(57)【要約】【課題】ＤＣＤＣコンバータを用いた場合、動作タイミングが統一されておらず、さらに回路の初期設定動作などを行なっている時に昇圧回路が動作するとシステムの電圧が変動する。そこで、超音波駆動用の電源は通常の電源を用い安定した電圧で電力供給を行うとともにノイズ等の影響をシステムに与えないような動作を実現する。【解決手段】制御手段４５は、電源４２から降圧した電圧によって計測系の全体の動作を制御するともに超音波を送信する振動子３２への電力供給を直接電源電圧を用いて制御するものである。【選択図】図１
2005249641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、前記振動子を駆動する送信手段と、受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、前記繰返し時に送信側振動子からの送信信号を遅らせる遅延手段と、前記振動子の送受信を切換えるごとの複数回繰返した超音波伝搬の伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流速または流量を算出する演算手段と、電源と、前記電源より低電圧をつくる降圧手段と、制御手段とを有し、前記制御手段は前記降圧手段からの降圧した出力で前記電源と送信手段を制御する電源制御手段とを備えた流れ計測装置。
【請求項２】
電源と送信手段の間に開閉手段を設け、制御手段は前記開閉手段を動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項３】
制御手段は送信手段の出力または入力の少なくとも一方の電圧を検知する電圧検知手段と、前記出力検知手段の信号により受信手段のゲインを調整するゲイン調整手段を有する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項４】
出力検知手段は送信手段の出力または入力の少なくとも一方の電圧を分圧して判定する請求項３記載の流れ計測装置。
【請求項５】
電源制御手段は降圧手段の電源出力が安定してから開閉手段を動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項６】
電源制御手段は降圧手段の電源出力が安定後一定時間経過してから開閉手段を動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項７】
電源制御手段は送信手段の動作が開始する前に開閉手段を閉動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項８】
電源制御手段は送信手段の動作が終了後一定時間経過後に開閉手段を開動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項９】
受信手段の入力部以降に降圧手段の出力電圧より高い電圧がかからないよう電圧保護手段を有する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項記載の流れ計測装置において、制御手段に設けられたコンピュータに送信手段の環境変化要因と前記送信手段の動作タイミングとの相関を求めるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を利用して気体や液体などの流速または流量を計測する流れ計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の流れ計測装置は超音波を出力させるために高電圧を用いる手段としてＤＣＤＣコンバータを利用したものがある（例えば、特許文献１参照）。図１３は一般的な昇圧回路の構成を示すブロック図である。図１３に示すようにに電源１と、ＤＣＤＣコンバータ２と、インダクタンスＬ３と，ダイオードＤ４と，コンデンサＣ５と、負荷６から構成されている。ＤＣＤＣコンバータ２はインダクタンス３をスイッチング動作することによりオンからオフになったときにインダクタンスに生じる逆起電力がダイオード４を介して整流し、コンデンサ５でリップルを小さくした安定した高電圧を負荷６に供給するものである。図１４は、従来の超音波流量計の構成を示すブロック図である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１４において、流体流路１１の途中に超音波を発信する第１振動子１２と受信する第２振動子１３が流れ方向に配置されている。１４は第１振動子１２への送信回路、１５は第２振動子１３で受信した超音波を信号処理する受信回路である。１６は受信回路１５で超音波を検知した後第１振動子１２からの送信と第２振動子１３での受信を複数回繰り返す繰返し手段である。
【０００４】
１７は受信回路で超音波を検出した後、再度第１振動子１２から超音波を送信するまでの遅延時間を発生させる遅延時間発生手段であり、１８は遅延時間発生手段１７により発生した遅延時間を計測する遅延時間計測手段、１９は遅延時間発生手段１７の計測値を基に、遅延時間を制御する遅延時間制御手段、２０はは繰返し手段により行われる複数回の超音波伝達の所要時間を計測する累積時間計測手段、２１は遅延時間計測手段１８および累積時間計測手段２０の計測値から流量を求める流量演算手段である。
【０００５】
送信回路１４より送出されたバースト信号により第１振動子１２から発信された超音波信号は、流れの中を伝搬し、第２振動子１３で受信され受信回路１５で検知され、遅延時間発生手段１７で発生した遅延時間を置いた後、再び送信回路１４よりバースト信号が送出される。送信回路１４からのバースト信号は、予め定められた回数だけ繰り返され、この繰返しに要した時間を累積時間計測手段２０で、また、遅延時間を遅延時間計測手段１０により計測する。
【０００６】
更に、流量演算手段２１では、累積時間計測手段２０で求めた値から遅延時間計測手段１９で求めた遅延時間を差し引くことにより、超音波の伝達のみの所要時間Ｔを求める。通常、この送信回路から振動子を駆動する際には伝搬距離により信号が減衰することを考慮して高電圧を供給する。その回路として上記に説明した昇圧回路を利用することが多い。
【特許文献１】特開２０００−２９２２３２号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら前記従来の昇圧回路における高電圧供給回路では負荷の動作および回路全体の安定性を考えたＤＣＤＣコンバータの動作タイミングが統一されておらず、個々に動作している。例えば送信、受信回路への供給電圧が安定する前にＤＣＤＣコンバータの動作を開始すると充電後、負荷が動作するまでの時間に無駄が発生する可能性がでてくる。さらに回路の初期設定動作などを行なっている時に昇圧回路が動作するとシステムの電圧が変動したり、ノイズの発生による計測精度の劣化につながる可能性がある。また、ＤＣＤＣコンバータの電圧変換効率はそれほど高いものでは無く省電力を必要とする計測システムには利用が難しい面があるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、超音波振動子駆動用の電源は通常の電源を用い安定した電圧で電力供給を行うとともにノイズ等の影響をシステムに与えないような動作を実現し、制御用回路電圧は電源を降圧した電圧を用いるようにし電源利用効率のアップとノイズ発生率を下げることで、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流れ計測装置の制御手段は、電源から降圧した電圧によって計測系の全体の動作を制御するともに超音波を送信する振動子への電力供給を直接電源電圧を用いて制御するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の、流れ計測装置における制御手段は、電源から降圧した電圧によって計測系の全体の動作を制御するともに超音波を送信する振動子への電力供給を直接電源電圧を用いて制御するものである。これによって昇圧などの動作による電圧の不安定さやスイッチングノイズの発生を抑えることで計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することが可能になるとともに電力変換効率を下げることなくシステム動作を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は被測定流体の流れる流路に配置され超音波を送受信する一対の振動子と、振動子を駆動する送信手段と、受信側振動子の出力信号を電気信号に変換する受信手段と、前記振動子の送受信の切換手段と、前記振動子間相互の超音波伝搬を複数回行う繰返し手段と、前記繰返し時に前記振動子からの送信信号を遅らせる遅延手段と、それぞれの複数回繰返しの伝搬時間を計測する計時手段と、前記計時手段でそれぞれの計時値の差に基づいて流量を算出する流量演算手段と、電源と、前記電源より低電圧をつくる降圧手段と、制御手段を有し、前記制御手段は降圧手段の出力で前記電源と送信手段を制御する電源制御手段とを備えた流れ計測装置である。
【００１２】
そして制御手段は、電源から降圧した電圧によって計測系の全体の動作を制御するともに超音波を送信する振動子への電力供給を直接電源電圧を用いて制御するものである。これによって昇圧などの動作による電圧の不安定さやスイッチングノイズの発生を抑えることで計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することが可能になるとともに電力変換効率を下げることなくシステム動作を行うことができる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明の電源と送信手段の間に開閉手段を設け、制御手段は前記開閉手段を動作することにより、振動子駆動用の回路への電源供給を調節することができる。
【００１４】
第３の発明は、特に、第１の発明の制御手段が送信手段の出力または入力の少なくとも一方の電圧を検知する電圧検知手段と、前記出力検知手段の信号により受信手段のゲインを調整するゲイン調整手段を有することにより、送信手段の出力に応じて受信手段の動作を調節することができ安定した送受信動作を実現することが可能になる。
【００１５】
第４の発明は、特に、第３の発明の出力検知手段が送信手段の出力または入力の少なくとも一方の電圧を分圧して判定することにより低圧で動作している制御手段に電源の電圧が直接印加されることがなくなり信頼性の向上が可能になる。
【００１６】
第５の発明は、特に、第１の発明の電源制御手段が降圧手段の電源出力が安定してから開閉手段を動作することにより、制御手段の動作が安定してから各部の回路電圧が定まり定常動作になった後に送信動作を行うことになり振動子の送信動作と周辺回路両方の安定度を向上することが可能になる。
【００１７】
第６の発明は、特に、第１の発明の電源制御手段が降圧手段の電源出力が安定後一定時間経過してから開閉手段を動作することにより降圧した電源の出力電圧が安定し各部の回路電圧が定まり初期動作が終了した後に振動子の送信動作ができるため、超音波駆動動作と周辺回路両方の安定度を向上することが可能になる。
【００１８】
第７の発明は、特に、第１の発明の電源制御手段が送信手段の動作が開始する前に開閉手段を閉動作することにより制御手段の出力が安定してから送信手段への給電を開始することになり振動子への不要な電圧印加を防止することが可能になる。
【００１９】
第８の発明は、特に、第１の発明の電源制御手段が送信手段の動作が終了後一定時間経過後に開閉手段を開動作することにより送信動作が終了後の振動子への電圧印加を無くし不必要な振動動作を防止することが可能になる。
【００２０】
第９の発明は、特に、第１の発明の受信手段の入力部以降に降圧手段の出力電圧より高い電圧がかからないよう電圧保護手段を有することにより低圧で動作している制御手段周辺の回路に送信手段近傍からの高電圧が回り込んでも逃がすことができシステムの動作における信頼性向上が可能になる。
【００２１】
第１０の発明は、特に、第１の発明から第９の発明のいずれか１つにおける制御手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを有する構成としたもので、これにより電源周辺の動作設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに振動子への給電電圧の精度向上とシステム信頼性向上を行うことができる。
【００２２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に関する流れ計測装置について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態１における流れ計測装置のブロック図を示すものである。
【００２４】
図１おいて、被測定流体の流れる流路３１と、前記流路３１に配置された超音波を送受信する第１の振動子３２、第２の振動子３３を設置し、前記第１の振動子３２を駆動する送信手段３４と、前記第２の振動子３３の受信信号を受け受信タイミングを決定する受信手段３５と、前記送信手段３４と第１の振動子３２、および第２の振動子３３と受信手段３５の間に切換手段３６を設け、超音波の送受信を第１の振動子３２と第２の振動子３３の間で交互に行うようにしている。
【００２５】
受信手段３５の出力を受け送信手段３４を介して再度超音波の送受信を繰り返すという動作回数を計測し所定の回数で動作を停止する繰返し手段３７と、前記繰返し手段３７の信号を受け所定の遅延時間遅れて前記送信手段３４のトリガ信号として出力する遅延手段３８と、少なくとも送信手段３４による第１の振動子３２の駆動開始から前記繰返し手段３７の動作停止までの超音波の伝搬時間を測定する計時手段３９と、前記計時手段３９の値から前記一対の振動子間の流速を演算し、それから流量を求める流量演算手段４０（特許請求の範囲の演算手段に相当）とを有するものである。
【００２６】
さらに制御手段４５を設け、前記制御手段４５の計測制御手段４１は、前記送信手段３４を動作する計測スタート信号を出力する。さらに電力の供給を行う電源４２と、電源より低電圧で動作する制御手段４５を動作するための降圧手段４３と、前記降圧手段を制御する電源制御手段４４を備えている。
【００２７】
通常の動作を説明する。計測制御手段４１からスタート信号を受けた送信手段３４が第１の振動子３２を一定時間パルス駆動行うと同時に計時手段３９は計測制御手段４１からの信号によって時間計測始める。パルス駆動された第１の振動子３２からは超音波が送信される。第１の振動子３２から送信した超音波は被測定流体中を伝搬し、第２の振動子３３で受信される。第２の振動子３３の受信出力は、受信手段３５で信号を増幅された後、予め定められている受信タイミングの信号レベルで超音波の受信を決定する。繰返し動作を行わない場合はこの超音波の受信を決定した時点で計時手段３９の動作を停止し、その時間情報ｔから（式１）によって流速を求める。
【００２８】
ここで、計時手段３９から得た測定時間をｔ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする。
【００２９】
ｖ＝（Ｌ／ｔ）−ｃ  ・・・（式１）
受信手段３５は通常コンパレータによって基準電圧と受信信号を比較するようになっていることが多い。
【００３０】
繰返し手段３７を用いる今回の動作は受信手段３５の判定結果を遅延手段３８で一定時間遅延させた後に送信手段３４に返し、再度送信を行う。繰返し動作を決められた回数行い、その時間を計時手段３９で測定し、計時手段３９の測定時間を元に（式２）の計算によって流速を求める。
【００３１】
ここで、遅延手段の遅延時間をＴｄ、繰返しの回数をｎ、測定時間をｔｓ、超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、音速をｃ、被測定流体の流速をｖとする。
【００３２】
ｖ＝Ｌ／（ｔｓ／ｎ−Ｔｄ）−ｃ  ・・・（式２）
この方法によれば（式１）の方法に比べ精度よく測定することができる。
【００３３】
また、第１の超音波振動子３２と第２の超音波振動子３３とを切り替え、被測定流体の上流から下流と下流から上流へのそれぞれの伝搬時間を測定し、（式３）より速度ｖを求める。
【００３４】
ここで、上流から下流への測定時間時間をｔ１、下流から上流への測定時間時間をｔ２とする。
【００３５】
ｖ＝Ｌ／２（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））・・・（式３）
この方法によれば音速の変化の影響を受けずに流度を測定することが出来るので、流速・流量・距離などの測定に広く利用されている。流速ｖが求まると、それに流路１の断面積を乗ずることにより流量を導くことができる。
【００３６】
通常の動作は図２に示すタイミング図のようになる。すなわち、計測制御手段４１による時刻ｔ０における開始信号から計測を開始し、ｔ１で送信手段３４を介して第１の超音波振動子３２を駆動する。そこで発生した超音波信号は流路内を伝搬し時刻ｔ２で第２の超音波振動子３３に到達し、受信手段３５で受信点を検知すると繰返し手段３７は設定回数に達していない場合、遅延手段３８に信号を送出する。そして時刻ｔ３から遅延手段３８が動作し、予め定めた時間だけ動作した後時刻ｔ４で送信手段３４に信号を送出し、再び第１の超音波振動子３２を駆動する。以下、この繰返しを行っている。
【００３７】
繰返し手段３７で決められた回数動作すると図２時刻ｔ５で送受信動作は停止し、その時間は図に示すＴとなる。その後、切換え手段３６が送受信を切換える。すなわち第１の超音波振動子３２が受信側、第２の超音波振動子３３が送信側になる。そして同様な繰返し動作を行う。
【００３８】
次に計測制御手段４１などに電力を供給する電源周辺について説明する。図３は本実施の形態の電源周辺の構成を示すブロック図である。図３において４２は電源、４３は降圧手段、４４は電源制御手段である。降圧手段４３の例としては３端子レギュレータやツェナーダイオードなどが利用できる。
【００３９】
従来例との差を図４のタイミングを用いて説明する。図４（ａ）は従来の昇圧回路であるＤＣＤＣコンバータ２における負荷である振動子３２の動作タイミングである。振動子が動作することにより昇圧手段２の出力電圧が（ｂ）のように低下してくる。そしてｔ１で電圧が低下したことを検知してＤＣＤＣコンバータが動作する。
【００４０】
このｔ１のタイミングは電圧によってのみ決まり振動子の動作を考慮していない。したがって、図４にあるように振動子３２が動作中に電圧が低下した場合もすぐにＤＣＤＣコンバータが昇圧動作を開始してしまう。これは振動子３２の端子電圧が動作中に変動することを示している。計測装置などに使用していると動作電圧が変動するため安定度が悪くなってくる。同様に図４（ｃ）は本発明の振動子の動作タイミングである。そして（ｄ）が電源制御手段４４の動作タイミングである。例えば送信するたびに送信手段３４に電源を供給するように動作しても良いし、送信手段３４の電圧を確認し動作を確かめても良い。送信手段３４の入力電圧は図４（ｅ）のように電源からの電圧をそのまま利用できるため振動子の動作にかかわり無く、一定電圧を維持することができていることがわかる。
【００４１】
流量計測装置において図５のように電源制御手段４４を組み込んだ場合について説明する。第１の振動子３２を駆動するには流路３１の内部を十分な超音波信号レベルで伝送するためある程度高電圧で駆動する必要がある。電源４２は超音波出力が可能な程度の電圧にしておく。そして、電源４２の出力は送信手段３４を介して第１の振動子３２に繋がっている。途中の切換え手段３６は送受信を切換えているだけなのでここでの詳しい説明は除く。送信手段３４の内部の一例として振動子を動作するために３４ａから３４ｄまでの送信開閉手段を用いたブリッジ構成をとる。最初送信開閉手段３４ａ，３４ｄを通電状態にし、反対に３４ｂ、３４ｃを開放しておく。次に送信開閉手段３４ａ，３４ｄを開放し、３４ｂ、３４ｃを通電状態にする。この動作で振動子が動作し始める。このように振動子への給電は電源４２から高電圧で直接行っている。
【００４２】
この高電圧の供給が図４（ｂ）に示してあるような変動があると受信信号が一定でなくなる。これは流量の計測精度に大きく影響するために好ましいことではない。図４（ｄ），（ｅ）のように安定した電圧で振動子への電力供給を行うとともに、ノイズ等の影響を流量計測システム全体に与えないような昇圧手段４３の動作を実現することが可能になる。
【００４３】
電源制御手段４４は計測制御手段４１から計測動作信号が出ているのを信号として受け取ることが可能なため、より確実に振動子の動作に影響を与えない状態でシステム全体の電圧管理を主とする制御することできるようになる。図５では電源制御手段４４と計測制御手段４１を別々に設けているが同じ制御手段として１つの論理手段、例えばマイコンを用いても良い。
【００４４】
また、動作開始時の電源周辺のタイミングについて説明する。省電力で動作する場合などは電源をこまめに入り切りし、本当に動作が必要な場合のみ電源を各部に供給し、それ以外は休止する方法が多くの制御手段に用いられている。流量計測装置のように周期的に動作を行う機器では非動作時に電源を遮断することが有用である。そのため電源を立ち上げる動作が頻発するが、その度に各種設定を行う必要がでてくる。送信手段３４、受信手段３５への供給電圧が安定する前に電源４２から制御手段４４の動作電圧より高圧の給電を開始すると負荷としての振動子が動作するまでの時間に無駄が発生する可能性や各部における電圧の安定度合いの不釣合いから不安定な動作がでてくる可能性がある。さらに計測制御手段４１の初期設定動作などを行っている時に送信手段３４が動作するとシステムの電圧が変動したり、ノイズの発生による計測精度の劣化につながる可能性がある。例えば計測制御手段４１の内部に複数の集積回路が存在し、初期データのやり取りやアナログ部の調整を行っているような場合である。
【００４５】
このような場合は図６に示しているように開閉手段４６を設置し、電源制御手段４４が開閉の指示を出すようにすれば良い。制御手段４４内部の各手段が安定するまで振動子３２に不用意な電圧が印加されるのを防止するために開閉手段４６を開成動作しておく。その動作を図７を用いて説明する。
【００４６】
図７（ａ）のように電源制御手段４４の入力部の電圧が上昇し、規定電圧を超えると（ｂ）のようにデジタル機器は動作を開始する。時刻ｔ１で計測制御手段４１が動作を開始し、初期設定を行いはじめる。そしてｔ２までの時間で各部の設定を終了した後（ｃ）のように電源制御手段４４が開閉手段４６を閉動作するよう信号を送出する。開閉手段４５が閉動作すると送信手段３４の入力電圧は（ｄ）のように立ち上がりｔ３で所定の電圧を満足する。その後で計測制御手段４１は送信手段３４を動作する。このように安定した回路電圧と送信電圧を用いることで、計測系の安定動作を実現する精度の良い流量計測を実現することができる。さらにアナログ回路などの設定後に開閉手段４５を動作することでノイズ等の影響をシステムに与えないような動作を実現することが可能になる。
【００４７】
また、図８を用いて他の動作を説明する。電源４２から降圧手段４３を介して制御手段４４は安定した電圧で動作しているが、送信手段３４への給電は電源４２から直接行っているため環境や経年変化によって電圧が変化している場合がある。その場合送信信号の電圧が変化するため受信信号の電圧レベルももちろん変動する。そこで電源４２の電圧を電圧検出手段４７で検出し計測制御手段４１がその送信電圧に相当する受信電圧を満足するようにゲイン調整手段４８を介して受信手段３５の受信レベルを調節する。調整方法は電源４２の出力電圧に単純な係数を用いた一次関数でも良いし、システムの経験データを用いたテーブル形式でも良い。このように出力検知手段４６の信号により受信手段のゲインを調整するゲイン調整手段４７を有することにより、送信手段３４の出力に応じて受信手段３５の動作を調節することができ安定した送受信動作を長期にわたって実現することが可能になる。
【００４８】
また制御手段４４の電圧は電源の電圧より低いため、図８における電源４２の電圧を検出する電圧検出手段４７は単純に電圧を制御手段に伝達ことは難しい。このため電圧検出手段４７は電源の電圧を抵抗分割などの手段で電圧を変換して制御手段に伝達するようにしている。もちろんオペアンプなどによるアクティブ回路による電圧変換でも問題は無い。抵抗分圧で常時電流が流れると消費電流の面で無駄が発生する場合は抵抗に流れる電流を少なくするためにスイッチング動作を行ったり高抵抗を利用するなどの方法がある。
【００４９】
電圧検出手段４７は電源４２の出力電圧を検出しているが、送信手段３４の出力電圧を検出しても同様の効果が得られる。
【００５０】
このように電圧検知手段４７が送信手段３４の出力もしくは入力のどちらか一方の電圧を分圧して判定することにより低圧で動作している制御手段４４に電源４２の電圧が直接印加されることがなくなり信頼性の向上が可能になる。
【００５１】
また、図９を用いて他の動作を説明する。電源の立ち上げを頻発している場合、電源４２からの電圧立ち上がりが安定しない間に送信手段３４が動作すると周辺の動作に悪影響を発生する場合がある。そこで図９（ａ）のように電源制御手段の入力部の電圧が上昇し、ｔ０で規定電圧を超えると（ｂ）のようにデジタル機器は動作を開始する。そして（ｃ１）のようにｔ１で電源制御手段４４が開閉手段４６を動作するよう信号を送出する。時刻ｔ０からｔ１の間で電源出力はほぼ安定しているため各部の動作も落ち着いてきている。このように電源制御手段４４が電源出力が安定してから開閉手段４６を閉止動作することにより、電源の出力電圧が安定し各部の回路電圧が定まり定常動作になった後に送信手段３４に電圧を印加する動作でき負荷である振動子の動作と周辺回路両方の安定度を向上することが可能になる。
【００５２】
開閉手段４６を動作するのではなく、送信手段３４に直接動作しても同様の効果が得られる。このように電源制御手段４３が降圧手段の電源出力が安定してから開閉手段を動作することにより、制御手段の動作が安定してから各部の回路電圧が定まり定常動作になった後に送信動作を行うことになり振動子の送信動作と周辺回路両方の安定度を向上することが可能になる。
【００５３】
また、図９を用いて他の動作を説明する。電源の立ち上がりが安定しても他の周辺部分の動作がまだ安定していない場合がある。そこで上記動作と同様に図９（ａ）のように電源制御手段４４の入力部の電圧が上昇し、ｔ０で規定電圧を超えると（ｂ）のようにデジタル機器は動作を開始する。そしてｔ０から一定時間Ｔを経過してから（ｃ２）のようにｔ２で電源制御手段４４が開閉手段４６を動作するよう信号を送出する。時刻ｔ０からｔ２の間で周辺回路の動作、初期設定がほぼ安定しているため各部の動作も正常になっている。このように電源の出力電圧が安定しすぐに動作を開始するのでは無く一定時間待機し各部の回路電圧が定まり初期動作が終了した後に開閉手段４６を動作して送信手段３４に電圧を印加することで降圧した電源の出力電圧が安定し各部の回路電圧が定まり初期動作が終了した後に振動子の送信動作ができるため、超音波駆動動作と周辺回路両方の安定度を向上することが可能になる。
【００５４】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態に関する流れ計測装置について図１と図５、図１０、図１１を用いて説明する。第１の実施の形態と異なるところは送信手段への電源印加を振動子の動作近傍で行うことである。
【００５５】
まず、図１、図５および図１０を用いて動作を説明する。実施の形態１で示したように流量計測装置に用いられている振動子などの負荷は高圧で動作することにより直接電源４２から給電を必要とする。例えば図１の第１の振動子３２が動作すると図５における送信手段３４の出力電圧は低下するため、それを補うため開閉手段４６が動作しなければならない。そこで開閉手段４６を動作するタイミングを調節することにより振動子の動作を安定したものにしていく。図１０の時刻ｔ３１、ｔ３３、ｔ３５、ｔ３７で（ａ）のように第１の振動子３２が動作するためには電源からの給電が必要である。このため振動子の動作する前に（ｂ）のように時刻ｔ３０、ｔ３２、ｔ３４、ｔ３６で電力制御手段４４が開閉手段４６を動作して電源から送信手段３４に給電動作を開始する。時刻ｔ３０の前には図示していないが振動子が動作しているため開閉手段４５は同再しているが繰返し動作のため説明を省略している。
【００５６】
負荷である振動子の動作は計測制御手段４１を介して電力制御手段４４が検知できるため、振動子の動作する前に開閉手段４６に信号を送出し電源からの給電を開始することが可能になる。その結果送信手段３４の入力は（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。これは振動子の動作する前に開閉手段４５の動作が行われているため電圧は最適な値になり、負荷である振動子が動作する時に高電圧を供給可能な状態にしておくことが可能になる。さらに、システム全体に対するインダクタンス動作などによるノイズ発生が無くなっているため流量計測に応用した場合でも安定した計測動作をすることが可能になる。
【００５７】
図１０（ｂ）では開閉手段４５の動作が振動子の動作後すぐに停止するようになっているが、（ｂ２）のように振動子の動作する一定時間前ΔＴ２に動作を終了するよう電力制御手段４４が調整するようにしても良い。これは電力制御手段４４からの停止信号が変化することによりシステム全体に微弱な電圧変化（ノイズ）が発生する場合が考えられる。その電圧変化が他の手段に影響を与えないよう振動子が動作する一定時間前に信号を送出しておけば例えば信号による反射やダンピング信号が収束してからシステム全体の安定後に超音波の送受信動作を安定に行うことが可能になる。この場合は送信手段３４の近傍に容量性素子を置いて電圧を維持する必要がある。
【００５８】
また、こまめに開閉手段４６をオンオフすることにより省電力も実現できる。このように電源制御手段４４が送信手段３４の動作が終了すると開閉手段４６の動作を開成動作することにより、負荷の動作する前に給電を開始することができ、常に負荷が動作する時に高電圧を供給可能な状態にしておくとともにシステムの安定性を向上し、昇圧手段の動作時間を短くして省電力動作が可能になる。
【００５９】
このように、電源制御手段４４が送信手段３４の動作が開始する前に開閉手段４６を
閉動作することにより制御手段４５の出力が安定してから送信手段への給電を開始することになり振動子への不要な電圧印加を防止することが可能になる。
【００６０】
また、図１、図５および図１１を用いて他の動作を説明する。開閉手段４６を動作するタイミングを調節することにより振動子の動作を安定したものにしていく。
【００６１】
図１１の時刻ｔ４０、ｔ４２、ｔ４４、ｔ４６で（ａ）のように第１の振動子３２が動作して電圧がある程度低下する可能性がある場合、（ｂ）のように開閉手段４６が電源制御手段４４により動作し送信手段３４に給電する。負荷である振動子の動作は計測制御手段４１を介して電力制御手段４４が検知できるため、振動子の動作した後に開閉手段４６を動作して電圧の調整を行うことが可能になる。この電圧調整もしくは電圧検出により受信手段のゲインを調節することも可能になる。開閉手段４６を動作することにより送信手段３４の出力は（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。
【００６２】
これは振動子の動作した後においても電圧低下分を正確に把握し、開閉手段４５で補充するとともにその昇圧した電圧が安定してから次回に負荷である振動子の動作を行うことができるため流量計測などに応用した場合安定したシステム動作を行うことが可能になる。この場合は送信手段の前段に容量を備えておけばさらに安定する。例えば開閉手段４６に容量性の大きな負荷が接続されていた場合などは電圧の上昇も大きな時定数を持った変化になるが、振動子の動作終了後から電圧の調整を行うと、次の振動子の動作するかなり前から余裕をもって、安定した電圧に調整することができる。
【００６３】
図１１（ｂ）では開閉手段４５の動作が振動子の動作した直後に停止するようになっているが、（ｂ２）のように振動子が動作した後一定時間後ΔＴ３に動作を開始するよう電力制御手段４４が調整するようにしても良い。これは振動子が動作した直後は高電圧の信号が変化するためシステム全体にグランドを含めて電圧変化を発生する場合が考えられる。その電圧変化が他の手段に影響を与えている場合には例えば電源制御手段４４で開閉手段４６の正確な出力電圧を検出できない場合がある。そこで振動子が動作した後、システム全体の電気信号が安定した後に昇圧手段の正確な電圧を把握してから給電動作を行うことで安定な電源管理が可能になる。また、こまめに開閉手段をオンオフすることにより省電力も実現できる。
【００６４】
このように電源制御手段が送信手段の動作が終了した後に開閉手段の動作を開始して次回の振動子の動作に備えることにより、振動子の動作の前に十分時間を持って安定な高電圧を供給可能な状態にしておくとともにシステムの安定性を向上し、開閉手段４６の動作時間を短くして省電力動作が可能になる。このように電源制御手段４４が送信手段３４の動作が終了後一定時間経過後に開閉手段４６の動作を停止することにより、送信動作を安定した電圧で行うことができその後十分昇圧動作を行ってから動作を停止することで、次の動作準備をしておくことが可能になる。
【００６５】
さらに、電源制御手段４４が送信手段３４の動作が終了後一定時間経過後に開閉手段４６を開動作することにより送信動作が終了後の振動子への電圧印加を無くし不必要な振動動作を防止することが可能になる。
【００６６】
図１１では振動子が動作した後には必ず開閉手段４６が動作するようになっているが、送信手段３４の前に容量性の素子を設置して充電しておくことにより一定回数毎や動作回数の公約数に相当する回数毎において振動子が動作した後に開閉手段４６を動作する構成をとっても良い。
【００６７】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態に関する流れ計測装置について図１と図１２を用いて説明する。第１の実施の形態と異なるところは受信手段の前段に過電圧入力を防止するための電圧保護手段４９設けたことである。
【００６８】
実施の形態１で示したように流量計測装置に用いられている振動子などの負荷は高圧で動作することにより直接電源４２から給電を必要とする。しかし他のシステムは降圧手段４３で低圧に安定した電圧で動作している。この回路に電源の高圧が印加されると不都合を発生する可能性がある。それを補うため、特に開閉手段４６より後段で高電圧がシステムに回り込まないよう注意が必要である。受信手段は微弱信号を増幅して次段にその情報を伝える役目のため感度を高くしている。ここに高電圧が印加されるとシステムの正常動作が難しくなるため、電圧保護手段４９を設ける。
【００６９】
これにより万一高電圧が受信手段３５に印加されるような事態になっても電圧保護手段４９により異常電圧が入力しないように保護することが可能になる。動作としてはダイオードにより電源に異常電圧を逃がしたり、過電圧に敏感に反応する開閉手段を設けるなどが有用である。このように受信手段３５の入力部以降に降圧手段４３の出力電圧より高い電圧がかからないよう電圧保護手段４９を有することにより低圧で動作している制御手段周辺の回路に送信手段近傍からの高電圧が回り込んでも逃がすことができシステムの動作における信頼性向上が可能になる。
【００７０】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態に関する流れ計測装置について説明する。実施の形態１と異なるところは、電源４２と送信手段３４、開閉手段４６の動作を調整する電源制御手段４４の動作を確実にするためのコンピュータを機能させるためのプログラムを有する記憶媒体５０を用いていることである。
【００７１】
図１、図５、図６、図８および図１２において実施の形態１から実施の形態３で示した電源制御手段４４の動作を行うには、予め実験等により振動子の動作による送信手段４３の出力変化、経年変化、温度変化、システムの安定度等の環境変化要因に関して送信手段の動作タイミングなどの相関を求め、例えばファジィ制御のメンバーシップ関数のように適合度というような形で判断する判定ソフトをプログラムとして記憶媒体５０に格納しておく。通常マイクロコンピュータのメモリやフラッシュメモリ等電気的に書き込み可能なものにしておくと利用が便利である。
【００７２】
このように電源制御手段４４の動作をプログラムで行うことができるようになると振動子の駆動電圧の変化に対して追随する送信手段４３の動作をソフトで行うことになる。これにより送信回数の条件設定、切換手段３６動作前後における電圧調整の条件設定、電源周辺の動作設定、変更が容易にでき、また経年変化などにも柔軟に対応できるためよりフレキシブルに振動子への給電電圧の精度向上とシステム信頼性向上および計測時間の精度向上を行うことができる。なお本実施例において電源制御手段４４以外の動作もマイコン等によりプログラムで行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の流れ計測装置は、超音波を送信する電圧を電源から直接給電することで昇圧手段などの部品点数を増加することなく、ノイズの問題も無い安定した状態で気体や液体などの流速や流量を計測することが可能となり、ガスメーターや各種流体の計測装置などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１における流れ計測装置の全体ブロック図
【図２】同流れ計測装置の動作を示すタイミング図
【図３】本発明の実施の形態１における電源周辺のブロック図
【図４】本発明の流れ計測装置の動作を示すタイミング図
【図５】同流れ計測装置の送信手段周辺の接続を示すブロック図
【図６】同流れ計測装置の開閉手段周辺の接続を示すブロック図
【図７】同流れ計測装置の動作を示すタイミング図
【図８】同流れ計測装置の電圧検出手段周辺の接続を示すブロック図
【図９】同流れ計測装置における電源の動作を示すタイミング図
【図１０】本発明の実施の形態２の流れ計測装置の動作を示すタイミング図
【図１１】同流れ計測装置の動作を示すタイミング図
【図１２】本発明の実施の形態３の流れ計測装置の電圧検出手段周辺の接続を示すブロック図
【図１３】従来の昇圧回路の全体のブロック図
【図１４】従来の流れ計測装置の全体のブロック図
【符号の説明】
【００７５】
１  電源
６  負荷
３１  流路
３２  第１の振動子
３３  第２の振動子
３４  送信手段
３５  受信手段
３６  切換え手段
３７  繰返し手段
３８  遅延手段
３９  計時手段
４０  流量演算手段
４２  電源
４３  降圧手段
４４  電源制御手段
４５  制御手段
４６  開閉手段
４７  電圧検出手段
４８  ゲイン調整手段
４９  電圧保護手段
５０  記憶媒体
【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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