に記載の流速測定方法。
【請求項３】
前記送信周波数決定ステップは、前記配管特性取得ステップで得られた信号強度が極大または極小となる送信周波数の近傍の周波数を最適な送信周波数として決定することを特徴とする請求項１に記載の流速測定方法。
【請求項４】
配管内を流れる被測定流体に対し振動子から所定の送信周波数の超音波を入射させて前記被測定流体の流速を測定する超音波流量計において、
前記振動子を反射材に取り付けた状態で、所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記反射材から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求めた振動子特性データと、前記配管を一定流速の液体で満たし前記振動子を前記配管に取り付けた状態で、前記所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記配管自体からの反射信号あるいは透過信号の信号強度との関係を求めた配管特性データを取得し、前記配管特性データを前記振動子特性データで除算し、この除算後の信号強度と前記振動子の送信周波数との関係に基づいて最適な送信周波数を決定する送信周波数決定部と、
この送信周波数決定部で決定された送信周波数の超音波を前記振動子から発生させる送信部と、
を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項５】
前記送信周波数決定部は、除算後の前記信号強度が最大値または最小値となる送信周波数を最適な送信周波数として決定することを特徴とする請求項４に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記送信周波数決定部は、前記配管特性取得ステップで得られた信号強度が極大または極小となる送信周波数の近傍の周波数を最適な送信周波数として決定することを特徴とする請求項４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、配管内を流れる被測定流体に対し振動子から所定の送信周波数の超音波を入射させて前記被測定流体の流速を測定する流量測定方法および超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量計は、配管内を流れる被測定流体の流速を測定する装置である。超音波流量計は、配管内の被測定流体中に含まれる気泡やパーティクルが被測定流体と同じ速度で移動すると仮定し、これら気泡やパーティクルの移動速度から被測定流体の流速分布や流量を測定する。
【０００３】
被測定流体の流速分布や流量を求める方法として反射相関法が知られている。配管外の超音波振動子から配管内部の被測定流体へ超音波を送信する。送信された超音波は、楔、配管、配管内部の被測定流体の順番に伝播する。超音波が被測定流体中の気泡やパーティクルなどに当ると、それらが反射体となり、反射波が発生する。反射波は配管内部の被測定流体、配管、楔を伝播し、反射信号として取得される。超音波振動子が送信する超音波には所定の時間間隔が与えられる。最初に送信した超音波から得られる反射波の伝播時間と、次に送信した超音波から得られる反射波の伝播時間とに基づいて、反射体となった気泡やパーティクルなどの移動量を算出し、被測定流体の流速が求められる。配管の上下流においてこのような構造を設け、それぞれ同じ送信周波数で超音波振動子を駆動している。
【０００４】
被測定流体の流速分布や流量を求めるその他の手法としては、ドップラー法が知られている。
【０００５】
ところで、気泡やパーティクルなどからの反射信号から被測定流体の流量を求める超音波流量計は、超音波振動子が送信する超音波の送信周波数によって流量誤差が変化する。これは、配管内を多重に反射する波が測定対象信号である反射信号と多重に重なるためである。
【０００６】
このように測定に影響を与える波の周波数は配管肉厚によって変化することが知られている。そこで、それらの波が反射信号に与える影響が小さくなる、最適な送信周波数を配管の肉厚から求め、流量誤差が小さくなるようにしている。
【０００７】
流量誤差が小さくなる送信周波数は下記の式で求められる。
2011169665.tif 000003
ｆ：送信周波数、Ｃ2：配管横波音速、ｔ：配管肉厚、θ2：屈折角度、ｍ：定数
ここで、
ｍ＝１，２，３，・・・
とした場合には、送信周波数ｆは配管の共鳴周波数となり、流量誤差が小さくなることが知られている。また、
ｍ＝１．５，２．５，３．５，・・・
とした場合には、送信周波数ｆは配管の非共鳴周波数となり、同様に流量誤差が小さくなることが知られている。したがって、上記の式（１）から配管の共鳴周波数あるいは非共鳴周波数となる周波数を算出し、その周波数を送信周波数として利用することで流量誤差の低減が図られる。
【０００８】
下記特許文献１には、ドップラー式の超音波流量計であって、配管の肉厚に基づいて最適な送信周波数を求めるものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−３００４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の式（１）で算出される共鳴周波数（あるいは非共鳴周波数）は、配管肉厚ｔや配管横波音速Ｃ２が必ずしも正しく与えられないため、実際の共鳴周波数（あるいは非共鳴周波数）と異なってしまう。そのため、計算で求めた流量誤差が小さくなるとされる周波数と実際に流量誤差が小さくなる周波数とが異なると、実際の流量測定の際の流量誤差が大きくなる場合がある。
【００１１】
本発明は、従来の問題をなくし、流量誤差が小さくなる送信周波数を配管の肉厚や配管横波音速などのパラメータによらず適切に選択し、より精度良く被測定流体の流量を測定できる流量測定方法および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】
【００１２】
このような課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、
配管内を流れる被測定流体に対し振動子から所定の送信周波数の超音波を入射させて前記被測定流体の流速を測定する流量測定方法において、
前記振動子を反射材に取り付け、所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記反射材から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求める振動子特性取得ステップと、
前記配管を一定流速の液体で満たすとともに前記振動子をその配管に取り付け、前記所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記配管自体からの反射信号あるいは透過信号の信号強度との関係を求める配管特性取得ステップと、
この配管特性取得ステップで得られた信号強度を前記振動子特性取得ステップで得られた信号強度で除算する信号強度正規化ステップと、
この信号強度正規化ステップで得られた除算後の信号強度と前記振動子の送信周波数との関係に基づいて最適な送信周波数を決定する送信周波数決定ステップと、
この送信周波数決定ステップで決定された送信周波数の超音波を前記被測定流体に入射させて流速を測定する流速測定ステップと、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の流速測定方法において、
前記送信周波数決定ステップは、前記信号強度正規化ステップで得られた除算後の信号強度が最大値または最小値となる送信周波数を最適な送信周波数として決定することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の流速測定方法において、
前記送信周波数決定ステップは、前記配管特性取得ステップで得られた信号強度が極大または極小となる送信周波数の近傍の周波数を最適な送信周波数として決定することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、
配管内を流れる被測定流体に対し振動子から所定の送信周波数の超音波を入射させて前記被測定流体の流速を測定する超音波流量計において、
前記振動子を反射材に取り付けた状態で、所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記反射材から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求めた振動子特性データと、前記配管を一定流速の液体で満たし前記振動子を前記配管に取り付けた状態で、前記所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記配管自体からの反射信号あるいは透過信号の信号強度との関係を求めた配管特性データを取得し、前記配管特性データを前記振動子特性データで除算し、この除算後の信号強度と前記振動子の送信周波数との関係に基づいて最適な送信周波数を決定する送信周波数決定部と、
この送信周波数決定部で決定された送信周波数の超音波を前記振動子から発生させる送信部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、
請求項４に記載の超音波流量計において、
前記送信周波数決定部は、除算後の前記信号強度が最大値または最小値となる送信周波数を最適な送信周波数として決定することを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、
請求項４に記載の超音波流量計において、
前記送信周波数決定部は、前記配管特性取得ステップで得られた信号強度が極大または極小となる送信周波数の近傍の周波数を最適な送信周波数として決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、
前記振動子を反射材に取り付け、所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記反射材から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求める振動子特性取得ステップと、
前記配管を一定流速の液体で満たすとともに前記振動子をその配管に取り付け、前記所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記配管自体からの反射信号あるいは透過信号の信号強度との関係を求める配管特性取得ステップと、
この配管特性取得ステップで得られた信号強度を前記振動子特性取得ステップで得られた信号強度で除算する信号強度正規化ステップと、
この信号強度正規化ステップで得られた除算後の信号強度と前記振動子の送信周波数との関係に基づいて最適な送信周波数を決定する送信周波数決定ステップと、
この送信周波数決定ステップで決定された送信周波数の超音波を前記被測定流体に入射させて流速を測定する流速測定ステップと、
を備えたことにより、流量誤差が小さくなる送信周波数を配管の肉厚や配管横波音速などのパラメータによらず適切に選択し、より精度良く被測定流体の流量を測定できる流量測定方法を提供できる。
【００１９】
また、本発明によれば、
前記振動子を反射材に取り付けた状態で、所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記反射材から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求めた振動子特性データと、前記配管を一定流速の液体で満たし前記振動子を前記配管に取り付けた状態で、前記所定の送信周波数範囲について前記振動子の送信周波数と前記配管自体からの反射信号あるいは透過信号の信号強度との関係を求めた配管特性データを取得し、前記配管特性データを前記振動子特性データで除算し、この除算後の信号強度と前記振動子の送信周波数との関係に基づいて最適な送信周波数を決定する送信周波数決定部と、
この送信周波数決定部で決定された送信周波数の超音波を前記振動子から発生させる送信部と、
を備えたことにより、流量誤差が小さくなる送信周波数を配管の肉厚や配管横波音速などのパラメータによらず適切に選択し、より精度良く被測定流体の流量を測定できる超音波流量計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の超音波流量計の一実施例を示す図である。
【図２】被測定流体Ｌｓの流量測定の動作フローである。
【図３】送信周波数ｘｓを決定するための手順１を示す図である。
【図４】送信周波数ｘｓを決定するための手順１を示す図である。
【図５】送信周波数ｘｓを決定するための手順１を示す図である。
【図６】送信周波数ｘｓを決定するための手順２を示す図である。
【図７】送信周波数ｘｓを決定するための手順２を示す図である。
【図８】手順２を実施するための変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２１】
図１は本発明の超音波流量計の一実施例を示す図である。図１の（ａ）において、１は被測定流体Ｌｓが流れる配管、２１，２２は配管１の外周面に接するように所定の角度で斜めに固定された楔である。楔２１は被測定流体Ｌｓの上流側に固定され、楔２２は被測定流体Ｌｓの下流側で楔２１の反対側に固定されている。３１，３２はこの楔２１，２２の端部に取り付けられた超音波振動子、４１，４２は超音波振動子３１，３２の制御全般および被測定流体Ｌｓの流量を算出する変換器である。
なお、楔２１，２２、超音波振動子３１，３２、変換器４１，４２はそれぞれ同一構造のものとする。
【００２２】
超音波振動子３１は、配管１内部の被測定流体Ｌｓへ超音波Ｓを送信する。送信された超音波Ｓは、楔２１、配管１、配管１内部の被測定流体Ｌｓの順番に伝播する。超音波Ｓが被測定流体Ｌｓ中の気泡やパーティクルなどに当ると、それらが反射体となり、反射波（エコー波）Ｓｂが発生する。反射波は配管１内部の被測定流体Ｌｓ、配管１、楔２１を伝播し、反射信号として取得される。取得された反射信号は変換器４１に伝達される。超音波振動子３１が送信する超音波Ｓには所定の時間間隔が与えられる。変換器４１において、最初に送信した超音波Ｓから得られる反射波の伝播時間と、次に送信した超音波Ｓから得られる反射波の伝播時間とに基づいて、反射体となった気泡やパーティクルなどの移動量を算出し、被測定流体Ｌｓの流速を求める。
被測定流体Ｌｓの下流側にも同様の構成（超音波振動子３２、楔２２、変換器４２）を設けて被測定流体Ｌｓの流速を求め、上流側で求めた流速との平均を取り、被測定流体Ｌｓの流速を算出する。
【００２３】
図１の（ｂ）は変換器４１の構成を示す図である。変換器４１は、超音波および反射信号の送受信のタイミングを制御する送受信タイミング制御部４ａと、超音波振動子３１を制御して超音波を発生させる送信部４ｂと、送信する超音波の送信周波数を決定する送信周波数決定部４ｃと、反射信号を受信する受信部４ｄと、受信した反射信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４ｅと、Ａ／Ｄ変換器４ｅの出力に基づいて被測定流体Ｌｓの流量を算出する演算部４ｆとから構成されている。
【００２４】
図２は被測定流体Ｌｓの流量測定の動作フローである。
使用者によって被測定流体Ｌｓの流量測定のためのコマンドが選択されると、このフローはスタートする。
ステップＳ１では、送信周波数決定部４ｃは、あらかじめ決定された超音波Ｓの送信周波数ｘｓを送信部４ｂに設定し、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、送信部４ｂは、送信周波数ｘｓに対応する送信信号を生成し、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、超音波振動子は、送信信号を送信周波数ｘｓの超音波Ｓに変換し、被測定流体Ｌｓに入射させ、ステップＳ４に進む。超音波振動子３１が送信する超音波Ｓには所定の時間間隔が与えられる。
ステップＳ４では、受信部４ｄは、被測定流体Ｌｓから反射されてくる反射信号Ｓｂを受信する。反射信号はＡ／Ｄ変換器４ｅにおいてＡ／Ｄ変換され、演算部４ｆに入力され、ステップＳ５に進む。なお、超音波Ｓを送信するタイミングおよび反射信号Ｓｂの受信のためのタイミングは、送受信タイミング制御部４ａによって制御される。
ステップＳ５では、演算部４ｆは、最初に送信された超音波Ｓから得られる反射波の伝播時間と、所定の時間間隔をあけて次に送信された超音波Ｓから得られる反射波の伝播時間を算出する。そして、演算部４ｆは、それらの伝播時間に基づいて反射体となった気泡やパーティクルなどの移動量を算出し、被測定流体Ｌｓの流速を求める。
その後、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、演算部４ｆは、ステップＳ５で算出された流速に基づいて被測定流体Ｌｓの流量を算出し、ステップＳ７に進む。
最後に、ステップＳ７において、ステップＳ６で算出された被測定流体Ｌｓの流量を超音波流量計に設けられた何らかの表示手段に表示させ、流量測定を終了する。
【００２５】
次に、送信周波数ｘｓを決定する手法について説明する。送信周波数ｘｓを決定する手法は、超音波振動子３自体の特性を調べる手順（手順１）と、配管１自体の特性を調べる手順（手順２）と、手順２で得られた特性を手順１で得られた特性を用いて正規化する手順（手順３）と、手順３で得られた結果を用いて最適な送信周波数ｘｓを求める手順（手順４）に分けられる。
【００２６】
まず手順１について説明する。図３と図４は送信周波数ｘｓを決定するための手順１を示す図であり、図３の（ａ）は手順１の構成図、図３の（ｂ）は手順１で得られる結果を示す図である。なお、図３の（ａ）においても、図示しないが、図１の（ｂ）に示す変換器４１が超音波振動子３１に接続されている。図４は手順１のフローを示す図である。
【００２７】
この手順１では、超音波振動子３１を反射材５に取り付け、この超音波振動子３１の送信周波数と反射材５から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求める。
【００２８】
まず、ステップＳ１００において、超音波振動子３１を楔２１を介して反射材５に設置する。超音波振動子３１は、配管１に対する取り付け角度と同じ角度で反射材５に固定する。楔２１から反射材５の反射面までの距離ｄｒは、超音波振動子３１を配管１に取り付けた際の楔２１と配管１との接触面から配管１の反対側の外側壁面までの超音波の伝播距離として使用する距離に一致させる。
【００２９】
次に、ステップＳ１０１では、送信周波数ｘの範囲ｘ０〜ｘｎを設定し、ステップＳ１０２に進む。
送信周波数の範囲ｘ０〜ｘｎは、目安として式（１）を用いて配管１の共鳴周波数と非共鳴周波数を算出し、算出された共鳴周波数と非共鳴周波数を少なくとも１つずつまたぐ範囲とする。
【００３０】
ステップＳ１０２では、送信部４ｂ（図示せず）は、送信周波数ｘの初期値として送信周波数ｘ０に対応する送信信号を生成し、ステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３では、超音波振動子３１は、送信信号を送信周波数ｘ０の超音波に変換し、反射材５に入射させ、ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４では、受信部４ｄ（図示せず）は、反射材５からの反射信号を受信する。なお、超音波Ｓを送信するタイミングおよび反射信号Ｓｂの受信のためのタイミングは、送受信タイミング制御部４１（図示せず）によって制御される。反射信号の信号はＡ／Ｄ変換器４ｅ（図示せず）においてＡ／Ｄ変換され、演算部４ｆ（図示せず）に入力され、ステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０５では、送信周波数ｘ０と反射信号の最大値ｙを記録し、ステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０６では、送信周波数ｘが周波数ｘｎ以上であるかを確認し、周波数ｘｎ以上である場合にはステップＳ１０７に進む。一方、送信周波数ｘが周波数ｘｎよりも小さい場合には、送信周波数ｘから設定可能な最小単位分だけ大きな周波数に設定し、ステップＳ１０２に進む。つまり、送信周波数ｘを周波数ｘ０〜ｘｎの範囲で順次変化させていき、各周波数に対応する反射信号の最大値ｙを取得する。
最後に、ステップＳ１０７では、送信周波数ｘと反射信号の最大値ｙとの関係を数式化（ｙ＝ｆ（ｘ））する。
【００３１】
すなわち、手順１は、超音波振動子３１から送信周波数ｘにて超音波Ｓを反射材５に入射し、反射材５から反射されてくる反射信号の信号強度（反射信号の最大値ｙ）と送信周波数とを記録する。これを周波数範囲ｘ０〜ｘｎ内で繰り返し行い、送信周波数ｘと反射信号ｙの関係ｙ＝ｆ（ｘ）を求める。
【００３２】
次に、手順２について説明する。図５と図６は送信周波数ｘｓを決定するための手順２を示す図であり、図５の（ａ）は手順２の構成図、図５の（ｂ）は手順２で得られる結果を示す図である。なお、図５の（ａ）においても、図示しないが、図１に示す変換器４が超音波振動子３１に接続されている。図６は手順２のフローを示す図である。
【００３３】
この手順２では、配管１を一定流速の液体で満たすとともに超音波振動子３１を配管１に取り付け、超音波振動子３１の送信周波数と配管１自体からの反射信号あるいは透過信号の信号強度との関係を求める。
【００３４】
まず、ステップＳ１１０において、楔２１、超音波振動子３１、およびＡＥ（アコースティックエミッション）センサ６を配管１の外周面に取り付ける。超音波振動子３１は楔２１を介して配管１に取り付ける。超音波振動子３１の配管１に対する取り付け角度は、被測定流体Ｌｓの測定時の取り付け角度と同じ角度とする。また、ＡＥセンサ６は、配管１の楔２１の反対側であって超音波振動子３１からの超音波が被測定流体Ｌｓを透過した透過信号Ｓｔを受信可能な位置に取り付ける。
【００３５】
なお、配管１は、被測定流体Ｌｓではなく、一定流速（流速ゼロも含む）の水で満たしておく。
【００３６】
次に、ステップＳ１１１では、送信周波数ｘの範囲を設定し、ステップＳ１１２に進む。送信周波数ｘの範囲は、手順１と同様に、周波数ｘ０〜ｘｎの範囲とする。
【００３７】
ステップＳ１１２では、送信部４ｂ（図示せず）は、送信周波数ｘの初期値として送信周波数ｘ０に対応する送信信号を生成し、ステップＳ１１３に進む。
ステップＳ１１３では、超音波振動子３１は、送信信号を送信周波数ｘ０の超音波に変換し、配管１に入射させ、ステップＳ１１４に進む。
ステップＳ１１４では、ＡＥセンサ６は、超音波が被測定流体Ｌｓを透過してきた透過信号Ｓｔを受信する。透過信号ＳｔはＡ／Ｄ変換器（図示せず）によりＡ／Ｄ変換され、ステップＳ１１５に進む。
ステップＳ１１５では、送信周波数ｘ０と透過信号Ｓｔの最大値ｙ’を記録し、ステップＳ１１６に進む。
ステップＳ１１６では、送信周波数ｘが周波数ｘｎ以上であるかを確認し、周波数ｘｎ以上である場合にはステップＳ１１７に進む。一方、送信周波数ｘが周波数ｘｎよりも小さい場合には、送信周波数ｘから設定可能な最小単位分だけ大きな周波数に設定し、ステップＳ１０２に進む。つまり、送信周波数ｘを周波数ｘ０〜ｘｎの範囲で変化させ、各周波数に対応する透過信号Ｓｔの最大値ｙ’を繰り返し取得する。
最後に、ステップＳ１１７では、送信周波数ｘと透過信号Ｓｔの最大値ｙ’との関係を数式化（ｙ’＝ｆ’（ｘ））する。
【００３８】
すなわち、手順２は、超音波振動子３１から送信周波数ｘにて超音波を配管１に入射し、配管１からの透過信号Ｓｔの信号強度（透過信号の最大値ｙ’）と送信周波数とを記録する。これを周波数範囲ｘ０〜ｘｎ内で繰り返し行い、送信周波数ｘと透過信号ｙ’の関係（ｙ’＝ｆ’（ｘ））を求める。
【００３９】
なお、送信周波数ｘが配管１の共鳴周波数にあたる場合には透過信号Ｓｔの最大値ｙ’は大きくなり、非共鳴周波数にあたる場合には最大値ｙ’は小さくなることが知られている。
【００４０】
次に、手順３について説明する。
図７は手順３で得られる結果を示す図である。手順３では、手順２で得られたｙ’＝ｆ’（ｘ）に、手順１で求めたｆ（ｘ）の逆数１／ｆ（ｘ）をかけた値ｙ”＝ｆ’（ｘ）／ｆ（ｘ）を求める。
すなわち、手順２で得られた信号強度を手順１で得られた信号強度で除算することにより、各周波数における信号強度を正規化する。
【００４１】
次に、手順４では、手順３で求めた強度ｙ”に基づいて各周波数における正規化後の信号強度を比較し、被測定流体Ｌｓの実際の測定に用いる送信周波数を決定する。具体的には、正規化信号の強度ｙ”が最大値となる周波数ｘｍを送信周波数ｘｓとして決定する。
【００４２】
このように決定された送信周波数ｘｓは、図２に示すステップＳ１にて送信周波数決定部４ｃに記憶される。被測定流体Ｌｓの実際の測定の際には、送信周波数ｘｓの超音波を被測定流体Ｌｓに入射させて流速を測定する（流速測定ステップ）。
【００４３】
本実施例は以上のように構成され、
超音波振動子３１を反射材５に取り付け、所定の送信周波数範囲ｘ０〜ｘｎについて超音波振動子３１の送信周波数と反射材５から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求める手順１と、
配管１を一定流速の水で満たすとともに超音波振動子３１をその配管１に取り付け、所定の送信周波数範囲ｘ０〜ｘｎについて超音波振動子３１の送信周波数と配管１からの透過信号Ｓｔの信号強度との関係を求める手順２と、
この手順２で得られた信号強度を手順１で得られた信号強度で除算する手順３と、
この手順３で得られた除算後の信号強度と超音波振動子３１の送信周波数との関係に基づいて最適な送信周波数ｘｓを決定する手順４と、
を備えたことにより、流量誤差が小さくなる送信周波数を配管１の肉厚や配管横波音速などのパラメータによらず適切に選択し、より精度良く被測定流体Ｌｓの流量を測定できる。
【００４４】
また、本実施例によれば、
超音波振動子３１を反射材５に取り付けた状態で、所定の送信周波数範囲ｘ０〜ｘｎについて超音波振動子３１の送信周波数と反射材５から反射されてくる反射信号の信号強度との関係を求めた振動子特性データｙ＝ｆ（ｘ）と、配管１を一定流速の水で満たし超音波振動子３１を配管１に取り付けた状態で、所定の送信周波数範囲ｘ０〜ｘｎについて超音波振動子３１の送信周波数と配管１からの透過信号Ｓｔの信号強度との関係を求めた配管特性データｙ’＝ｆ’（ｘ）を取得し、配管特性データｙ’＝ｆ’（ｘ）を振動子特性データｙ＝ｆ（ｘ）で除算し、この除算後の信号強度と超音波振動子３１の送信周波数との関係ｙ”＝ｆ”（ｘ）に基づいて最適な送信周波数ｘｓを決定する送信周波数決定部４ｃと、
この送信周波数決定部で決定された送信周波数の超音波を超音波振動子３１から発生させる送信部４ｂと、
を備えたことにより、流量誤差が小さくなる送信周波数を配管１の肉厚や配管横波音速などのパラメータによらず適切に選択し、より精度良く被測定流体の流量を測定できる超音波流量計を提供できる。
【００４５】
なお、本実施例では、超音波振動子３１、楔２１、変換器４１を被測定流体Ｌｓの上流側に設け、超音波振動子３２、楔２２、変換器４２を下流側に設けて被測定流体Ｌｓの流速の平均値を取ったが、これらの構成は必ずしも上流側と下流側とに設けられている必要はない。上流側、下流側に限らず、同様の複数の構成を用いて流速を求め、平均値を取るようにすればよい。
【００４６】
また、本実施例では、手順４において、正規化信号の強度ｙ”が最大値となる周波数ｘｍを送信周波数ｘｓとして決定したが、強度ｙ”が最小値となる周波数ｘｍを送信周波数ｘｓとして決定してもよい。あるいは、配管特性データｙ’が極大または極小となる送信周波数の近傍の周波数を最適な送信周波数ｘｓとして決定してもよい。なお、配管特性データｙ’が極大または極小となる送信周波数とは、配管１自体の共鳴周波数または非共鳴周波数に相当する。
【００４７】
また、本実施例では、手順２の実施にあたり、配管１に入射させた超音波の透過信号Ｓｔの測定するためにＡＥセンサを用いたが、図８に示すように、超音波振動子３１’を支持した楔２１’を配管１の反対側に設け、この超音波振動子３１’により透過信号Ｓｔを受信してもよい。
【００４８】
また、本実施例では、手順２の実施にあたり、配管１に入射させた超音波の透過信号Ｓｔを測定することにより配管１の特性を調べたが、楔やフランジ、ボス等からの反射信号を測定することにより配管１の特性を調べても良い。または、配管多重波の強度を測定することにより配管１の特性を調べてもよい。
【００４９】
なお、本実施例では、本発明を反射相関法の超音波流量計に適用した例について説明したが、本発明は反射相関法に限らず、ドップラー法の超音波流量計にも適用できる。
【００５０】
なお、本実施例における、送信周波数ｘｓを決定する手法の手順１は特許請求の範囲における振動子特性取得ステップに相当し、手順２は配管特性取得ステップに相当し、手順３は信号強度正規化ステップに相当し、手順４は送信周波数決定ステップに相当する。
また、超音波振動子３１，３２は特許請求の範囲における振動子に相当する。
【符号の説明】
【００５１】
１          配管
３１，３２  超音波振動子
４ａ        送受信タイミング制御部
４ｂ        送信部
４ｃ        送信周波数決定部
４ｄ        受信部
４ｆ        演算部
Ｌｓ        被測定流体
【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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