(57)【要約】【課題】電池電圧を昇圧器で昇圧し、送信側送受波器を駆動するための高電圧を効率良く生成する。消費電流を少なくして電池寿命を延ばす。昇圧時のノイズによる計測誤差を発生させない。【解決手段】電池１１の電圧を二つのダイオードチャージ式昇圧部で昇圧する。正昇圧部９Ａで正昇圧電圧９ａを生成し、負昇圧部９Ｂで負昇圧電圧９ｂを生成する。正昇圧電圧９ａは＋７．５Ｖ、負昇圧電圧９ｂは−７．５Ｖである。発信駆動部５は、＋７．５Ｖの正の高電圧９ａと−７．５Ｖの負の高電圧と、アナロググラウンドのゼロレベルとを選択的に接続することで、出力端子５ａと５ｂ間に＋１５Ｖと−１５Ｖの矩形状の１周期分の駆動パルスを生成し、送信側の送受波器、例えば１に印加する。順方向と逆方向の超音波到達時間から流量を演算する。【選択図】図４
2008275436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測流体の流路の上流と下流に配置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受信を行い、上流側の送受波器から下流側の送受波器までの到達時間と下流側の送受波器から上流側の送受波器までの到達時間に基づいて流量を求める超音波流量計であって、
送信側の送受波器を発信駆動する発信駆動部と、受信側の送受波器からの信号を受けて受信を検知する受信検知部と、発信駆動から受信検知までの到達時間を計測する時間計測部と、前記上流と下流に配置された送受波器を前記発信駆動部と受信検知部とに交互に切り替え接続する切り替え部と、電源と、電源電圧を昇圧して送受波器の駆動用電圧を得る昇圧部とを具備した超音波流量計において、
前記昇圧部は電源のゼロレベルに対して正側に昇圧して正の高電圧を生成する正昇圧部と、負側に昇圧して負の高電圧を生成する負昇圧部とを備え、
発信駆動部は、それに接続された送信側送受波器の２つの端子に、それぞれ別々に、前記電源のゼロレベルと、正側に昇圧した正の高電圧と、負側に昇圧した負の高電圧との３つの電位の１つを選択して供給する供給手段を備えると共に、発信駆動しないときは、送信側送受波器の２つの端子に前記電源のゼロレベルを供給するように構成し、
発信に際しては、送受波器の固有振動数の半周期の時間の間、送信側送受波器の一方の端子に前記正側に昇圧した正の高電圧を供給し、他方の端子に前記負側に昇圧した負の高電圧を供給し、続く半周期の時間の間、送信側送受波器の前記一方の端子には正の高電圧に代えて負の高電圧を供給し、前記他方の端子には負の高電圧に代えて正の高電圧を供給し、これを所定回数繰り返した後、送信側送受波器の両端子に前記電源のゼロレベルを供給して発信動作を終えるように構成し、
受信側の送受波器は、前記切り替え部を介して、その一端を前記電源のゼロレベルに接続し、他端を前記受信波検知部の入力に接続し、
前記受信波検知部は、前記電源のゼロレベルをアナロググラウンドとして、ゼロレベルとの比較で、受信点を検知するように構成したことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
被計測流体の流路の上流と下流に配置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受信を行い、上流側の送受波器から下流側の送受波器までの到達時間と下流側の送受波器から上流側の送受波器までの到達時間に基づいて流量を求める超音波流量計であって、
送信側の送受波器を発信駆動する発信駆動部と、受信側の送受波器からの信号を受けて受信を検知する受信検知部と、発信駆動から受信検知までの到達時間を計測する時間計測部と、前記上流と下流に配置された送受波器を前記発信駆動部と受信検知部とに交互に切り替え接続する切り替え部と、電源と、電源電圧を昇圧して送受波器の駆動用電圧を得る昇圧部とを具備した超音波流量計において、
前記昇圧部は電源のゼロレベルに対して正側に昇圧して正の高電圧を生成する正昇圧部と、負側に昇圧して負の高電圧を生成する負昇圧部とを備え、
発信駆動部は、それに接続された送信側送受波器の２つの端子を、それぞれ別々に、前記電源のゼロレベルと、正側に昇圧した正の高電圧と、負側に昇圧した負の高電圧との３つの内の１つを選択して接続する接続手段を備えると共に、発信駆動しないときは、送信側送受波器の２つの端子を前記電源のゼロレベルに接続するように構成し、
発信に際しては、送受波器の固有振動数の半周期の時間の間、送信側送受波器の一方の端子に前記正側に昇圧した正の高電圧を接続し、他方の端子に前記負側に昇圧した負の高電圧を接続し、続く半周期の時間の間、送信側送受波器の前記一方の端子には正の高電圧に代えて負の高電圧を接続し、前記他方の端子には負の高電圧に代えて正の高電圧を接続し、これを所定回数繰り返した後、送信側送受波器の両端子を前記電源のゼロレベルに接続して発信動作を終えるように構成し、
受信側の送受波器は、前記切り替え部を介して、その一端を前記電源のゼロレベルに接続し、他端を前記受信波検知部の入力に接続し、
前記受信波検知部は、前記電源のゼロレベルをアナロググラウンドとして、ゼロレベルとの比較で、受信点を検知するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波流量計。
【請求項３】
被計測流体の流路の上流と下流に配置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受信を行い、上流側の送受波器から下流側の送受波器までの到達時間と下流側の送受波器から上流側の送受波器までの到達時間に基づいて流量を求める超音波流量計であって、
送信側の送受波器を発信駆動する発信駆動部と、受信側の送受波器からの信号を受けて受信を検知する受信検知部と、発信駆動から受信検知までの到達時間を計測する時間計測部と、前記上流と下流に配置された送受波器を前記発信駆動部と受信検知部とに交互に切り替え接続する切り替え部と、電源と、電源電圧を昇圧して送受波器の駆動用電圧を得る昇圧部とを具備した超音波流量計において、
前記昇圧部は電源のゼロレベルに対して正側に昇圧して正の高電圧を生成する正昇圧部と、負側に昇圧して負の高電圧を生成する負昇圧部とを備え、
発信駆動部は、それに接続された送信側送受波器の２つの端子を、それぞれ別々に、正側に昇圧した正の高電圧と、負側に昇圧した負の高電圧の内の１つを選択して接続する接続手段を備えると共に、送信側送受波器の２つの端子をそれぞれ抵抗を介して前記電源のゼロレベルに接続するように構成し、
発信に際しては、送受波器の固有振動数の半周期の時間の間、送信側送受波器の一方の端子に前記正側に昇圧した正の高電圧を接続し、他方の端子に前記負側に昇圧した負の高電圧を接続し、続く半周期の時間の間、送信側送受波器の前記一方の端子には正の高電圧に代えて負の高電圧を接続し、前記他方の端子には負の高電圧に代えて正の高電圧を接続し、これを所定回数繰り返して発信動作を終えるように構成し、
受信側の送受波器は、前記切り替え部を介して、その一端を前記電源のゼロレベルに接続し、他端を前記受信波検知部の入力に接続し、
前記受信波検知部は、前記電源のゼロレベルをアナロググラウンドとして、ゼロレベルとの比較で、受信点を検知するように構成したことを特徴とする請求項２記載の超音波流量計。
【請求項４】
電源のゼロレベルを、電源の負端子の電位に定めたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の超音波流量計。
【請求項５】
電源のゼロレベルを、電源の正端子の電位に定めたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の超音波流量計。
【請求項６】
電源のゼロレベルを、電源の負端子と正端子の両電位の中間の電位に定めたことを特徴とする請求項１，２又は３記載の超音波流量計。
【請求項７】
送信側送受波器の両端子はそれぞれ抵抗を介して電源のゼロレベルに接続したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の超音波流量計。
【請求項８】
電源を電池としたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の超音波流量計。
【請求項９】
前記正昇圧部と、負昇圧部とを、それぞれチャージポンプ式昇圧器で構成したことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１つに記載の超音波流量計。
【請求項１０】
前記正昇圧部と、負昇圧部とを、それぞれダイオードチャージポンプで構成したことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１つに記載の超音波流量計。
【請求項１１】
昇圧器の出力側に、昇圧器の出力電圧を安定化する電圧レギュレータと容量性素子を、正側の昇圧器と、負側の昇圧器毎にそれぞれ設けたことを特徴とする請求項９又は１０記載の超音波流量計。
【請求項１２】
前記正昇圧部と、負昇圧部は、何れも、電源電圧を昇圧して容量性素子に蓄電するように構成した昇圧器により高電圧を生成し、その高電圧を安定化して送信側送受波器の発信駆動用電圧とする電圧レギュレータを設けるとともに、
昇圧器と電圧レギュレータの間にスイッチング素子を配設して、昇圧器で生成した高電圧の電圧レギュレータへの供給を制御するようにし、超音波の発信の直前に前記スイッチング素子を閉じ、発信が終了したら開くように操作するように構成したことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１つに記載の超音波流量計。
【請求項１３】
電圧レギュレータの出力と発信駆動部との間に第２のスイッチング素子を配設し、該第２のスイッチング素子は、前記スイッチング素子が閉じるときに閉じ、開くときに開くように構成したことを特徴とする請求項１２記載の超音波流量計。
【請求項１４】
少なくとも受信波検知部が受信波の到達ポイントを検知する瞬間は、昇圧部又は昇圧器の昇圧動作を停止することを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１つ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、流体中の超音波の到達時間から流量を求める超音波流量計の改良に関し、電池等の低い電圧の電源を昇圧した高電圧で送信側超音波送受波器を駆動する方式の超音波流量計に係わる。特に水素、ヘリウム等密度の小さな気体の流量計測に好適な超音波流量計である。
【背景技術】
【０００２】
超音波流量計では、送信側の超音波送受波器を駆動する駆動パルスの電圧が低いと、得られる受信波の振幅が小さくなり、Ｓ／Ｎが悪くなる。すると、受信ポイントの特定精度が悪く、正しい到達時間が得られなくて、求まる流量精度も悪くなる。
【０００３】
そこで、電源電圧を昇圧して、昇圧した高電圧を超音波送受波器の駆動に使うことが提案されている（例えば特許文献１参照）。以下これを第１の従来技術と言う。
【０００４】
この従来技術では、電源制御手段からの発信により制御するチャージポンプ型昇圧手段を用いている。第１のフェーズであるチャージフェーズでは、二つのスイッチが閉成し、フライングコンデンサを電源電圧まで充電する。次に第２のフェーズであるトランスファーフェーズでは、前記二つのスイッチが開成し、別の二つのスイッチが閉成する。フライングコンデンサの電圧は電源電圧と直列になり、フライングコンデンサの電圧と電源電圧の双方で安定用コンデンサを充電する。こうして、基本的なチャージポンプ型昇圧手段は２倍昇圧の倍電圧器として動作し、安定用コンデンサの端子間に得られる出力電圧は電源電圧の２倍となる。この第１の従来技術では、出力電圧を更に電圧レギュレータで降圧して安定化するようにしている。２倍を超える昇圧比を得るには、昇圧段数を増やすことで可能としている。
【０００５】
この種の従来技術では、図１のように、片側のみの昇圧を行い、電圧零と昇圧電圧を切り替える形で駆動電圧（駆動パルス）を生成していた。図１では、同図（ａ），（ｂ）に示すように、パルス幅が、送受波器を構成する超音波振動子の固有振動数の周期Ｔの半分のＴ／２で、電圧が１５Ｖの駆動パルスａとｂを先ず生成し、これらをそれぞれ送信側送受波器の両端に印加して等価的に同図（ｃ）に示す１周期分のパルスＣを送受波器に印加するものである。
【０００６】
図１（ａ），（ｂ）のように、片側のみの昇圧を行い、電圧零（０）と昇圧電圧（＋１５Ｖ）を切り替える形で駆動電圧（駆動パルス）を生ずる上記第１の従来技術の代わりに、次の駆動方法が考えられる。
【０００７】
この技術は、電池の電圧を正負の両方（例えば＋１５Ｖと−１５Ｖ）に昇圧して、マイナス側の電圧をベース（基準）にしてプラス側の電圧とスイッチングする方法でマイナス電圧からプラス電圧までの電圧を１つの電圧として印加する方法である。
【０００８】
この方法を図２と図３に基づいて説明する。図２と図３は、−７．５Ｖから＋７．５Ｖまでの１５Ｖを使う方法である。この場合、片側は小さな電圧にできるため、高電圧を生成するより効率が良い。また電圧レギュレータも消費電流の小さな比較的低電圧のものが使用できるため、全体を低消費電流に構成できる。
【０００９】
図２は送信側の送受波器を駆動する駆動パルスを生成する発振駆動部の回路図で、図３はその波形を示す図である。パルス状の測定スタート信号を図２のスイッチコントロール部５０のモノ・マルチ５１に入力すると、モノ・マルチ５１は図３に示す時間幅Ｔ／２のパルスａ０を出力し、モノ・マルチ５２をトリガーすると共に、出力パルスａ０でスイッチＳＷ５１を図示の位置から切り替え上側にする。すると、図示されてない昇圧回路で昇圧された＋７．５Ｖの正昇圧電圧がＴ／２の間スイッチＳＷ５１を介して出力５５ａに駆動パルスａ１として出力される。
【００１０】
モノ・マルチ５１の出力パルスａ０に続いて、モノ・マルチ５２の時間幅Ｔ／２の出力パルスｂ０が出力され、この出力パルスｂ０がスイッチＳＷ５２を図示の位置から上側に切り替え、＋７，５Ｖの正昇圧電圧がＴ／２の間スイッチＳＷ５２を介して出力５５ｂに駆動パルスｂ１として出力される。こうして、出力５５ａと５５ｂに接続される図示されてない送信側の送受波器には、図３（ｃ）に示すＰ−Ｐで３０Ｖの方形波ｃが１周期分印加される。スイッチＳＷ５１とＳＷ５２は、それぞれ出力パルスａ０とｂ０がＬｏに戻ると図示位置に復旧して、出力５５ａ，５５ｂを負昇圧電圧−７．５Ｖに接続する。
【００１１】
ところが、第１の従来技術のように、昇圧して高電圧を生成するのは非効率である。特にチャージポンプ型昇圧手段を用いる場合、例えば一気に５倍電圧に昇圧することはできず、先ず２倍電圧を生成し、その上に３倍、４倍というように、順に積み上げることしかできないため、非効率で、かつ昇圧に時間が掛かるため、短い周期で測定を繰り返すような流量計では昇圧能力を大きくする必要があり、消費電流が大きくなるという問題点があった。
【００１２】
更に、昇圧した高電圧を安定させるために電圧レギュレータを使うと、高電圧用の電圧レギュレータは消費電流が大きいため、昇圧能力の大きな昇圧手段（昇圧機能）が必要であり、そういうものは消費電流が大きいという問題点がった。
【００１３】
また、上記図２，図３の技術の場合、ベース（基準）とするマイナスの電位が昇圧で生成した電圧であるため、あるいは電圧レギュレータを使う場合でも、レギュレータの応答速度の問題や容量性素子（例えばコンデンサ）に蓄電した電荷を用いるため、超音波パルスを発信する時に電圧が変化する。つまりベース（基準）の電圧が変化することが起きる。そして、これが原因で受信側にノイズが発生するという問題点がある。上流と下流に離れて配設された送信側の送受波器と受信側の送受波器は、順方向測定と逆方向測定を切り替える切り替え回路部の静電容量や近接している流量計（メータ）ケース等との静電容量を介して交流的に繋がっていると言える状態であるためこのようなことが起こる。
【００１４】
従って、ノイズのため到達時間の正しい測定ができず、ひいては流量の誤差も大きくなるという問題点があった。
【特許文献１】特開２００５−２５７３６２号公報（７頁、８頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
解決しようとする問題点は、昇圧動作の効率の低いことにより消費電流が大きく電源用電池の寿命を長くできないことである。また、高電圧を安定化する電圧レギュレータの消費電流が大きいことによっても、電池寿命を長くできないことである。
【００１６】
そこで、本発明は、正側と負側とに、別々に昇圧部を設けて昇圧機能を分担して、昇圧動作による消費電流の問題点を解消できる超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１７】
また、電圧レギュレータへの高電圧の供給を制御するスイッチング素子を設けて、前記消費電流の問題点を解消できる超音波流量計を提供することを目的とする。
【００１８】
更に、また、ノイズの発生による計測精度の低下を防止し、流量計測の精度向上を図ることの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】
【００１９】
本発明は、電源のゼロレベルに対して、正側に昇圧して正の高電圧を生成する正昇圧部と、負側に昇圧して負の高電圧を生成する負昇圧部を備えたことを最も主要な特徴とする。
【００２０】
そこで、前記目的を達成するために、請求項１の発明は、被計測流体の流路の上流と下流に配置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受信を行い、上流側の送受波器から下流側の送受波器までの到達時間と下流側の送受波器から上流側の送受波器までの到達時間に基づいて流量を求める超音波流量計であって、
送信側の送受波器を発信駆動する発信駆動部と、受信側の送受波器からの信号を受けて受信を検知する受信検知部と、発信駆動から受信検知までの到達時間を計測する時間計測部と、前記上流と下流に配置された送受波器を前記発信駆動部と受信検知部とに交互に切り替え接続する切り替え部と、電源と、電源電圧を昇圧して送受波器の駆動用電圧を得る昇圧部とを具備した超音波流量計において、
前記昇圧部は電源のゼロレベルに対して正側に昇圧して正の高電圧を生成する正昇圧部と、負側に昇圧して負の高電圧を生成する負昇圧部とを備え、
発信駆動部は、それに接続された送信側送受波器の２つの端子に、それぞれ別々に、前記電源のゼロレベルと、正側に昇圧した正の高電圧と、負側に昇圧した負の高電圧との３つの電位の１つを選択して供給する供給手段を備えると共に、発信駆動しないときは、送信側送受波器の２つの端子に前記電源のゼロレベルを供給するように構成し、
発信に際しては、送受波器の固有振動数の半周期の時間の間、送信側送受波器の一方の端子に前記正側に昇圧した正の高電圧を供給し、他方の端子に前記負側に昇圧した負の高電圧を供給し、続く半周期の時間の間、送信側送受波器の前記一方の端子には正の高電圧に代えて負の高電圧を供給し、前記他方の端子には負の高電圧に代えて正の高電圧を供給し、これを所定回数繰り返した後、送信側送受波器の両端子に前記電源のゼロレベルを供給して発信動作を終えるように構成し、
受信側の送受波器は、前記切り替え部を介して、その一端を前記電源のゼロレベルに接続し、他端を前記受信波検知部の入力に接続し、
前記受信波検知部は、前記電源のゼロレベルをアナロググラウンドとして、ゼロレベルとの比較で、受信点を検知するように構成したことを特徴とする超音波流量計である。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１記載の超音波流量計において、被計測流体の流路の上流と下流に配置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受信を行い、上流側の送受波器から下流側の送受波器までの到達時間と下流側の送受波器から上流側の送受波器までの到達時間に基づいて流量を求める超音波流量計であって、
送信側の送受波器を発信駆動する発信駆動部と、受信側の送受波器からの信号を受けて受信を検知する受信検知部と、発信駆動から受信検知までの到達時間を計測する時間計測部と、前記上流と下流に配置された送受波器を前記発信駆動部と受信検知部とに交互に切り替え接続する切り替え部と、電源と、電源電圧を昇圧して送受波器の駆動用電圧を得る昇圧部とを具備した超音波流量計において、
前記昇圧部は電源のゼロレベルに対して正側に昇圧して正の高電圧を生成する正昇圧部と、負側に昇圧して負の高電圧を生成する負昇圧部とを備え、
発信駆動部は、それに接続された送信側送受波器の２つの端子を、それぞれ別々に、前記電源のゼロレベルと、正側に昇圧した正の高電圧と、負側に昇圧した負の高電圧との３つの内の１つを選択して接続する接続手段を備えると共に、発信駆動しないときは、送信側送受波器の２つの端子を前記電源のゼロレベルに接続するように構成し、
発信に際しては、送受波器の固有振動数の半周期の時間の間、送信側送受波器の一方の端子に前記正側に昇圧した正の高電圧を接続し、他方の端子に前記負側に昇圧した負の高電圧を接続し、続く半周期の時間の間、送信側送受波器の前記一方の端子には正の高電圧に代えて負の高電圧を接続し、前記他方の端子には負の高電圧に代えて正の高電圧を接続し、これを所定回数繰り返した後、送信側送受波器の両端子を前記電源のゼロレベルに接続して発信動作を終えるように構成し、
受信側の送受波器は、前記切り替え部を介して、その一端を前記電源のゼロレベルに接続し、他端を前記受信波検知部の入力に接続し、
前記受信波検知部は、前記電源のゼロレベルをアナロググラウンドとして、ゼロレベルとの比較で、受信点を検知するように構成したことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項２記載の超音波流量計において、被計測流体の流路の上流と下流に配置された少なくとも１対の超音波送受波器間で超音波の送受信を行い、上流側の送受波器から下流側の送受波器までの到達時間と下流側の送受波器から上流側の送受波器までの到達時間に基づいて流量を求める超音波流量計であって、
送信側の送受波器を発信駆動する発信駆動部と、受信側の送受波器からの信号を受けて受信を検知する受信検知部と、発信駆動から受信検知までの到達時間を計測する時間計測部と、前記上流と下流に配置された送受波器を前記発信駆動部と受信検知部とに交互に切り替え接続する切り替え部と、電源と、電源電圧を昇圧して送受波器の駆動用電圧を得る昇圧部とを具備した超音波流量計において、
前記昇圧部は電源のゼロレベルに対して正側に昇圧して正の高電圧を生成する正昇圧部と、負側に昇圧して負の高電圧を生成する負昇圧部とを備え、
発信駆動部は、それに接続された送信側送受波器の２つの端子を、それぞれ別々に、正側に昇圧した正の高電圧と、負側に昇圧した負の高電圧の内の１つを選択して接続する接続手段を備えると共に、送信側送受波器の２つの端子をそれぞれ抵抗を介して前記電源のゼロレベルに接続するように構成し、
発信に際しては、送受波器の固有振動数の半周期の時間の間、送信側送受波器の一方の端子に前記正側に昇圧した正の高電圧を接続し、他方の端子に前記負側に昇圧した負の高電圧を接続し、続く半周期の時間の間、送信側送受波器の前記一方の端子には正の高電圧に代えて負の高電圧を接続し、前記他方の端子には負の高電圧に代えて正の高電圧を接続し、これを所定回数繰り返して発信動作を終えるように構成し、
受信側の送受波器は、前記切り替え部を介して、その一端を前記電源のゼロレベルに接続し、他端を前記受信波検知部の入力に接続し、
前記受信波検知部は、前記電源のゼロレベルをアナロググラウンドとして、ゼロレベルとの比較で、受信点を検知するように構成したことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１〜３で言う「電源のゼロレベル」とは、電源電池の負端子の電位に限定するものではなく、昇圧の基準に決める「基準の電位」の意味であり、後述するように、電源の正端子の電位を「電源のゼロレベル」ともできる。また、電源の両端電位の中間位置をゼロレベルとすることもでき、これらも「電源のゼロレベル」に含む。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１，２又は３記載の超音波流量計において、電源のゼロレベルを、電源の負端子の電位に定めたことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１，２又は３記載の超音波流量計において、電源のゼロレベルを、電源の正端子の電位に定めたことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項６の発明は、請求項１，２又は３記載の超音波流量計において、電源のゼロレベルを、電源の負端子と正端子の両電位の中間の電位に定めたことを特徴とするものである。
【００２７】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れか１つに記載の超音波流量計において、送信側送受波器の両端子はそれぞれ抵抗を介して電源のゼロレベルに接続したことを特徴とするものである。
【００２８】
請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れか１つに記載の超音波流量計において、電源を電池としたことを特徴とするものである。
【００２９】
請求項９の発明は、請求項１乃至８の何れか１つに記載の超音波流量計において、前記正昇圧部と、負昇圧部とを、それぞれチャージポンプ式昇圧器で構成したことを特徴とするものである。
【００３０】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９の何れか１つに記載の超音波流量計において、前記正昇圧部と、負昇圧部とを、それぞれダイオードチャージポンプで構成したことを特徴とするものである。
【００３１】
請求項１１の発明は、請求項９又は１０記載の超音波流量計において、昇圧器の出力側に、昇圧器の出力電圧を安定化する電圧レギュレータと容量性素子を、正側の昇圧器と、負側の昇圧器毎にそれぞれ設けたことを特徴とするものである。
【００３２】
請求項１２の発明は、請求項１乃至１１の何れか１つに記載の超音波流量計において、前記正昇圧部と、負昇圧部は、何れも、電源電圧を昇圧して容量性素子に蓄電するように構成した昇圧器により高電圧を生成し、その高電圧を安定化して送信側送受波器の発信駆動用電圧とする電圧レギュレータを設けるとともに、
昇圧器と電圧レギュレータの間にスイッチング素子を配設して、昇圧器で生成した高電圧の電圧レギュレータへの供給を制御するようにし、超音波の発信の直前に前記スイッチング素子を閉じ、発信が終了したら開くように操作するように構成したことを特徴とするものである。
【００３３】
請求項１３の発明は、請求項１２記載の超音波流量計において、電圧レギュレータの出力と発信駆動部との間に第２のスイッチング素子を配設し、該第２のスイッチング素子は、前記スイッチング素子が閉じるときに閉じ、開くときに開くように構成したことを特徴とするものである。
【００３４】
そして、請求項１４の発明は、請求項１〜１３の何れか１つに記載の超音波流量計において、少なくとも受信波検知部が受信波の到達ポイントを検知する瞬間は、昇圧部又は昇圧器の昇圧動作を停止することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の超音波流量計は、上述のように構成されているので、必要とする高電圧を１つの昇圧回路で生成するのではなく、正側と負側に半分ずつの電圧に分担して昇圧生成するため、１つの昇圧部で分担する昇圧電圧が小さな電圧で済み効率が向上し低消費電流化が可能となる。
【００３６】
また、増幅器、比較器を主たる構成要素とする受信波検知部のアナロググラウンド（ゼロレベル）と発信のベース電圧（即ち発信していないときに送受波器の両端子に掛かる電圧）が同じ電位であり、昇圧もこの電位を基準（０Ｖ）として正側と負側の両方向に昇圧されているため、昇圧電源の電圧等（昇圧した高電圧）が変動しても、送信側の送受波器の両端の電位は変動しない。よって、受信側と送信側の送受波器が、ケース等を介して容量的につながっていても発信時に昇圧電源の変動が受信側送受波器の出力にノイズとして重畳されることがない。そのため、到達時間の正確な測定が可能で、流量の計測精度が向上する。
【００３７】
また、高電圧の発信駆動電圧を要する水素、ヘリウムなどの密度の小さい超音波流量計の実用化に寄与する。
【００３８】
請求項６の発明は消費電流を減らすことができ、電池を電源とする超音波流量計の電池寿命を延ばすことができる。
【００３９】
請求項７の発明は、電気回路の構成が簡単になるという利点がある。
請求項８の発明によれば、電池駆動の超音波流量計の実現が可能である。
【００４０】
請求項９の発明では、コンデンサに蓄電して得た電圧を別の電圧に積み上げるように接続を変更する方法で昇圧を実現するもので、ノイズが小さい。なお、接続の切り替えにはクロックが使われ、クロック周波数を上げれば昇圧能力が上がり、クロックを止めば昇圧動作を停止できる。
【００４１】
請求項１０の発明は、請求項９の発明のチャージポンプ式昇圧器のようにスイッチング素子を用いなくて、したがって、その制御部も必要なく、コンデンサとダイオードのみで昇圧部を構成できるので、構造が簡単である。
【００４２】
請求項９のチャージポンプ式昇圧器や、請求項１０のダイオードチャージポンプでは、昇圧した高電圧がリップルのため安定性が悪い。特に電源として電池を使用し、昇圧比が大きい場合、電池電圧がわずかに変化するだけで、昇圧後の高電圧が大きく変化し電圧安定性が悪くなる。請求項１１の発明では、昇圧後の高電圧を電圧レギュレータとコンデンサ等の容量性素子で安定化し、リップルを小さくすることができる。従って、順方向と逆方向の発信駆動電圧の差を低減でき、正確な流量測定ができる。
【００４３】
また、水素やヘリウム等の密度の小さな気体の流速・流量を計測する場合、受信波の振幅が小さくなるため、計測精度を維持するのには高電圧で送信側送受波器を発信駆動することが必要となる。そのため、高電圧の電圧レギュレータを使うことになるが、高電圧用の電圧レギュレータは消費電流が大きいという難点がある。よって、電池駆動の水素やヘリウムを測定する流量計の実現が困難であったが、本発明では、高電圧を正側と負側に分けて、足し算の形で得るため、それぞれの分担電圧は半分の電圧で済む。従って、低消費電流の電圧レギュレータが使用できることとなり、電池駆動の水素やヘリウムなど密度の小さい気体の流量計の実用化に寄与する。
【００４４】
請求項１２の発明では、昇圧した高電圧のリップルをコンデンサ等の容量性素子と電圧レギュレータとで低減して電圧の安定化を図ることができる。また、昇圧器と電圧レギュレータの間のスイッチング素子を発信駆動時のみ短時間閉じて、消費電流が大きい電圧レギュレータへの昇圧器からの電圧の供給を短時間だけとすることにより、消費されるトータルの電荷を抑えて、低消費電流化が実現できる。昇圧部には昇圧した高電圧を蓄電する容量性素子で電荷を蓄えるため、発信駆動時の一時的な電流（電荷）の消費による電圧の低下を、容量性素子の容量を十分大きくすることで一定以下に抑制できる。こうして、発信駆動電圧を安定化し、流量計側の精度を向上できる。
【００４５】
請求項１３の発明では、電圧レギュレータの出力と発信駆動部との間に第２のスイッチング素子を配設し、該第２のスイッチング素子は、前記（第１の）スイッチング素子の開閉に合わせて開閉するようにした。
【００４６】
電圧レギュレータの出力側には、出力電圧の安定化を目的にコンデンサを付けることが一般的に行われている。また電圧レギュレータの負荷に相当する発信駆動部や、送受波器の切り替え部、送受波器にも静電容量が存在する。（第１の）スイッチング素子を開にして、昇圧部（昇圧器）から電圧レギュレータへの高電圧の供給を断った時、電圧レギュレータの出力側に溜まっていた電荷が電圧レギュレータを介して放電する可能性がある。通常電圧レギュレータは入力側の電圧のほうが出力側の電圧より大きい。負荷に容量分があり、電圧レギュレータの入力側が（前記第１のスイッチング素子が開となることで）開放となると電圧の逆転現象が起きるためである。この状態は電圧レギュレータに想定外の電流が流れて故障を引き起こす原因になる可能性がある。実際レギュレータ・メーカーによっては、故障を防ぐために入力側から出力側に電圧レギュレータを迂回して電流が流れるように保護ダイオードを付けることを推奨している。また負荷側の容量分に若干でも蓄積された電荷を捨てることにもなる。
【００４７】
この発明では、電圧レギュレータと負荷の発信駆動部との接続を第２のスイッチング素子で断つことにより、負荷側（発信駆動部側）の容量分に蓄えられた電荷が電圧レギュレータを介して放電することが防止され、電荷が残ることになり、低消費電流化に寄与する等の効果がある。本発明は、電圧レギュレータと負荷の接続を断つため、不要な電圧が電圧レギュレータに加えられない。容量分に蓄えられた電荷がそのまま残ることになり、低消費電流化に寄与する利点がある。
【００４８】
なお、電圧レギュレータの出力側の第２のスイッチング素子を入力側の（第１の）スイッチング素子に対して早く開き遅く閉じることで、より消費電流を小さくできるし、電圧レギュレータ内部の素子の破壊も防止できる。
【００４９】
昇圧動作は電気的ノイズを発生するノイズ源ともなる。そのため受信波を検知するときのＳ／Ｎを悪化させる可能性があり、受信波の到達ポイントの検知誤差の要因となって、流量計測の誤差を生じる虞がある。ところが、請求項１４の発明では、受信波を検知する瞬間は昇圧動作を停止するため、昇圧動作による電気的ノイズが受信波検知に悪影響を与える可能性がなくなり、精度の良い到達時間測定が可能となる。結果的に流量計測の精度が悪くなる虞がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
次に本発明を実施するための最良の形態を図の実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００５１】
図４は本発明の実施例のブロック図で、同図（ａ）は流量計全体のブロック図、同図（ｂ）は同図（ａ）の要部を示すブロック図である。これらの図で、１対の超音波送受波器１，２が被計測流体の流れる流路３内に配置され、送受波器１は上流側に、送受波器２は下流側に、相対して配設されている。二つの送受波器１と２は切り替え部４を介して発信駆動部５か受信波検知部６に接続されるようになっていて、一方の送受波器が発信駆動部５に接続されて、送信側として作用するときは、他方の送受波器は受信検知部６に接続されて受信側として作用する。
【００５２】
発信駆動部５は制御部７からの測定スタート信号８が入力されると接続されている送受波器、例えば１を昇圧部９からの発信駆動用の高電圧を用いて短時間瞬間的に駆動する。送受波器１からの超音波パルスは、流路３内の被計測流体中を対向する他方の送受波器２に向って伝搬する。送受波器２が超音波パルスを受信し受信波信号を出力すると、受信検知部６は送受波器２からの受信波信号を入力し、超音波の到達ポイントを検知して受信検知信号を出力する。
【００５３】
時間計測部１０は前記測定スタート信号８が入力されてから、受信検知部６からの受信検知信号が入力されるまでの時間を計測する。制御部７は前記測定スタート信号８を出力後、超音波が受信側の送受波器２に到達する十分な時間後（実施例では１００μｓ後）時間計測部１０が出力する計測時間を読みとり順方向到達時間として記憶する。
【００５４】
制御部７は次に図示されてない切り替え部制御信号を出して、切り替え部４を逆方向測定に設定し、送受波器２を発信駆動部５に接続して送信側とし、他方の送受波器１を受信検知部６に接続して受信側として作用させる。そして、制御部７から測定スタート信号８を出す。発信駆動部５はこの測定スタート信号８を受け、昇圧部９からの高電圧を用いて送受波器２から流体中を他方の送受波器に向って超音波パルスを送信する。超音波パルスが受信側の送受波器１に到達するまでの時間は時間計測部１０で計測され、超音波パルスが送受波器１に到達する十分な時間後（実施例では１００μｓ後）制御部７が時間計測部１０で計測した時間を読みとり逆方向到達時間として記憶する。
【００５５】
そして、先に記憶した順方向到達時間と、今回の逆方向到達時間に基づいて流体の流速を演算し、流路断面積と乗算して流量を求める。これらの演算は制御部７を構成するマイコンで行う。
【００５６】
制御部７は上述のように順方向測定と逆方向測定を一定時間間隔（実施例では５ｍｓ）で行い順方向と逆方向の到達時間に基づき、流速・流量を算出し、更に積算流量を演算する。実施例では、これを１秒間隔で行っている。なお、受信検知部６からの受信検知信号を制御部７に入力することで測定終了を検知することも可能である。
【００５７】
受信側の送受波器、例えば１（２）は、切り替え部４を介して、その一端を電源電池１１のゼロレベル、例えば負端子に接続され、他端は受信波検知部６の入力に接続されている。なお、電源のゼロレベルは後記アナロググラウンド１００に接続されている。
【００５８】
受信検知部６は受信側の送受波器から切り替え部を介して入力される受信波信号を増幅し、受信波の第３波のゼロクロスポイントを検知して受信検知とする。なお、受信側の送受波器の一端は切り替え部でアナロググラウンドに接続されている。図５は増幅後の受信波形を示し、受信波の第３波が最初に越えるように決めた電圧基準レベルＴｈを設け、その電圧Ｔｈを最初に越える波を第３波と認識して、そのゼロクロスポイントｂを受信検知ポイントとしている。符号ａで示す点は、前記電圧基準レベルＴｈと受信波との最初の交点で、第３波が最初にＴｈを越える点であり、これを第３波検知ポイントとしている。この受信波と比較されるゼロレベル（アナロググラウンド）は後述する電池電源のゼロボルトである。こうして、受信波検知部６は、電源１１のゼロレベルである負端子の電位をアナロググラウンドとして、ゼロレベル（アナロググラウンド）との比較で受信点（受信検知ポイントｂ）を検知する。
【００５９】
再び図４（ａ），（ｂ）で、１１は電源用の電池で公称３Ｖの電圧のものである。電池の電圧３Ｖは昇圧部９で昇圧される。詳しくは、正昇圧部９Ａで＋７．５Ｖに、負昇圧部９Ｂで−７．５Ｖに昇圧される。同図（ｂ）で、９Ａは正昇圧部、９Ｂは負昇圧部で、発信駆動部５に接続されているが、発信駆動部５の詳細を図６に示す。発信駆動部５は６つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ６からなる供給手段５３を備え、図４（ｂ）の正昇圧部９Ａの出力９ａ、負昇圧部９Ｂの出力９ｂ、及びアナロググラウンド１００等と図６のように接続されている。５ａと５ｂは発信駆動部５の出力で、駆動パルスとして出力され、図４（ａ），（ｂ）の切り替え部４を介して送信側の送受波器１又は２に伝えられる。
【００６０】
発信駆動部５は図６に示す構成になっている。正昇圧部９Ａからの正昇圧電圧９ａ、負昇圧部９Ｂからの負昇圧電圧９ｂと、アナロググラウンド１００が、６つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ６により駆動パルスとして出力５ａ，５ｂに出力され、切り替え部４を介して送信側の送受波器へ伝えられる。出力５ａと５ｂは、切り替え部４を介して送信側の送受波器の端子にそれぞれ接続されている。
【００６１】
図６と図７に従って、発信駆動部５の動作を詳しく説明する。各スイッチＳＷ１〜ＳＷ６は、それぞれ制御信号で開閉制御されるが、何れのスイッチも、その制御信号がＨｉのときに閉じ、Ｌｏのときに開くように構成されている。発信駆動しない通常時は、モノ・マルチ５１と５２の出力は何れもＬｏで、ＮＯＲ回路５４の出力即ちスイッチＳＷ２とＳＷ５の制御信号がＨｉとなり、両スイッチＳＷ２とＳＷ５の各一端をアナロググラウンド１００に接続する。アナロググラウンド１００は後述するように電源電池１１のゼロレベルに接続されているので、図６の発信駆動部５の出力５ａと５ｂに切り替え部４を介して接続されている送信側送受波器の２つの端子には、それぞれスイッチＳＷ２とＳＷ５を介して電源のゼロレベルの電位が接続供給される。
【００６２】
前記制御回路７から測定スタート信号８が発信駆動部５のモノ・マルチ５１に入力されると、図７に示すように、モノ・マルチ５１から、ｔ０からｔ１までのＴ／２のパルス幅の出力パルスａ０と、これに続いてモノ・マルチ５２からｔ１からｔ２までの同じＴ／２のパルス幅の出力パルスｂ０が出力される。出力パルスａ０とｂ０はＮＯＲ回路５４に入力され、ＮＯＲ回路５４の出力がＬｏとなり、スイッチＳＷ２とＳＷ５を図示の状態に復旧させて開く。また、出力パルスａ０はスイッチＳＷ１とＳＷ６を時間ｔ０からｔ１までのＴ／２の間閉じ、出力５ａと５ｂに接続されている送信側送受波器の各端子に、それぞれスイッチＳＷ１とＳＷ６を介して正昇圧電圧９ａと負昇圧電圧９ｂを選択接続して供給する。出力パルスａ０に続く出力パルスｂ０は、スイッチＳＷ３とＳＷ４を時間ｔ１からｔ２までのＴ／２の間閉じ、出力５ａと５ｂに接続されている送信側送受波器の各端子に、それぞれスイッチＳＷ３とＳＷ４を介して負昇圧電圧９ｂと正昇圧電圧９ａを選択接続して供給する。符号５３で示すスイッチＳＷ１〜ＳＷ６の一群は、上述のように供給手段でもあり、接続手段でもある。
【００６３】
このようにして、通常の発信してないときは、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ５が閉じ、他の４個のスイッチはすべて開いていて駆動出力５ａ，５ｂは両信号ともアナロググラウンドに接続され両端の電圧はゼロである。発信はスイッチＳＷ１とＳＷ６が閉じ、他の４個のスイッチが開くことで開始される。本実施例の場合、正昇圧電圧９ａは＋７．５Ｖ、負昇圧電圧９ｂは−７．５Ｖである。駆動パルス信号の一方５ａは＋７．５Ｖ、他方５ｂは−７．５Ｖとなる。従って、送信側の送受波器には実質的に＋７．５Ｖ−（−７．５Ｖ）＝＋１５Ｖの電圧が掛かる。この状態が送受波器の固有振動数の半周期Ｔ／２の間保持される。この期間が、図７（ｃ）の時間ｔ０からｔ１までの間に当る。この図７（ｃ）は、送信側の送受波器に掛かる電圧を示し、同図（ａ）（ｂ）は、図６における発信駆動部５の出力５ａと５ｂの電圧を示す。
【００６４】
次に、時間ｔ０からｔ１の間の半周期Ｔ／２に続く、時間ｔ１からｔ２までの半周期Ｔ／２の間は、図６のスイッチＳＷ３とＳＷ４が閉じて他の４個のスイッチが開くことで、発信駆動部５の出力は反転する形になり、送信側の送受信器には図７（ｃ）に示すように、−１５Ｖが掛かる。時間ｔ２で、スイッチＳＷ２とＳＷ５が閉じ、他の４個のスイッチが開く。こうして、送信側の送受波器が１周期分励振駆動される。
【００６５】
なお、上記の励振動作を繰り返すことで所定の複数周期の駆動を行うように励振することができるし、半周期の励振も可能である。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ６の操作の順を変えて負昇圧電圧を最初に選択し、次に正昇圧電圧を選択することで、発信の極性を逆にすることもできる。なお、本実施例では、正昇圧電圧と負昇圧電圧の絶対値を同じにしたが、必ずしも同じに定める必要はない。
【００６６】
図４（ｂ）の正昇圧部９Ａと負昇圧部９Ｂの電気回路の例を図８と図９に示す。図８は３倍の正電圧昇圧機能を備えたダイオードチャージポンプで、クロック入力により回路を作動させて、最終段の容量性素子Ｃ１４に３倍電圧を生成する。この図８において、バッファ５４の電源Ｖには、前記図４の電池１１から＋３ボルトが供給されている。バッファには、この正昇圧部９Ａに内蔵された図示されてないクロック発生器（発振器）からのクロック入力が供給される。ただし、内蔵のクロック発生器に代えて、外部からのクロックを入力しても良い。このクロックのオン、オフで昇圧をオン、オフできる。バッファ５４の出力がＬｏのとき、コンデンサＣ１１はダイオードＤ１１を通して充電され電圧Ｖとなる。なお動作説明を簡略化するため、ダイオードの順方向電圧が零として先ず説明する。次にバッファ５４の出力がＨｉとなると、コンデンサＣ１１の電圧Ｖはバッファ５４の出力Ｖに積み上げられた形となり、Ａ点の電位は２Ｖとなる。この電圧がダイオードＤ１２を介してコンデンサＣ１２に充電される。この動作の繰り返しにより、コンデンサＣ１２には２Ｖの電圧が充電され、Ｂ点の電位は２Ｖとなる。また同時に、コンデンサＣ１３はコンデンサＣ１２の電圧２Ｖにより電圧Ｖに充電される。（Ｂ点が２ＶでＡ点がＶであるためコンデンサＣ１３はダイオードＤ１３を通して電圧Ｖに充電される。）従って、Ａ点が２Ｖとなった瞬間は、Ｃ点ではＡ点の電圧にコンデンサＣ１３の電圧が積み重ねられて３Ｖになり、その電圧が容量性素子としてのコンデンサＣ１４に充電されて、Ｄ点には電源電圧Ｖを３倍に昇圧した３Ｖの高電圧が得られる。実際には、これらのことが同時に起こり、Ｄ点の昇圧電圧３Ｖはダイオードの数とダイオードの順方向電圧の積だけ低くなる。なおクロックを停止させて昇圧動作を停止できる。
【００６７】
次に、図９に示す３倍の負電圧昇圧機能を備えたダイオードチャージポンプ９Ｂを説明する。先ず、ダイオードの順方向電圧を零として説明する。バッファ５５には前記図８の場合と同様にクロックが入力される。バッファ５５の出力がＨｉのとき、コンデンサＣ２１はＥ点に対して＋Ｖの電圧Ｖに充電される。次にバッファ５５の出力がＬｏになると、Ｅ点の電位はバッファ出力０ＶからコンデンサＣ２１の電圧分下がった状態の−Ｖとなる。この繰り返しによって、コンデンサＣ２２はダイオードＤ２２を介して−Ｖに充電され、Ｆ点の電位は−Ｖとなる。このときコンデンサＣ２４も−Ｖに充電される。従って、Ｅ点の電位が−Ｖとなったとき、Ｇ点は−２Ｖ（−Ｖ−Ｖ）となり、コンデンサＣ２３は２Ｖに充電される。（Ｈ点は−２Ｖとなる）。このとき、コンデンサＣ２５は−２Ｖに充電される。よって、Ｅ点が−Ｖのとき、その電圧に−２Ｖが積み重ねられる形で、コンデンサＣ２５には−３Ｖが充電され、Ｊ点（９ｂ）の電位は負側３倍の昇圧電圧の−３Ｖとなり容量性素子Ｃ２６に蓄電される。実際にはダイオードの数とダイオードの順方向電圧の積だけ昇圧電圧の−３Ｖは低くなる。
【００６８】
図１０は、図８のダイオードチャージポンプの代わりに使用できる正側３倍昇圧機能を備えたチャージポンプの電気回路図である。この正昇圧部９Ａでは、先ず、第１フェーズでスイッチＳ１とＳ２をオンしてコンデンサＣ１に電池１１の電圧３Ｖを充電し、第２フェーズでスイッチＳ３とＳ４をオンしてコンデンサＣ１を電池電圧に積み上げる接続とする。この動作の繰り返しでコンデンサＣ２には電池電圧の２倍の電圧が充電される。第２フェーズの次にスイッチＳ５とＳ６をオンする第３フェーズを実行するとコンデンサＣ２の電圧にコンデンサＣ１の電圧を積み上げる形になり容量性素子としてのコンデンサＣ３に電池電圧の３倍の電圧が蓄積される。これらの第１〜第３フェーズを適当に割振ることで３段の３倍昇圧を行うことができる。例えば、フェーズの順番を１，２，１，３，１，２，１，３，・・・と割振る。
【００６９】
図１１は、負側３倍昇圧機能を備えたチャージポンプ式負昇圧部９Ｂの電気回路図である。スイッチＳ１〜Ｓ８を以下のように開閉制御する。第１フェーズでスイッチＳ１とＳ２をオンしてコンデンサＣ１に電池１１の電圧３ボルトを充電し、第２フェーズでスイッチＳ３とＳ４をオンしてコンデンサＣ１のプラス側をグラウンドに接続、他端をコンデンサＣ２に接続する。この動作の繰り返しでコンデンサＣ２に電池電圧が蓄積される。第２フェーズの次にスイッチＳ５とＳ６をオンする第３フェーズを実行すると、コンデンサＣ２の電圧にコンデンサＣ１の電圧を負方向に積み上げる形になり、コンデンサＣ３に電池電圧の−２倍の電圧が蓄積される。さらに、第１フェーズでコンデンサＣ１に充電した電圧を、第４フェーズでスイッチＳ７とＳ８をオンしてコンデンサＣ４に負側に積み上げることで、電池電圧の−３倍の電圧を容量性素子としてのコンデンサＣ４に充電する。これらのフェーズを適当に割り振ることで負側の３倍昇圧を行うことができる。例えば、フェーズの順番を１，２，１，３，１，４，１，２，・・・と割り振る。これらのスイッチの開閉制御には、クロック発生器からのクロックを入力するリングカウンタが使用できる。
【００７０】
図１０，図１１のチャージポンプ式昇圧器は、スイッチＳ１〜Ｓ８にアナログスイッチを使用し、これらのアナログスイッチを制御する電気回路も構成する必要があるが、図８、図９のダイオードチャージポンプはダイオードとコンデンサとクロック入力で作動するバッファで回路を構成できるので、図８，図９の回路に比較して回路構成が簡単である。なお、ダイオードは順方向電圧が小さいショットキーダイオードを使うことが望ましい。
【００７１】
上記図８〜図１１のチャージポンプ式又はダイオードチャージポンプ式昇圧器では、昇圧した高電圧のリップルを低減して電圧安定性を良くするには、最終段の容量性素子の容量を大きくして、送信側送受波器の発信時の電圧変動を少なくすることができる。
【００７２】
発信駆動部は、図１２の構成にすることもできる。この図１２に示す発信駆動部５は、図６で出力５ａ，５ｂをスイッチＳＷ２とＳＷ５を介してアナロググランド１００に接続しているのに代えて、それぞれ抵抗Ｒ，Ｒを介してアナロググランド１００に接続している点が異なるが、発信駆動パルスを５ａ，５ｂに出力するためのスイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４及びＳＷ６の操作手順については、図６で説明した手順と同じで良い。この図１２における発信駆動部５は図６の場合に比較して回路構成が単純となる利点がある。なお図６と図１２におけるスイッチＳＷ１〜ＳＷ６はアナログスイッチやＦＥＴで構成することができる。なお、図１２では、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６を操作するスイッチコントロール部５０は省略して、図示していない。
【実施例２】
【００７３】
この実施例２は、全体の構成を図１３に示す。図４の実施例１と比較して、昇圧部９と発信駆動部５の間に、（第１の）スイッチング素子１２と電圧レギュレータ１３を挿入した点が異なる。スイッチング素子１２は制御部７からのレギュレータ制御信号１４で開閉制御される。昇圧部９と電圧レギュレータ１３の詳細を図１４に示す。
【００７４】
昇圧部９は、電池１１の電圧を、電源のゼロレベルに対して正側に昇圧して正の高電圧を生成する正昇圧部９Ａと、負側に昇圧して負の高電圧を生成する負昇圧部９Ｂとを備えている。そして、電圧レギュレータ１３は、図１４に示すように、正昇圧部９Ａの出力電圧を降圧して電圧を安定化する正電圧レギュレータ１３Ａ、負昇圧部９Ｂの出力電圧を降圧して電圧を安定化する負電圧レギュレータ１３Ｂとを備えている。また、昇圧部９の電圧の供給を制御する（第１の）スイッチング素子１２は、図１４に示すように、正昇圧部９Ａと正電圧レギュレータ１３Ａの間に挿入した（第１の）スイッチング素子１２Ａと、負昇圧部９Ｂと負電圧レギュレータ１３Ｂの間に挿入した（第１の）スイッチング素子１２Ｂとを備えている。両スイッチング素子１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ正昇圧部９Ａで生成した高電圧と、負昇圧部９Ｂで生成した高電圧を、それぞれ正電圧レギュレータ１３Ａと、負電圧レギュレータ１３Ｂに供給するのを制御する。これらのスイッチング素子１２Ａと１２Ｂは、制御部７からのレギュレータ制御信号１４で操作されて、超音波の発信の直前に閉じ、発信が終了したら開くように操作される。
【００７５】
なお、図１３，図１４に示すこの実施例２では、昇圧部９を構成する正昇圧部９Ａと負昇圧部９Ｂには、昇圧した高電圧を蓄電する高容量のコンデンサ等からなる容量性素子を備え、これらに蓄えた高電圧を、それぞれ（第１の）スイッチング素子１２Ａ，１２Ｂを介して正電圧レギュレータ１３Ａと負電圧レギュレータ１３Ｂに供給している。正電圧レギュレータ１３Ａと負電圧レギュレータ１３Ｂで少し降圧して安定化された高電圧が発信駆動部５に発信駆動電圧として供給されている。
【００７６】
制御部７は一定時間間隔で順方向と逆方向の超音波到達時間の測定を行うように流量計を制御する。まず、切り替え部４を図示されてない制御信号で順方向に設定して、上流側の送受波器１を発信駆動部５に接続し、下流側の送受波器２を受信検知部６に接続する。そして、レギュレータ制御信号１４をオン（“Ｈｉｇｈ”）として、一定時間後（実施例では３μｓ後）に測定スタート信号８を出力する。そして、さらに８μｓ後にレギュレータ制御信号１４をオフ（“Ｌｏｗ”）とする。上記８μｓは、発信駆動に要する時間よりわずか長めに設定してある。そして、制御部７は超音波が受信側送受波器２に到達する十分な時間後（実施例では１００μｓ後）に時間計測部１０が出力する計測時間を読みとり、順方向到達時間として記憶する。
【００７７】
次に切り替え部４を逆方向にセットして、同様に時間計測部１０の計測時間を読みとり、逆方向到達時間として記憶する。そして、これら順方向と逆方向の到達時間に基づいて流速を算出し、さらに流量を演算する。なお、受信検知信号を制御部７に入力することで測定終了を検知することも可能である。
【００７８】
発信駆動部５の構成及び測定スタート信号８を受けてからの動作は前記実施例１の場合と同じである。
【００７９】
こうして、高電圧の駆動でありながらベース電圧をアナロググラウンドに維持でき、昇圧電圧の変動を受けずに流量計側の精度を維持できる。また昇圧部で生成した高電圧を電圧レギュレータが消費する時間を最小限に抑えられるため、流量計の消費電流を低減して電池寿命を延ばすことができる。
【実施例３】
【００８０】
図１５で説明する。前記実施例２とは、電圧レギュレータ１３と発信駆動部５との間に第２のスイッチング素子１５が挿入配設され、この第２のスイッチング素子１５をレギュレータ制御信号１４により、前記（第１の）スイッチング素子１２と共に、制御部７で制御するように構成した点が異なる。
【００８１】
（第１の）スイッチング素子１２が開いて、電圧レギュレータ１３が昇圧部９から切り離されたときでも、発信駆動部５から電圧レギュレータ１３へ逆流電流が流れることがなくなるため、電圧レギュレータの素子を壊すこともなく、また消費電流的にも有利となる。
【００８２】
実施例では、オン時には、第１のスイッチング素子１２が第２のスイッチング素子１５よりもわずかに早く動作（オン）するようにし、オフ時には、第２のスイッチング素子１５の動作がわずかに早くなるようにしている（図示されてはいない。）
第２のスイッチング素子１５が、第１のスイッチング素子１２がオンする時よりわすかに早く動作し、第２のスイッチング素子がオフする時は、第１のスイッチング素子がオフするより少し早めにオフするように定めると逆流電流の防止や消費電流の抑制効果がより確実となる。
【００８３】
図１６は、図１４の要部の詳細を示すブロック図である。上記実施例２の図１４と比較して、正電圧レギュレータ１３Ａと発信駆動部５の間に第２のスイッチ１５Ａが追加挿入され、負電圧レギュレータ１３Ｂと発信駆動部５との間に第２のスイッチ１５Ｂが追加挿入され、これらのスイッチ１５Ａ，１６Ｂが制御部７からのレギュレータ制御信号によって（第１の）スイッチ１２Ａ，１２Ｂと共に同時にオン・オフされるように構成されている点が異なる。
【００８４】
上記実施例３と異なり、受信検知部６が受信波を検知すると、再び同方向に超音波を発信（送信）するように構成し、複数回分の到達時間をまとめて測定することで到達時間を高精度で計測することも可能である。この場合発信駆動部５が制御部７からの測定スタート信号又は受信検知部６からの受信検知信号を受けると、先ず前記第１の、または第１と第２のスイッチング素子１２（１２Ａ，１２Ｂ）、１５（１５Ａ，１５Ｂ）をオンとする。そこから一定時間を置いて発信駆動を行うようにし、発信駆動終了後に前記第１の、または第１と第２のスイッチング素子をオフとするようにすると良い。
【００８５】
なお、本発明において、電源のゼロレベルとは基準とする電圧のことである。電源をマイナス電圧の電源と考えた場合、電源の高い方の端子電圧を電源のゼロレベルとすることができる。
【００８６】
さらに、電源の両端電位の中間電位をゼロレベルとすることもできる。電源の両端電位を抵抗で分圧してボルテージフォロワ回路で安定化する等して電源のゼロレベルとして使用することが可能である。本発明において、電源のゼロレベルはアナロググラウンドでもある。通常の受信波の増幅等に使うアナログ素子はアナロググランウンドに対して正負の電圧がその電源として必要である。電源の両端電位の中間電位を電源のゼロレベルとする方法は、電源の両端電位をそのままアナログ素子の正負の電源とすることが可能である。従って、電源からアナログ素子用の負電源等を生成する必要がなく、消費電流を小さくできる利点がある。なお、中間電位とは必ずしも中央あたりの電圧とする必要はなく、受信検知を正側に現れる波のゼロクロスとするための正側に基準電圧電源の両端の電位の低い方に片寄らせた構成とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
計測精度向上のために送信側の送受波器を高電圧で駆動する超音波流量計で、より計測精度を高め、かつ消費電力を低減したい用途に適用できる。電池駆動の超音波流量計や、水素、ヘリウムなどの密度の小さい気体の流量計の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】従来技術の駆動パルスの波形図。
【図２】駆動パルスの波形図。
【図３】発信駆動部の電気回路図。
【図４】本発明の実施例で、（ａ）は全体のブロック図、（ｂ）は要部のブロック図。
【図５】本発明の実施例の受信波を説明する図。
【図６】本発明の実施例の発信駆動部の構成を示す電気回路図。
【図７】本発明の実施例の電気回路の一部。
【図８】本発明の実施例の駆動パルスの波形図。
【図９】本発明の実施例の電気回路の一部。
【図１０】本発明の実施例の電気回路の一部。
【図１１】本発明の実施例の電気回路の一部。
【図１２】本回路の実施例の発信駆動部の構成を示す電気回路図。
【図１３】本発明の実施例のブロック図。
【図１４】本発明の実施例の要部ブロック図。
【図１５】本発明の実施例のブロック図。
【図１６】本発明の実施例の要部ブロック図。
【符号の説明】
【００８９】
１，２  送受波器
３      流路
４      切り替え部
５      接続手段としての発信駆動部
６      受信検知部
７      制御部
９      昇圧部（昇圧器）
９Ａ    正昇圧部
９Ｂ    負昇圧部
９ａ    正の高電圧
９ｂ    負の高電圧
１０    時間計測部
１１    電源としての電池
１２，１２Ａ，１２Ｂ  （第１の）スイッチング素子
１３    電圧レギュレータ
１３Ａ  正電圧レギュレータ
１３Ｂ  負電圧レギュレータ
１５，１５Ａ，１５Ｂ  第２のスイッチング素子
５３    供給手段（接続手段）
１００  アナロググラウンド
ｂ      受信検知ポイント
Ｒ      抵抗
Ｔ      周期
【図１】
2008275436.tif 000003
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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