(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波のドップラーシフトを利用して配管内を流れる被測定流体の流量を測定するパルスドップラー式超音波流量計において、
所定のパルス繰返し周波数で超音波パルスを前記被測定流体に送出し、その超音波エコーを受信して、前記配管の管壁直近の第１チャネルから管中央の第ｍチャネルまでの各チャネルのドップラーシフト周波数を計測するドップラーシフト周波数計測手段と、
該ドップラーシフト周波数計測手段による計測結果によって得られる、前記第１チャネルから第ｍチャネルまでのドップラーシフト周波数分布において、折り返しの影響を受けているチャネル範囲を求め、該求めたチャネル範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、ドップラーシフト周波数の測定範囲に基づいて得られる補正値を用いて補正するドップラーシフト周波数分布補正手段と、
該ドップラーシフト周波数分布補正手段による補正後のドップラーシフト周波数分布を用いて前記被測定流体の流量を求める流量算出手段と、
を有することを特徴とするパルスドップラー式超音波流量計。
【請求項２】
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第１チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、
前記第１チャネルが折り返しの影響を受けていない場合には、該第１チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値は補正せず、前記折り返しの発生箇所のチャネルから前記第ｍチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正することを特徴とする請求項１記載のパルスドップラー式超音波流量計。
【請求項３】
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第１チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、
前記第１チャネルが折り返しの影響を受けている場合には、該第１チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として、前記補正を行い、前記折り返しの発生箇所のチャネルから前記第ｍチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲の２倍を前記補正値として補正することを特徴とする請求項１又は２記載のパルスドップラー式超音波流量計。
【請求項４】
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第１チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、
前記第１チャネルが折り返しの影響を受けていない場合であって、前記折り返しの発生箇所が複数存在する場合には、
該第１チャネルから１番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値は補正せず、
前記１番目の折り返しの発生箇所のチャネルから前記第ｍチャネルまでの範囲については、偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については補正せず、奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正することを特徴とする請求項１記載のパルスドップラー式超音波流量計。
【請求項５】
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第１チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、
前記第１チャネルが折り返しの影響を受けている場合であって、前記折り返しの発生箇所が複数存在する場合には、
該第１チャネルから１番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正し、
前記１番目の折り返しの発生箇所のチャネルから前記第ｍチャネルまでの範囲については、
偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正し、
奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲の２倍を前記補正値として補正することを特徴とする請求項１記載のパルスドップラー式超音波流量計。
【請求項６】
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、更に、前記被測定流体の流れ方向を判別し、
該判別した流れ方向が正方向である場合には、前記補正は、前記各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値に、前記補正値を加算する処理とすることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のパルスドップラー式超音波流量計。
【請求項７】
前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、更に、前記被測定流体の流れ方向を判別し、
該判別した流れ方向が負方向である場合には、前記補正は、前記各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値から、前記補正値を減算する処理とすることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のパルスドップラー式超音波流量計。
【請求項８】
各チャネル毎に、自チャネルの前記ドップラーシフト周波数の計測値とその隣のチャネルの前記ドップラーシフト周波数の計測値との差分の絶対値を求め、該絶対値が所定の閾値以上であるチャネルを、前記折り返しの発生箇所のチャネルとすることを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載のパルスドップラー式超音波流量計。
【請求項９】
前記被測定流体の流れ方向の判別は、
前記第１チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲又は前記第１チャネルから前記ドップラーシフト周波数の計測値が０を跨ぐ箇所のチャネルまでの範囲における各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値の累積加算値又は平均値を算出し、該算出した累積加算値又は平均値が正の値である場合には正方向、負の値の場合は負方向とすることを特徴とする請求項２〜８の何れかに記載のパルスドップラー式超音波流量計。
【請求項１０】
超音波のドップラーシフトを利用して配管内を流れる被測定流体の流量を測定するパルスドップラー式超音波流量計のコンピュータに、
所定のパルス繰返し周波数で超音波パルスを前記被測定流体に送出し、その超音波エコーを受信して、前記配管の管壁直近の第１チャネルから管中央の第ｍチャネルまでの各チャネルのドップラーシフト周波数を計測する第１の機能と、
該第１の機能による計測結果によって得られる、前記第１チャネルから第ｍチャネルまでのドップラーシフト周波数分布において、折り返しの影響を受けているチャネル範囲を求め、該求めたチャネル範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、ドップラーシフト周波数の測定範囲に基づいて得られる補正値を用いて補正する第２の機能と、
該第２の機能による補正後のドップラーシフト周波数分布を用いて前記被測定流体の流量を求める第３の機能と、
を実現させる為のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス・ドップラー式超音波流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランプオン型超音波流量計は、水道管等の管状体の外周面の一部に超音波トランスジューサ（任意周波数の超音波パルスを送受信するモジュール）を装着し、この管状体の内部を流れる流体の流速・流量を、管状体の外側から測定する方式の流量計である。クランプオン型超音波流量計は、大別して、伝搬時間差式とパルス・ドップラー式とに分類できる。【０００３】
伝搬時間差式は、超音波を、管状体の内部を流れる流体を斜めに横切るような経路で往復させて、超音波が往路と復路のそれぞれを伝搬するのに要する時間の差から、流体の流量を測定する方法である。【０００４】
一方、パルス・ドップラー式は、流体中に含まれる浮遊粒子や気泡等が、流体と同じ速度で移動すると仮定し、浮遊粒子や気泡等の移動速度から流体の流量を測定する方法である。これは、流体中に超音波を発信して、浮遊粒子等に反射された超音波の周波数がドップラー効果により変化することから、その周波数ズレに基づき流体の流速分布を算出し、更に流速分布を積分演算して流体の流量を算出するものである。【０００５】
この様なパルス・ドップラー式の流量測定技術は、例えば特許文献１に開示されているように、非定常状態の流体に対し、非接触で高精度な測定を可能としている。同技術では、周波数f0の超音波パルスを被測定流体に対して繰返し周波数fprfの一定の間隔で送信し、測線上の反射体にて反射した超音波エコーを受信する。これをもとに、ドップラーシフト周波数を算出し被測定流体の流速分布を求め、この流速分布に基づいて積分演算により流量を導くことで、流量計測を可能としている。【０００６】
上記パルス・ドップラー法を用いた流量測定技術に関して、特許文献２には、流速の測定範囲を正/負の何れか一方にシフトすることで、流速の測定範囲を２倍とする流速切換え手法が提示されている。【０００７】
パルス・ドップラー法では、配管内の複数点(以降、チャネルと称す)のドップラーシフト周波数を求め、それを流速算出し、配管断面で積分することで流量を求める方式である。流速は、ドップラーシフト周波数から以下の（１）式によって算出する：【０００８】
【数１】
0004548485.tif 000002
【０００９】
但し、ドップラーシフト周波数ffdは、サンプリング定理により、パルス繰返し周波数fprfによって決められる範囲（−fprf/2〜fprf/2の範囲）でしか計測できない。
これより、上記特許文献２の技術では、従来では測定範囲を正、負に均等に割り当てていたものを、正のみ、又は負のみに割り当てるようにしている。よって、測定範囲を２倍にするといっても、本当に測定範囲自体が２倍になるわけではない。すなわち、正のみの場合には測定範囲を０〜fprfとし、負のみの場合には測定範囲を−fprf〜０としているだけである。つまり、測定範囲は、結局、パルス繰返し周波数fprfの値そのものであり、それ以上大きくはできない。尚、上記正、負とは、流体の流れ方向を意味する（正方向、負方向）。
【特許文献１】特開２０００−９７７４２号公報
【特許文献２】特開２００４−６１１０９号公報  本発明の課題は、ドップラーシフト周波数が、繰返し周波数によって決められる測定範囲を超える場合でも、ドップラーシフト周波数計測値に対して適宜補正を行うことで、正しいドップラーシフト周波数分布を求めることができ、特に上記測定範囲を大幅に超える場合にも対応できるパルス・ドップラー式超音波流量計を提供することである。
【発明の開示】
【００１０】
本発明のパルスドップラー式超音波流量計は、超音波のドップラーシフトを利用して配管内を流れる被測定流体の流量を測定するパルスドップラー式超音波流量計において、所定のパルス繰返し周波数で超音波パルスを前記被測定流体に送出し、その超音波エコーを受信して、前記配管の管壁直近の第１チャネルから管中央の第ｍチャネルまでの各チャネルのドップラーシフト周波数を計測するドップラーシフト周波数計測手段と、該ドップラーシフト周波数計測手段による計測結果によって得られる、前記第１チャネルから第ｍチャネルまでのドップラーシフト周波数分布において、折り返しの影響を受けているチャネル範囲を求め、該求めたチャネル範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、ドップラーシフト周波数の測定範囲に基づいて得られる補正値を用いて補正するドップラーシフト周波数分布補正手段と、該ドップラーシフト周波数分布補正手段による補正後のドップラーシフト周波数分布を用いて前記被測定流体の流量を求める流量算出手段とを有するように構成する。
【００１１】
上記の通り、パルスドップラー式超音波流量計では、ドップラーシフト周波数の測定範囲は、パルス繰返し周波数fprfによって決められる。ドップラーシフト周波数が、この測定範囲を超える場合、その計測値は、折り返しの影響を受けた、間違った値として得られる。
【００１２】
これより、上記本発明のパルスドップラー式超音波流量計では、上記ドップラーシフト周波数分布補正手段によって、そのドップラーシフト周波数計測値が折り返しの影響を受けたものとなっているチャネルを全て判別し、この判別した各チャネルのドップラーシフト周波数計測値は、上記補正値を用いて補正する。
【００１３】
上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第１チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、前記第１チャネルが折り返しの影響を受けていない場合には、該第１チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値は補正せず、前記折り返しの発生箇所のチャネルから前記第ｍチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正する。
【００１４】
被測定流体の流速は、一様ではなく、管中央の方が管壁近傍よりも早い。よって、ドップラーシフト周波数の絶対値は、管中央の方が管壁近傍よりも大きい。これより、管壁近傍のチャネルは折り返しの影響を受けているのに、管中央側のチャネルは折り返しの影響を受けていない、等ということは、通常はあり得ない。その逆に、管壁近傍のチャネルは折り返しの影響を受けていないが、管中央側のチャネルは折り返しの影響を受けている、ということはあり得る。これより、上記構成では、折り返しの発生箇所があった場合には、そこから管中央までの範囲のチャネルが、折り返しの影響を受けているものとし、測定範囲fprfを補正値として用いて補正を行う。
【００１５】
また、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第１チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、前記第１チャネルが折り返しの影響を受けている場合には、該第１チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として、前記補正を行い、前記折り返しの発生箇所のチャネルから前記第ｍチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲の２倍を前記補正値として補正する。
【００１６】
全てのチャネルが折り返しの影響を受けている場合もあり得る。この場合において、折り返しの発生箇所があった場合には、そこから管中央までの範囲のチャネルは、折り返しの影響を二重に受けていることになる。よって、この範囲のチャネルに対しては、測定範囲の２倍（２fprf）を補正値として用いる。勿論、第１チャネルから折り返しの発生箇所までの範囲の各チャネルに対しても、測定範囲fprfを補正値として用いて補正を行う。
【００１７】
また、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第１チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、前記第１チャネルが折り返しの影響を受けていない場合であって、前記折り返しの発生箇所が複数存在する場合には、該第１チャネルから１番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値は補正せず、前記１番目の折り返しの発生箇所のチャネルから前記第ｍチャネルまでの範囲については、偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については補正せず、奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正する。
【００１８】
上記の通り、ドップラーシフト周波数の絶対値は、管中央の方が管壁近傍よりも大きいので、管壁近傍から管中央までのドップラーシフト周波数分布は、例えば流れが正方向である場合には、基本的には増加していくものであるが、局所的な流速変動があった場合、部分的に減少する場合がある。この場合、折り返しの発生箇所が複数存在する場合がある。上記構成では、流速の局所的な変動があった場合にも、問題なく、ドップラーシフト周波数の測定値を補正して、正しいドップラーシフト周波数分布を得ることができる。
【００１９】
また、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、前記折り返しの発生箇所のチャネルを判別すると共に、前記第１チャネルにおいて既に折り返しの影響を受けているか否かを判定し、前記第１チャネルが折り返しの影響を受けている場合であって、前記折り返しの発生箇所が複数存在する場合には、該第１チャネルから１番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正し、前記１番目の折り返しの発生箇所のチャネルから前記第ｍチャネルまでの範囲については、偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲を前記補正値として補正し、奇数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルから偶数番目の前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲については、該範囲内の各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値を、前記ドップラーシフト周波数の測定範囲の２倍を前記補正値として補正する。
【００２０】
上記構成においても、流速の局所的な変動があった場合にも、問題なく、ドップラーシフト周波数の測定値を補正して、正しいドップラーシフト周波数分布を得ることができる。
【００２１】
また、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、更に、前記被測定流体の流れ方向を判別し、該判別した流れ方向が正方向である場合には、前記補正は、前記各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値に、前記補正値を加算する処理とする。
【００２２】
同様に、上記構成のパルスドップラー式超音波流量計において、例えば、前記ドップラーシフト周波数分布補正手段は、更に、前記被測定流体の流れ方向を判別し、該判別した流れ方向が負方向である場合には、前記補正は、前記各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値から、前記補正値を減算する処理とする。
【００２３】
前記被測定流体の流れ方向の判別は、前記第１チャネルから前記折り返しの発生箇所のチャネルまでの範囲又は前記第１チャネルから前記ドップラーシフト周波数の計測値が０を跨ぐ箇所のチャネルまでの範囲における各チャネルのドップラーシフト周波数の計測値の累積加算値又は平均値を算出し、該算出した累積加算値又は平均値が正の値である場合には正方向、負の値の場合は負方向とするものである。
【００２４】
被測定対象が、例えば時間帯によって被測定流体の流れ方向が逆転するものである場合でも、上記構成により随時、人手を介することなく自動的に、流れ方向を判定して、流れ方向に応じた補正処理を行うことができ、また、一台の流量計を設置するだけで対応できる。
【００２５】
本発明のパルス・ドップラー式超音波流量計によれば、ドップラーシフト周波数が、繰返し周波数によって決められる測定範囲を超える場合でも、補正処理を行うことで、正しいドップラーシフト周波数分布を求めることができ、実質的にドップラーシフト周波数の測定可能範囲を、繰返し周波数によって決められる測定範囲よりも大きくすることができる。特に、ドップラーシフト周波数が、上記特許文献２の方法を用いても測定できないような値であっても、測定可能とすることができる。更に、正／負の何れか一方にしか対応できないのではなく、正／負の両方に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】パルスドップラー式超音波流量計の構成図である。
【図２Ａ】測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例である。
【図２Ｂ】測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例である。
【図３Ａ】測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例（その１）である。
【図３Ｂ】図３Ａの例についての流れ方向判定を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ａの計測結果を周波数修正した例である。
【図３Ｄ】測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例（その２）である。
【図３Ｅ】図３Ｄの例についての流れ方向判定を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｄの計測結果を周波数修正した例である。
【図４Ａ】測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例（その３）である。
【図４Ｂ】図４Ａの例についての流れ方向判定を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ａの計測結果を周波数修正した例である。
【図４Ｄ】測定範囲を超えるドップラーシフト周波数の計測結果の一例（その４）である。
【図４Ｅ】図４Ｄの例についての流れ方向判定を示す図である。
【図４Ｆ】図４Ｄの計測結果を周波数修正した例である。
【図５】流量算出処理全体を概略的に示すフローチャート図である。
【図６】図５のステップＳ２の処理の詳細フローチャート図である。
【図７】図５のステップＳ３の処理の詳細フローチャート図である。
【図８】図７のステップＳ３８の処理の詳細フローチャート図である。
【図９】図７のステップＳ３９の処理の詳細フローチャート図である。
【図１０】図７のステップＳ４１の処理の詳細フローチャート図である。
【図１１】図７のステップＳ４２の処理の詳細フローチャート図である。
【図１２Ａ】測定範囲を超え且つ局所的な変動があるドップラーシフト周波数の計測結果の一例である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの例についての流れ方向判定を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ａの計測結果を周波数修正した例である。
【図１３Ａ】流体の流れ方向が変わる被測定対象の例である。
【図１３Ｂ】流体の流れ方向が変わる被測定対象の例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態のパルスドップラー式超音波流量計の構成を示すブロック図である。【００２８】
図示のパルスドップラー式超音波流量計は、超音波トランスジューサ１、エミッタ２、発信器３、増幅器４、Ａ／Ｄ変換器５、表示装置６、及びＣＰＵ１０より成る。
発信器３から出力された周期信号が、エミッタ２に入力され、エミッタ２は、この周期信号から、超音波トランスジューサ１に超音波パルスを送出させるための電気パルスを生成し、超音波トランスジューサ１に入力する。超音波トランスジューサ１は、この電気パルスによって超音波パルスを配管の管壁を介して流体内に送出し、反射エコーを受信する。反射エコーは超音波トランスジューサ１によって電気信号に変換され、増幅器４で増幅される。増幅された電気信号及び発信器３の周期信号（すなわち送信波と受信波の信号）は、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル信号に変換されてＣＰＵ１０に入力される。【００２９】
超音波トランスジューサ１は、配管の管壁７に設置されており、その反対側の管壁８に向けて超音波パルスを送信し、その途中にある（流体中に含まれ、流体の速度とほぼ同じ速度で移動する）気泡等の反射体９によって反射される反射エコーを受信する。【００３０】
ＣＰＵ１０は、ドップラー周波数分布計測部１１、周波数分布補正処理部１２、及び流量演算処理部１３を有する。ドップラー周波数分布計測部１１は、各チャネルのドップラーシフト周波数を計測することで、例えば図２等に示すような、管壁８から管中央までの範囲のドップラー周波数分布を求める。すなわち、Ａ／Ｄ変換器５から出力される送信波と受信波のディジタル信号から、両者の周波数差を求める。周波数分布補正処理部１２は、ドップラー周波数分布計測部１１によって求められた各チャネルのドップラーシフト周波数より、配管の断面上（実際には配管中央から管壁８（反対側の管壁）までの範囲）のドップラーシフト周波数の分布を求める。流量演算処理部１３は、このドップラーシフト周波数分布に基づいて流速分布を求め、この流速分布に基づいて流量を算出する。【００３１】
尚、ドップラー周波数分布計測部１１は、専用の回路によって実現してもよい。この場合には、Ａ／Ｄ変換器５の出力は、このドップラー周波数分布計測回路に入力され、この回路によって得られたドップラー周波数分布が、ＣＰＵ１０に入力される。何れにしても、ドップラー周波数分布計測部１１や上記回路、及び流量演算処理部１３は、既存の構成であるので、特に詳細には説明しない。【００３２】
本発明の特徴は、周波数分布補正処理部１２にある。すなわち、従来の周波数分布演算処理部では、流速が早い場合、すなわちドップラー・シフト周波数が上記“繰返し周波数fprfによって決められる範囲（−fprf/2〜fprf/2の範囲）”を越える部分がある場合には、“折り返し”が発生する為、求められたドップラーシフト周波数の分布が間違ったものとなる。流速分布、流量は、このドップラーシフト周波数分布に基づいて算出されるので、流速分布、流量の算出結果も間違ったものとなってしまうという問題があった。本発明の周波数分布補正処理部１２では、“折り返し”が発生したドップラーシフト周波数分布を正しいものへと補正する。これによって、“折り返し”が発生した場合でも、正しく、流速分布、流量を算出できる。【００３３】
ここで、上記“折り返し”について説明する。
図２Ａ、図２Ｂに、“折り返し”が発生したときのドップラーシフト周波数分布を示す。【００３４】
図２Ａは流れが正方向、図２Ｂは流れが負方向である場合の例を示す。尚、流れの正、負とは、通常、図１に示すように、超音波パルスの送信方向が流れの上流である場合には流れは“正方向”、その逆である場合には流れは“負方向”であるものと区別している。そして、通常は、ドップラーシフト周波数が正の値であれば“流れは正”、ドップラーシフト周波数が負の値であれば“流れは負”であるものと識別できる。しかし、“折り返し”が発生した場合、図２Ａ，図２Ｂに示す通り、ドップラーシフト周波数が正の部分と負の部分の両方が存在する。詳しくは後述するが、図２Ａ，図２Ｂの例では、管壁８近辺（チャネル０〜チャネルｉの範囲）のドップラーシフト周波数の値は正しいものであり（折り返しは発生していない）、従って図２Ａでは管壁８近辺のドップラーシフト周波数は正であるので流れは正方向と判定でき、同様に図２Ｂでは流れが負方向と判定できる。“折り返し”が発生した場合の流れ方向の判定方法については後に説明する。【００３５】
図２Ａの例では流れが正方向であるので、管壁８近傍のチャネル０から管中央に向かって徐々にドップラーシフト周波数の値が増大していき（上記の通り、管中央の方が流速が早いので）、図示の任意のチャネルｉにおけるドップラーシフト周波数がほぼfprf/2となり、次のチャネルｉ＋１のドップラーシフト周波数がfprf/2を越えた場合を示している。この場合、図示の通り、チャネルｉ＋１のドップラーシフト周波数は“折り返し”によってほぼ−fprf/2となり、チャネルｉ＋２以降のドップラーシフト周波数の値は、この−fprf/2から再び徐々に増加していく。すなわち、この例では、チャネルｉ＋１から管中央のチャネルｍまでのチャネル範囲（ｉ＋１〜ｍ）が“折り返し”の影響を受けており、そのドップラーシフト周波数の値は間違ったものとなっている。【００３６】
図２Ｂの例は、図２Ａとは逆に、管壁８近辺のチャネルから管中央に向かって徐々にドップラーシフト周波数の値が減少していき（流れは管中央が速いので絶対値としては増加していく）、−fprf/2を越えた場合には“折り返し”によってfprf/2となり、そこから減少していく。【００３７】
図３、図４に、上記“折り返し”が発生したときのドップラーシフト周波数分布の例と、これらを周波数分布補正処理部１２によって修正したドップラーシフト周波数分布の例とを示す。【００３８】
“折り返し”が発生したときのドップラーシフト周波数分布は、大別して、４つのパターンに分けられる。すなわち、図３Ａ、図３Ｄ、図４Ａ、図４Ｄに示す４つのパターンがある。このうち、図３Ａ、図４Ａは図２Ａ、図２Ｂに示したものと同じである。すなわち、管壁８近傍のチャネルは“折り返し”の影響を受けておらず、そのドップラーシフト周波数の計測値は正しい値となっているが、そこから管中央のチャネルｍまでの範囲の何処かで、“折り返し”が発生しており、この“折り返し”発生チャネルｉから管中央のチャネルｍまでの範囲では、“折り返し”の影響を受けて、そのドップラーシフト周波数の計測値が間違った値となっているものである。【００３９】
一方、図３Ｄ、図４Ｄには、管壁８近傍のチャネル（チャネル０等）で既に“折り返し”が発生しているパターンを示している。また、この例では、更に、チャネルｉ＋１の直前で“折り返し”が発生している。つまり、チャネルｉ＋１〜チャネルｍまでの範囲では、“折り返し”の影響を二重に受けている。図４Ｄも同様である。【００４０】
図３Ａの周波数分布を周波数分布補正処理部１２によって修正したものが図３Ｃである。同様に、図３Ｄに対しては図３Ｆ、図４Ａに対しては図４Ｃ、図４Ｄに対しては図４Ｆが、周波数分布補正処理部１２によって修正した周波数分布である。当然、修正後の周波数分布が正しい内容である。【００４１】
図３Ｃに示す通り、図３Ａに示す周波数分布は、チャネル０〜チャネルｉまでは正しいが、チャネルｉ＋１以降は間違いであり、本当はチャネルｉ＋１以降は全てfprf/2を越えており、更に管中央付近ではfprfを越えており、３／２fprfに近い値となっている。よって、特許文献２の手法を用いても、fprfを越えた部分については“折り返し”が発生してしまい、ドップラーシフト周波数分布は間違った内容となり、流量計測結果は間違った値となる。【００４２】
周波数分布補正処理部１２では、まず、上記４つのパターンの何れに該当するかを判定し、該当したパターン用の修正処理を実行することで、間違った周波数分布を正しいものへと修正する。【００４３】
図３Ａに示す周波数分布を修正する場合には、基本的には、“折り返し”が発生した箇所（チャネルｉ＋１）を求め、このチャネルｉ＋１以降の全てのチャネル（チャネルｉ＋１〜管中央のチャネルｍまで）のドップラーシフト周波数にfprfを加算すればよい（これは、図４Ａのパターンでも同様である。但し、「加算」ではなく「減算」となる）。但し、後に説明する処理例のように、局所的な変動にも対応できるようにすることが望ましい。【００４４】
“折り返し”発生箇所のチャネルは、例えば図３Ｂに示すように、前のチャネルｉとの差がfprf/2以上であることを以って、求めることができる。上記の通り、チャネルｉとチャネルｉ＋１との周波数差は、非常に大きい値（ほぼfprf程度）であり、且つ隣のチャネルとの周波数差がfprf/2以上となることは通常あり得ない（“折り返し”が発生したときだけ）からである。よって、当然、“折り返し”発生箇所判定の為の閾値は、「fprf/2以上」に限らず、通常はあり得ない値であれば何でもよい（例えば「２fprf/３以上」等）。これは、他のパターンにおいても同様である（図３Ｅ、図４Ｂ、図４Ｅに示す通り）。【００４５】
一方、図３Ｄ、図４Ｄのパターンの場合には、チャネル０〜チャネルｉの部分も“折り返し”の影響を受けた値となっている。更に、チャネルｉ＋１〜チャネルｍの部分は、２回分の“折り返し”の影響を受ける。これより、図３Ｄの場合、基本的には、チャネル０〜チャネルｉの部分のドップラーシフト周波数にはfprfを加算し、チャネルｉ＋１〜チャネルｍの部分のドップラーシフト周波数には２×fprfを加算すればよい。但し、後に説明する処理例のように、局所的な変動にも対応できるようにすることが望ましい。これによって、図３Ｆに示すドップラーシフト周波数分布が得られる。図４Ｄの場合も同様であるが、「加算」ではなく「減算」となる。【００４６】
図３Ｆに示す通り、管中央のチャネルｍのドップラーシフト周波数は、３fprf/2を越えており、従来技術では（特許文献２の手法を用いても）測定できないものである。
以上述べたように、本例のパルスドップラー式超音波流量計によれば、流速が非常に早い為に、ドップラーシフト周波数の値がパルス繰返し周波数fprfによって決められる測定範囲を大幅に超える場合でも（２倍以上、３倍以上）、計測されたドップラーシフト周波数分布を補正することで、正しい流速・流量算出結果が得られるようになる。【００４７】
以上、周波数分布補正処理部１２による処理について概略的に説明したが、以下、図５〜図１１に示すフローチャート図を用いて詳細に説明する。尚、概略的に説明した処理、及び図５〜図１１に示すフローチャート図の処理は、不図示のメモリ（ＲＯＭ、フラッシュメモリ等）に格納された所定のアプリケーションプログラムや閾値等の各種設定値を、ＣＰＵ１０が読出し・実行することにより実現される。これは、ドップラーシフト周波数分布の算出処理や流速・流量算出処理についても同様である。【００４８】
図５は、ＣＰＵ１０による流量算出処理全体を概略的に示すフローチャート図である。
図５に示す通り、ＣＰＵ１０においては、まず、ドップラー周波数分布計測部１１によって各チャネルのドップラーシフト周波数が算出され（ステップＳ１）、続いて周波数分布補正処理部１２によって、まず流れ方向等を求めることで上記４つのパターンの何れに該当するかを判定し（ステップＳ２）、判定したパターン用の処理フローを用いて周波数シフト処理を実行することで（ステップＳ３）、ドップラーシフト周波数分布を“折り返し”の影響を排した正しいものへと修正する。【００４９】
その後は、修正されたドップラーシフト周波数分布を用いて、流量演算処理部１３によって、従来通りの流速演算処理（ステップＳ４）、流量演算処理（ステップＳ５）を行えば、流体の流速が測定範囲を超えるような状況であっても正しく流速・流量を算出できる。【００５０】
図６は、上記ステップＳ２の流れ方向判定処理の詳細フローチャート図である。
図６の処理では、まず、壁直近チャネルを現チャネルとする。すなわち、まず、壁直近チャネルをステップＳ１２〜Ｓ１５の処理の対象とする。壁直近チャネルとは上記管壁８に最も近いチャネル０である。その後は、チャネル１、チャネル２、・・・というように、管壁８直近のチャネル０から管中央のチャネルｍまでの全てのチャネルについて、順次、各チャネルを処理対象として、ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を繰り返し実行する（ステップＳ１６，Ｓ１７）。すなわち、処理対象チャネルをチャネルｉ（ｉ＝０〜ｍ）とし、最初はｉ＝０とし、ステップＳ１７でｉ＝ｉ＋１の処理を行いながら、ｉ＝ｍとなるまで、ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を繰り返し実行する。【００５１】
ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理について説明する。この処理は、基本的には、上記“折り返し”発生箇所を求めて記録しておく処理である。まず、現チャネルと次チャネルのドップラーシフト周波数の差分ｐｉを計算し(次チャネルｉ＋１のドップラーシフト周波数−現チャネルｉのドップラー周波数)、これを現チャネルｉに関する差分値ｐｉとする（ステップＳ１２）。そして、この差分値ｐｉの絶対値が所定の閾値（上記の通り、ここではfprf/2とする）以上の場合は（ステップＳ１３，ＹＥＳ）、次チャネルｉ＋１に対応する位相変位フラグをONにし（ステップＳ１４）、閾値未満である場合には（ステップＳ１３，ＮＯ）、次チャネルｉ＋１に対応する位相変位フラグはOFFのままとする（ステップＳ１５）。尚、特に図示しないが、予め各チャネル毎に位相変位フラグを対応付けた第１のテーブルを用意しており、デフォルトでは全ての位相変位フラグはＯＦＦとなっている。また、上記差分値ｐｉは一時的に記憶しておく。また、既に述べた通り、上記閾値はfprf/2に限るものではなく、“折り返し”が発生した場合以外では通常起こり得ない値であれば何でもよい。【００５２】
尚、次チャネルとは、現チャネルの管中央方向での隣のチャネルである。
以上述べた処理によって上記第１のテーブルを作成・更新することで、その位相変位フラグがＯＮであるチャネルが、“折り返し”発生箇所であることが分かる。【００５３】
次に、再び、管壁８直近のチャネル０を現チャネルとし（ステップＳ１８）、上記処理と同様にこのチャネル０から管中央のチャネルｍまでの全てのチャネルを順次処理対象としながら（ステップＳ２１，Ｓ２２）、ステップＳ１９、Ｓ２０の処理を繰り返し実行する。尚、図には示していないが、ステップＳ１８の処理の際に、上記差分値ｐｉの累積加算値を示す変数Ｐを初期化（Ｐ＝０）とする。【００５４】
ステップＳ１９，Ｓ２０の処理は、まず、上記第１のテーブルを参照して、現在の処理対象チャネルｉの次チャネルｉ＋１に対応する位相変位フラグがＯＦＦか否かを判定し（ステップＳ１９）、ＯＮである場合には（ステップＳ１９，ＮＯ）何も処理を行わず、ＯＦＦである場合には（ステップＳ１９，ＹＥＳ）、この現チャネルｉの上記差分値ｐｉを上記変数Ｐに加算する（Ｐ＝Ｐ＋ｐｉ）処理を行う（ステップＳ２０）。【００５５】
チャネル０からチャネルｍまでの全てのチャネルについて上記ステップＳ１９，Ｓ２０の処理を実行したら（ステップＳ２１，ＹＥＳ）、上記変数Ｐが正か負かによって現在の測定対象流体の流れ方向を判定する。すなわち、変数Ｐ（差分値ｐｉの累積加算値）が正の場合には（ステップＳ２３，ＹＥＳ）、流れは正方向であると判定し（ステップＳ２４）、変数Ｐが負である場合には（ステップＳ２３，ＮＯ）、流れは負方向であると判定する（ステップＳ２５）。【００５６】
上記ステップＳ１９の判定がＮＯである場合にはそのチャネルの差分値ｐｉは変数Ｐに加算しないので、“折り返し”による影響を排除しており、上記変数Ｐによって問題なく流れ方向を判定できる。すなわち、上述してある通り、管壁近くよりも管中央の方が流れが速いものであり、例えば正方向の流れであった場合には、基本的には、現チャネルよりも次チャネルの方が流れが速い（つまり、ドップラーシフト周波数が大きい）ので、上記差分値ｐｉは基本的には正の値となる（これは、“折り返し”の影響を受けている範囲でも基本的には正の値となる）。但し、場合によっては、後に図１２に示すように、局所的な流速変動によって部分的に上記差分値ｐｉが負の値となる箇所が発生する可能性がある為、上記の通り、累積加算値により正／負を判断している。更に、“折り返し”箇所では差分値ｐｉは大きなマイナス（ほぼ−fprf）になるので、ステップＳ１９で“折り返し”箇所の差分値を除外しているので、正方向の流れであれば変数Ｐの値は必ず正の値となる。【００５７】
尚、流れが負方向の場合には、上記正方向の場合と逆であると考えればよい。つまり、この場合も当然、管壁近くよりも管中央の方が流れが速い（よって、上記差分値ｐｉの絶対値は、管中央の方が大きい）が、流れが負方向であることから、基本的には管壁直近から管中央に向けて各チャネルのドップラーシフト周波数は減少していくことになるので、上記差分値ｐｉは（上記一部の変動部分を除けば）負の値となり、よって変数Ｐも負の値となる。【００５８】
上記処理によって、“折り返し”が発生している場合や局所的な流速変動が生じている場合でも、間違いなく流れ方向を判定できる。
上記図６の流れ方向判定処理が終了したら、続いて、図５のステップＳ３の周波数シフト処理を実行する。【００５９】
図７に、この周波数シフト処理の詳細フローチャート図を示す。
上記処理によって流れ方向が判別できたことで、例えば流れが正方向である場合には、図３Ａか図３Ｄの何れかのパターンであることが分かる。図３Ａか図３Ｄかは、上述してある通り、処理開始チャネルである（処理の基準となる）管壁８直近のチャネル０において、既に“折り返し”の影響を受けているか否かによって判別できる。図７の処理では、上記流れ方向の判別結果に加えて、管壁８直近のチャネル０において既に“折り返し”の影響を受けているか否かを判別することによって、上記４つのパターンのどれに該当するのかを判定し、この判定結果に応じて図７のステップＳ３８、Ｓ３９、Ｓ４１、Ｓ４２の何れかの処理を実行するものである。そして、ステップＳ３８の詳細フローチャートを図８に示し、ステップＳ３９の詳細フローチャートを図９に示し、ステップＳ４１の詳細フローチャートを図１０に示し、ステップＳ４２の詳細フローチャートを図１１に示してある。
【００６０】
図７の処理では、壁直近のチャネルから位相変位フラグがONであるチャネルまでの範囲のドップラーシフト周波数の平均値を求め、あるいは壁直近からドップラーシフト周波数が0を跨ぐまでの範囲のドップラーシフト周波数の平均値を求める。【００６１】
すなわち、まず、管壁８直近のチャネル０を現チャネル（処理対象チャネル）とし（ステップＳ３１）、このチャネル０から管中央に向けてチャネル１，２，３、・・というように順次、各チャネルを処理対象チャネルとしながら（ステップＳ３５）、その位相変位フラグがＯＮであるチャネルが現チャネルとなるまで、又はドップラーシフト周波数が０を跨ぐまで（すなわち、ステップＳ３２でＮＯとなるかステップＳ３４でＹＥＳとなるまで）、各チャネルのドップラーシフト周波数を順次累積加算していく（ステップＳ３３）。すなわち、チャネルｉのドップラーシフト周波数をｆfdiとし、ドップラーシフト周波数の累積加算値を示す変数をＱとし、ステップＳ３１の際に変数Ｑを初期化（Ｑ＝０）とすると、ステップＳ３３の処理はＱ＝Ｑ＋ｆfdiとなる。【００６２】
尚、上記ドップラーシフト周波数が0を跨いだか否かの判定方法は、例えば、現チャネルｉのドップラーシフト周波数と次チャネルｉ＋１のドップラーシフト周波数とを比較して、一方が正の値、他方が負の値である場合には、ドップラーシフト周波数が0を跨いだと判定する。【００６３】
上記処理によって求められる変数（累積加算値）Ｑの値は、図３の例では、もし図３Ａのパターンであった場合には、図示の範囲Ａにおける各チャネルのドップラーシフト周波数の累積加算値Ｑが求められることになる。すなわち、この場合はステップＳ３２でＮＯとなり、チャネル０から、位相変位フラグがＯＮであるチャネルｉ＋１の直前のチャネルｉまでの範囲Ａの各チャネルのドップラーシフト周波数の累積加算値Ｑが求められることになる。また、もし図３Ｄのパターンであった場合には図示の範囲Ｅにおける各チャネルのドップラーシフト周波数の累積加算値Ｑが求められることになる。すなわち、この場合には、ステップＳ３４でＹＥＳとなり、チャネル０から、ドップラーシフト周波数が０を跨ぐ直前のチャネルまでの各チャネルのドップラーシフト周波数の累積加算値Ｑが求められることになる。【００６４】
図３Ａ、図３Ｄを見れば明らかなように、図３Ａの場合には累積加算値Ｑは正の値となり、図３Ｄの場合には累積加算値Ｑは負の値となる。図３Ａのようなパターンの場合、既に述べたように、管壁８直近のチャネル０から“折り返し”発生箇所直前のチャネルｉまでの範囲Ａのドップラーシフト周波数の計測値は、正しい（“折り返し”の影響を受けていない）値であるので、正の値となる。但し、局所的な変動によって部分的にドップラーシフト周波数が負となるチャネルが存在する可能性を考慮して、範囲Ａ全体の累積加算値を求めている（よって、変数Ｑは、累積加算値に限らず、例えば平均値等であってもよい）。【００６５】
一方、図３Ｄのパターンの場合、図示の範囲Ｂの領域（管壁８直近のチャネル０から“折り返し”発生箇所直前のチャネルｉまでの範囲）も“折り返し”の影響を受けてドップラーシフト周波数が間違った値となり、更にこの様な場合特に比較的流速が低い管壁８近傍の領域（図示の範囲Ｅ）の各チャネルのドップラーシフト周波数は、通常、図示の通り、流れ方向が正であるにも係わらず、負の値となることが分かっている。【００６６】
図４Ａ、図４Ｄのパターンは、その逆に、管壁８近傍の領域が“折り返し”の影響を受けていない場合には変数Ｑは負の値となり、“折り返し”の影響を受けている場合には変数Ｑは正の値となる。【００６７】
これより、流れが正方向であり（ステップＳ３６，ＹＥＳ）且つ上記変数Ｑが正の値である場合には（ステップＳ３７，ＮＯ）、図３Ａのパターンに対応したドップラーシフト周波数の修正処理（処理ａ）を実行する（ステップＳ３８）。同様に、流れが正方向であり（ステップＳ３６，ＹＥＳ）且つ上記変数Ｑが負の値である場合には（ステップＳ３７，ＹＥＳ）、図３Ｄのパターンに対応したドップラーシフト周波数の修正処理（処理ｂ）を実行する（ステップＳ３９）。同様に、流れが負方向であり（ステップＳ３６，ＮＯ）且つ上記変数Ｑが正の値である場合には（ステップＳ４０，ＹＥＳ）、図４Ｄのパターンに対応したドップラーシフト周波数の修正処理（処理ｄ）を実行する（ステップＳ４２）。同様に、流れが負方向であり（ステップＳ３６，ＮＯ）且つ上記変数Ｑが負の値である場合には（ステップＳ４０，ＮＯ）、図４Ａのパターンに対応したドップラーシフト周波数の修正処理（処理ｃ）を実行する（ステップＳ４１）。【００６８】
以下、図８〜図１１を参照して、上記処理ａ，ｂ，ｃ，ｄについて詳細に説明する。
まず、図８に示す処理ａの詳細フローチャートについて説明する。すなわち、流れが正方向で且つ管壁８近傍の領域が“折り返し”の影響を受けていない場合のドップラーシフト周波数の修正処理について説明する。【００６９】
図８の処理では、まず、レンジ周波数Ｒを初期化する（Ｒ＝０）（ステップＳ５１）。レンジ周波数Ｒとは、ドップラーシフト周波数の補正量を意味する。図３Ａの例の場合、上述してある通り、図示の範囲Ａについては補正する必要はないのでＲ＝０とし、“折り返し”の影響を受けている図示の範囲Ｃに関しては、各チャネルのドップラーシフト周波数に一律fprfを加算すればよいので、ステップＳ５６でレンジ周波数Ｒをfprfにしている。【００７０】
また、ステップＳ５１では、位相変位済みフラグをＯＦＦに設定する。この位相変位済みフラグ及びステップＳ５４〜Ｓ５６の処理は、図３Ａのような例の場合には必要ない。しかしながら、局所的な変動によって、図３Ａのケースが、例えば図１２Ａに示す状態になる場合もある。図１２Ａの例では、範囲Ｃ内における任意の範囲Ｆが、局所的な変動によってドップラーシフト周波数の値が部分的に減少した為に再び測定範囲内の値（ここではfprf/2未満）となっている。この場合、範囲Ｆにおけるドップラーシフト周波数の値は正しいので、修正する必要はない。この様な状況から、現チャネルが修正する必要があるものであるか否かを区別する為に、位相変位済みフラグを用いる。【００７１】
但し、ここでは、図８の処理の説明の前に、まず、局所的な変動を考慮しない場合の処理について説明する。この処理は、図８の処理において、位相変位済みフラグを用いない処理となる。すなわち、ステップＳ５１で位相変位済みフラグをＯＦＦに設定する処理は必要なく、またステップＳ５４〜Ｓ５６の処理に代えて、単にレンジ周波数Ｒをfprfにする処理を実行すればよい。これより、ステップＳ５１でレンジ周波数Ｒを初期化したら、まず、現チャネルｉを管壁８直近のチャネル０（ｉ＝０）とし、上記第１のテーブルを参照して、現チャネルの位相変位フラグがＯＮであるかを判定する（ステップＳ５３）。チャネル０の場合はフラグＯＦＦであるので（ステップＳ５３，ＮＯ）、そのままステップＳ５７の処理に進む。ステップＳ５７では、現チャネルのドップラーシフト周波数を、測定されたドップラーシフト周波数にレンジ周波数Ｒを加算した値へと補正とする。チャネル０の場合は、Ｒ＝０であるので、ドップラーシフト周波数は測定値のままである（修正しない）。【００７２】
そして、現チャネルが管中央のチャネルｍとなるまで、チャネル０〜チャネルｍまでの各チャネルを、順次、現チャネルとして、上記と同様の処理を繰り返し実行する。チャネル１以降も、その位相変位フラグがＯＮであるチャネルが現チャネルとなるまでは、レンジ周波数Ｒは０のままなので、ドップラーシフト周波数は測定値のままである（修正しない）。そして、現チャネルの位相変位フラグがＯＮの場合には（ステップＳ５３，ＹＥＳ）、上記「レンジ周波数Ｒをfprfにする処理」を行う。これによって、本チャネルから管中央のチャネルｍまでの全てのチャネルについて、ステップＳ５７の処理は「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値＋fprf」となる。【００７３】
尚、図１０の処理を局所的な変動を考慮しない処理とした場合には、レンジ周波数Ｒが−fprfになる点以外は、上記処理と同じである。
続いて、図８の処理について、図１２Ａの例を参照しながら、上述した図３Ａの例に対応した処理との違いについて説明する。【００７４】
この場合、まず、ステップＳ５１でレンジ周波数Ｒを初期化する（Ｒ＝０）と共に、位相変位済みフラグをＯＦＦにする点が異なる。そして、上記処理では現チャネルの位相変位フラグがＯＮである場合には（ステップＳ５３，ＹＥＳ）、単に「レンジ周波数Ｒをfprfにする処理」を行ったが、その代わりにステップＳ５４〜Ｓ５６の処理を行う点が異なる。【００７５】
図１２Ａの例では、チャネルｊ、ｋ、ｌの３つのチャネルの位相変位フラグがＯＮになる。すなわち、まずチャネルｊにおいて一旦、計測範囲fprf/２を超えることから、“折り返し”が生じるが、この例では図１２Ｃに示すように、部分的にドップラーシフト周波数が減少する為、チャネルｋ〜チャネルｌの範囲のドップラーシフト周波数は再び計測範囲fprf/２未満となる。尚、図１２Ｃには、修正後のドップラーシフト周波数分布、すなわち本来の（正しい）ドップラーシフト周波数分布を示してある。【００７６】
この場合、チャネルｋ〜チャネルｌの範囲のドップラーシフト周波数は正しいので、補正する必要はないが、上述した局所的な変動を考慮しない処理では、チャネルｊから管中央のチャネルｍまでの範囲の全てのチャネルは、一律に、補正されてしまう。【００７７】
この場合、図１２Ａに示す通り、チャネルｋ、ｌにおいても“折り返し”が生じることから、図６の処理により、チャネルｊだけでなくチャネルｋ、ｌも、その位相変位フラグがＯＮになっている。【００７８】
以上の事から、図８の処理を行うことで、図１２の様の局所的な変動が生じている場合も問題なく、ドップラーシフト周波数分布を修正できる。
すなわち、図８の処理によれば、図１２の例の場合、現チャネルがチャネルｊ，ｋ，ｌのときにステップＳ５３の判定がＹＥＳとなり、ステップＳ５４〜Ｓ５６の処理を行うことになり、そのときに位相変位済みフラグがＯＮの場合にはステップＳ５５の処理を実行し、ＯＦＦの場合にはステップＳ５６の処理を実行する。【００７９】
まず、現チャネルがチャネルｊのときには、ステップＳ５１によって位相変位済みフラグがＯＦＦになったままであるので、ステップＳ５６の処理を実行する。ステップＳ５６では、現在のレンジ周波数（補正値）Ｒにfprfを加算する（Ｒ＝Ｒ＋fprf）と共に位相変位済みフラグをＯＮにする。ここでは、レンジ周波数ＲはステップＳ５１で初期化された状態のままであるので、Ｒ＝０＋fprf＝fprfとなる。これより、チャネルｊからチャネルｋ−１までの各チャネルについては、ステップＳ５７の処理は「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値＋fprf」となり、ドップラーシフト周波数の修正が行われることになる。【００８０】
そして、現チャネルがチャネルｋになると、ステップＳ５３の判定がＹＥＳとなり、位相変位済みフラグはＯＮであるので（ステップＳ５４，ＹＥＳ）、ステップＳ５５の処理を実行する。ステップＳ５５の処理では、現在のレンジ周波数Ｒからfprfを減算する（Ｒ＝Ｒ−fprf）と共に位相変位済みフラグをＯＦＦにする。ここでは、現在のレンジ周波数Ｒはfprfであるので、Ｒ＝fprf−fprf＝０となる。これより、チャネルｋからチャネルｌ−１までの各チャネルについては、ステップＳ５７の処理は「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値＋０」となり、実質的にはドップラーシフト周波数の修正は行われないことになる。【００８１】
その後、現チャネルがｌになったときには、上記チャネルｊのときと同じ処理が行われることになり、チャネルｌからチャネルｍまでの各チャネルについては、ステップＳ５７の修正処理は「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値＋fprf」となり、ドップラーシフト周波数の修正が行われることになる。【００８２】
次に図９に示す処理ｂについて説明する。図９の処理は、ステップＳ６１においてレンジ周波数Ｒの初期値をfprfをとする点以外は、図８の処理と同じである。但し、レンジ周波数Ｒの初期値をfprfとしていることから、図３Ｄに示す範囲Ｂ内の各チャネルに関しては、ステップＳ６７の処理は「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値＋fprf」となり、範囲Ｄ内の各チャネルに関しては、ステップＳ６７の処理は「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値＋２fprf」となる。また、図１２のような局所的な変動により位相変位フラグがＯＮとなっているチャネルが複数ある場合には、上記チャネルｋ〜チャネルｌの範囲に相当する範囲の各チャネルに対しては、ステップＳ６７の処理は、「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値＋fprf」となる。【００８３】
また、図１０に示す処理ｃのフローについても、そのステップＳ７５，Ｓ７６の処理が、図８のステップＳ５５，５６の処理の「減算」が「加算」となり「加算」が「減算」となっていることから、ステップＳ７７の修正処理が「修正無し」又は「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値−fprf」となる点以外は、図８の処理と同じであるので、詳しい説明は省略する。図１０の処理によれば、上記チャネルｊに相当するチャネルについてステップＳ７６によってレンジ周波数ＲをＲ＝Ｒ−fprf＝−fprfとし、その後、上記チャネルｋに相当するチャネルについてステップＳ７５によってＲ＝Ｒ＋fprf＝０とすることで「修正なし」の状態に戻し、更に上記チャネルｌに相当するチャネルについてステップＳ７６によってレンジ周波数Ｒを再びＲ＝Ｒ−fprf＝−fprfとすることになる。【００８４】
同様に、図１１に示す処理ｄのフローについても、ステップＳ８１においてレンジ周波数Ｒの初期値を−fprfとし、そのステップＳ８５，Ｓ８６の処理が、図８のステップＳ５５，５６の処理の「減算」が「加算」となり「加算」が「減算」となっていることから、ステップＳ８７の処理が「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値−fprf」又は「ドップラーシフト周波数＝ドップラーシフト周波数の測定値−２fprf」となる点以外は、図８の処理と同じであるので、詳しい説明は省略する。【００８５】
図４Ａのようなパターンにおいて図１２のような局所的な変動が生じた場合には、図１１の処理によって、上記チャネルｊ〜チャネルｋ−１に相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値からfprfを減算する補正を行い、上記チャネルｋ〜チャネルｌ−１に相当する各チャネルについては補正は行わず、上記チャネルｌ〜チャネルｍに相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値からfprfを減算する補正を行うことになる。勿論、チャネル０からチャネルｊ−１に相当するチャネルまでの各チャネルについては、補正は行わないことになる。【００８６】
図１１の処理によれば、上記チャネルｊに相当するチャネルについてステップＳ８６によってレンジ周波数ＲをＲ＝Ｒ−fprf＝−２fprfとし、その後、上記チャネルｋに相当するチャネルについてステップＳ８５によってＲ＝Ｒ＋fprf＝−fprfとし、更に上記チャネルｌに相当するチャネルについてステップＳ８６によってレンジ周波数Ｒを再びＲ＝Ｒ−fprf＝−２fprfとすることになる。【００８７】
この場合、上記チャネルｊ〜チャネルｋ−１に相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値から２fprfを減算する補正を行い、上記チャネルｋ〜チャネルｌ−１に相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値からfprfを減算する補正を行い、上記チャネルｌ〜チャネルｍに相当する各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値から２fprfを減算する補正を行うことになる。勿論、チャネル０からチャネルｊ−１に相当するチャネルまでの各チャネルについては、そのドップラーシフト周波数計測値からfprfを減算する補正を行うことになる。【００８８】
上記本例のパルスドップラー式超音波流量計は、局所的な変動は考慮しているが、局所的な変動によって部分的に流れ方向が逆向きになるような状況は考慮していない。本例において被測定流体の流れ方向を判定するのは、例えば時間帯等によって流体の流れ方向が正方向になったり負方向になったりするシステムに対応する為である。【００８９】
すなわち、例えば揚水発電のように、発電所の上下に貯水池を作り，電気の消費が少ない夜間の電力を利用して下池の水を上池へくみ上げておき，昼間，電力の必要量に応じて，上池と下池の落差を利用して発電する場合に、夜間と昼間で流れ方向が入れ替わる場合がある。また、大規模な浄水所の場合、浄水所から複数の給水所へ給水するが、下流の負荷に応じて給水所間で水量を調整する必要があり、その折に給水所間で水の流れ方向が変わる場合がある。【００９０】
更に、図１３に示す配管において、
（１）ある時はA,Bの弁を止めて、弁Cから弁Dへ流す（図１３Ａ）。
（２）それ以外はC,Dの弁を止めて、弁Aから弁Bへ流す（図１３Ｂ）
場合がある。この時に配管のX地点では、（１）の場合と（２）の場合とでは、流れ方向が逆になる。この為、Ｘ地点に設置した流量計が流れ方向を判別する機能を有していれば、一台の流量計で計測できるというメリットがある。【００９１】
本発明のパルス・ドップラー式超音波流量計によれば、ドップラーシフト周波数が、繰返し周波数によって決められる測定範囲を超える場合でも、補正処理を行うことで、正しいドップラーシフト周波数分布を求めることができ、実質的にドップラーシフト周波数の測定可能範囲を、繰返し周波数によって決められる測定範囲よりも大きくすることができる。特に、ドップラーシフト周波数が、上記特許文献２の方法を用いても測定できないような値であっても、測定可能とすることができる。更に、正／負の何れか一方にしか対応できないのではなく、正／負の両方に対応できる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｆ】
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【図１２Ｃ】
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