(57)【要約】【課題】流量計測中の超音波の受信信号の振幅レベルの変動に対応した基準電圧の設定を行い、振幅レベル変動に強く計測精度の高い流量計測装置を提供する。【解決手段】基準設定手段１３の基準電圧を変化させたときの基準比較手段７の出力結果に応じて基準電圧を設定する基準設定手段１３であり、基準設定手段１３の基準電圧を増幅手段により受信信号を所定の電圧に増幅後、更に所定の増幅度で増幅した場合の受信波の任意のポイントに基準電圧を基準設定手段１３が設定するようにし受信信号の到達時期を認識するために検知する波のピーク電圧と基準電圧とのマージンを確保した流量計測装置を提供することが出来る。【選択図】　図１
2004125769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の受信信号を増幅する増幅手段と、前記超音波信号の送受信の累積時間を計時する計時手段と、前記計時手段の計時した時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、前記第１振動子及び前記第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の電圧と基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準比較手段と前記増幅手段の出力とから超音波信号の到達時期を判定する判定手段と、前記基準比較手段の基準電圧を設定する基準設定手段を備えた流量計測装置において、基準設定手段の基準電圧を変化させたときの基準比較手段の出力結果に応じて基準電圧を設定する基準設定手段とした流量計測装置。
【請求項２】
流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の受信信号を増幅する増幅手段と、前記超音波信号の送受信の累積時間を計時する計時手段と、前記計時手段の計時した時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、前記第１振動子及び前記第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の電圧と基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準比較手段と前記増幅手段の出力とから超音波信号の到達時期を判定する判定手段と、前記基準比較手段と前記判定手段の出力の時間差を計時する時間差計時手段と、前記基準比較手段の基準電圧を設定する基準設定手段を備えた流量計測装置において、基準電圧を設定可能範囲の最小から最大に変化させたときの前記時間差計時手段の計時する時間差が大きく変化する変曲点の測定結果に応じて基準電圧を設定する基準設定手段とした流量計測装置。
【請求項３】
基準設定手段は基準電圧を設定可能範囲の最小から最大に変化させたときの前記時間差計時手段の計時する時間差が大きく変化する複数の変曲点の内、最大間隔の変曲点間の中点または任意の点に基準電圧を設定する請求項２記載の流量計測装置。
【請求項４】
基準設定手段は基準電圧を設定可能範囲の最小から最大まで変化させたときの前記時間差計時手段の計時した時間差の最大値、最小値より規定される所定の時間差の幅から、流量計測中に時間差計時手段が計時した時間差が外れた場合に基準電圧を変更する請求項２または３記載の流量計測装置。
【請求項５】
流量計測中の時間差計時手段の計時した時間差が、基準電圧を設定可能範囲の最小から最大まで変化させたときの時間差の最大値、最小値付近の値両方を含んでいる場合に、基準電圧を再設定後に再度流量計測を行う請求項２または３記載の流量計測装置。
【請求項６】
基準設定手段は基準電圧を設定可能範囲の最小から最大まで変化させたときの前記時間差計時手段の計時した時間差の最大値、最小値より規定される所定の時間差の幅から、流量計測中に時間差計時手段が計時した時間差が外れた回数に応じて基準電圧を変更する請求項２〜５のいずれか１項記載の流量計測装置。
【請求項７】
超音波信号の送受信の方向別の時間差計時手段が計時した時間差の超音波信号の送受信の方向別の差が、所定より大きくなった場合に超音波信号の送受信の方向別に基準電圧を設定する請求項２〜６のいずれか１項記載の流量計測装置。
【請求項８】
流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の受信信号を増幅する増幅手段と、前記超音波信号の送受信の累積時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、前記第１振動子及び前記第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の電圧と基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準比較手段と前記増幅手段の出力とから超音波信号の到達時期を判定する判定手段とを有する流量計測装置において、基準比較手段の出力と判定手段からの出力の時間差を計時する時間差計時部と、設定または電圧比較結果により基準電圧の設定を変更する基準設定部と基準設定部の基準電圧と受信側の振動子の受信信号の電圧とを比較する比較部とから構成され、基準設定部により基準電圧を受信波形のピーク値付近の電圧から徐々に減少させた時の前記時間差計時部の計時する時間を基に基準電圧の設定を行う基準比較手段とした流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波を利用してガスなどの流量を計測する流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の流量計測装置は、図１５に示すようなものが一般的であった。この装置は流体の流れる流路３１に設置した第１超音波振動子３２および第２超音波振動子３３と、第１超音波振動子３２、第２超音波振動子３３の送受信を切り換える切換手段３４と、第１超音波振動子３２及び第２超音波振動子３３を駆動する送信手段３５と、受信側の超音波振動子で受信し切り替え手段３４を通過した信号を所定の振幅まで増幅する増幅手段３６と、増幅手段３６で増幅された受信信号の電圧と基準電圧とを比較する基準比較手段３７と、図１６に示すように基準比較手段３７で基準電圧と比較し大小関係が反転した後の増幅信号の最初のゼロクロス点ａで繰り返し手段３９へ出力信号Ｄを出力する判定手段３８と、この判定手段３８からの信号をカウントし予め設定された回数だけカウントすると共に判定手段３８からの信号を制御手段４２へ出力する繰り返し手段３９と、繰り返し手段３９で予め設定された回数をカウントした時間を計時する計時手段４０と、計時手段４０の計時した時間に応じて流量を算出する流量算出手段４１と、流量算出手段４１から算出された流量出力、繰り返し手段３９からの信号を受け送信手段３５の動作を制御する制御手段４２と、判定手段３８、繰り返し手段３９、計時手段４０、流量算出手段４１、制御手段４２から構成されている。
【０００３】
この装置は制御手段４２により送信手段３５を動作させ超音波振動子３２で発信された超音波信号が、流れの中を伝搬し第２超音波振動子３３で受信され、増幅手段３６で増幅後、基準比較手段３７と判定手段３８で信号処理され、繰り返し手段３９を通り制御手段４２に入力される。この動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行い、この間の時間を計時手段４０により測定する。そして、第１超音波振動子３２と第２超音波振動子３３とを切換手段３４により切り替えて、同様な動作を行い、被測定流体の上流から下流（この方向を正流とする）と下流から上流（この方向を逆流とする）のそれぞれの伝搬時間を測定し、（式１）より流量Ｑを求めていた（超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、上流から下流へのｎ回分の測定時間をｔ１、下流から上流へのｎ回分の測定時間をｔ２、被測定流体の流速をｖ、流路の断面積をＳ、センサ角度をφ、流量をＱとする）。
【０００４】
Ｑ＝Ｓ・ｖ＝Ｓ・Ｌ／２・ｃｏｓφ（（ｎ／ｔ１）−（ｎ／ｔ２））…（式１）
（実際には、式１に流量に応じた係数を乗じて流量を算出する）
また、増幅手段３６のゲインは受信側の超音波振動子で受信した信号を一定振幅となるようゲインを調整しており、受信信号のピーク電圧値が所定の電圧範囲に入るように調整される。これは繰り返し手段３９に設定された回数の計測を繰り返し中に、図１７の点線で示す受信信号ｂに示すように受信信号のピーク電圧値が所定の電圧範囲の下限より下回った回数と、同じく図１７の点線で示す受信信号ｃに示すように所定の電圧範囲の上限より上回った回数をカウントしておきその大小関係で次回の流量計測時のゲインを調整する（例えば下限より下回った回数が多ければゲインをアップして図１７の実線で示す受信信号ａのように電圧範囲の上限、下限の内に入るようにする）。
【０００５】
また、増幅手段３６により増幅された受信信号の電圧と比較する基準比較手段３７の基準電圧は判定手段３８により検知するゼロクロス点の位置を決めるもので図１６を例にすると受信信号の３波目のゼロクロス点ａを判定手段３８により検知するよう、受信信号の２波と３波のピーク電圧の中点の電圧に設定される。そうすることにより流量の変化及び流体の温度変化等で受信波形が変化し、受信信号の２波のピーク電圧が上昇、または３波のピーク電圧が減少しても双方に対してマージンをとれ、安定に判定手段３８により３波目のゼロクロス点ａが検知できるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の流量計測装置は、流量計測中において基準比較手段の基準電圧は固定電圧であり、また受信信号を増幅する増幅手段のゲインも固定であるので、流量計測中の繰り返し動作の中で超音波の受信信号の振幅レベルが変動した場合、基準電圧と受信信号との電圧レベルの相対関係が変化し、例えば受信信号の振幅レベルの変動が大きい場合には、基準電圧を超えていた受信波の３波のピーク電圧が基準電圧を超えなくなる。その結果、基準比較手段の出力が受信波の４波で出力され、判定手段は受信信号の４波目の負のゼロクロス点を検知するようになり、計時手段ではこの誤った時間を計時して、流量算出手段により誤った流量を算出するという課題を有していた。本発明は、前記従来の課題を解決するもので、判定手段により受信波の任意のポイント（受信波の３波目の負のゼロクロス点）を確実に検知出来るように、受信信号の振幅レベルの変動に対して大きなマージンを確保出来る位置に基準電圧を設定し、かつ流量計測中に受信信号の振幅レベルの変動に応じて基準電圧を調整することで、受信信号の振幅レベルの変動に強く、計測精度の高い流量計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、製造時の基準電圧が所定の基準電圧となるように基準電圧を監視しながら行う半固定抵抗器の調節作業を自動化し、調整作業の簡素化及び高精度化を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流量計測装置は基準設定手段の基準電圧を変化させたときの基準比較手段の出力結果に応じて基準電圧を設定する基準設定手段とし、基準比較手段の出力数により受信信号と基準電圧の相対関係を認識し、基準設定手段の基準電圧を増幅手段により受信信号を所定の電圧に増幅後、更に所定の増幅度で増幅した場合の受信波の任意のポイントの電圧に基準電圧を基準設定手段が設定するようにしたものである。
【０００９】
これによって基準設定手段が設定する基準電圧は判定手段により受信波の到達時期として検知させたい任意のポイント（例えばゼロクロス点）を含む波（例えば３波目）のピーク電圧と、１波前（２波目）のピーク電圧間で、１波前（２波目）のピーク電圧が流量計測中に変動する最大値を考慮した電圧より若干高い電圧に設定され、受信波の到達時期として検知させたい任意のポイントを含む波（３波目）のピーク電圧に対してマージンを大きく取れ、検知させたい任意のポイントを含む波（３波目）のピーク電圧が基準電圧を超えなくなるのを防ぐことが出来、受信信号の振幅レベルの変動に強く計測精度の高い流量計測装置とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の受信信号を増幅する増幅手段と、前記超音波信号の送受信の累積時間を計時する計時手段と、前記計時手段の計時した時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、前記第１振動子及び前記第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の電圧と基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準比較手段と前記増幅手段の出力とから超音波信号の到達時期を判定する判定手段と、前記基準比較手段の基準電圧を設定する基準設定手段を備えた流量計測装置において、基準設定手段の基準電圧を変化させたときの基準比較手段の出力結果に応じて基準電圧を設定する基準設定手段とした流量計測装置とすることにより、受信信号の中で受信信号の到達時期を検知しようとする波とその１波長前の波の振幅レベルに応じて基準電圧を設定出来、受信信号の振幅レベルの変動に強く計測精度の高い流量計測装置とすることが出来る。
【００１１】
請求項２に記載の発明は流体管路に設けられ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の受信信号を増幅する増幅手段と、前記超音波信号の送受信の累積時間を計時する計時手段と、前記計時手段の計時した時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、前記第１振動子及び前記第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の電圧と基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準比較手段と前記増幅手段の出力とから超音波信号の到達時期を判定する判定手段と、前記基準比較手段と前記判定手段の出力の時間差を計時する時間差計時手段と、前記基準比較手段の基準電圧を設定する基準設定手段を備えた流量計測装置において、基準電圧を設定可能範囲の最小から最大に変化させたときの前記時間差計時手段の計時する時間差が大きく変化する変曲点の測定結果に応じて基準電圧を設定する基準設定手段とした流量計測装置とすることにより、超音波の受信信号の変動に対し一番安定な基準電圧に設定出来る流量計測装置とすることが出来る。
【００１２】
請求項３に記載の発明は基準設定手段は基準電圧を設定可能範囲の最小から最大に変化させたときの前記時間差計時手段の計時する時間差が大きく変化する複数の変曲点の内、最大間隔の変曲点間の中点または任意の点に基準電圧を設定する基準設定手段とした請求項２記載の流量計測装置とすることにより、基準電圧の設定を迅速かつ、精度良く行い、超音波の受信信号の変動に対し一番安定な基準電圧に設定出来る流量計測装置とすることが出来る。
【００１３】
請求項４に記載の発明は基準設定手段は基準電圧を設定可能範囲の最小から最大まで変化させたときの前記時間差計時手段の計時した時間差の最大値、最小値より規定される所定の時間差の幅から、流量計測中に時間差計時手段が計時した時間差が外れた場合に基準電圧を変更する請求項２〜３記載の流量計測装置とすることにより、自動的に基準電圧の補正を行い、常に最適な基準電圧に保つことの出来る流量計測装置とすることが出来る。
【００１４】
請求項５に記載の発明は流量計測中の時間差計時手段の計時した時間差が、基準電圧を設定可能範囲の最小から最大まで変化させたときの時間差の最大値、最小値付近の値両方を含んでいる場合に、基準電圧を再設定後に再度流量計測を行う請求項２〜３記載の流量計測装置とすることにより、流量計測中の超音波の受信信号の変動により基準電圧との大小関係が崩れたことを検知して基準電圧を再設定することで、最適な基準電圧に保つことの出来る流量計測装置とすることが出来る。
【００１５】
請求項６に記載の発明は基準設定手段は基準電圧を設定可能範囲の最小から最大まで変化させたときの前記時間差計時手段の計時した時間差の最大値、最小値より規定される所定の時間差の幅から、流量計測中に時間差計時手段が計時した時間差が外れた回数に応じて基準電圧を変更する請求項２〜５記載の流量計測装置とすることにより、流路を流れる流体の流量の影響により超音波信号の送受信の方向別に超音波の受信信号と基準電圧との大小関係が崩れたことを検知して超音波信号の送受信の方向別に増幅手段の増幅度を変更することで基準電圧を再設定することで、基準比較手段の基準電圧を最適に保つことの出来る流量計測装置とすることが出来る。
【００１６】
請求項７に記載の発明は超音波信号の送受信の方向別の時間差計時手段が計時した時間差の超音波信号の送受信の方向別の差が、所定より大きくなった場合に超音波信号の送受信の方向別に基準電圧を設定する請求項２〜６記載の流量計測装置とすることにより、流路を流れる流体の流量の影響により超音波信号の送受信の方向で超音波の受信信号と基準電圧との大小関係が崩れた場合に超音波信号の送受信の方向毎に基準比較手段の基準電圧を設定することで、基準比較手段の基準電圧を最適に保つことの出来る流量計測装置とすることが出来る。
【００１７】
請求項８に記載の発明は基準比較手段は基準比較手段の出力と判定手段からの出力の時間差を計時する時間差計時部と、基準電圧を設定する基準設定部と基準設定部の基準電圧と受信側の振動子の受信信号の電圧とを比較する比較部とから構成され、基準設定部により基準電圧を受信波形のピーク値付近の電圧から減少させた時の前記時間差計時部の計時した時間を基に基準電圧の設定を行う流量計測装置とすることにより時間差計時部が計時する基準比較手段の出力と判定手段からの出力の時間差から受信信号の電圧と基準電圧との相対関係を認識し、受信信号の中で受信信号の到達時期を検知しようとする波とその１波長前の波の振幅レベルに応じて基準電圧を設定出来、受信信号の振幅レベルの変動に強く計測精度の高い流量計測装置とすることが出来る。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の請求項１の第１の実施例における流量計測装置のブロック図を示すものである。図２は同第１の実施例の流量計測装置の動作説明図であり、図３は同フローチャートである。図１において、流路１の途中に超音波を送信する第１超音波振動子２と受信する第２超音波振動子３が流れ方向に角度φで配置されている。５は第１超音波振動子２への送信手段であり、４は第１超音波振動子２、第２超音波振動子３の送受信を切り換える切換手段、６は受信側の超音波振動子で受信した信号を制御手段１２からの指示によるゲインで増幅する増幅手段、７は前記増幅手段６で増幅された信号と基準電圧とを比較する基準比較手段、８は基準比較手段７の出力と前記増幅手段６で増幅された信号とから超音波の到達時期を判定する判定手段、９は判定手段８の信号をカウントし予め設定された回数だけ制御手段１２へ繰り返し信号を出力する繰り返し手段である。
【００２０】
１０は繰り返し手段９で予め設定された回数をカウントした時間を計時する計時手段であり、１１は計時手段１０の計時した時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量を算出する流量算出手段である。また、１２は流量算出手段１１、繰り返し手段９からの信号を受け送信手段５、増幅手段６の動作を制御する制御手段である。１３はＤ／Ａコンバータや電子ボリューム等で構成される前記基準比較手段７の基準電圧を設定する基準設定手段である。
【００２１】
以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。制御手段１２は電源投入後、まず初期設定動作としてゲイン調整と基準電圧設定を行う。尚、ゲイン調整動作は従来例と何ら変わりないので本実施例ではその詳細な説明は省略するが、ゲイン調整後は図２に示すように受信信号のピーク電圧（例えば受信信号の中で５波がピークとする。）が所定の電圧範囲内に入る様に増幅されるので、図２に示すように受信信号が電圧範囲下限を越えている期間にピーク検知信号ＰＤが増幅手段６より制御手段１２、基準設定手段１３に出力される。最初に受信側の超音波振動子で受信した信号を一定振幅となるようゲインを調整した後（図３のステップ１）、受信信号の到達時期を認識するために検知しようとする波（例えば３波目）の１波前（２波目）のピーク電圧が流量計測中に変動する幅を考慮し、増幅手段は更に所定の増幅度で増幅する（ステップ２）。同じく増幅後の受信信号の様子を図２に示す。
【００２２】
図２において点線がゲイン調整後の受信信号、実線がゲイン調整後に更に所定の増幅度で増幅した受信信号を示す。図２に示すようにゲイン調整後に更に所定の増幅度で増幅後の受信信号Ａに対して、基準設定手段は図２に示す基準電圧Ｒｅｆを最低の基準電圧から１制御単位（例えば５ｍＶ）分、増加させる（ステップ３）。（本実施例では最低の基準電圧Ｒｅｆは図２に示す受信信号Ａの１波のピーク電圧ｐ１よりも高く２波のピーク電圧ｐ２よりも低いとする。）制御手段１２は繰り返し手段９の繰り返し回数を１回に設定して、送信手段５を動作させ第１超音波振動子２より超音波信号を送信する（ステップ４）。第１超音波振動子２より送信された超音波信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅されて、基準比較手段７、判定手段８へ出力される。つまり図２に示すように基準比較手段７は増幅手段６の出力（受信信号Ａ）と基準電圧Ｒｅｆとを比較し（ステップ５）、その大小関係が反転した時点で基準設定手段１３と判定手段８に出力信号Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５を出力する。基準設定手段１３は基準比較手段７からの出力数をカウントし（ステップ６）、増幅手段６からのピーク検知信号を入力するまで繰り返す（ステップ７）。増幅手段６からのピーク検知信号を入力すると、基準設定手段１３は基準比較手段７からの出力数が３であるかを判断し（ステップ８）、３でなければ１制御単位分、増加させ、（ステップ３）以下、ステップ４から８迄を繰り返す。基準比較手段７からの出力数が３になると、増幅手段６はゲイン調整後の増幅度に戻す（ステップ９）。
【００２３】
基準電圧Ｒｅｆが受信波の２波のピークｐ２以下である場合は、ピーク検知信号が増幅手段６より出力されるまで基準比較手段７の出力数はＣ２〜Ｃ５の４つであり、基準電圧Ｒｅｆが受信波の２波のピークｐ２を越えると基準比較手段７は信号Ｃ２を出力しなくなり、出力数はＣ３〜Ｃ５の３つになる。従って基準比較手段の出力数が４から３になった時点で基準電圧Ｒｅｆの増加を止め、増幅手段６はゲイン調整後の増幅度に戻すと基準設定手段１３の基準電圧は受信信号の２波のピーク電圧より僅かに高く、その差は２波のピーク電圧が流量計測中に変動する幅を考慮して設定されているので、流量計測中に振幅レベルの変動が生じても２波のピーク電圧が基準電圧Ｒｅｆを越えることはない。従ってこの基準電圧Ｒｅｆでは３波のピーク電圧とのマージンを大きく取れ、受信信号の振幅レベルの変動に対して最も安定に判定手段８が超音波の受信信号の到達時期を検知出来る。
【００２４】
以上のように本実施例においては基準比較手段７の出力に応じて基準電圧を基準設定手段１３が設定し、その基準電圧は受信信号の到達時期を認識するために検知しようとする波の１波長前の波が、流量計測中に変動する振幅レベルの最大値を考慮した電圧に設定されるので、受信信号の到達時期を認識するために検知しようとする波の１波長前の波が基準電圧を超えることが無く、受信信号の到達時期を認識するために検知しようとする波と基準電圧とのマージンを大きく取れ、計測中の受信信号の振幅レベルの変動に強く計測精度の高い流量計測装置とすることが出来る。尚、本実施例ではゲイン調整後に、更に所定の増幅度で増幅して基準電圧を設定するとしたが、受信信号の到達時期を認識するために検知しようとする波（例えば３波目）の１波前（２波目）のピーク電圧が流量計測中に変動する電圧幅を考慮し、最大変動時の２波目のピーク電圧より高い電圧に、基準電圧Ｒｅｆを最初に設定したり、さらには基準電圧を変更していった際の基準比較手段の出力数の変化する電圧が受信波の各波のピーク電圧を示すので、この基準比較手段の出力数の変化する電圧より受信信号と基準電圧との相対関係を認識し、受信信号の到達時期を認識するために検知しようとする波（例えば３波目）と１波前（２波目）のピーク電圧（図２におけるｐ２、ｐ３）の間で流量計測中に変動する振幅レベルを考慮して任意の電圧に設定する様にしても同じ効果を有するものである。
【００２５】
（実施例２）
図４は本発明の請求項２、３、４、５、６に係る第２の実施例における流量計測装置のブロック図を示すものである。図５及び図８は同第２の実施例の流量計測装置の動作説明図であり、図６、及び図７は同フローチャートである。
【００２６】
図４において、１５は前記基準比較手段７と前記判定手段８の出力の時間差を計時する時間差計時手段で、基準設定手段１４は前記時間差計時手段１５の出力より基準比較手段７の基準電圧を設定することが実施例１と異なるところである。他の構成要素は実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００２７】
以上のように構成された流量計測装置について、以下その動作、作用を説明する。制御手段１２は電源投入後、まず初期設定動作としてゲイン調整と基準電圧設定を行う。尚、本実施例の説明ではゲイン調整の説明は省略する。最初に受信側の超音波振動子で受信した信号を一定振幅となるようゲインを調整した後（図６のステップ１０１）、基準設定手段１４は基準電圧を設定範囲の最低の電圧に設定する（ステップ１０２）。
【００２８】
最低の基準電圧に設定後、制御手段１２は繰り返し手段９の繰り返し回数を１回に設定して、送信手段５を動作させ第１超音波振動子２より超音波信号を送信する（ステップ１０３）。
【００２９】
第１超音波振動子２より送信された超音波信号は流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅されて、基準比較手段７、判定手段８へ出力される。ここで図２に増幅後の受信信号の様子を示す。つまり図２に示すように基準比較手段７は増幅手段６の出力（受信信号Ａ）と基準電圧とを比較し（図６のステップ１０４）、その大小関係が反転した時点（タイミングｃ）で時間差計時手段１５と判定手段８に出力信号Ｃを出力する。時間差計時手段１５は基準比較手段７からの出力信号Ｃを入力すると計時を開始し（ステップ１０５）、判定手段８ではタイミングｃ以降の増幅手段６出力の符号が正から負に変わる最初の負のゼロクロス点ａを超音波の到達ポイントと判定し（ステップ１０６）、出力信号Ｄを繰り返し手段９、時間差計時手段１５に出力する。時間差計時手段１５は、この判定手段８の出力信号Ｄを受けると計時を終了し（ステップ１０７）、計時した時間差Ｔｄを基準設定手段１４へ出力する。基準設定手段１４は基準電圧を基準電圧の可変範囲の１制御単位（例えば２ｍＶ）分増加させる（ステップ１０８）。制御手段１２は繰り返し手段９に設定された繰り返し回数が１回であるので、繰り返し動作が終了した旨の信号を繰り返し手段９より入力して再度、送信手段５を動作させ第１超音波振動子２より超音波信号を送信する。ここまでの動作を基準設定手段１４が基準電圧の設定範囲の最大電圧に設定するまで繰り返す。
【００３０】
基準設定手段１４が基準電圧の最大電圧まで設定が終わると、基準設定手段１４は基準電圧を最小から最大に変化させたときの時間差計時手段１５の計時する時間差が大きく変化する（例えば前回の時間差と比較して１．３倍以上変化するか）複数の変曲点の内、最大間隔の変曲点間の中点に基準電圧を設定する（ステップ１１０）。この設定動作を図８を用いて説明する。図８は基準設定手段１４が基準電圧を最小から最大に変化させたときの時間差計時手段１５の計時した時間差を示した図である。時間差計時手段１５の計時した時間差は図５に示すように基準比較手段７と判定手段８の出力の時間差であるので受信信号の各波（１波、２波、３波．．．）のピーク電圧付近（図８において、それぞれｐ１、ｐ２、ｐ３．．．とする。）に基準電圧がある場合に時間差が最小（ｐ１、ｐ２、ｐ３．．．に対応してそれぞれＴｐ１、Ｔｐ２、Ｔｐ３．．．とする。）になり、その値は超音波の周期の約１／４（駆動周波数が５００ＫＨｚの場合、５００ｎｓ）になる。そこから基準電圧を増加させ、ピーク電圧を超えると時間差計時手段１５の計時した時間差は急に大きくなり図８に示すように時間差の変曲点（時間差の最小であるＴｐ１、Ｔｐ２、Ｔｐ３．．．）として現れる。（例えば基準電圧が２波のピークｐ２付近（但しｐ２を越えない）にあった場合から２波のピーク電圧ｐ２を超えた場合、変曲点はＴｐ２となる。）これは時間差の変曲点になる基準電圧が受信信号の各波のピーク電圧付近の電圧となることを意味している。そして変曲点間の幅（基準電圧幅）は受信信号各波のピーク電圧の電圧差である。
【００３１】
図８において変曲点Ｔｐ１、Ｔｐ２間の電圧差は受信信号の１波から２波のピーク電圧差で、変曲点Ｔｐ２、Ｔｐ３間の電圧差は受信信号の２波から３波のピーク電圧差を示している。このように基準電圧を最小から最大に変化させたときの時間差の変化には複数の変曲点が存在し、その変曲点間の幅が一番広い基準電圧範囲（図８において２波、３波のピーク電圧範囲）に基準電圧を設定すれば、受信信号の各波のピーク電圧差の一番大きい部分に設定することになり、例えば図８において２波、３波のピーク電圧の中点のＶｒｅに基準電圧を設定すれば２波、３波のピーク電圧と基準電圧との間にマージンを大きく取ることが出来、受信信号の電圧変動に対して最も安定に判定手段８が超音波の受信信号の到達時期を検知出来る。
【００３２】
基準設定手段１４が上記の様に基準電圧を設定すると制御手段１２は繰り返し手段９に正規の繰り返し回数（例えば２５６回）を設定して流量計測を開始する。流量計測を開始した後の基準設定手段１４の動作を図７を用いて説明する。流量計測を開始すると制御手段１２は送信手段５を動作させ第１超音波振動子２より超音波信号を送信し（図７のステップ１２）、増幅手段６で増幅された第２超音波振動子３で受信された超音波信号は基準比較手段７、判定手段８へ出力され、基準比較手段７で受信信号と基準電圧とを比較し（ステップ１３）、その大小関係が反転した時点から時間差計時手段１３で計時を開始し（ステップ１４）、判定手段８により増幅手段６出力の符号が正から負に変わる最初の負のゼロクロス点を検知するまで、時間差の計時を行う（ステップ１５、１６）。
【００３３】
判定手段８によりゼロクロス点（超音波の到達ポイント）の検知後、制御手段１２は送信手段５を再度動作させ超音波振動子２より超音波信号を送信する。この一連の動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行い（ステップ１１）、所定の繰り返し回数終了後、基準設定手段１４は繰り返し回数分の時間差計時手段１５が計時した時間差の内、初期設定動作時に基準電圧を設定した際の変曲点（図８における変曲点Ｔｐ２、Ｔｐ３）における時間差の幅に所定の比率の範囲（例えば２０％〜８０％として変曲点ｂ、ｃの幅（８００ｎｓ−５００ｎｓ）×０．２＋５００＝５６０ｎｓから（８００ｎｓ−５００ｎｓ）×０．８＋５００＝７４０ｎｓ迄の範囲）外の時間差が存在したかどうかを判定して、時間差の分布の形態により基準電圧の再設定を決定する。つまり所定の比率の範囲よりも短い時間差（５６０ｎｓ未満）が存在したかを判定し（ステップ１７）、存在した場合は初期設定動作で行った基準電圧の設定動作を再度実行する（ステップ１９）。短かい時間差が存在しなかった場合は同様に（７４０ｎｓ超）が存在したかを判定し（ステップ１８）、存在した場合は初期設定動作で行った基準電圧の設定動作を再度実行（ステップ１９）し、所定の比率の範囲よりも短い時間差と長い時間差の両方が存在した場合は流量計測をやり直す。所定の比率の範囲外の時間差が存在しなかった場合は流量計測を終了し、流量計測開始から所定の繰り返し回数終了までの時間を計時手段１０により測定して、第１超音波振動子２と第２超音波振動子３とを切換手段４により切り替えて、同様な動作を行い、被測定流体の上流から下流と下流から上流のそれぞれの伝搬時間を測定し、これらの時間差より流量算出手段１１で流路の大きさや流れの状態を考慮して流量値を求める。また、図９を用いて基準設定手段１４の他の動作を説明する。
【００３４】
図９は基準設定手段１４の他の動作を説明するフローチャートである。
【００３５】
図９に於いて所定の繰り返し回数の動作を終えるまでのステップ１１〜１６迄の動作は図７の動作と同じなので、繰り返し動作終了後のステップ２１から説明を行う。繰り返し手段９に予め設定された回数の流量計測動作が終了すると基準設定手段１４は繰り返し回数分の時間差計時手段１５が計時した時間差の内、初期設定動作時に基準電圧を設定した際の変曲点における時間差の幅に所定の比率（上記と同様２０％）の範囲の上限下限両方の範囲外の時間差が存在したかどうかを判定して（ステップ２１）、存在していた場合は初期設定動作で行った基準電圧の設定動作を再度実行する（ステップ２２）。存在していなかった場合は範囲の上限（７４０ｎｓ）より長い時間差だけが存在したかを判断して（ステップ２３）、存在した場合はその回数が所定の回数（例えば１０回）以上有ったか判断する（ステップ２４）。所定の回数以上であれば基準電圧を１制御単位（２ｍＶ）分、基準電圧を２回増加させる（ステップ２５、２６）。所定の回数未満であれば基準電圧を１制御単位（２ｍＶ）分、基準電圧を増加させる（ステップ２６）。そして同様に、範囲の上限（７４０ｎｓ）より長い時間差ではなく範囲の下限（５６０ｎｓ）より短い時間差だけが存在したかを判定し（ステップ２７）、存在した場合はその回数が所定の回数（例えば１０回）以上有ったか判断する（ステップ２８）。所定の回数以上であれば基準電圧を１制御単位（２ｍＶ）分、基準電圧を２回減少させる（ステップ２９、３０）。所定の回数未満であれば基準電圧を１制御単位（２ｍＶ）分、基準電圧を減少させる（ステップ３０）。そして範囲の上限との比較（ステップ２３）、下限との比較（ステップ２７）の結果、全ての時間差が範囲内であったならば基準電圧は変更せずそのまま処理を終了する。このように流量計測時の時間差計時手段１５の計時する時間差が基準電圧を設定した際の時間差を基に決定される所定の時間差の幅から逸脱した回数に応じて基準電圧の再設定が行われる。また、本実施例では時間差計時手段１５の計時する時間差が大きく変化する複数の変曲点の内、最大間隔の変曲点間の中点に基準電圧を設定するとしたが、受信信号の電圧変動の方向（増加もしくは減少）に特徴があり、例えば受信信号の電圧変動が増加することは無く、減少することのみであれば基準電圧を時間差の変曲点間の中点ではなく、それよりも低い電圧に設定する方が受信信号の電圧変動（減少）に対して基準電圧とのマージンを大きく取れる。このような場合は、例えば時間差の最大間隔の変曲点間の１／３の点というように設定する基準電圧は受信信号の電圧変動に応じて任意の点に設定すればよい。以上のように本実施例においては初期設定時に基準電圧を最小から最大に変化させ、そのときの時間差計時手段１３の計時する時間差が大きく変化する複数の変曲点の内、最大間隔の変曲点間の中点または任意の点に基準電圧を設定する基準設定手段１４としたことにより基準電圧を超音波の受信波の中で受信信号の電圧変動に対して一番安定して超音波信号の到達時期を検知出来る電圧に設定出来、また、基準電圧の設定後、流量計測時の時間差計時手段１５の計時する時間差が基準電圧を設定した際の時間差を基に決定される所定の時間差の幅から逸脱した場合に基準電圧の再設定が行われる。これにより基準電圧の設定が人手を介することなく迅速に行われかつ、設定後、流量計測時に基準電圧を継続して最適な電圧に保つことの出来る流量計測装置とすることが出来る。
【００３６】
（実施例３）
図１０は本発明の請求項７に係る第３の実施例の流量計測装置のブロック図である。図１１は同フローチャートである。
【００３７】
図１０において基準設定手段１４が制御手段１２から第１振動子及び第２振動子から超音波を送信する方向の信号を受け設定する基準電圧を変更する様にしたのが実施例２と異なるところであり、他の構成要素は実施例２と同じであるので説明は省略する。
【００３８】
以上のように構成された流量計測装置について、以下実施例２と異なる基準設定手段１４の動作、作用を説明する。制御手段１２は電源投入後、まず初期設定動作としてゲイン調整と基準電圧設定を行う。実施例２と同様に基準電圧設定動作では基準設定手段１４が基準電圧を最小から最大に変化させたときの時間差計時手段１５の計時する時間差が大きく変化する複数の変曲点の内、最大間隔の変曲点間の中点に基準電圧を設定する。そして制御手段１２は実施例２と同様に繰り返し手段９に設定した回数、超音波の送受信を行い流量計測（図１１のステップ５１）を行う。そして流量計測後、時間差計時手段１５が計時した時間差の平均値を算出する（ステップ５２）。そして制御手段１２は、第１超音波振動子２と第２超音波振動子３とを切換手段４により切り替えて（ステップ５３）、同様な流量計測を行い（ステップ５４）、その後、時間差計時手段１５が計時した時間差の平均値を算出する（ステップ５５）。基準設定手段１４は第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３の送信方向別の平均時間差を比較し（ステップ５６）、所定の差より大きい場合（例えば片方の時間差が６００ｎｓ、もう片方が６７０ｎｓと１０％以上の差がある場合）に送信方向別に基準電圧の設定動作を行い（ステップ５７）、以後方向に応じて別々の基準電圧を用いる。
【００３９】
以上のように本実施例においては流路を流れる流体の流量によって被測手流体の上流から下流と、下流から上流へと超音波信号を送信する方向で受信信号の感度の差が発生し、受信波の電圧と基準電圧との関係が変化し、その結果、時間差計時手段が計時する時間差が超音波信号を送信する方向で異なった場合にそれぞれの方向で最適な基準電圧の設定ができる。このように超音波信号の送信方向で受信信号の電圧に差が発生しても基準電圧を最適な電圧に保つ流量計測装置とすることが出来る。
【００４０】
（実施例４）
図１２は本発明の請求項８の実施例４の流量計測装置のブロック図である。図１３、図１４は本発明の実施例４の流量計測装置の動作説明図であり、基準電圧の決定動作を説明したものである。図１２において７ａは予め設定されるか、基準電圧の設定を変更する電子ボリューム等の基準設定部で、７ｂは基準設定部７ａの基準電圧と受信側の振動子の受信信号の電圧とを比較する比較部であり、７ｃは比較部７ｂの出力と判定手段８からの出力の時間差を計時する時間差計時部である。基準設定部７ａと比較部７ｂと時間差計時部７ｃとで基準比較手段７を構成していることが第１の実施例と異なっている。１６は基準比較手段７の出力後、前記増幅手段６の出力の任意のポイント間の時間を算出する信号幅検出手段である。他の構成要素は実施例１と同じであるので説明は省略する。
【００４１】
以上のように構成された流量計測装置について、以下、その動作について説明する。基準比較手段７は自らの基準電圧の設定値を以下のように決定する。制御手段１２は電源投入時の初期設定動作や、流量算出手段１１が異常値を算出した場合や判定手段８が超音波信号の到達時期を判定出来なかった場合に基準比較手段７に基準電圧の決定動作の実行を指示する。制御手段１２からの指示により基準比較手段７は自らの基準電圧の決定動作モードとなると、基準設定部７ａは基準電圧を増幅手段６により増幅された超音波の受信信号のピーク電圧付近に設定する。（図１３に示すように第４波が受信波のピーク電圧である場合、基準電圧をそのピーク電圧に設定する。この時の電圧をＲｅｆｓ）そして、その電圧Ｒｅｆｓから徐々に電圧（設定値）を下げていきながら比較部７ｂの出力信号と判定手段８の出力信号の時間差を時間差計時部７ｃで計時する。
【００４２】
これは例えば基準電圧が図１３の点線で示すＲｅｆｐであった場合、比較部７ｂの出力信号Ｃと判定手段８の出力信号Ｅとの時間差ｔｄを時間差計時部７ｃで計時するわけである。そしてこのように基準電圧を下げていった場合の時間差計時部７ｃで計時する時間差は図１４のようになり、超音波の受信信号の各波（第２波、第３波・・・）のピーク電圧で超音波の周波数の１／４波長の時間となり、他の部分では基準電圧を下げるに従って時間差が長くなる。
【００４３】
このように基準電圧と時間差とは相関があり、超音波の周波数の１／４波長となる基準電圧値が超音波の受信信号の各波のピーク電圧であるので第３波ピーク電圧値と第２波ピーク電圧の中間電圧を基準電圧ｒ２、第２波ピーク電圧値と第１波ピーク電圧の中間電圧を基準電圧ｒ１として基準設定部７ａに記憶して、基準比較手段７は自らの基準電圧の決定動作モードを終了する。
【００４４】
そして受信信号の到達時期を認識するために検知しようとする波を例えば３波目とした場合、その１波前の２波目のピーク電圧との中間電圧の基準電圧ｒ２に基準電圧を設定して流量計測を開始する。尚、本実施例ではゲイン調整後に、基準電圧の決定動作モードで、最初に基準電圧を受信信号のピーク電圧から徐々に電圧を下げていくとしたが、反対に受信信号の最も振幅の小さい波（１波目）付近から徐々に上げていき時間差計時部７ｃの計時する時間差により特定の波間（例えば２波、３波間の中間電圧に基準電圧を設定する様にしても同じ効果を有するものである。さらに本実施例では受信信号のピーク電圧の中間電圧としたが実施例２で述べたように、受信信号の電圧（振幅）変動の方向（増加もしくは減少）に特徴がある場合、受信信号の電圧変動に対して特定のピーク電圧間の中で、基準電圧とのマージンを大きく取れる任意の電圧に設定すればよい（例えば実施例２で述べたように特定ピーク電圧間の１／３の点）。
【００４５】
以上のように本実施例においては電源投入時の初期設定動作時や、その後の基準電圧設定動作時に、時間差計時部７ｃが計時する比較部７ｂと判定手段８の出力の時間差より基準設定部７ａの基準電圧設定値を決定する設定値決定及び記憶動作が行われ、この基準電圧は実際の超音波信号の受信波を基に決定されるので、基準電圧を最適な電圧とする流量計測装置とすることが出来る。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の流量計測装置は、基準比較手段の出力に応じて基準電圧を基準設定手段が設定し、その基準電圧は受信信号の到達時期を認識するために検知しようとする波のピーク電圧と１波長前の波のピーク電圧間で、流量計測中に変動する受信信号の振幅レベルを考慮した電圧に設定されるので、受信信号の到達時期を認識するために検知しようとする波と基準電圧とのマージンを大きく取れ、計測中の受信信号の振幅レベルの変動に強く計測精度の高い流量計測装置とすることが出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における流量計測装置のブロック図
【図２】同装置の動作を説明する図
【図３】同装置のフローチャート
【図４】第２の実施例における流量計測装置のブロック図動作を説明する図
【図５】同装置の動作を説明する図
【図６】同装置のフローチャート
【図７】同装置のフローチャート
【図８】同装置の動作を説明する図
【図９】同装置の基準設定手段の他の動作を説明するフローチャート
【図１０】本発明の実施例３における流量計測装置のブロック図
【図１１】同装置のフローチャート
【図１２】本発明の実施例４における流量計測装置のブロック図
【図１３】同装置の動作を説明する図
【図１４】同装置の動作を説明する図
【図１５】従来の流量計測装置のブロック図
【図１６】従来の流量計測装置の動作説明図
【図１７】従来の流量計測装置の増幅手段の動作説明図
【符号の説明】
１　流路
２　第１超音波振動子（第１振動子）
３　第２超音波振動子（第２振動子）
４　切換手段
５　送信手段
６　増幅手段
７　基準比較手段
８　判定手段
９　繰り返し手段
１０　計時手段
１１　流量算出手段
１２　制御手段
１３　基準設定手段
【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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【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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【図１７】
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