(57)【要約】【課題】  複数の超音波を遅延させ、又は周波数変調をかけて発射し、その超音波を加算して分離するようにして、複数の超音波を切り替えるチャンネル切替回路を不要にした超音波流量計を提供する。【解決手段】  測定管の管軸方向に所定間隔を持って一対の送受信超音波検出器を複数個配置し、該一対の送受信超音波検出器の夫々に供給した超音波の時間差により前記測定管内に流れる測定流体の流量を計測する超音波流量計であって、  前記一対の送受信超音波検出器の夫々に異なる変調した超音波信号を送出する変調手段を設けると共に、前記異なる超音波信号に基づいて得られた受信信号を切り替えて受信する送受信制御部を備えたことを特徴とする超音波流量計。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定管の管軸方向に所定間隔を持って一対の送受信超音波検出器を複数個配置し、該一対の送受信超音波検出器の夫々に供給した超音波の時間差により前記測定管内に流れる測定流体の流量を計測する超音波流量計であって、
前記一対の送受信超音波検出器の夫々に異なる変調を施した超音波信号を送出する変調手段を設けると共に、前記異なる超音波信号に基づいて得られた受信信号を切り替えて受信する送受信制御部を備えたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
前記変調手段は、前記一対の送受信超音波検出器の夫々から送出する超音波に対して夫夫異なる遅延を行なう遅延手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項３】
前記遅延手段は、前記送受信超音波検出器を取り付けるシューの高さにより遅延させることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項４】
前記変調手段は、前記一対の送受信超音波検出器の夫々から送出する超音波に対して夫夫異なる周波数とすることを特徴とする請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項５】
前記送受信制御部は、前記一対の送受信超音波検出器の夫々から得られた受信信号を加算して１つにまとめる加算手段と、前記加算手段で１つにまとめた信号を所定の手法により分離する受信波分離手段とを備えてなる請求項１に記載の超音波流量計。
【請求項６】
前記送受波分離回路は、前記加算手段で加算された受信超音波信号に対して、その到着時刻に対応させて分離することを特徴とする請求項５に記載の超音波流量計。
【請求項７】
前記加算手段は、周波数変調を行って送信された超音波信号の受信超音波信号を加算するようにしたことを特徴とする請求項５に記載の超音波流量計。
【請求項８】
前記受信波分離手段は、前記加算手段で加算された受信超音波信号を、その周波数帯域に合わせて分離することを特徴とする請求項５に記載の超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計に関し、詳しくは一対の超音波送受信器からなる超音波検出部を複数、流体の流れる測定管の外周に設置し、流体の流れ順方向及び逆方向に超音波を伝播させたときに、それぞれの伝播時間を計測し、この計測した伝播時間に基づいて計測制御部が流体の流量を演算して出力する超音波流量計の超音波変換器の構成と信号処理に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術における超音波流量計は、図５に示すように、測定管１１１の外周位置に所定間隔を持って配置した超音波を発射し或いは受信することができる超音波送受信器を備えた一対の超音波検出器（１１２ａと１１２ｂ、１１３ａと１１３ｂ）と、この超音波検出器（１１２ａと１１２ｂ、１１２ａと１１２ｂ、１１３ａと１１３ｂ）に超音波を発射するように制御するためにチャンネルを切替えるチャンネル切替回路１１４と、チャンネル切替回路１１４で切替えるための超音波を送信すること或いは受信して、その発射した超音波の時間差を測定して流量を演算する送受信制御部１１５とからなる。
【０００３】
超音波検出器（１１２ａと１１２ｂ、１１３ａと１１３ｂ）は、一対の検出器が２個測定管１１１の外周位置に所定の間隔を持って配置された構成になっている。この例では、一対の検出器が２個であるが、２個に限らず、もっと多くてもよい。
【０００４】
送受信制御部１１５は、チャンネル切替回路１１４に超音波の発信或いは受信をする送受信切替回路１１６と、送受信切替回路１１６に超音波の送信をする送信回路１１７と、送受信切替回路１１６からの超音波を受信する受信回路１１８と、送信回路１１７及び受信回路１１８からの超音波から時間差を測定する時間差測定回路１１９と、時間差測定回路１１９で計測された時間差から流量を演算する流量演算回路１２０と、流量演算回路１２０で演算された流量に補正を施す流量補正回路１２１とからなる。
【０００５】
このような構成において、先ず送信回路１１７から発信した超音波信号は、チャンネル切替回路１１４によって選択されたチャンネル（例えば、Ａｃｈ）の片側の超音波検出器１１２ａに送信され、もう一方の超音波検出器１１２ｂに受信される。その後に逆の方向である超音波検出器１１２ｂに超音波を送信させ、他方の超音波検出器１１２ａで受信する。この２つの超音波を送受信するようにすることにより、時間差測定回路１１９で時間差の測定を行い、その時間差から流量演算回路１２０で流量を計算する。
１チャンネルの測定が終了した後、チャンネル切替え回路１１４で、別のチャンネル（例えばＢｃｈ）に切替えて、超音波検出器１１３ａ、１１３ｂを利用して同様の測定を行う。それぞれのチャンネルで測定した結果を使って、流量補正回路１２１で流速分布の補正を行い測定結果を出力する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０１４５１５（第６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、従来技術で説明した超音波流量計においては、切替えるチャンネルが多くなると、チャンネルの切替えに時間がかかり、チャンネル切替え回路が複雑になるという問題がある。
又、チャンネル切替えを行わないようにするためには、複数の送受信回路が必要になるが、送受信回路が増えるとコストがアップし、又、素子のばらつきによる誤差が大きくなるという問題がある。
【０００８】
従って、チャンネル切替え回路を必要としないで多チャンネルの測定が可能な回路を構成することに解決しなければならない課題を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、次に示す構成にすることである。
【００１０】
（１）測定管の管軸方向に所定間隔を持って一対の送受信超音波検出器を複数個配置し、該一対の送受信超音波検出器の夫々に供給した超音波の時間差により前記測定管内に流れる測定流体の流量を計測する超音波流量計であって、
前記一対の送受信超音波検出器の夫々に異なる変調を施した超音波信号を送出する変調手段を設けると共に、前記異なる超音波信号に基づいて得られた受信信号を切り替えて受信する送受信制御部を備えたことを特徴とする超音波流量計。
（２）前記変調手段は、前記一対の送受信超音波検出器の夫々から送出する超音波に対して夫夫異なる遅延を行なう遅延手段を備えることを特徴とする（１）に記載の超音波流量計。
（３）前記遅延手段は、前記送受信超音波検出器を取り付けるシューの高さにより遅延させることを特徴とする（１）に記載の超音波流量計。
（４）前記変調手段は、前記一対の送受信超音波検出器の夫々から送出する超音波に対して夫夫異なる周波数とすることを特徴とする（１）に記載の超音波流量計。
（５）前記送受信制御部は、前記一対の送受信超音波検出器の夫々から得られた受信信号を加算して１つにまとめる加算手段と、前記加算手段で１つにまとめた信号を所定の手法により分離する受信波分離手段とを備えてなる（１）に記載の超音波流量計。
（６）前記送受波分離回路は、前記加算手段で加算された受信超音波信号に対して、その到着時刻に対応させて分離することを特徴とする（５）に記載の超音波流量計。
（７）前記加算手段は、周波数変調を行って送信された超音波信号の受信超音波信号を加算するようにしたことを特徴とする（５）に記載の超音波流量計。
（８）前記受信波分離手段は、前記加算手段で加算された受信超音波信号を、その周波数帯域に合わせて分離することを特徴とする（５）に記載の超音波流量計。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、複数の超音波を、異なる変調方法で変調して発射し、その発射した超音波を受信して加算して分離するようにしたことで、チャンネル切替器なしで高速に多チャンネル超音波送受信可能な超音波流量計を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の超音波流量計の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の超音波流量計は、図１に示すように、測定管１１の外周位置に所定間隔を持って配置した超音波を発射し或いは受信することができる超音波送受信器を備えた一対の超音波検出器（１２ａと１２ｂ、１３ａと１３ｂ）と、この超音波検出器（１２ａと１２ｂ、１３ａと１３ｂ）に超音波を発射するように制御し、又、受信して加算分離を制御する送受信制御部１４とからなる。超音波検出器は複数個設置してよく、この例では、２対設置したものを挙げている。
【００１４】
送受信制御部１４は、送信信号と受信信号を切り替える送受信切替回路１５と、送信側のＡｃｈ変調素子１６、Ｂｃｈ変調素子１７と、Ａｃｈ変調素子１６及びＢｃｈ変調素子１７に送信信号を供給する送信回路１８と、送受信切替回路１５で受信した信号を加算する加算回路１９と、加算回路１９で加算されたＡｃｈ信号（受信超音波信号）及びＢｃｈ信号（受信超音波信号）の分離を行う受信波分離回路２０と、送信回路１８で送信した信号と受信波分離回路２０で分離したＡｃｈ及びＢｃｈの信号との時間差を測定する時間差測定回路２１と、時間差測定回路２１で算出された時間差により流量を演算する流量演算回路２２と、流速分布の補正を行う流量補正回路２３とから大略構成されている。
【００１５】
このように構成することで、従来例に対して、送信部分にチャンネル毎に異なる変調素子（チャンネル数と同じ個数の変調素子；実施例ではＡｃｈ変調素子とＢｃｈ変調素子）と受信部分に各チャンネルの受信波形を加算する加算回路１９と加算した波形をチャンネル分離する受信波分離回路２０とを追加することで、チャンネル切替回路をなくす構成にすることができる。
送信信号については、Ａｃｈ、Ｂｃｈの各チャンネルで異なる変調を行い、同時に全てのチャンネルを駆動する。各チャンネルで送信された超音波信号は、受信側の超音波検出器１２ｂ、１３ｂで受信される。各チャンネルの超音波検出器１２ｂ、１３ｂで受信した超音波信号は、加算回路１９で加算し１つの受信信号にまとめる。この受信信号は電圧信号に変換され、変換された電圧信号は受信波分離回路２０にて各チャンネルの信号に分離されチャンネル毎に流量の計算を行う。
【００１６】
ここで、送信部分の変調は、変調方法が遅延に基づくもので、遅延素子による遅延で、受信した波形から超音波受信信号の到達時刻によってＡｃｈ、Ｂｃｈの各チャンネルの受信信号を切り出す。
これは、図２に示すように、Ａｃｈ受信信号切り出し窓でＡｃｈ受信信号を切り出し、このＡｃｈ受信信号切り出し窓よりも時間的に遅いＢｃｈ受信信号切り出し窓でＢｃｈ受信信号を切り出して、各チャンネルの信号を分離する。
【００１７】
超音波検出器（１２ａと１２ｂ、１３ａと１３ｂ）は、図４に示すように、シュー２４に超音波発信素子２５を取り付けた構成になっており、Ａｃｈの超音波検出器１２ａ（、１２ｂ）は、シュー２４内の超音波伝播距離Ｗ１が短くなるようにシュー２４の高さを低く設定されている。
これに対して、Ｂｃｈの超音波検出器１３ａ（、１３ｂ）は、シュー２４内の超音波伝播距離Ｗ２が長くなるようにシュー２４の高さが高く設定されている。
このように、超音波検出器１２ａ（、１２ｂ）、１３ａ（、１３ｂ）のシュー２４内の伝播距離Ｗ１、Ｗ２を変えることによって超音波の遅延を実現することができる。
尚、この例では、変調手段としての遅延素子をシュー２４の形状で実現したが、この例に限らず、電子回路素子等を用い、回路的に遅延手段を組み込むようにしても良い。
【００１８】
更にまた、この送信部分の変調手段は、発射した超音波信号を遅延させるもの以外に、異なった周波数に変調する手法もある。これは、図３に示すように、周波数特性の異なる圧電素子等の超音波発信素子を利用して、周波数の異なる超音波をＡｃｈ、Ｂｃｈから発射し、その発射した超音波を受信して加算回路１９で加算する。この加算された受信超音波信号は、受信波分離回路２０で周波数分離がなされ、Ａｃｈ、Ｂｃｈの受信信号を得ることができるのである。尚、この例にあっても、超音波検出器を２対設置したものを挙げているが、２対に限らず、複数個設置してよい。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
複数の超音波を利用して、測定管を流れる流量を測定する超音波流量計において、複数の超音波の発射に遅延を持たせたり、周波数を異にして、受信側で、その超音波を加算して分離するというようにすることで、複数の超音波を発射するチャンネルの切り替えを不要にすることができ、チャンネル切替時間の低減、チャンネル切替回路の複雑さを回避した超音波流量計を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本願発明の超音波流量計を略示的に示した説明図である。
【図２】同、変調方法として超音波を遅延させる手法のときの超音波を分離する手法を示した説明図である。
【図３】同、変調として超音波を周波数変調したときの超音波を分離する手法を示した説明図である。
【図４】同、変調方法として超音波を遅延させるときのシューの構成を示した説明図である。
【図５】従来技術における超音波流量計を略示的に示した説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１１      測定管
１２ａ    超音波検出器
１２ｂ    超音波検出器
１３ａ    超音波検出器
１３ｂ    超音波検出器
１４      送受信制御部
１５      送受信切替回路
１６      Ａｃｈ変調素子
１７      Ｂｃｈ変調素子
１８      送信回路
１９      加算回路
２０      受信波分離回路
２１      時間差測定回路
２２      流量演算回路
２３      流量補正回路
２４      シュー
２５      超音波発信素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005189131.tif 000006
【図５】
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