(57)【要約】【課題】コイルを用いた昇圧手段の動作が不定期だと負荷の動作中にノイズ源となるため、負荷の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段の動作で動作中の電圧安定度を高める。【解決手段】電源制御手段４４は負荷６の動作を検知し、その動作に応じてコイルを用いないチャージポンプ型昇圧手段４３に信号を送出し電圧を調整することで、安定した電圧で負荷６への電力供給を行うとともに、負荷の動作に影響を与えない時期に昇圧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昇圧手段の動作を実現することが可能になる。【選択図】図１
2005257362.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、前記計時手段のそれぞれの計時値の差に基づいて流速及びまたは流量を算出する演算手段と、電源と、前記電源から高電圧をつくるチャージポンプ型昇圧手段と、前記チャージポンプ型昇圧手段の出力で動作する負荷と、前記負荷の動作に応じて前記チャージポンプ型昇圧手段を制御する電源制御手段を備えた流れ計測装置。
【請求項２】
電源制御手段は負荷が動作する度にチャージポンプ型昇圧手段を動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項３】
電源制御手段は負荷が一定回数動作する度にチャージポンプ型昇圧手段を動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項４】
電源制御手段は負荷の動作回数の公約数になる分割回数度にチャージポンプ型昇圧手段を動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項５】
電源制御手段は負荷の動作する前にチャージポンプ型昇圧手段を動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項６】
電源制御手段は負荷の動作した後にチャージポンプ型昇圧手段を動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項７】
電源制御手段は負荷の状態に応じてチャージポンプ型昇圧手段を動作する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項８】
電源制御手段はチャージポンプ型昇圧手段に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段を有する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項９】
電源制御手段は経年変化に応じてチャージポンプ型昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段を有する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項１０】
電源制御手段は周囲温度変化に応じてチャージポンプ型昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段を有する請求項１記載の流れ計測装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項記載の電源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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に電源電圧より高電圧の電力を供給するチャージポンプ型昇圧手段を用い、超音波を利用して気体や液体などの流量を計測する流れ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の昇圧手段としてはＤＣＤＣコンバータを利用したものがあり、これを利用した流れ計測装置は超音波を用いた電気的な計測方法である（例えば、特許文献１参照）。図１７は一般的な昇圧回路の構成を示すブロック図である。図１７において１は電源、２はＤＣＤＣコンバータ、３はインダクタンスＬ，４はダイオードＤ，５はコンデンサＣ、６は負荷である。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１８は、従来の流れ計測装置として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１８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。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。
【０００４】
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。
【０００５】
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】
【０００６】
しかしながら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と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。例えば負荷が動作して電圧が低下してもＤＣＤＣコンバータの閾値レベルまで電圧が下がっていなければ昇圧動作を開始しない。そして次に負荷が動作し始めてから電圧低下を検知すると負荷の動作中にもかかわらず昇圧動作を行なうことがある。これにより負荷の動作電圧が途中で変化したり、スイッチングノイズを発生したりすることがある。
【０００７】
そして昇圧した電圧が一定でない状態で流れ計測装置の送信側における振動子を駆動すると毎回異なる電圧の送信波形となる。さらに受信動作を行っているような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。
【０００８】
また、誘導性の素子を用いるＤＣＤＣコンバータでは動作時の逆起電力や誘導ノイズにより他の回路へ影響を及ぼす可能性がある。
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するもので、負荷の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段を制御することで、安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、コイルを使用しない回路構成によりノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現することを目的としている。
【００１０】
そして、このような安定した昇圧制御手段を用いることで、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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の流速または流量計測手段の電源制御手段は
負荷である超音波を送信する振動子の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段による電源の昇圧動作を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の、流れ計測装置は、負荷である超音波を送信する振動子の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段による電源の昇圧動作を制御するものである。
【００１３】
これによって、負荷の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段の出力電圧を制御する動作を行うことにより安定した電圧で負荷である振動子への高圧電力供給を行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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、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、前記計時手段の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、前記電源から高電圧をつくるチャージポンプ型昇圧手段と、前記チャージポンプ型昇圧手段の出力で動作する負荷と、前記負荷の動作に応じて前記チャージポンプ型昇圧手段を制御する電源制御手段を備えた流れ計測装置である。
【００１５】
そして、電源制御手段は、負荷の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段を制御することで、安定した電圧で負荷である振動子への電力供給を行うとともに、コイルを使用しない回路構成により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。そしてノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現す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。
【００１６】
第２の発明は、特に第１の発明の電源制御手段が、負荷が動作する度にチャージポンプ型昇圧手段を動作することにより、負荷の動作による電圧変動分を必ず補充することで電圧の安定度を向上することが可能になる。
【００１７】
第３の発明は、特に第１の発明の電源制御手段が負荷が一定回数動作する度にチャージポンプ型昇圧手段を動作することにより、繰返し動作する場合に負荷の電圧変動の状態が常に同じようにすることができ電圧変動の再現性を向上することが可能になる。
【００１８】
第４の発明は、特に第１の発明の電源制御手段が負荷の動作回数の公約数になる分割回数度にチャージポンプ型昇圧手段を動作することにより、繰返し動作をする場合に負荷の電圧変動の状態が最初の繰返し回数動作時と最後の繰返し動作時でも同じ電圧変動状態の電力を供給することが可能になる。
【００１９】
第５の発明は、特に第１の発明の電源制御手段が負荷の動作する前にチャージポンプ型昇圧手段を動作することにより、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ことが可能になる。
【００２０】
第６の発明は、特に第１の発明の電源制御手段が負荷の動作した後にチャージポンプ型昇圧手段を動作することにより、負荷が動作した後に電圧を上げておくことで次に動作する直前にチャージポンプ型昇圧手段を動作することなくノイズ発生を抑えた動作を可能になる。
【００２１】
第７の発明は、特に第１の発明の電源制御手段が負荷の状態に応じてチャージポンプ型昇圧手段を動作することにより、負荷の変動に対して電圧の上昇をすばやく対応することが可能になる。
【００２２】
第８の発明は、特に第１の発明の電源制御手段がチャージポンプ型昇圧手段に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段を有する構成により、チャージポンプ型昇圧手段の動作を外部から操作することで想定外の負荷の変動や外乱によるシステムの動作に対しても安定した電圧供給を確かなものにすることが可能になる。
【００２３】
第９の発明は、特に第１の発明の電源制御手段が経年変化に応じてチャージポンプ型昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段を有する構成により、経年変化による負荷やチャージポンプ型昇圧手段の変動に対しても追随して調節することができ、長期間安定した動作をすることが可能になる。
【００２４】
第１０の発明は、特に第１の発明の電源制御手段が周囲温度変化に応じてチャージポンプ型昇圧手段に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段を有する構成により、温度変化の激しい環境におかれた負荷やチャージポンプ型昇圧手段に対しても追随して調節することができ、安定した電圧動作をすることが可能になる。
【００２５】
第１１の発明は、特に第１の発明から第１０の発明のいずれか１つにおける電源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、これによりチャージポンプ型昇圧手段の動作設定、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出力電圧の精度向上を行うことができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における流れ計測装置について説明する。
【００２８】
図１は本実施の形態１の流れ計測装置の一例を示す流量計測装置のブロック図である。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。
【００２９】
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（演算手段）とを有するものである。
【００３０】
さらに計測制御手段４１を設け、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、電源より高電圧の負荷を駆動するためのチャージポンプ型昇圧手段４３と、前記電源とチャージポンプ型昇圧手段を制御する電源制御手段４４を備えている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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はチャージポンプ型昇圧手段、４４は電源制御手段、５は安定用コンデンサ、６は負荷である。チャージポンプ型昇圧手段４３の例としては内部に少なくとも１つのコンデンサを有するスイッチング昇圧手段４３ａ、出力電圧を安定する電圧安定手段４３ｂで構成できる。
【００４３】
チャージポンプ型昇圧手段４３の動作を図３（ｂ）のブロック図で説明する。電源１の下流にスイッチとコンデンサで構成するチャージポンプ型昇圧手段４３を接続し、その出力は安定用コンデンサ５と並列に接続した負荷６に送られる。
【００４４】
チャージポンプ型昇圧手段は電源制御手段４４からの発振により制御する。チャージフェーズではスイッチＳ１，Ｓ４が開成し、スイッチＳ２，Ｓ３が閉止している。電源１はフライングコンデンサＣＦを入力電圧まで充電する。次にトランスファフェーズではスイッチＳ１，Ｓ４が閉止し、スイッチＳ２，Ｓ３が開成する。ＣＦにかかる電圧は入力電圧Ｖｉｎと直列になり、電源とＣＦの双方は安定用コンデンサに放電する。基本的なチャージポンプ型昇圧手段は倍電圧器として動作し、この図３（ｂ）では出力電圧は入力電圧の２倍となる。このスイッチとＣＦを直列に複数段構成することにより出力電圧は高くなる。
【００４５】
図３（ａ）では負荷６の動作は電圧制御手段４４で検知できるようになっている。電圧の情報によりスイッチの開閉手段を制御して昇圧電圧を調節することが可能である。また出力電圧を電源制御手段４４で測定し、例えばＡＤ変換器などにより電圧信号を得ることにより電源制御手段４４はチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧を一定にするようスイッチの開閉動作を調整する信号を送出する。このように電源制御手段４４は負荷６の動作を検知し、その動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段４３に信号を送出し電圧を調整することで、安定した電圧で負荷６への電力供給を行うとともに、負荷の動作に影響を与えない時期に昇圧手段２２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チャージポンプ型昇圧手段の動作を実現することが可能になる。
【００４６】
電圧安定手段４３ｂとしては高精度の電圧レギュレータを用いれば電圧制御はさらに良くなる。それは電圧安定手段４３ｂの入力を高電圧として降圧動作により出力電圧を安定させるためである。一般にＤＣＤＣコンバータよりレギュレータの方が出力電圧の安定度が高いためより回路の安定度が向上する。
【００４７】
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における負荷の動作タイミングである。負荷が動作することにより昇圧手段２の出力電圧が図４（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。
【００４８】
このｔ１のタイミングは電圧によってのみ決まり負荷の動作を考慮していない。したがって、図４にあるように負荷６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。これは負荷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）は本発明の電源制御手段４４を用いた場合の負荷の動作タイミングである。そして図４（ｄ）が電源制御手段４４の動作タイミングである。電源制御手段４４は負荷６の動作を検知しているため負荷の動作が終了すると時刻ｔ３、ｔ４でチャージポンプ型昇圧手段４３に信号を送出しスイッチ動作を調節することで昇圧動作を行う。したがってチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧は図４（ｅ）のようになり、負荷の動作タイミングを外して電圧の変更を行うことが可能になる。
【００４９】
流れ計測装置において図５のように電源制御手段４４から送信手段３４付近の動作について説明する。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。そこでチャージポンプ型昇圧手段４３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までの駆動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。振動子への電源はチャージポンプ型昇圧手段４３からの高電圧が供給される。
【００５０】
この高電圧の供給が図４（ｂ）に示してあるように負荷（ここでは振動子）の動作状態によらず、チャージポンプ型昇圧手段４３のみの動作で昇圧動作を行うと振動子への供給電圧が動作中に変化してしまい、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），図４（ｅ）のように電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３の動作や振動子３２の動作を検知し、振動子３２の動作に影響の無い時期にチャージポンプ型昇圧手段４３を動作するように制御信号を送出することにより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チャージポンプ型昇圧手段４３の動作を実現することが可能になる。
【００５１】
また、従来のＤＣＤＣコンバータのようにコイルを使用しない回路構成により昇圧などの動作で発生する逆起電力や誘導ノイズ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ができ、そしてノイズ等の影響をシステムに与えないような昇圧手段の動作を実現す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。
【００５２】
さらにチャージポンプ型昇圧手段４３の出力段には電源安定手段４３ｂとしてレギュレータを設置することでさらに電圧安定度を向上することが可能である。
【００５３】
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チャージポンプ型昇圧手段４３を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。
【００５４】
さらに、チャージポンプ型昇圧手段４３内部のコンデンサが中途半場な充電である場合はまだ昇圧動作を必要としないが、負荷に電力を供給するには容量不足というような場合もある。この場合は電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３に発振信号を送出しスイッチの開閉動作を指示し、さらに高い電圧をつくり出力コンデンサ４３ｄを充電する方法もある。
【００５５】
また、チャージポンプ型昇圧手段４３の素子自体で出力電圧を監視している場合は、出力に抵抗などの電力消費を促す素子を一時的に接続し電圧を低下させてから昇圧動作を確実に動作する方法をとることも可能である。またチャージポンプ型昇圧手段４３内部のスイッチの動作回数を変化するよう電源制御手段からの発振動作信号を変化してチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧を微調整することが可能である。
【００５６】
また、図６を用いて他の動作を説明する。計測制御手段４１が動作し第１の振動子３２が動作するとチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧は低下する。このため図６の時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６で図６（ａ）のように第１の振動子３２が動作すると、それぞれｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７において図６（ｂ）のように電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は電源制御手段４４が検知できるため、その動作する度に電圧の調整を行うことが可能になる。
【００５７】
その結果チャージポンプ型昇圧手段４３の出力は図６（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。図６では負荷である振動子が動作してからチャージポンプ型昇圧手段４３を動作しているが、計測制御手段４１からの信号を入力することで計測動作がわかるため振動子を動作する前にチャージポンプ型昇圧手段４３を動作して電圧を調整することも可能である。
【００５８】
その場合の昇圧動作は発振信号を毎回同じにして、同じだけの昇圧、充電を行うような単なる発振回数の制御でも可能である。
【００５９】
このように電源制御手段４４が、振動子３１の動作する度にチャージポンプ型昇圧手段４３を動作することにより、負荷である振動子の動作による電圧変動分を必ず補充することで電圧の安定度を向上することが可能になる。
【００６０】
また、図７を用いて他の動作を説明する。計測制御手段４１が動作し第１の振動子３２が動作するとチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧は低下する。振動子のインピーダンスが大きいと電流もあまり流れないためこの電圧低下はあまり大きくない。そのような場合は、あまり頻繁に電圧調整をすると、却って省電力の観点から得策でない場合がある。
【００６１】
そこで図７の時刻ｔ１０、ｔ１１で図７（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と、図７（ｂ）のように電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は電源制御手段４４が検知できるため、その動作する度に電圧の調整を行うことが可能になる。その結果チャージポンプ型昇圧手段４３の出力は図７（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。
【００６２】
このようにチャージポンプ型昇圧手段４３の動作した後、１回目の振動子の動作電圧と２回目の動作電圧は異なるかもしれないが、次のチャージポンプ型昇圧手段４３の動作した後の１回目の動作電圧は前の１回目の動作電圧と同じである。その結果一定回数振動子が動作してからチャージポンプ型昇圧手段４３を動作するため各回数における電圧は同じになるため、繰り返し回数を多くする場合は平均として精度の良い動作が得られる。
【００６３】
このように負荷である振動子が一定回数動作する度にチャージポンプ型昇圧手段４３を動作することにより、繰返し動作する場合に振動子の電圧変動の状態が常に同じようにすることができ電圧変動の再現性を向上することが可能になる。
【００６４】
電圧の変化幅はチャージポンプ型昇圧手段４３の内部にある電圧安定手段４３ｂの精度によって決まることがあるため、電圧安定手段４３ｂの電圧閾値の設定には注意することが大切である。
【００６５】
ここで、振動子の動作回数が一定回毎にチャージポンプ型昇圧手段４３を動作する説明をしたが、流量計測に用いる場合、回数は常に同じ値である必要はない。例えば４回毎にするのでは無く、３回、５回、４回というように振動子の動作回数が異なっていても良い。流れ計測装置においては切換え手段３６が振動子を送信と受信を切換えている。この場合、第１の振動子が送信側の時、チャージポンプ型昇圧手段４３の動作が第１の振動子３２の動作回数で３回目、５回目、４回目という形態で動作したとする。電源制御手段４４はこの形態を記憶しておき、切換え手段３６が反転し第２の振動子３３が送信側になった時に同じチャージポンプ型昇圧手段４３の動作を行うようにする。これにより（式３）で流量を演算する場合、上流から送信した時と下流から送信した時の電圧変化を同じ状態にすることができるため再現性を向上するとともに計測のバラツキ度合いが小さくすることができる。
【００６６】
また、図８を用いて他の動作を説明する。振動子３２が動作するとチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧は低下するため、それを補うため電源制御手段４４からの信号によりチャージポンプ型昇圧手段４３が動作する。その動作が一定回数毎でも効果のあることを説明してきたが、繰り返し回数が多い場合、最後のチャージポンプ型昇圧手段４３が動作した後の振動子の動作回数がそれ以前の回数より少ないと、流量計測に使用している場合などでは受信レベルの平均値が大きい方に偏る誤差が発生するかもしれない。
【００６７】
例えば流量計測の場合繰り返し手段３７に設定している回数が１２とすると、例えば１２回の繰り返しに対し５回毎にチャージポンプ型昇圧手段４３を動作すると最後にチャージポンプ型昇圧手段４３が動作してから振動子は２回しか動作しない。それまではチャージポンプ型昇圧手段４３が動作すると５回動作していたのに比べ少ない回数では電圧低下も小さく受信レベルも大きいままとなっている。このため１２回の平均をとるとその値は高い目にでてくる恐れがある。従ってこのような場合はチャージポンプ型昇圧手段４３の動作を繰り返し回数の公約数回となるよう電源制御手段４４が調節する。
【００６８】
１２回の繰り返しでは３回もしくは４回振動子が動作するとチャージポンプ型昇圧手段４３が動作するように制御する。図８（ａ）のように第１の振動子３２が動作している場合、図８（ｂ）のように３回動作するとチャージポンプ型昇圧手段４３がｔ２０、ｔ２９で動作する。したがって、この繰り返し回数は３の倍数回を設定していることがわかる。電圧の変動も振動子が動作する３回毎に同じ特性を示し、最後の振動子の動作状態はその直前にチャージポンプ型昇圧手段４３が動作する前の電圧特性と同じになる。流量計測で計時手段３９に蓄積された値を流量演算手段４０で計算する際、平均処理をする場合でも同じ電圧変動を繰り返している場合の方が、より正確な値を演算することができ精度の良い流量値を算出することがでる。
【００６９】
このように、電源制御手段４４が、負荷である振動子の繰り返し動作回数の公約数になる分割回数度にチャージポンプ型昇圧手段４３を動作することにより、繰返し動作をする場合に負荷の電圧変動の状態が最初の繰返し回数動作時と最後の繰返し動作時でも同じ電圧変動状態の電力を供給することができ、流量計測等に用いた場合でも精度のよい流量演算が可能になる。
【００７０】
本実施の形態では、チャージポンプ型昇圧手段４３の負荷として、超音波振動子を例にとり説明したが、電圧駆動型の負荷であればセンサやアクチュエータの種類を特定せずに利用できることは言うまでもない。
【００７１】
また、チャージポンプ型昇圧手段４３の内部構成は図２のようなものに限ったものでない。
【００７２】
また、流量演算手段４０では流量を求めているが、流量値を必要としない場合、例えば流体の漏洩を検出する場合には、演算手段は流速のみを求める手段でよく、流速値の変化から流体の漏洩を検出できる。
【００７３】
（実施の形態２）
実施の形態２に関する本発明の流れ計測装置について図１、図５と図９、図１０、図１１を用いて説明する。実施の形態１と異なるところはチャージポンプ型昇圧手段４３の動作を負荷の動作近傍で行うことである。
【００７４】
まず、図１、図５および図９を用いて動作を説明する。実施の形態１で示したように流れ計測装置に用いられている振動子などの負荷は動作することにより端子電圧が低下する。例えば図１の第１の振動子３２が動作すると図５におけるチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧は低下するため、それを補うためチャージポンプ型昇圧手段４３が動作しなければならない。そこでチャージポンプ型昇圧手段４３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。
【００７５】
図９の時刻ｔ３１、ｔ３３、ｔ３５、ｔ３７で図１（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と、図１（ｂ）のように時刻ｔ３０、ｔ３２、ｔ３４、ｔ３６で電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は電源制御手段４４が検知できるため、振動子の動作する前にチャージポンプ型昇圧手段４３に信号を送出し電圧の調整を行うことが可能になる。その結果チャージポンプ型昇圧手段４３の出力は図１（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直前に昇圧手段２２の動作が終了し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。
【００７６】
図９では振動子が動作する直前には必ずチャージポンプ型昇圧手段４３が動作するようになっているが、実施の形態１に示したように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する前にチャージポンプ型昇圧手段４３を動作する構成をとっても良い。
【００７７】
また、図１、図５および図１０を用いて他の動作を説明する。チャージポンプ型昇圧手段４３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ｔ４０、ｔ４２、ｔ４４、ｔ４６で図１０（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と、図１０（ｂ）のように時刻ｔ４１、ｔ４３、ｔ４５、ｔ４７で電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作して電圧を調整する。負荷である振動子の動作は電源制御手段４４が検知できるため、振動子の動作する後にチャージポンプ型昇圧手段４３に信号を送出し電圧の調整を行うことが可能になる。その結果チャージポンプ型昇圧手段４３の出力は図１０（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。
【００７８】
これは振動子の動作した後において電圧低下分を正確に把握し、チャージポンプ型昇圧手段４３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の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。例えばチャージポンプ型昇圧手段４３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。
【００７９】
図１０では振動子が動作した後には必ずチャージポンプ型昇圧手段４３が動作するようになっているが、実施例１に示したように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チャージポンプ型昇圧手段４３を動作する構成をとっても良い。
【００８０】
また、図１、図５および図１１を用いて他の動作を説明する。流れ計測装置において一定回数振動子が動作し流量計測が終了すると切換え手段３６が動作し第２の振動子３３が送信側になる。この場合第１の振動子３２と第２の振動子３３の特性が同じであればチャージポンプ型昇圧手段４３の動作を同じにすれば良いが、振動子の特性がばらつくこともある。そこでチャージポンプ型昇圧手段４３を動作するタイミングを負荷である振動子の特徴にあわせて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。
【００８１】
図１１の時刻ｔ５０、ｔ５２で図１１（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と、図１１（ｂ）のように時刻ｔ５１、ｔ５３で電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作して電圧を調整する。その後時刻ｔｃｈで切換え手段３６が動作し第２の振動子３３が送信側になった場合、時刻ｔ５４、ｔ５６で図１１（ａ）のように第２の振動子３３が動作して電圧がある程度低下すると、図１１（ｂ）のように時刻ｔ５５、ｔ５７で制御手段２３がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作して電圧を調整する。
【００８２】
ここで、振動子が変わったことにより図１１（ｃ）の電圧低下度合いが異なっているが電源制御手段４４で調整して電圧を安定にしている。このように振動子の特性にあわせて電源制御手段４４はチャージポンプ型昇圧手段４３の動作を調整することが可能になる。負荷である振動子の動作は電源制御手段４４が検知できるため、今どちらの振動子が動作しているのかも計測制御手段４１からの情報で認識できている。このため振動子毎に適したチャージポンプ型昇圧手段４３の電圧の調整を行うことが可能になる。その結果チャージポンプ型昇圧手段４３出力は図１１（ｃ）のように安定した電圧状態を示す。
【００８３】
このように電源制御手段４４が、負荷である振動子の状態に応じてチャージポンプ型昇圧手段４３を動作することにより、振動子の変動や変更に対して電圧の上昇をすばやく対応することが可能になる。そして流量計測に用いた場合は振動子を切換えても安定した電圧を供給することができるため（式３）等による流量演算を行うのも精度良く行うことが可能になる。
【００８４】
（実施の形態３）
実施の形態３に関する本発明の流れ計測装置について図１、図５と図１２、図１３、図１４、図１５および図１６を用いて説明する。実施の形態１と異なるところはチャージポンプ型昇圧手段の動作長期間安定に行うように外部信号により調整することを可能にすることである。
【００８５】
まず、図１、図５および図１２を用いて動作を説明する。図３の第１の振動子３２が動作すると図５におけるチャージポンプ型昇圧手段４３の出力電圧は低下するため、それを補うためチャージポンプ型昇圧手段４３が動作しなければならない。通常な実施の形態１や実施の形態２に示したように振動子の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段４３を動作し電圧を調整していけば良い。しかし、計測システムのアルゴリズムの変更や他の負荷が急に追加されたりした場合は電源制御手段４４の動作が対応しきれないことがある。
【００８６】
このため図１２に示すように通信手段４５を電源制御手段４４に接続し、外部設定手段４６との間でチャージポンプ型昇圧手段４３の動作状態のモニタや設定値の調整を行うようにする。この通信は有線、無線の別は問わない。このように電源制御手段４４が、チャージポンプ型昇圧手段４３に対する動作信号の設定状態を外部から調節できる通信手段４５を有する構成により、チャージポンプ型昇圧手段４３の動作を外部から操作することで想定外の負荷の変動や外乱によるシステムの動作に対しても安定した電圧供給を確かなものにすることが可能になる。
【００８７】
また、図１、図１３および図１４を用いて他の動作を説明する。チャージポンプ型昇圧手段４３の動作は経年変化によりその能力が低下してくる場合がある。そこで使用時間の経過によりチャージポンプ型昇圧手段４３を動作するタイミングを調節することで振動子の動作を安定したものにしていく。図１３に示すように電源制御手段４４には経年変化調整手段４７を設置し、システムの動作時間が長くなってくるとそれに応じてチャージポンプ型昇圧手段４３の動作時間やタイミングを調節する。経年変化調節手段４７としては例えばタイマや時計およびそれに記憶手段を組み合わせた構成でも良い。
【００８８】
動作初期は図１４の時刻ｔ６０、ｔ６２、ｔ６４、ｔ６６で図１４（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と、図１４（ｂ）のように時刻ｔ６１、ｔ６３、ｔ６５、ｔ６７で電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作して電圧を調整する。しかし経年変化でチャージポンプ型昇圧手段４３の能力が低下してくると同じ動作時間では昇圧動作が完了しないことがでてくる。特にコンデンサなどの経年変化は注意しなければならない。この場合は図１４（ｃ）のように経年変化調整手段４７からの情報により電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３の動作を長めに調整する。その結果、チャージポンプ型昇圧手段４３の出力は当初の設定していた高電圧の値を維持することが可能になる。
【００８９】
このように電源制御手段２３が、経年変化に応じてチャージポンプ型昇圧手段４３に対する動作信号の設定状態を変更する経年変化調整手段４７を有する構成により、経年変化による負荷やチャージポンプ型昇圧手段４３の変動に対しても追随して調節することができ、長期間安定した動作をすることが可能になる。振動子への高電圧が安定することにより流量計測の安定度も向上するため長期間、精度を維持したまま流量計測を継続することが可能になる。
【００９０】
また、図１、図１５および図１６を用いて他の動作を説明する。チャージポンプ型昇圧手段４３の動作はシステムの設置されている雰囲気温度の変化によりその能力が低下してくる場合がある。そこで周囲温度の変化度合いによりチャージポンプ型昇圧手段４３を動作するタイミングを調節することで振動子の動作を安定したものにしていく。図１５に示すように電源制御手段４４には温度変化調整手段４８を設置し、システムの動作中における温度変化を調べている。そして周囲温度が日光にてらされ高温になった場合や、雪や氷が存在する低温になった場合は、その温度に応じてチャージポンプ型昇圧手段４３の動作時間やタイミングを調節する。通常、室温など想定された温度範囲においては動作初期において図１５の時刻ｔ７０、ｔ７２、ｔ７４、ｔ７６で図１５（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と、図１５（ｂ）のように時刻ｔ７１、ｔ７３、ｔ７５、ｔ７７で電源制御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３を動作して電圧を調整する。
【００９１】
しかし高温や低温状態になり電子部品の温度特性に応じた補正が必用な温度範囲になってくると同じ動作時間では昇圧動作が完了しないことがでてくる。特にチャージポンプ型昇圧手段４３周辺のコンデンサは温度特性に注意する必要がある。この場合は図１５（ｃ）のように温度変化調整手段４８からの情報により電源御手段４４がチャージポンプ型昇圧手段４３の動作を長めに調整する。その結果、チャージポンプ型昇圧手段４３の出力は当初の設定していた高電圧の値を維持することが可能になる。
【００９２】
このように電源制御手段４４が、周囲温度変化に応じてチャージポンプ型昇圧手段４３に対する動作信号の設定状態を変更する温度変化調整手段４５＊＊を有する構成により、温度変化の激しい環境におかれた負荷やチャージポンプ型昇圧手段４３に対しても追随して調節することができ、安定した電圧動作をすることが可能になる。そして振動子への高電圧が安定することにより流量計測の安定度も向上するため温度変化の激しい環境でも精度を維持したまま流量計測を継続することが可能になる。
【００９３】
（実施の形態４）
実施の形態４に関する本発明の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、流れ計測装置において、チャージポンプ型昇圧手段４３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４９を用いていることである。
【００９４】
図１、図５、図１２、図１３および図１５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チャージポンプ型圧手段４３の出力変化、経年変化、温度変化、システムの安定度に関してチャージポンプ型昇圧手段４３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４９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。
【００９５】
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チャージポンプ型昇圧手段４３の動作をソフトで行うことになる。これにより駆動回数の条件設定、切換手段３６動作前後における電圧調整の条件設定、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】
【００９６】
本発明の流れ計測装置は、超音波を送信する電圧をチャージポンプ型昇圧手段から給電することで、電源制御手段が負荷である振動子の動作に応じてチャージポンプ型昇圧手段による電圧の上昇動作を制御するため安定した電圧で負荷への電力供給を行うとともに、負荷の動作を検知しながらチャージポンプ型昇圧手段を動作する。このため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となり、ガスメータ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】
【００９７】
【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】（ａ）本発明の実施の形態１における電源周辺のブロック図（ｂ）同チャージポンプ型昇圧手段のブロック図
【図４】本発明のチャージポンプ型昇圧手段と従来の昇圧回路の動作を示すタイミング図
【図５】本発明の実施の形態１における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】同実施の形態１における流れ計測装置のチャージポンプ型昇圧手段の動作を示すタイミング図
【図７】同実施の形態１における流れ計測装置のチャージポンプ型昇圧手段の動作を示すタイミング図
【図８】同実施の形態１における流れ計測装置のチャージポンプ型昇圧手段の動作を示すタイミング図
【図９】本発明の実施の形態２における流れ計測装置のチャージポンプ型昇圧手段の動作を示すタイミング図
【図１０】同実施の形態２における流れ計測装置のチャージポンプ型昇圧手段の動作を示すタイミング図
【図１１】同実施の形態２における流れ計測装置のチャージポンプ型昇圧手段の動作を示すタイミング図
【図１２】本発明の実施の形態３における流れ計測装置のブロック図
【図１３】同流れ計測装置の接続を示すブロック図
【図１４】同実施の形態３における流れ計測装置の制御手段の動作を示すタイミング図
【図１５】同流れ計測装置の接続を示すブロック図
【図１６】同実施の形態３における流れ計測装置の制御手段の動作を示すタイミング図
【図１７】従来の昇圧回路のブロック図
【図１８】従来の流れ計測装置の全体のブロック図
【符号の説明】
【００９８】
１    電源
６    負荷
３１  流路
３２  第１の振動子
３３  第２の振動子
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（演算手段）
４３  昇圧手段
４４  制御手段
４５  通信手段
４７  経年変化調整手段
４８  温度変化調整手段
４９  記憶媒体
【図１】
2005257362.tif 000003
【図２】
2005257362.tif 000004
【図３】
2005257362.tif 000005
【図４】
2005257362.tif 000006
【図５】
2005257362.tif 000007
【図６】
2005257362.tif 000008
【図７】
2005257362.tif 000009
【図８】
2005257362.tif 000010
【図９】
2005257362.tif 000011
【図１０】
2005257362.tif 000012
【図１１】
2005257362.tif 000013
【図１２】
2005257362.tif 000014
【図１３】
2005257362.tif 000015
【図１４】
2005257362.tif 000016
【図１５】
2005257362.tif 000017
【図１６】
2005257362.tif 000018
【図１７】
2005257362.tif 000019
【図１８】
2005257362.tif 000020