(57)【要約】【課題】消費電力を抑えつつ計測精度を高めることが可能な超音波流量計を提供する。【解決手段】本発明の超音波流量計１０によれば、基準クロック発振部２１が生成したクロックパルスＳ１に含まれるＨｉｇｈからＬｏｗへの反転と、ＬｏｗからＨｉｇｈへの反転の両方をカウントして到達時間を求めるから、従来のように基準クロック発振部が生成したパルス数をカウントする場合に比べて、到達時間を測定するためのカウントが小刻みになる。即ち、基準クロック発振部２１が出力するクロックパルスの周波数は変更せずに、到達時間の計測精度を高めることができ、消費電力を抑えつつ流体の流速及び／又は流量の計測精度を高めることができる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路の上流側と下流側とに分けて配置される１対の超音波送受波器の間で、流体の流れに沿った順方向と流れに逆行した逆方向との両方向で超音波を送受信し、
前記超音波の送信から受信までの間に、基準クロック発振部から出力される一定周波数のクロックパルスに基づき、前記順方向及び前記逆方向の超音波の到達時間の差を求めて、前記流体の流速及び／又は流量を計測する超音波流量計において、
前記クロックパルスに含まれるＨｉｇｈからＬｏｗへの反転と、ＬｏｗからＨｉｇｈへの反転の両方をカウントして前記到達時間を求め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】
流路の上流側と下流側とに分けて配置される１対の超音波送受波器の間で、流体の流れに沿った順方向と流れに逆行した逆方向との両方向で超音波を送受信し、
前記超音波の送信から受信までの間に、基準クロック発振部から出力される一定周波数のクロックパルスに基づき、前記順方向及び前記逆方向の超音波の到達時間の差を求めて、前記流体の流速及び／又は流量を計測する超音波流量計において、
前記クロックパルスに含まれるＨｉｇｈからＬｏｗへの反転をカウントする第１のカウンタと、前記クロックパルスに含まれるＬｏｗからＨｉｇｈへの反転をカウントする第２のカウンタとを備え、それら第１及び第２のカウンタのカウント値の和に基づいて前記到達時間を求め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３】
複数のｎ回連続して前記順方向に超音波を送受信して計測されるｎ倍の到達時間と、同じ複数のｎ回連続して前記逆方向に超音波を送受信して計測されるｎ倍の到達時間との差に基づいて、前記流体の流速及び／又は流量を計測することを特徴とする請求項１又は２の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロックパルスを用いて超音波の到達時間を計測し、流体の流速及び／又は流量を計測する超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の超音波流量計は、流路の上流側と下流側とに分けて配置される１対の超音波送受波器の間で、流体の流れに沿った順方向と逆行した逆方向との両方向で超音波を送受信し、超音波の送信から受信までの間にカウントされるクロックパルスのパルス数に基づき、順方向及び逆方向の超音波の到達時間の差を求めて、流体の流速・流量を計測する構造になっていた。そして、従来では、超音波流量計の高精度化を図る場合には、到達時間に含まれるパルス数を増やすために、基準クロック発信部をスペックアップして、クロックパルスの周波数を高くする措置がとられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クロックパルスの周波数を高くすると、これに伴って消費電力が増してしまう。従って、特に電池を電源とした超音波流量計は、電池の容量アップ等が必要になり、コストもアップするという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、消費電力を抑えつつ計測精度を高めることが可能な超音波流量計の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る超音波流量計は、流路の上流側と下流側とに分けて配置される１対の超音波送受波器の間で、流体の流れに沿った順方向と流れに逆行した逆方向との両方向で超音波を送受信し、超音波の送信から受信までの間に、基準クロック発振部から出力される一定周波数のクロックパルスに基づき、順方向及び逆方向の超音波の到達時間の差を求めて、流体の流速及び／又は流量を計測する超音波流量計において、クロックパルスに含まれるＨｉｇｈからＬｏｗへの反転と、ＬｏｗからＨｉｇｈへの反転の両方をカウントして到達時間を求めるように構成したところに特徴を有する。
【０００６】
請求項２の発明に係る超音波流量計は、流路の上流側と下流側とに分けて配置される１対の超音波送受波器の間で、流体の流れに沿った順方向と流れに逆行した逆方向との両方向で超音波を送受信し、超音波の送信から受信までの間に、基準クロック発振部から出力される一定周波数のクロックパルスに基づき、順方向及び逆方向の超音波の到達時間の差を求めて、流体の流速及び／又は流量を計測する超音波流量計において、クロックパルスに含まれるＨｉｇｈからＬｏｗへの反転をカウントする第１のカウンタと、クロックパルスに含まれるＬｏｗからＨｉｇｈへの反転をカウントする第２のカウンタとを備え、それら第１及び第２のカウンタのカウント値の和に基づいて到達時間を求めるように構成したところに特徴を有する。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は２の超音波流量計において、複数のｎ回連続して順方向に超音波を送受信して計測されるｎ倍の到達時間と、同じ複数のｎ回連続して逆方向に超音波を送受信して計測されるｎ倍の到達時間との差に基づいて流体の流速及び／又は流量を計測するところに特徴を有する。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１の構成によれば、クロックパルスに含まれるＨｉｇｈからＬｏｗへの反転と、ＬｏｗからＨｉｇｈへの反転の両方をカウントして到達時間を求めるから、従来のようにパルス数をカウントする場合に比べて、到達時間を測定するための分解能が高くなる。即ち、基準クロック発振部が出力するクロックパルスの周波数は変更せずに、到達時間の計測精度を高めることができる。従って、本発明によれば、消費電力を抑えつつ流体の流速及び／又は流量の計測精度を高めることができる。
【０００９】
＜請求項２の発明＞
請求項２の構成によれば、クロックパルスに含まれるＨｉｇｈからＬｏｗへの反転と、ＬｏｗからＨｉｇｈへの反転の両方のカウント値の和に基づいて到達時間を求めるから、従来のようにパルス数をカウントする場合に比べて、到達時間に含まれるカウント数が増して分解能が上がる。即ち、基準クロック発振部が出力するクロックパルスの周波数は変更せずに、到達時間の計測精度を高めることができる。従って、本発明によれば、消費電力を抑えつつ流体の流速及び／又は流量の計測精度を高めることができる。
【００１０】
＜請求項３の発明＞
請求項３の構成では、複数のｎ回連続して順方向に超音波を送受信して計測されるｎ倍の到達時間と、同じ複数のｎ回連続して逆方向に超音波を送受信して計測されるｎ倍の到達時間との差を求めることで、順方向と逆方向との到達時間の差もｎ倍にして求められる。これにより、到達時間の分解能がさらに向上し、流速及び／又は流量の計測精度をより一層高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
本実施形態の超音波流量計１０に備えた１対の超音波送受波器１１，１２は、図示しない流路を例えば斜めに横切る方向に対向配置される。また、上流側に配置された超音波送受波器１１（以下、「上流側送受波器１１」という）と、下流側の超音波送受波器１２（以下、「下流側送受波器１２」という）は、共に超音波振動子であって、送波回路１３に接続されると超音波の送信素子として機能する一方、受波回路１４に接続されると超音波の受信素子として機能する。そして、上流側と下流側の両送受波器１１，１２は、選択的に何れか一方が送波回路１３に接続されかつ他方が受波回路１４に接続される。従って、図１に示すように、上流側送受波器１１を送波回路１３に接続しかつ下流側送受波器１２を受波回路１４に接続して、流体の流れに沿った順方向に超音波を送受信することができる一方、上流側送受波器１１を受波回路１４に接続しかつ下流側送受波器１２を送波回路１３に接続して、流体の流れに逆行した逆方向に超音波を送受信することもできる。
【００１２】
上記した送波回路１３及び受波回路１４にはコントロール部１５、クロックカウンタ１６、反復数カウンタ１７が接続されている。
【００１３】
コントロール部１５は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御して、まずは図１に示すように、上流側送受波器１１を送波回路１３に接続しかつ下流側送受波器１２を受波回路１４に接続した状態にしてから送波回路１３に送信指令信号を出力する。すると、送波回路１３が上流側送受波器１１を駆動し、超音波が上流側送受波器１１から下流側送受波器１２に送信されると同時に、クロックカウンタ１６がクロックパルスに基づいて時間計測を開始する。このクロックカウンタ１６の構成に関しては、後に詳説する。
【００１４】
上流側送受波器１１から送信された信号は、所定時間後に下流側送受波器１２に受信される。すると、下流側送受波器１２に接続した受波回路１４から、反復数カウンタ１７と送波回路１３とに受信検知信号が出力される。送波回路１３は受信検知信号を受信すると同時に、再び上流側送受波器１１を駆動する。反復数カウンタ１７は、受信検知信号を受信する毎に１インクリメントされ、そのカウント数がｎ回になるまで、どの回路に対しても信号を出力しない。そして、カウント数がｎ回になると、反復数カウンタ１７からコントロール部１５、クロックカウンタ１６、送波回路１３に第ｎ受信波検出信号が出力される。これを受けたクロックカウンタ１６は、時間計測をストップして、その計測結果をコントロール部１５に出力し、０リセットされる。
【００１５】
送波回路１３は、第ｎ受信波検出信号を受けると上流側送受波器１１の駆動をストップし、次にコントロール部１５から出力される送信指令信号の待ち状態になる。なお、上流側送受波器１１は送波回路１３によってすでにｎ＋１回目の超音波の発信を行うが、クロックカウンタ１６の時間計数がストップしているので、問題は起こらない。
【００１６】
コントロール部１５は、第ｎ受信波検出信号を受けると共に、クロックカウンタ１６から受けた計数結果を記憶し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を駆動して、送波回路１３を下流側送受波器１２に接続し、受波回路１４を上流側送受波器１１に接続する。そして、コントロール部１５は、ノイズ等が収束する時間を空けた後に、送波回路１３に送信指令信号を出力する。これにより、今度は、超音波の送信方向を逆向きにして上記した場合と同様の処理が行われる。
【００１７】
そして、流体に対する順方向と逆方向の両方向で計測されたクロックカウンタ１６のカウント値の差が求められ、このカウント値の差に基づいて流体の流速・流量が算出される。
【００１８】
さて、図２には、本実施形態におけるクロックカウンタ１６の構成が示されている。同図において２１は、本発明に係る基準クロック発振部であって、一定周波数のクロックパルスＳ１を生成して出力している。そして、この基準クロック発振部２１が出力したクロックパルスＳ１と、クロックパルスＳ１を遅延回路２２により約１／１０周期ほど遅延されたクロックパルスＳ２とが、排他論理和回路２３に入力される。排他論理和回路２３では、図３に示すように、クロックパルスＳ１と遅延させたクロックパルスＳ２とのＨｉｇｈとＬｏｗとが異なるときに、出力レベルをＨｉｇｈにし、それ以外はＬｏｗにする。これにより、基準クロック発振部２１が生成したクロックパルスＳ１から、その倍の周波数を有するクロックパルスＳ３が生成される。この構成によれば、基準クロック発振部２１のスペックを上げて、２倍の周波数のクロックパルスＳ１を生成するより低い消費電力でもって２倍の周波数のクロックパルスＳ３を生成することができる。
【００１９】
このようにして生成されたクロックパルスＳ３は、カウンタＩＣ２４に入力され、カウンタＩＣ２４がコントロール部１５から送信指令信号を受けると、クロックパルスのパルス数がカウントがされる。つまり、基準クロック発振部２１が生成したクロックパルスＳ１に含まれるＨｉｇｈからＬｏｗへの反転と、ＬｏｗからＨｉｇｈへの反転の両方がカウントされることになる。そして、カウンタＩＣ２４に第ｎ受信波検知信号が取り込まれると、カウンタＩＣ２４によるカウント結果が、コントロール部１５に出力されて、カウント数がリセットされる。
【００２０】
以上のように本実施形態の超音波流量計１０によれば、基準クロック発振部２１が生成したクロックパルスＳ１に含まれるＨｉｇｈからＬｏｗへの反転と、ＬｏｗからＨｉｇｈへの反転の両方をカウントして到達時間を求めるから、従来のように基準クロック発振部が生成したパルス数をカウントする場合に比べて、到達時間を測定するためのカウントが小刻みになる。即ち、基準クロック発振部２１が出力するクロックパルスの周波数は変更せずに、到達時間の計測精度を高めることができ、消費電力を抑えつつ流体の流速・流量の計測精度を高めることができる。さらに、本実施形態では、複数のｎ回連続して順方向に超音波を送受信して計測されるｎ倍の到達時間と、同じ複数のｎ回連続して逆方向に超音波を送受信して計測されるｎ倍の到達時間との差を求めることで、順方向と逆方向との到達時間の差もｎ倍にして求めているから、到達時間の分解能がさらに向上し、流速・流量の計測精度をより一層高めることができる。
【００２１】
＜第２実施形態＞
本実施形態は、クロックカウンタの構成のみが第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる構成に関してのみ説明し、第１実施形態と同じ構成に関しては、同一符合を付して重複説明を省略する。
【００２２】
本実施形態のクロックカウンタ３０は、図４に示すように、第１及び第２のカウンタ３１，３２を備える。両カウンタ３１，３２は共に、入力されたクロックパルスのうちＬｏｗからＨｉｇｈへの反転（即ち、パルスの立ち上がり部）をカウントするものである。そして、第１カウンタ３１には、基準クロック発振部２１が出力したクロックパルスＳ１がそのまま入力され、第２カウンタ３２には、基準クロック発振部２１が出力したクロックパルスＳ４（図５の下段参照）をインバータ３４にて反転したものが入力されている。
【００２３】
従って、第２カウンタ３２は、実質的には、基準クロック発振部２１が出力したクロックパルスＳ１のうち図５におけるｄで示したＨｉｇｈからＬｏｗへの反転（即ち、パルスの立ち下がり部）を検出している。そして、加算器３３が、第１カウンタ３１，３２のカウント値の和を求めて、これをコントロール部１５に出力している。以上、本実施形態の構成によっても、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００２４】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る超音波流量計のブロック図
【図２】クロックカウンタのブロック図
【図３】クロックパルスの波形図
【図４】第２実施形態におけるクロックカウンタのブロック図
【図５】クロックパルスと反転させたクロックパルスの波形図
【符号の説明】
１０…超音波流量計
１１，１２…超音波送受波器
１６…クロックカウンタ
２１…基準クロック発振部
２３…排他論理和回路
３０…クロックカウンタ
３１…第１カウンタ
３２…第２カウンタ
Ｓ１…クロックパルス
【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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