(57)【要約】【課題】入力信号の振幅が変化したり入力信号がノイズの影響を受けたりしたときでも、精度良く適切にゼロクロス時間を計測可能なゼロクロス時間判定装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様のゼロクロス時間判定装置は、入力信号２１０における正または負の絶対値が過去における前記正または負の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能な最大絶対値更新判定部１００と、前記判定結果に基づいて前記入力信号２１０における前記正または負の絶対値が最大になる最大絶対値時間を示す最大絶対値時間信号３５０を出力可能な最大絶対値時間判定部４００と、前記入力信号２１０の仮ゼロクロス時間をラッチする仮ゼロクロス時間ラッチ部４１０と、前記最大絶対値時間信号３５０及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部１７０と、を備える。【選択図】図１
2011180076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における正または負の絶対値が過去における前記正または負の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、
前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記正または負の絶対値が最大になる最大絶対値時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、
前記入力信号が所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時及び大きい状態から小さい状態へと変化した時の少なくとも一方を仮ゼロクロス時間として周期的にラッチするよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、
前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、
を備えたゼロクロス時間判定装置。
【請求項２】
前記仮ゼロクロス時間ラッチ部は、
所定の周波数を有するクロック信号の変化をカウントするカウンタ部と、
前記入力信号が前記所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時及び大きい状態から小さい状態へと変化した時の少なくとも一方において、前記カウンタ部の出力信号をラッチして前記仮ゼロクロス時間を出力するよう構成されたカウンタラッチと、を備える
請求項１に記載のゼロクロス時間判定装置。
【請求項３】
周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における正の絶対値が過去における前記正の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、
前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記正の絶対値が最大になる時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、
前記入力信号が所定の値より大きい状態から小さい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として出力するよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、
前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、
を備えたゼロクロス時間判定装置。
【請求項４】
周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における負の絶対値が過去における前記負の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、
前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記負の絶対値が最大になる時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、
前記入力信号が所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として出力するよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、
前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、
を備えたゼロクロス時間判定装置。
【請求項５】
前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時にラッチされていた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のゼロクロス時間判定装置。
【請求項６】
前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時より所定の時間前にラッチされていた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のゼロクロス時間判定装置。
【請求項７】
前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時より所定の時間後にラッチされた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のゼロクロス時間判定装置。
【請求項８】
前記最大絶対値時間判定部は、前記最大絶対値更新判定部において前記最大絶対値が更新されたと判定された時から所定の期間に前記最大絶対値がさらに更新されないときに前記最大絶対値時間信号を出力するよう構成されている
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のゼロクロス時間判定装置。
【請求項９】
前記最大絶対値時間判定部において用いられる前記所定の期間は、前記入力信号の１周期乃至１．２５周期の間の期間から任意に選択される
請求項８に記載のゼロクロス時間判定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載のゼロクロス時間判定装置を備えた超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号のゼロクロス時間を判定可能なゼロクロス時間判定装置である。
【背景技術】
【０００２】
流量計のひとつとして、超音波が媒体中を伝搬中に発生する伝搬時間差を利用した超音波流量計がある。超音波流量計には、図９に示すように、流路に超音波送受信機１０及び１１を配置し、超音波を上流から送信して下流で受信した受信信号１２の伝搬時間と、超音波を下流から送信して上流で受信した受信信号１３の伝搬時間とに基づいて、流路を流れる気体や液体などの媒体の流速を計測するものがある。
【０００３】
この伝搬時間の計測には、数ｎｓまたはサブｎｓの分解能が要求されることがあるが、超音波流量計で用いられる超音波は、数十ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度の周波数である。この周波数を用いた場合、１周期の１／１００００以上などの高精度の分解能を要する。一方、超音波の振幅は流路を流れる媒体の流速や流体の状態によって影響を受ける。よって、超音波の到達を、受信信号に対してしきい値を設定することで判断する方法を用いた場合、受信信号の振幅が変化したときに計測される到達時間が変化してしまう。すなわち、図１０に示すように、通常の振幅を有する受信信号Ｓ１がしきい値ｔｈ１に達した時間がＴ１であるのに対して、振幅が小さくなった受信信号Ｓ２がしきい値ｔｈ１に達した時間はＴ２となってしまう。
【０００４】
そこで、受信信号の振幅の変化に影響されない測定方法として、ゼロクロス法がある。ゼロクロス法では、受信信号が正から負に、または負から正に変化するタイミングであるゼロクロス点における時間を計測する方法である。図１０に示すように、受信信号Ｓ１及びＳ２のいずれにおいてもゼロクロス点の時間Ｔ３は変化しない。このように、ゼロクロス法によれば受信信号の振幅が変化してもゼロクロス点における時間が変化しない。
【０００５】
ただし、超音波信号には複数のゼロクロス点が含まれるため、伝搬時間差を計測する基礎となる適切なゼロクロス点を確実に選択することが重要である。例えば、所定のしきい値を設けて超音波信号が該しきい値を超えた次のタイミングで観測されるゼロクロス点を選択する方法を適用することがあった。
【０００６】
しかし、この方法では流路を流れる媒体の流量の大小や超音波デバイス特性の経時変化などにより超音波信号の振幅が変化することを考慮しておらず、意図したタイミングのゼロクロス点を選択できない場合があった。例えば、図１１に示すようにしきい値ｔｈ２を設けた場合、通常の振幅を有する受信信号Ｓ１ではｐ１をゼロクロス点と判断するのに対して、振幅が小さくなった受信信号Ｓ２ではｐ２をゼロクロス点と判断してしまう。これに対して、例えば受信した超音波信号のピークホールド信号の微分を波形整形してパルスにし、Ｎ番目のパルスの次のゼロクロス点を選択する従来技術などがあった（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ２００４／０４８９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１に記載の従来技術においても、波形整形には所定のしきい値を用いており、入力信号の振幅が変化すると、適切なゼロクロス点を検出できないことがあった。
【０００９】
そこで、本発明の一形態では、上記課題を解決可能な超音波流量計を提供することを目的のひとつとする。また、本発明の一形態では測定対象媒体の流量などを精度良く適切に計測することなどをも目的のひとつとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するために、本発明の一態様としてのゼロクロス時間判定装置は、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における正または負の絶対値が過去における前記正または負の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記正または負の絶対値が最大になる最大絶対値時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、前記入力信号が所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時及び大きい状態から小さい状態へと変化した時の少なくとも一方を仮ゼロクロス時間として周期的にラッチするよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、を備える。
【００１１】
かかる構成のゼロクロス時間判定装置によれば、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号において、確実に意図したタイミングにおけるゼロクロス点を選択することが可能となる。これにより例えば超音波の伝搬時間差を正確に計測することが可能となり、測定対象媒体の流量などを適切に計測することが可能となる。
【００１２】
また、該装置の構成として用いている最大絶対値更新判定部はアナログ回路で構成することが可能である。この場合、入力信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理を行う構成と比較して、簡易な構成にすることができる。
【００１３】
また、前記仮ゼロクロス時間ラッチ部は、所定の周波数を有するクロック信号の変化をカウントするカウンタ部と、前記入力信号が前記所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時及び大きい状態から小さい状態へと変化した時の少なくとも一方において、前記カウンタ部の出力信号をラッチして前記仮ゼロクロス時間を出力するよう構成されたカウンタラッチと、を備える構成にすることができる。
【００１４】
また、本発明の一態様としてのゼロクロス時間判定装置は、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における正の絶対値が過去における前記正の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記正の絶対値が最大になる時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、前記入力信号が所定の値より大きい状態から小さい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として出力するよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、を備える構成としてもよい。
【００１５】
または、本発明の一態様としてのゼロクロス時間判定装置は、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号における負の絶対値が過去における前記負の最大絶対値よりも大きい場合に該最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成された最大絶対値更新判定部と、前記最大絶対値更新判定部における判定結果に基づいて前記入力信号における前記負の絶対値が最大になる時間を示す最大絶対値時間信号を出力可能に構成された最大絶対値時間判定部と、前記入力信号が所定の値より小さい状態から大きい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として出力するよう構成された仮ゼロクロス時間ラッチ部と、前記最大絶対値時間信号及び前記仮ゼロクロス時間に基づいてゼロクロス時間を判定するゼロクロス時間判定部と、を備える構成としてもよい。
【００１６】
また、前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時にラッチされていた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定することが好ましい。
【００１７】
入力信号において最大絶対値が更新されたタイミングの直後のゼロクロス点は、入力信号の振幅が最大となった状態におけるゼロクロス点であるため、入力信号の振幅が小さい状態におけるゼロクロス点と比較して、ノイズ等による影響を受けづらい。
【００１８】
上記構成にすれば、入力信号において最大絶対値が更新されたタイミングの直後のゼロクロス点における、ゼロクロス時間を計測することが可能となる。よって、ノイズ等の影響を受けない、より正確なゼロクロス時間を計測することが可能となる。ひいては、高い精度で伝搬時間差を計測することができる。
【００１９】
また、前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時間より所定の時間前にラッチされていた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する構成としてもよい。
【００２０】
また、前記ゼロクロス時間判定部は、前記最大絶対値時間信号が出力された時間より所定の時間後にラッチされた前記仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定する構成としてもよい。
【００２１】
上記の構成にすると、任意のタイミングのゼロクロス点におけるゼロクロス時間を計測することが可能となる。例えば、最大絶対値時間信号が出力された時間より前の時間に、入力信号の振幅が最大となることが予め予測されている場合に、この入力信号が最大となった状態におけるゼロクロス点におけるゼロクロス時間を計測することが可能である。
【００２２】
また、前記最大絶対値時間判定部は、前記最大絶対値更新判定部において前記最大絶対値が更新されたと判定された時から所定の期間に前記最大絶対値がさらに更新されないときに前記最大絶対値時間信号を出力するよう構成されてもよい。
【００２３】
ここで、前記最大絶対値時間判定部において用いられる前記所定の期間は、前記入力信号の１周期乃至１．２５周期の間の期間から任意に選択されることが好ましい。
【００２４】
これによれば、入力信号において最大絶対値が更新されたタイミングの直後のゼロクロス点におけるゼロクロス時間を、タイミング良く確実に計測することが可能となる。
【００２５】
また、本発明は、上記いずれかのゼロクロス時間判定装置を備えた超音波流量計を含む。これによれば、精度良く流量を計測可能な超音波流量計を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の一形態によれば、例えば、超音波の伝搬時間差を計測する基礎となる、入力信号における意図したタイミングのゼロクロス点を確実に選択することが可能となり、精度の高いゼロクロス時間判定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ゼロクロス時間判定装置の第１の構成例を示す図。
【図２】最大絶対値更新判定部の構成例を示す図。
【図３】ゼロクロス時間判定装置の動作時の波形図。
【図４】ゼロクロス時間判定装置の第２の構成例を示す図。
【図５】ゼロクロス時間判定装置の第３の構成例を示す図。
【図６】ゼロクロス時間判定装置の第３の構成例の動作時の波形図。
【図７】ゼロクロス時間判定装置の第４の構成例を示す図。
【図８】ゼロクロス時間判定装置の第４の構成例の動作時の波形図。
【図９】超音波流量計の構成例を示す図。
【図１０】超音波流量計の従来の動作を示す第１の波形図。
【図１１】超音波流量計の従来の動作を示す第２の波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．定義
２．実施形態１
（１）ゼロクロス時間判定装置の第１の構成例
（２）ゼロクロス時間判定装置の動作
（３）まとめ
３．実施形態２
４．実施形態３
５．実施形態４
６．補足
【００２９】
＜１．定義＞
まず、本明細書における用語を以下のとおり定義する。
「ゼロクロス点」：入力信号の波形が所定の電位と交差する点を指す。なお、所定の電圧は零電位であることが多いがこれに限らず、所定の電位は任意に決定可能である。
「Ｈｉ」及び「Ｌｏ」：二値化された信号における二値をそれぞれ「Ｈｉ」及び「Ｌｏ」と呼ぶ。「Ｈｉ」は二値化された信号が高い電位を示す状態を指し、「Ｌｏ」は二値化された信号が低い電位を示す状態を指す。
【００３０】
＜２．実施形態１＞
本発明の一実施形態は、超音波流量計などの流量計であって、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する信号を入力信号とする流量計に用いられるゼロクロス時間判定装置である。このゼロクロス時間判定装置は、既に説明したように、図９に示す流量計における超音波送受信機１０及び１１の構成の一部として用いることが可能である。以下、図１乃至図３を参照しながら実施形態１について説明する。
【００３１】
＜（１）ゼロクロス時間判定装置の第１の構成例＞
図１は、ゼロクロス時間判定装置の第１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態１のゼロクロス時間判定装置は、最大絶対値更新判定部１００、最大絶対値時間判定部４００、仮ゼロクロス時間ラッチ部４１０、及び出力ラッチ１７０を備えて構成される。
【００３２】
（最大絶対値更新判定部１００）
最大絶対値更新判定部１００は、入力信号２１０及びリセット信号２００を入力し、最大絶対値更新信号３２０及び最大絶対値信号３１０を出力可能に構成される。
【００３３】
図２は、最大絶対値更新判定部１００の具体的な構成例を示す図である。図２に示すように、最大絶対値更新判定部１００は、コンパレータ５００、電流源５１０、スイッチ５２０、ダイオード５３０、キャパシタ５４０、ディスチャージャー５５０、及びインピーダンス変換器５６０を含んで構成される。
【００３４】
コンパレータ５００は、入力信号２１０と最大絶対値信号３１０との振幅を比較し、入力信号２１０の振幅の方が大きい場合にはＨｉを、入力信号２１０の振幅の方が小さい場合にはＬｏを、最大絶対値更新信号３２０として出力する。スイッチ５２０は、コンパレータ５００から入力された信号がＨｉであった場合にはオン状態となり、Ｌｏであった場合にはオフ状態となる。スイッチ５２０がオン状態のときは、電流源５１０から流入する電流がダイオード５３０を介してキャパシタ５４０に充電され、インピーダンス変換器５６０を介して最大絶対値信号３１０を更新する。また、リセット信号２００によって回路のリセットが指示されると、ディスチャージャー５５０はキャパシタ５４０に充電された電荷を放電する。
【００３５】
なお、本実施形態１においては入力信号２１０の正の最大値を基準として動作しているが、これは負の最大絶対値である最小値を基準として動作してもよい。つまり、最大絶対値信号３１０及び最大絶対値更新信号３２０は、場合によってそれぞれ最大値信号及び最大値更新信号、または最小値信号及び最小値更新信号と呼ぶこともできる。以下についても同様に、「最大絶対値○○」は、場合によって「最大○○」または「最小○○」と呼ぶことができる。
【００３６】
すなわち、最大絶対値更新判定部１００は、入力信号２１０が過去における正の最大絶対値よりも大きい場合に、最大絶対値が更新されたことを判定可能に構成されているものである。
【００３７】
（最大絶対値時間判定部４００）
最大絶対値時間判定部４００は、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ１１０及びリセットセットフリップフロップ１２０を含んで構成される。
【００３８】
リトリガブルワンショットマルチバイブレータ１１０は、最初に検知した最大絶対値更新信号３２０の立ち下がり時に、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号３４０をＬｏからＨｉへと変化するよう構成されている。また、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ１１０は、検知した最大絶対値更新信号３２０の立ち下がりから所定の期間に最大絶対値更新信号３２０の立ち上がりが検知されない時に、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号３４０をＨｉからＬｏへと変化するよう構成されている。
【００３９】
リセットセットフリップフロップ１２０は、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号３４０の立ち下がりを検知した時に、出力信号である出力ラッチタイミング信号３５０をＬｏからＨｉへと変化するよう構成されている。また、リセットセットフリップフロップ１２０は、リセット信号２４０によってリセット可能に構成されている。
【００４０】
すなわち、最大絶対値時間判定部４００は、最大絶対値更新判定部１００における判定結果に基づいて入力信号２１０における正の絶対値が最大になる最大絶対値時間を示す出力ラッチタイミング信号３５０を出力可能に構成されているものである。より具体的には、最大絶対値時間判定部４００は、最大絶対値更新判定部１００において正の最大絶対値が更新されたと判定された時から所定の期間（Ｔ）に正の最大絶対値がさらに更新されないときに、出力ラッチタイミング信号３５０を出力するよう構成されている。なお、出力ラッチタイミング信号３５０は、最大絶対値時間信号とも呼び、後に説明するように負の絶対値が最大になる時間を出力する構成にしてもよい。
【００４１】
（仮ゼロクロス時間ラッチ部４１０）
仮ゼロクロス時間ラッチ部４１０は、コンパレータ１３０、カウンタ１４０、クロック生成部１５０、及びカウンタラッチ１６０を含んで構成される。
【００４２】
コンパレータ１３０は、入力信号２１０と零電位とを比較し、入力信号２１０が零電位より高ければＨｉ、低ければＬｏを二値化信号３３０として出力するよう構成されている。
【００４３】
クロック生成部１５０は、所定の周波数を有するクロック信号をカウンタ１４０に供給する。
【００４４】
カウンタ１４０は、スタート・ストップ信号２２０の指示によってクロック信号を連続的にカウントアップし、カウント信号を出力するよう構成されている。また、カウンタ１４０はリセット信号２３０によってリセット可能に構成されている。
【００４５】
カウンタラッチ１６０は、二値化信号３３０の立ち下がりでカウント信号をラッチし、仮ゼロクロス時間信号３６０として出力するよう構成される。ここで、カウンタ１４０がクロック信号を連続的にカウントアップした信号であるカウント信号は時間情報を示すものであり、二値化信号３３０の立ち下がりは入力信号２１０が正から負へと変化するゼロクロス点を示す。よって、仮ゼロクロス時間信号３６０は、入力信号２１０が正から負へと変化するゼロクロス点における時間を示す信号であるということができる。
【００４６】
すなわち、仮ゼロクロス時間ラッチ部４１０は、入力信号２１０が所定の値より大きい状態から小さい状態へと変化した時を仮ゼロクロス時間として周期的にラッチし、仮ゼロクロス時間信号３６０として出力するよう構成されているものである。
【００４７】
（出力ラッチ１７０）
出力ラッチ１７０は、仮ゼロクロス時間信号３６０を出力ラッチタイミング信号３５０の立ち上がりでラッチし、ラッチした仮ゼロクロス時間信号３６０をゼロクロス時間信号２５０として出力するよう構成される。
【００４８】
ただし、出力ラッチ１７０において仮ゼロクロス時間信号３６０をラッチするタイミングは必要に応じて変更することができる。すなわち、出力ラッチ１７０は、仮ゼロクロス時間信号３６０を出力ラッチタイミング信号３５０に基づいて決定される任意のタイミングでラッチして、ゼロクロス時間信号２５０として出力してもよい。
【００４９】
＜（２）ゼロクロス時間判定装置の動作例＞
図３は、上記ゼロクロス時間判定装置の動作中における各信号の波形図である。各信号は、既に説明したとおり、ゼロクロス時間判定装置の各構成要素から出力される。
【００５０】
最大絶対値信号３１０は、その時までの入力信号２１０の最大値を示す。最大絶対値更新信号３２０は、最大絶対値信号３１０が更新されたことを示し、直前の最大絶対値信号３１０より入力信号２１０が大きいときにＨｉとなる。二値化信号３３０は、入力信号２１０を零電位で二値化した信号である。リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号３４０は、最大絶対値更新信号３２０に基づいて生成され、出力ラッチタイミング信号３５０の生成に用いられる。出力ラッチタイミング信号３５０は、仮ゼロクロス信号３６０をラッチしてゼロクロス時間信号２５０を決定する際に用いられる。仮ゼロクロス信号３６０は、入力信号２１０が正から負へと変化した時間を示し、カウント信号（図示せず）及び二値化信号３３０に基づいて生成される。以下、特徴的な信号についてより具体的に説明する。
【００５１】
リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号３４０は、最初に検知された最大絶対値更新信号３２０の立ち下がり時（Ｔ１０）にＬｏからＨｉへと変化し、検知された最大絶対値更新信号３２０の立ち下がりから所定の期間（Ｔ）に最大絶対値更新信号３２０の立ち上がりが検知されない時（Ｔ２０）に、ＨｉからＬｏへと変化する。ここで、本実施形態では検知された最大絶対値更新信号３２０の立ち下がりから、入力信号２１０の周期の１〜１．２５倍の期間に最大絶対値更新信号３２０の立ち上がりが検知されない時に、ＨｉからＬｏへと変化する。この所定の期間（Ｔ）が仮に入力信号２１０の１周期よりも短いと、実際には後に最大絶対値が更新され、最大絶対値更新信号３２０が変化するにもかかわらず意図したゼロクロス点を検知できない場合がある。また、この所定の期間（Ｔ）が仮に入力信号２１０の１．２５周期よりも長いと、仮ゼロクロス時間信号３６０が次の値に変化してしまった後に仮ゼロクロス時間信号３６０をラッチするようになる。すなわち、入力信号２１０の振幅が最大となった直後のゼロクロス点Ｚの時間ではなく、その次のゼロクロス点の時間を計測するようになる。よって、最大絶対値時間判定部４００において用いられる所定の期間（Ｔ）は、入力信号２１０の周期の１〜１．２５倍の間の期間から任意に選択されるように設計することが好ましい。
【００５２】
仮ゼロクロス時間信号３６０は、カウンタから出力されるカウント信号を、二値化信号３３０の立ち下がりでラッチした信号である。前述のとおり、カウント信号は時間情報を示す信号であり、二値化信号３３０の立ち下がりは入力信号２１０が正から負へと変化したゼロクロス点を示す信号であるので、仮ゼロクロス時間信号３６０は入力信号２１０が正から負へと変化するゼロクロス点における時間を示す信号である。図３に示すように、仮ゼロクロス時間信号３６０は二値化信号３３０の立ち下がりに同期して、Ｎn-5、Ｎn-4、Ｎn-3、Ｎn-2、Ｎn-1、Ｎn、Ｎn+1と変化する。
【００５３】
出力ラッチタイミング信号３５０は、前述のとおり、リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号３４０の立ち下がりに同期して、ＬｏからＨｉへと変化する（Ｔ２０）。
【００５４】
ゼロクロス時間信号２５０は、出力ラッチタイミング信号３５０の立ち上がりのタイミング（Ｔ２０）で仮ゼロクロス時間信号３６０をラッチした信号である。図３に示すように、本実施形態ではＮnとなる。すなわち、ゼロクロス時間信号２５０は、入力信号２１０の振幅が最大となった次のゼロクロス点に対応するゼロクロス時間として、Ｎnを示していることがわかる。
【００５５】
＜（３）まとめ＞
以上のように、本実施形態におけるゼロクロス時間判定装置によれば、周期的に変化しかつ振幅の絶対値が変化する入力信号２１０において、入力信号２１０の振幅の変化などに影響されることなく、確実に意図したタイミングにおけるゼロクロス点を選択することが可能となる。これにより、ゼロクロス時間判定装置を含む超音波の伝搬時間差を正確に計測することが可能となり、測定対象媒体の流量などを適切に計測することが可能となる。特に本実施形態の構成によれば、入力信号２１０の振幅が最大となった直後のゼロクロス点における時間としてゼロクロス時間信号２５０を出力することが可能である。
【００５６】
なお、本実施形態では入力信号２１０の振幅が正の最大値を示した次のゼロクロス点における時間を計測しているが、これに限るものではなく、本実施形態から当業者に理解される範囲の発明は本願に含まれる。例えば、入力信号２１０の振幅が負の最小値を示した次のゼロクロス点における時間を計測する構成も考えられる。また、入力信号２１０の振幅が最大となったＮ個前後のゼロクロス点における時間を計測する構成も考えられる。
【００５７】
また、入力信号２１０の振幅が最大値を示す時間より所定の時間前後における仮ゼロクロス時間をゼロクロス時間と判定すれば、任意のタイミングでゼロクロス点におけるゼロクロス時間を計測することが可能となる。
【００５８】
ただし、入力信号２１０の振幅が最大となったタイミングの直後のゼロクロス点は、信号の変化量（信号の微分値）が大きいため入力信号２１０の振幅が小さいタイミングにおけるゼロクロス点と比較して、相対的にノイズの影響を受けづらい。つまり、本実施形態の構成によれば、入力信号２１０の振幅が最大となったタイミングの直後のゼロクロス点を用いてゼロクロス時間を計測しているので、ノイズ等の影響を受けない、より正確なゼロクロス時間を計測することが可能となる。ひいては、高い精度で伝搬時間差を計測することができる。
【００５９】
また、本実施形態では最大絶対値時間判定部４００における出力ラッチタイミング信号３５０の生成に用いられる所定の期間を、入力信号２１０の周期の１〜１．２５倍の間の期間から任意に選択されるように設計している。これによれば、入力信号２１０において最大絶対値が更新されたタイミングの直後のゼロクロス点におけるゼロクロス時間を、タイミング良く確実に計測することが可能となるため好ましい。
【００６０】
＜３．実施形態２＞
次に、図４を参照しながら実施形態２について説明する。実施形態１と比較して、実施形態２では入力信号２１０がゼロクロス時間判定装置に入力された直後に反転器１８０をさらに備えている点で異なる、その他の構成は実施形態１と同様である。
【００６１】
反転器１８０は、入力信号２１０の極性を反転可能に構成される。ここで、反転器１８０は信号増幅機能を有していてもよい。
【００６２】
このように反転器１８０を備えたゼロクロス時間判定装置では、最大絶対値更新判定部１００及びコンパレータ１３０に入力される反転入力信号２１１は、入力信号２１０に対して極性が逆になっている。このため、本実施形態２のゼロクロス時間判定装置においては、入力信号２１０の最大値の代わりに最小値を基準として動作し、入力信号２１０が正から負へと変化するゼロクロス点の代わりに入力信号２１０が負から正へと変化するゼロクロス点を基準に動作する。
【００６３】
本実施形態２のゼロクロス時間判定装置によれば、入力信号２１０の振幅が最小となった次のゼロクロス点における時間として、ゼロクロス時間信号２５１を出力することが可能となる。
【００６４】
＜４．実施形態３＞
次に、図５及び図６を参照しながら実施形態３について説明する。実施形態１と比較して、実施形態３では最大絶対値時間判定部４００と出力ラッチ１７０との間にＤ−ＦＦ（Ｄ−フリップフロップ）１８０を備える構成となっている点で異なるが、その他の構成は実施形態１と同様である。
【００６５】
Ｄ−ＦＦ１９０は、出力ラッチタイミング信号３５０を入力として二値化信号３３０の立ち上がりで動作し、遅延出力ラッチタイミング信号３８０を出力ラッチ１７０へ出力するよう構成される。つまり、Ｄ−ＦＦ１９０は、出力ラッチタイミング信号３５０を、次の二値化信号３３０の立ち上がりのタイミングまで遅延させる機能を有する。
【００６６】
出力ラッチ１７０は、仮ゼロクロス時間信号３６０を遅延出力ラッチタイミング信号３８０の立ち上がりでラッチし、ラッチした仮ゼロクロス時間信号３６０をゼロクロス時間信号２５２として出力するよう構成される。
【００６７】
図６は、本実施形態３のゼロクロス時間判定装置の動作時の各部の波形を示す図である。図６に示すように、Ｄ−ＦＦ１９０から出力される遅延出力ラッチタイミング信号３８０は、出力ラッチタイミング信号３５０が次の二値化信号３３０の立ち上がりのタイミングまで遅延させられた信号である。また、出力ラッチ１７０では遅延出力ラッチタイミング信号３８０の立ち上がり時に仮ゼロクロス時間信号３６０をラッチするので、入力信号２１０が最大となったタイミングの直後のゼロクロス点Ｚではなく、その次に入力信号２１０が負から正へと変化するゼロクロス点における時間を、ゼロクロス時間信号２５２として出力する。
【００６８】
また、本実施形態３ではＤ−ＦＦ１９０を１つだけ配置したが、Ｄ−ＦＦ１９０を複数直列に配置してもよい。Ｄ−ＦＦ１９０を複数直列に配置すると、遅延出力ラッチタイミング信号３８０を所望の期間だけ遅延させることができる。
【００６９】
このように最大絶対値時間判定部４００と出力ラッチ１７０との間にＤ−ＦＦ１９０を配置すれば、入力信号２１０の振幅が最大値を示す時間より所定の時間後におけるゼロクロス点におけるゼロクロス時間を計測することが可能となる。
【００７０】
＜５．実施形態４＞
次に、図７及び図８を参照しながら実施形態４について説明する。実施形態１と比較して、実施形態４ではカウンタラッチ１６０と出力ラッチ１７０との間に遅延ラッチ１９１を備える構成となっている点で異なる。
【００７１】
遅延ラッチ１９１は、仮ゼロクロス時間信号３６０を入力として二値化信号３３０の立ち下がりで動作し、遅延仮ゼロクロス時間信号３９０を出力ラッチ１７０へ出力するよう構成される。つまり、遅延ラッチ１９１は、仮ゼロクロス時間信号３６０を、次の二値化信号３３０の立ち下がりのタイミングまで遅延させる機能を有する。その結果、仮ゼロクロス時間信号３６０と遅延仮ゼロクロス時間信号３９０とを比較すると、出力される値が１つずつ遅れるようになる。出力ラッチ１７０は、遅延仮ゼロクロス時間信号３９０を出力ラッチタイミング信号３５０の立ち上がりでラッチし、ラッチした遅延仮ゼロクロス時間信号３９０をゼロクロス時間信号２５３として出力するよう構成される。
【００７２】
図８は、本実施形態４のゼロクロス時間判定装置の動作時の各部の波形を示す図である。図８に示すように、遅延ラッチ１９１から出力される遅延仮ゼロクロス時間信号３９０は、仮ゼロクロス時間信号３６０と比較して、出力される値が１つずつ遅れていることが分かる。また、出力ラッチ１７０では出力ラッチタイミング信号３５０の立ち上がり時に遅延仮ゼロクロス時間信号３９０をラッチするので、入力信号２１０が最大となったタイミングの直後のゼロクロス点Ｚではなく、その前に入力信号２１０が負から正へと変化するゼロクロス点における時間を、ゼロクロス時間信号２５３として出力する。
【００７３】
また、本実施形態４では遅延ラッチ１９１を１つだけ配置したが、遅延ラッチ１９１を複数直列に配置してもよい。遅延ラッチ１９１を複数直列に配置すると、遅延仮ゼロクロス時間信号３９０を所望の期間だけ遅延させることができる。
【００７４】
このようにカウンタラッチ１６０と出力ラッチ１７０との間に遅延ラッチ１９１を配置すれば、入力信号２１０の振幅が最大値を示す時間より所定の時間前におけるゼロクロス点における時間を計測することが可能となる。
【００７５】
＜６．補足＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明はこれらの構成例に限るものではなく、これらの構成例から当業者が考え得る様々な形態をも含むものである。
【００７６】
例えば、最大絶対値更新判定部１００、最大絶対値時間判定部４００、及び仮ゼロクロス時間ラッチ部４１０の構成は実施形態で説明した構成に限定されるものではなく、当業者によって考え得る他の構成をも当然に含むものである。また、各構成の動作タイミングについても適宜変更することが可能である。
【００７７】
また、本発明のゼロクロス時間判定装置は超音波流量計などの流量計に適用可能であり、本発明はかかる流量計を含む。かかる流量計によれば、流量計に配置された超音波送受信機において伝搬時間差を正確に計測することが可能となり、測定対象媒体の流速などを適切に精度良く計測することなどが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のゼロクロス時間判定装置は、超音波流量計に代表される流量計などに適用可能である。また、流量計と同様の入力信号に基づいてゼロクロス時間を計測する電子機器にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１０・１１……超音波送受信機
１２・１３……受信信号
１００……最大絶対値更新判定部
１１０……リトリガブルワンショットマルチバイブレータ
１２０……リセットセットフリップフロップ
１３０……コンパレータ
１４０……カウンタ
１５０……クロック生成部
１６０……カウンタラッチ
１７０……出力ラッチ（ゼロクロス時間判定部）
１８０……反転器
１９０……Ｄ−ＦＦ（Ｄ−フリップフロップ）
１９１……遅延ラッチ
２００……リセット信号
２１０……入力信号
２１１……反転入力信号
２２０……スタート・ストップ信号
２３０・２４０……リセット信号
２５０・２５１・２５２・２５３……ゼロクロス時間信号
３１０……最大絶対値信号
３２０……最大絶対値更新信号
３３０……二値化信号
３４０……リトリガブルワンショットマルチバイブレータ出力信号
３５０……出力ラッチタイミング信号（最大絶対値時間信号）
３６０……仮ゼロクロス時間信号
３８０……遅延出力ラッチタイミング信号
３９０……遅延仮ゼロクロス時間信号
４００……最大絶対値時間判定部
４１０……仮ゼロクロス時間ラッチ部
５００……コンパレータ
５１０……電流源
５２０……スイッチ
５３０……ダイオード
５４０……キャパシタ
５５０……ディスチャージャー
５６０……インピーダンス変換器
【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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