(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側としても受信側としても働く超音波送受波器を少なくとも１対設け、流体の流れの中を上流から下流の順方向及び下流から上流の逆方向に超音波の送受信を行い、その各方向の到達時間より流量を求める超音波流量計で、かつ、各方向毎に先ず一方の送受波器を送信側として送信し、他方の受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると再び送信側送受波器を駆動して送信し、これを複数の一定回数繰り返すように構成し、各方向毎に第１回目の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求める超音波流量計において、
前記受信波検知部は、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波が次にゼロクロスする点を到達ポイントとし、
送信の駆動パターンの極性のみ逆にできるようにすると共に、前記基準レベルの極性のみ逆にした逆基準レベルを用意し、
送信の駆動パターンの極性を逆にしたときは、その送信に対応する受信は、前記逆基準レベルを最初に逆方向に越えた波が次にゼロクロスする点を到達ポイントとし、
前記第１回目の送信の駆動パターンを正とし、その逆の極性を負とした場合に、前記第１回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しで送信を行うようにしたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
送信側としても受信側としても働く超音波送受波器を少なくとも１対設け、流体の流れの中を上流から下流の順方向及び下流から上流の逆方向に超音波の送受信を行い、その各方向の到達時間より流量を求める超音波流量計で、かつ、各方向毎に先ず一方の送受波器を送信側として送信し、他方の受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると再び送信側送受波器を駆動して送信し、これを複数の一定回数繰り返すように構成し、各方向毎に第１回目の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求める超音波流量計において、
前記受信波検知部は、第１回目の受信を受ける第１回目の受信は１つの送信による一群の受信波のうち特定番目と判断した波がゼロクロスする点を到達ポイントとし、
第２回目以降の受信は前回の送信から到達ポイントまでの時間から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを到達ポイントとするようにし、
送信は駆動パターンの極性のみを逆にできるようになっていて、
前記第１回目の送信の駆動パターンを正とし、その逆の極性を負とした場合に、前記第１回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しで送信を行うようにしたことを特徴とする超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５に示すように、流体中に距離Ｌを離して流管３の上流と下流に配置した１組の超音波送受波器の一方の送受波器１から他方の送受波器２へ超音波を送信したときの順方向伝播時間と、送受波器２から送受波器１へ超音波を送信したときの逆方向伝播時間とから流体の流速Ｖを求め、流量を演算している。
【０００３】
上述の測定原理において、超音波が受信側の送受波器に到達する時期、つまり到達時点を特定する受信検知の方法として、特定波のゼロクロス点を検知するようにしたものがある。図１６は発信のタイミングを示す発信駆動信号と受信波を示している。実際の受信波は非常に小さく、先ず増幅される。同図の受信波は増幅後の波形を示している。
【０００４】
ａが到達時点で、徐々に振幅が大きくなる。その後最大振幅となり徐々に小さくなる。ところが到達時点ａはノイズに隠れて検知できない。そこで、次のような方法が行われている。
【０００５】
ノイズより十分大きな基準電圧レベル（単に基準レベルともいう）としてのしきい値ＶTHを決め、このレベルに最初に達した波、例えば同図の第３波がｂ点でしきい値に達した後ゼロレベルを通るゼロクロスポイントｃを検知して受信検知とする方法である。
【０００６】
しきい値ＶTHは常に何番目かのある特定の波（例えば第３波）のゼロクロスポイントを検知するように定めてあり、実際の伝播時間ｔは、ａ点からｃ点までの時間τを予め求めて記憶しておき、測定した時間ｔ＋τに相当する値から時間τを減算することにより求めている。
【０００７】
受信検知のときに特定番目の波（即ち前記特定波）と判断する方法としては、前述のように一定の基準レベルを最初に越えた波が特定番目の波であるとする方法の他に、２つの基準レベルを用意し、そのうちの低い方の基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波が一気にもう１つの基準レベルも越えたときに、その波が特定番目の波であると判断する方法も公知である（特開平１０−３３２４５２号公報、特開２０００−２８３８１２号公報）。
【０００８】
送信から受信までの順方向伝播時間や逆方向伝播時間を求めるのに、単純に測定した到達時間ｔ＋τから時間τを減ずるのではなく、伝播時間計測の精度を向上するために、受信すると同時に次の送信を同じ方向に行うことを複数回（ｎ−１回）繰り返すことにより、一方向、例えば順方向の送受信をｎ回連続して繰り返して、最初（第１回目）の順方向送信から最後（第ｎ回目）の受信までの時間、つまり到達時間のｎ倍をまとめて測定し、次に他方向、例えば逆方向への送受信を同様にしてｎ回連続して繰り返して、最初の逆方向送信から最後の受信までの時間、つまり到達時間のｎ倍をまとめて測定し、これらの各方向の複数回の送受信で得た測定値からｎτを減じ、各方向の伝播時間を計算して流速更に流量を求める超音波流量計も公知である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際の受信波は前記図１６に示すような綺麗な波形ではなくて、図１のようになっている。超音波パルスのある送信（発信）に対する受信波は、送信時点から主に送受波器間の距離と音速で決まる時間経過後に急に大きく立ち上がる形で大きく現れ、それが徐々に小さくなる。最初の大きい部分が丸く囲んで符号Ａを付けた本来の信号部で、その後に続く徐々に振幅が小さくなる部分は、丸く囲んで符号Ｂを付けた残響（尾引ともいう）である。そして、送信時点から、送信時点と信号部Ａまでの時間間隔の約３倍の時間が経過したところには、受信側送受波器で反射した超音波が発信側の送受波器で再び反射して再度受信側送受波器に届いた小さな受信波が現れる。この小さな受信波は丸く囲んで符号Ｃを付けた部分で１．５往復波と呼ぶことにする。
【００１０】
以上は送信を１回だけ行った場合である。到達時間測定の精度を向上させるために、受信とともに次の送信を行うことを複数回繰り返し、到達時間の複数倍をまとめて測定する場合には、これらがノイズとなり（残響ノイズ、１．５往復ノイズと呼ぶことにする）測定に影響を及ぼす。
【００１１】
つまり、残響ノイズは十分に小さくなりきっていないため、次の受信（ゼロクロスポイント）に、１．５往復ノイズは次の次の受信（ゼロクロスポイント）に悪影響を及ぼす。特に送受波器間の距離Ｌの小さい小型の流量計では、これらのノイズが信号（受信波）に比べて無視できないため、大きな障害となっていた。
【００１２】
図２は、狙った特定番目の波のゼロクロスポイント付近を拡大したものである。受信波はノイズに比べて大きいため、図のように表すことができる。ノイズが乗った実際の受信波では、ゼロクロスポイントが真の時点（ゼロクロスポイント）からずれて誤差を発生する。この図ではノイズをプラス側にしたが当然マイナス側もあり得る。
【００１３】
前述のように送受信を連続して繰り返す場合、第１回目の受信時は残響ノイズも１．５往復ノイズもないため、真の受信波そのものが受信でき、ゼロクロスポイントも真のゼロクロスポイントが検知できる。しかし、２回目の受信以降からは残響ノイズ、更に３回目の受信以降は１．５往復ノイズも真の受信波と一緒に受信することになる。しかもこれらのノイズは送信と同期しているため、真の受信波とも同期することになり、いつも真の受信波に対して同じ位相関係で現れる。
【００１４】
図２では、この２つのノイズを合わせてノイズとして表した。結局、このノイズにより送受波器には真の受信波＋ノイズが受信されることになり、ゼロクロスポイントは真のゼロクロスポイントよりずれることになる。この誤差は、特に微少流量において大きな流量誤差になり、超音波流量計の精度向上に対する大きな障害となっていた。仮にノイズの極性が図２の場合と比べて逆である（即ち、位相角が１８０度異なる）と、図３のようになって、ゼロクロスポイントの誤差も図２の誤差の極性を逆にした値となる。
【００１５】
再び図１で説明する。これは、ある１回の送信に対する受信波を模式的に表し、送信に同期しないノイズは省いたものである。この信号部Ａ，残響Ｂ及び１．５往復波Ｃの形状は、温度等が変化しない短時間の間は毎回ほとんど同じ形で現れ、更に送信の駆動を電圧、パルス幅を変えずに極性のみを逆にすると、信号部Ａだけでなく残響Ｂ、１．５往復波Ｃも１８０℃異なる位相角（波高値等は同じで極性のみ逆）となることが実験等で確認されている。
【００１６】
そこで、本発明は残響や１．５往復波に起因するノイズによる前記の障害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】
【課題を解決するための手段】
図２，３の真の受信波のみ極性を逆にすると、狙った特定番目の波はマイナス側に現れ、図４，５のようになり、誤差の絶対値は同じで極性のみ逆になる。このような現象を活用してノイズによる誤差を相殺するようにしたのが本発明である。
【００１８】
仮に狙った波がプラス側に現れるように送信側の送受波器を駆動する場合を正の駆動とし、狙った波がマイナス側に現れるように送信側の送受波器を駆動する場合を負の駆動としたとき、以下のことが言える。
【００１９】
正の駆動による受信点に与える正の駆動による残響ノイズの影響（誤差）を＋α（図２）とすると、正の駆動による受信点に与える負の駆動による残響ノイズの影響は−α（図３）、負の駆動による受信点に与える正の駆動による残響ノイズの影響は−α（図４）、負の駆動による受信点に与える負の駆動による残響ノイズの影響は＋α（図５）となる。
【００２０】
また、正の駆動による受信点に与える正の駆動による１．５往復ノイズの影響（誤差）を＋β（図２）とすると、正の駆動による受信点に与える負の駆動による１．５往復ノイズの影響は−β（図３）、負の駆動による受信点に与える正の駆動による１．５往復ノイズの影響は−β（図４）、負の駆動による受信点に与える負の駆動による１．５往復ノイズの影響は＋β（図５）となる。
【００２１】
まず、残響ノイズの影響だけを考える。残響ノイズは次の受信に影響を与える。仮に正の駆動が連続して繰り返されている場合、正の駆動の受信は、１つ前の正の駆動の残響ノイズの影響を受け、毎回＋αの誤差となる。正の駆動が連続している中で１回負の駆動を行うと、その負の駆動の受信は１つ前の正の駆動の残響ノイズの影響を受け−αの誤差となり、更に前記負の駆動の次の正の駆動による受信は、負の駆動の残響ノイズの影響で−αの誤差となる。つまり、１回負の駆動を混ぜることで、その受信時とその次の受信時の２回が−α誤差になる。したがって、４回の内１回負の駆動とすれば４つの誤差のうち２回が＋α、もう２回が−αとなり相殺される。
【００２２】
１．５往復ノイズについても同様で、この場合は次の次の受信に影響を与える。正の駆動が連続して繰り返されている場合、正の駆動の受信は、２つ前の正の駆動の１．５往復ノイズの影響を受け、毎回＋βの誤差となる。正の駆動が連続している中で１回負の駆動を行うと、その負の駆動の受信は２つ前の正の駆動の残響ノイズの影響を受け−βの誤差となり、更に前記負の駆動の次の正の駆動による受信は前記負の駆動の１つ前の正の駆動の１．５往復ノイズの影響で＋βの誤差となるが、その次の正の駆動による受信が前記負の駆動の１．５ノイズの影響を受けて−βの誤差となる。つまり、１回負の駆動を混ぜる（挟む）ことで、その受信時とその次の次の受信時の２回が−β誤差になる。したがって、４回の内１回負の駆動とすれば１．５往復ノイズによる誤差も４回の内２回が＋α、もう２回が−αとなり相殺される。
【００２３】
このように２回の＋βと２回の−βで相殺するようにするには、負の駆動の前の２回の駆動は正の駆動であり、負の駆動に続く２回の駆動も正の駆動にする必要がある。
【００２４】
図６は、上記〔００２１〕〜〔００２３〕の関係を示す図である。
【００２５】
従って、一定回数の繰り返して行う送信の１／４を逆の極性の送信とし、この逆の極性の送信後は少なくとも２回の逆の極性でない送信を行うことで、残響ノイズと１．５往復ノイズの両者の悪影響を最小にできる。
【００２６】
なお、上述で、正の駆動、負の駆動の正・負は、実際の駆動の極性を示すものではなく、極性のみを逆にした図７（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す２つの駆動パターンの一方を正とし、他方を負と表現したものである。図７の駆動パターンは、送信側の送受波器（超音波振動子）に印加する駆動パルスの波形（パターン）で、仮に同図（ａ）の駆動パターンを「正の駆動」と呼ぶことにすれば、同図（ｂ）の駆動パターンは「負の駆動」ということになる。残響ノイズの影響による誤差αと、１．５往復ノイズの影響による誤差βも、正・負両方があり得る。
【００２７】
そこで、前記目的を達成するために、請求項１の発明は、送信側としても受信側としても働く超音波送受波器を少なくとも１対設け、流体の流れの中を上流から下流の順方向及び下流から上流の逆方向に超音波の送受信を行い、その各方向の到達時間より流量を求める超音波流量計で、かつ、各方向毎に先ず一方の送受波器を送信側として送信し、他方の受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると再び送信側送受波器を駆動して送信し、これを複数の一定回数繰り返すように構成し、各方向毎に第１回目の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求める超音波流量計において、
前記受信波検知部は、ある基準レベルに対し最初にそのレベルを越えた波が次にゼロクロスする点を到達ポイントとし、
送信の駆動パターンの極性のみ逆にできるようにすると共に、前記基準レベルの極性のみ逆にした逆基準レベルを用意し、
送信の駆動パターンの極性を逆にしたときは、その送信に対応する受信は、前記逆基準レベルを最初に逆方向に越えた波が次にゼロクロスする点を到達ポイントとし、
前記第１回目の送信の駆動パターンを正とし、その逆の極性を負とした場合に、前記第１回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しで送信を行うようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００２８】
この発明では、受信波検知部に、極性のみ異なる電圧が同じの２つの基準レベル（基準電圧）を用意して、狙った特定の波が現れる正又は負の側の基準レベルを使うことで、駆動の極性（即ち駆動パターンの極性）に対応して特定番目の波を捉えられる。図８は、実線が正側に基準レベルを配した時の基準レベルと受信波の関係、点線が負側に基準レベルを配したときの基準レベルと受信波の関係を示す。
【００２９】
通常、単純なゼロレベルとの比較だけでは到達時点は特定できない。まず、狙った波を捉える必要がある。そのため、請求項１の発明では基準レベルをプラス側、マイナス側両方に用意した。
【００３０】
また、請求項２の発明は、送信側としても受信側としても働く超音波送受波器を少なくとも１対設け、流体の流れの中を上流から下流の順方向及び下流から上流の逆方向に超音波の送受信を行い、その各方向の到達時間より流量を求める超音波流量計で、かつ、各方向毎に先ず一方の送受波器を送信側として送信し、他方の受信側送受波器の信号を入力とする受信波検知部が受信波を検知すると再び送信側送受波器を駆動して送信し、これを複数の一定回数繰り返すように構成し、各方向毎に第１回目の送信から一定回数目の受信までの時間を測定し、その結果から到達時間を求める超音波流量計において、
前記受信波検知部は、第１回目の受信を受ける第１回目の受信は１つの送信による一群の受信波のうち特定番目と判断した波がゼロクロスする点を到達ポイントとし、
第２回目以降の受信は前回の送信から到達ポイントまでの時間から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを到達ポイントとするようにし、
送信は駆動パターンの極性のみを逆にできるようになっていて、
前記第１回目の送信の駆動パターンを正とし、その逆の極性を負とした場合に、前記第１回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しで送信を行うようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【００３２】
この請求項２の発明では、第１回目の受信で狙った波を捉えられれば（捉える方法として、ある基準レベルの電圧を最初に越えた波とするのがよく行われている）、第２回目の受信以降は直前の送受信での到達時間より、受信時点を予想し、その予想点に最も近いゼロクロスポイントを受信点、即ち到達ポイントとしている。具体的には、第２回目以降の受信は前回の送信から到達ポイントまでの時間（即ち到達時間）から一定時間を減じた時間がその回の送信から経過した時以降の最初のゼロクロスポイントを到達ポイントとするようにした。
【００３３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好ましい実施の形態を図面の実施例に従って説明する。
【００３４】
〔実施例１〕
図９は実施例１の全体構成である。受信波検知部について図に詳しく示して説明する。
送受波器１，２は超音波振動子で、送信にも受信にも使用できる。両送受波器は流体中を上流から下流への順方向又は下流から上流への逆方向に超音波の送受を行う。
【００３５】
受信波検知部４は受信側の送受波器、例えば２が接続され受信波を検知すると受信波検知信号を出力する。送波器駆動部５はコントロール部６より第１送信指令信号を受けると送信側の送受波器、例えば１をまず駆動し、その後は受信波検知部４より受信波検知信号を受ける度に駆動する。但し、第１のカウンタ７より第ｎ受信波検知信号を受けると、それ以後は新たに第１送信指令信号を受けるまでは駆動を停止する。本実施例では無意味なｎ＋１回目の駆動を行ってしまうようになっているが、受信側で無視するので問題はない。
【００３６】
第１のカウンタ７は受信波検知部４からの受信波検知信号をカウントし、ｎ回目の受信波検知信号（第ｎ受信波検知信号）を出力する。このカウンタ７はコントロール部６よりの第１送信指令信号でリセットされるようになっている。第２のカウンタ８は第１送信指令信号から第ｎ受信波検知信号までの時間ｎ（ｔ1 ＋τ）を測定する。その時間（カウント値）はコントロール部６が読み取る。実施例では第１送信指令信号でカウント値がゼロクリアされ、カウントを開始するように構成されている。
【００３７】
コントロール部６は一定間隔で送受切替信号を反転させて切替スイッチ９，１０を切り替えることにより２つの送受波器１，２の役割の切り替えを行う。
各切り替え後、毎回切り替えによるノイズ等がおさまる時間をおいて、第１送信指令信号を出力する。そして、第ｎ受信波検知信号が入力されると、カウンタ８の測定値（カウント値）、例えばｎ（ｔ2 ＋τ）を読み取り、直前に行った反対向きでの測定値とを用いて、その間の流速更に流量を演算する。
【００３８】
また、受信波検知部４からは、更に逆極性駆動指示信号が送波器駆動部へ出力されていて、この信号が"High"のときは送波器駆動部は通常とは逆の駆動パターンで送信駆動を行うようになっている。
【００３９】
実施例においては、第３波がプラス側に現れる駆動を通常の駆動パターンとし、第３波のゼロクロスポイントを受信点（到達ポイント）としている。したがって、逆極性駆動信号が"High"のときの送信の受信点（到達ポイント）は、マイナス側に現れる第３波のゼロクロスポイントとなる。
【００４０】
図１０は、前記送波器駆動部５の一部と送信側の送受波器、例えば１を示す図である。逆極性駆動信号により２つのスイッチＳ１，Ｓ２が切り替わるようにできていて、逆極性駆動信号を"High"にすることで送受波器、例えば１に加えられる駆動パルスのパターン、即ち駆動パターンを逆の極性にすることができる。スイッチＳ１，Ｓ２が図示の状態では、ライン１１に供給されている正の駆動パターンの駆動パルスが送受波器１に印加され、逆極性駆動信号が"Low"になると、スイッチＳ１，Ｓ２が図示の状態から切り替わって、送受波器１には反転した駆動パルス、即ち負の駆動パターンの駆動パルスが印加されることになる。
【００４１】
図１１は受信波検知部の電気回路図で、切替スイッチ１０を介して受信側の送受波器、例えば２から入力される信号Ｖｉｎは図示されてない増幅部１１で増幅されて、増幅後の受信波が比較器１２の＋入力と比較器１３の、−入力及びゼロクロス検知用比較器１４の−入力とゼロクロス検知用比較器１５の＋入力とに入力される。
【００４２】
カウンタ１６はＱ０，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の出力を持ち順に"High"となるものである。そのあたりのタイミングを、第１送信指令信号、受信波検知信号と共に図１２に示した。第１送信指令信号は測定をやっていない時は"High"で、立ち下がりが第１送信タイミングとみなされる。該カウンタ１６は第１送信指令信号が"Low"となりリセット解除されると、受信波検知信号が遅延回路１７で遅延された信号をカウント開始する。この遅延時間は、受信波検知信号が出力されるのと同時に送波器駆動部が行う送信駆動の時間より少し大きく設定されていて、受信と同時に行う送信が終了してからカウントアップするようになっている。ここで、Ｑ１出力が逆極性駆動指示信号として送波器駆動部へ出力されている。また、図１１に示すようにＱ２出力がスイッチＳ３，Ｓ４の切り替え信号になっていて、Ｑ２出力が"Low"のときはプラス側の基準レベル３５０mVを初めて越えた波のゼロクロスポイント、"High"のときはマイナス側の基準レベル−３５０mVを初めて越えた波のゼロクロスポイントを選択するように構成されている。
【００４３】
したがって、Ｑ１出力が"High"で送信側の送受波器を逆極性の駆動パルスで駆動し、その受信波が届く時点ではカウンタ１６のカウントが進み、Ｑ２出力が"High"となり逆極性駆動に対応した受信を行うようになっている。
【００４４】
これにより、第１回目の送信を正とすると、送信の極性は第１回目の送信から、正、正、負、正の繰り返しになり、繰り返しの一定回数の発信の１／４の回数を、２つの駆動パターンの一方の発信とし、このパターンでの発信後は少なくとも２回のもう一方のパターンの発信を行うようにでき、目的を実現する。
【００４５】
なお、１８はRSFF、１９は立上り検知回路である。また、カウンタ１６のＱ０出力とＱ３出力は使用していない。
【００４６】
〔実施例２〕
この実施例２は、前記実施例１と比較して受信波検知部４のみが異なるので、全体の構成を示す図は前記図９、図１０で代え、ここでは図１３の電気回路に従って説明する。
【００４７】
図１３は実施例２の受信波検知部の主要部である。３５０mVの基準レベルを用意し、最初にこの電圧に達した波が狙った波になるように図示されてない増幅器の増幅度が調整されている。また、第１送信指令信号がコントロール部６より入力されていて、この信号は測定をやっていないときは"High"であり、"Low"への立下がり点で第１回目の送信がされるものである。この信号は、RSFF２０、カウンタ２１及びカウンタ２３のリセット信号となっている。よって、第１送信指令信号が"Low"となったときはRSFF２０の出力Ｑは"Low"であり、スイッチＳ３は３５０mVの基準レベル、スイッチＳ４は比較器２４の出力を選択している。また、カウンタ１６は実施例１（図１１）のカウンタ１６と同機能のもので、同様に測定開始時においては、出力Ｑ２が"Low"であるため、スイッチＳ５は"High"から"Low"へのゼロクロスを検知する比較器２５の出力を選択している。
【００４８】
また、遅延回路１７の遅延についても図１１と同等で、図１２のタイミングが同様に適用できる。
受信波のある波が、基準レベルの３５０mVに達するとRSFF１８ＡのＱ出力は一旦"Low"となり、比較器２５でゼロクロスを検知すると再び"High"となり、その立ち上がりを立上がり検知回路１９で検知したものが受信波検知信号として出力される。
【００４９】
また、同時にこの信号はRSFF２０の入力Ｓに入力されていて、ここでRSFF２０の出力はＱは"High"となり、スイッチＳ３が切り替わりゼロレベルを選択し、比較器２４は"Low"から"High"のゼロクロス検知に機能が切り替わる。また、スイッチＳ４も切り替わり、比較器２６のＡ＝Ｂ出力を選択、この信号は（前回の到達時間−Δｔ）時間、今回の発信から時間経過したとき"High"になり、そのときRSFF１８ＡのＱ出力は"Low"、そして、スイッチＳ５で選択された比較器２５がゼロクロスを検知したとき"High"となる。
【００５０】
受信波検知信号は記憶器２７のラッチ信号、カウンタ２３のリセット信号になっていて、受信ポイントにおいてカウンタ２３の値を記憶すると共に次の瞬間該カウンタ２３をリセットするように構成されている。なお、Δｔは超音波の１／２周期分のクロック数に定めてある。
【００５１】
カウンタ２３は、超音波の到達時間をカウントするものであり、記憶器２７のラッチ入力（即ち前記受信波検知信号）で、この瞬間のカウンタ値（到達時間）を記憶器２７に記憶する。到達時間を記憶器２７が記憶すると、カウンタ２３がリセットされて、次の到達時間の測定に移るようになっている。
【００５２】
減算器２８は記憶器２７で記憶されたカウンタ２３のカウント値、即ち前回の到達時間がＣ入力として入力されていて、もう一方に超音波の１／２周期の時間に相当するクロック数の数値Δｔが入力されている。そして、Ｃ−Δｔ、即ち前回の到達時間から一定値Δｔを引いた値がデジタル比較器２６のＢ入力に入力されている。
【００５３】
また、カウンタ２３の出力がＡ入力としてデジタル比較器２６に入力されていて、そのＡ，Ｂ入力が等しくなるとＡ＝Ｂ出力が"High"となる。カウンタ２３のカウントが進んでＣ−Δｔと等しくなると、Ａ＝Ｂ出力が"High"となり、RSFF１８Ａの出力Ｑは"Low"となり次のゼロクロスを待つ状態となる。
【００５４】
前述のように、カウンタ１６は受信波検知信号を遅延させた信号をカウントし、Ｑ０，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ０，Ｑ１，…と順に"High"となる。Ｑ１は逆極性駆動指示信号として送波器駆動部に出力されていて、はたらきは実施例１と同じである。Ｑ２がスイッチＳ５の切り替え信号になっていて、Ｑ２がＱ１に続いて"High"になることで逆極性駆動パターンによる受信波の逆向きのゼロクロスを捉えるようになっている。
【００５５】
これにより、第１回目の送信を正とすると、送信の極性は第１回目の送信から順に、正、正、負、正の繰り返しになり、繰り返しの一定回数の発信の１／４の回数を、２種の駆動パターンの一方の送信とし、このパターンでの送信後は少なくとも２回のもう一方の駆動パターンによる送信を行うようにでき、こうして目的を実現できる。
【００５６】
〔実施例３〕
図１４は実施例３の受信波検知部の主要部である。流量計全体の構成は実施例１と２と同様に図９にブロック図のようであるので、説明を省略する。図１４で、前記図１３と同じ機能を果たす要素は、同じ符号を付してその説明を省略する。比較器２４Ｂと立ち上がりと立ち下がりの両エッジを検出して信号を出力する両エッジ検知器３０とを組み合わせることで、"High"から"Low"と、"Low"から"High"の両方のゼロクロスを検知するようにして、RSFF１８ＡのＳ入力に入力している。こうして、駆動パターンの極性に関係なく正しい受信ポイントを検知できるため、回路構成が簡単である。なお、この実施例ではΔｔ′を超音波の１／４周期に相当する時間分のクロック数として、実施例２のΔｔと区別した。
【００５７】
〔実施例４〕
図１４において、カウンタ１６のＱ１，Ｑ２，Ｑ３出力のＯＲをとり、このＯＲを逆極性駆動指示信号とする。
【００５８】
なお、上記各実施例で、超音波の伝播方向の一方について行う連続した繰り返しの送受信回数が４の倍数でないときは、一方の駆動パターンと他方の駆動パターンの数（回数）の比を１：３にはできないが、この値（比）に近くすることでノイズの影響による誤差を最小にでき、このようなものも本発明の範囲に含まれる。
【００５９】
【発明の効果】
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、残響や１．５往復波による超音波の伝播時間（又は到達時間）の、測定誤差を相殺又はほぼ相殺して最小にすることができるため、流量計の精度を高くできる。
【００６０】
また、請求項２の発明では、ゼロクロスのみで到達ポイントを特定できるため、片側だけで特定番目の波を捉えられるようにすればよく、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超音波流量計の受信波形を説明する図。
【図２】本発明のゼロクロスポイントの誤差を説明する図。
【図３】本発明のゼロクロスポイントの誤差を説明する図。
【図４】本発明のゼロクロスポイントの誤差を説明する図。
【図５】本発明のゼロクロスポイントの誤差を説明する図。
【図６】本発明の受信波を説明する図。
【図７】本発明の駆動パルスの図で、（ａ）と（ｂ）は異なる駆動パターンを示す。
【図８】本発明の受信波と受信ポイントを説明する図。
【図９】本発明の実施例の全体構成のブロック図。
【図１０】本発明の実施例における駆動パターンの切り替えをする電気回路図。
【図１１】本発明の実施例１の受信波検知部の要部電気回路図。
【図１２】本発明の実施例１のタイミングチャート。
【図１３】本発明の実施例２の受信波検知部の要部電気回路部。
【図１４】本発明の実施例３の受信波検知部の要部電気回路部。
【図１５】超音波流量計の原理を説明する略図。
【図１６】従来技術におけるゼロクロスポイントの検知方法を説明する図。
【符号の説明】
１，２    超音波送受波器
４        受信波検知部
５        送波器駆動部
Ａ        信号部
Ｂ        残響
Ｃ        １．５往復波
【図１】
0004825367.tif 000002
【図２】
0004825367.tif 000003
【図３】
0004825367.tif 000004
【図４】
0004825367.tif 000005
【図５】
0004825367.tif 000006
【図６】
0004825367.tif 000007
【図７】
0004825367.tif 000008
【図８】
0004825367.tif 000009
【図９】
0004825367.tif 000010
【図１０】
0004825367.tif 000011
【図１１】
0004825367.tif 000012
【図１２】
0004825367.tif 000013
【図１３】
0004825367.tif 000014
【図１４】
0004825367.tif 000015
【図１５】
0004825367.tif 000016
【図１６】
0004825367.tif 000017