【手続補正書】
【提出日】平成19年5月8日(2007.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流量を求める超音波流量計において、
最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定時間の整数倍となるようにし、
前記一定時間の１倍から始め、毎回片方の測定毎に倍数を１つずつ増やすようにして、
送信タイミングが、基準クロックの次のカウントエッジより後になったら、次回の測定は遅延時間を前記一定時間の１倍に戻すようにしたことを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流量を求める超音波流量計において、
最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定時間の整数倍となるようにし、
前記一定時間の１倍から始め、毎回片方の測定毎に倍数を１つずつ増やすようにして、
遅延時間が、基準クロックの１周期の一定整数倍を超えたら、次回の測定は遅延時間を前記一定時間の１倍に戻すようにしたことを特徴とする超音波流量計。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この従来技術では、送信（発信）のタイミングが、基準クロックに対し位相的に偏り無く均一に散らばるようになれば、基準クロックによる複数の到達時間測定値の平均値が正しい値に近づき、誤差の小さい流量測定が出来るはずであるが、送信タイミングを位相的に均一にずらすことが難しい。それは２つのクロックの周期差（厳密には基準クロック周期の整数倍と時計用クロック周期との差）によりずれる位相が、基準クロックのわずかの偏差や温度特性等で異なり、前記一定クロック数の増分（どこまで増やすか）とのマッチングが崩れるためである。特に、基準クロックは低消費電力化の観点から、発振開始から周波数が安定するまでの時間を短くするために、水晶発振器等の高精度のクロック発振器を使用しないことがあって、温度変化等による周波数変化によって前記周期差が変動し、送信タイミングを基準クロック位相の１周期に満遍なく散らばせるという条件が崩れやすい。満遍なく散らばせる条件が崩れると、複数回の到達時間の計測値の平均が正しい真値に近づかなくなり、真値との違い（誤差）が大きくなる。従って、期待する程計測精度（分解能）が向上しないという問題点があった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
平均値が正しい到達時間となるためには、遅延時間の前記１単位即ち基本の遅延時間が基準クロック周期の１／ｎなら、そのｎ倍まで遅延時間を大きくしたところでやめる（元の１倍に戻す）必要がある（正しくは０倍から開始して（ｎ−１）倍まで、または１倍から開始してｎ倍までとし、実際は順番は関係なく各倍数が均一ならよい）。ｎを１１とし、基本の遅延時間をτとしたときの、動作を図１に従って説明する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
図１で基準クロックのカウントエッジは、基準クロックを計数するカウンタによる基準クロックのカウントエッジを意味する。また、１回目〜１２回目は、それぞれ１回目の計測セット〜１２回目の計測セットのことである。１回目では遅延時間は０（即ち遅延なし）で、最初のカウントエッジの時点で第１発信（第１の送信）が行われ、最終受信の時点で、複数回の送受信の連続する繰り返しが終了している。なお図１は、遅延時間が０のときの第１発信から最終受信までの到達時間が基準クロックの周期（クロック数）で１．３の場合であるが、実際はこのような事例はない。図１では、遅延時間は基準クロック１周期の１／１１を１単位（τ）とし、毎回、その０倍から、１倍、２倍、・・・と順に増加させ、１０倍の次は再び０倍に戻すようにして、１１回の測定（計測セット）で、基準クロック周期の１／１１の分解能で到達時間の測定が可能となる構成を狙ったものであるが、基本の遅れ時間τが何らかの事情（例えば温度変化等によって）基準クロック周期の１／１０となり、予定していた１／１１より大きくなってしまった場合を示してしる。１回目の基準クロックのカウント値は１であり、１回目〜７回目は何れもカウント値が１となる。８回目〜１１回目はカウント値が何れも２となる。そして１２回目で遅延時間が０に戻る。従って、１回目から１１回目までの到達時間の平均値は、１回目から１１回目までのカウント値の平均値となり、次式のように約１．４となり、真
（１×７＋２×４）／１１＝１．３６≒１．４
値の１．３から離れた値となっている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また第２の従来技術では、温度変化による遅延素子の遅延時間の変化があると、前述のように、基本の遅延時間と、何倍まで遅延時間を大きくするのかのマッチングが崩れて、結果的に正しい計測値が得られず、計測精度（分解能）が期待する程向上しないという問題点があった。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、基準クロックのカウントエッジから遅延時間をおいて最初の送信を行い、送信毎の順次遅延時間を一定時間ずつ長くし、送信（発信）タイミングが基準クロックの次のカウントエッジより後になったら遅延時間を最初の送信時の遅延時間に戻すことを最も主要な特徴とする。
請求項１の発明は、流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流量を求める超音波流量計において、
最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定時間の整数倍となるようにし、
前記一定時間の１倍から始め、毎回片方の測定毎に倍数を１つずつ増やすようにして、
送信タイミングが、基準クロックの次のカウントエッジより後になったら、次回の測定遅延時間を前記一定時間の１倍に戻すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
この発明の作用を図２に従って説明する。図２は、到達時間すなわち第１発信（送信）から最終受信までが基準クロックのクロック数で１．３の場合であるが実際はこのような事例はない。発明の動作を理解し易いようにしたものである。隣り合うカウントエッジ間の間隔（時間）が基準クロックの１周期で、この１周期より小さい一定時間をτで示す。１回目の測定時の遅延時間はτ×１、次の２回目の測定ではτ×２と遅延時間を順に増加させてゆき、１０回目では遅延時間がτ×１０となり、この遅延時間終了時、つまり測定の開始時である最初の発信（送信時）が、遅延を開始したカウントエッジ（図２の一番左のカウントエッジ）の次のカウントエッジ（図２の３つのカウントエッジのうち中央のカウントエッジ）の後になっている。よって、その次の（１１回目）の測定では遅延時間が基本の一定時間τに戻される。この動作を繰り返すことで、図２のように、測定の開始即ち最初の発信（送信）から最後の受信（最終受信）までの間の基準クロックのカウントエッジを計数して得られるカウント値、即ち到達時間は、図２の右端に示すように、１回目〜６回目は１、７回目〜９回目は２、１０回目は１となり、１０回の平均値は（１×７＋２×３）／１０＝１．３となり到達時間を正確に計測している。こうして到達時間の真値に近い値（図２の例では真値と同じ測定値）を得ている。図２では、一定時間τの１０倍まで遅延時間を大きくしたところで、送信（発信）タイミングが基準クロックの次のカウントエッジより後になっているので、次の１１回目の測定では、遅延時間を元の値τ×１まで戻しているが、仮に一定時間τが９割程度の時間に変わったとすると、次のカウントエッジを越える１１倍の遅延時間まで増加させることになり、１１回目の測定開始（図２の第１発信）時点が基準クロックの１周期間に亘り均等に配置されることになり、到達時間の計測値（カウント値）の平均が真値に近くなる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図２では、遅延時間を基本の一定時間τの１倍から始め、測定毎に順に２倍、３倍、・・・１０倍と増やし、最初の送信（発信）が基準クロックの次のカウントエッジを越えたら（次のカウントエッジの後になったら）、その次の１１回目の測定で１倍のτに戻すことを繰り返すようにしたが、基本の一定時間τの０倍から開始しても、一定時間を基準クロックの１周期より大幅に小さく設定することで、上記のように１倍のτ×１から開始した場合と同様の効果が期待できる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項２の発明は、流体の上流と下流に対向配置した超音波送受波器間で相互に超音波の送受信を行い、その到達時間より流量を求める超音波流量計において、
最初の送信から最後の受信までの到達時間、つまり到達時間の測定開始から終了までを基準クロックを計数して測定するもので、
基準クロックのカウントエッジから遅延をおいて最初の送信を行い、
前記遅延を基準クロックの１周期より小さい一定時間の整数倍となるようにし、
前記一定時間の１倍から始め、毎回片方の測定毎に倍数を１つずつ増やすようにして、
遅延時間が、基準クロックの１周期の一定整数倍を超えたら、次回の測定は遅延時間を前記一定時間の１倍に戻すようにしたことを特徴とする超音波流量計である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
また、基準クロックに対して、到達時間の測定開始時点（第１送信時点）の位相が測定毎に異なるため、基準クロックと同期したノイズとも位相が毎回異なることになり、そのノイズの影響を平均化して悪影響を小さくできる。従って、到達時間測定のＳ／Ｎが向上し、この面からも結果的に流量計測精度が向上する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
受信波検知部５は、受信信号を増幅後、その信号が比較器７と８に入力されていて、基準電圧ＶＴＨとの比較で第３波を検知した直後のゼロクロス点Ｃをゼロレベルとの比較で検知し受信波検知信号として出力するようにしている。なお、これらの比較器７と８の出力は、それぞれゲート９，１０を介して次段のゲート１１に送られるようになっていて、それらのゲート９，１０及び１１は、受信波が到達する直前に開くようになっている。こうすることで、これらのゲートが閉じている間の不測ノイズを受信波と誤認して検知しても、ゲートが閉じているため次段に送られないようにしている。こうして、突発的なノイズによる誤動作を防ぎ、精度の高い測定が可能となる。また、ゲートを開くタイミングは、送受波器間の距離Ｌと、流速範囲、温度範囲を加味して、できる限り真の受信波を検知した信号のみを通すように決められている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
遅延部１５はコントロール部１２からのスタート信号を受けると、一定の遅延時間後に駆動信号を出力する。遅延部１５は図８のブロック図で示す構成となっている。前記コントロール部１２からのスタート信号は、遅延素子部１６と測定回数カウンタ１７に入力される。測定回数カウンタは、スタート信号を計数することで測定回数をカウントし、そのカウント値をセレクト信号（選択信号）としてデータセレクタ１８に送出する。データセレクタ１８は、測定回数カウンタ１７からのセレクト信号に応じて、遅延素子部１６の出力信号（遅延信号）を選択して駆動信号として出力する。基準クロックと駆動信号は遅延時間の上限を検知する遅延上限検知手段１９に入力され、該検知手段１９が遅延時間の上限を検知してリセット信号を出力すると、測定回数カウンタ１７のカウント値がリセットされるように構成されている。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図４の送波器駆動部３１は、遅延部１５からの駆動信号を受けると、送信側の送受波器例えば送受波器１を駆動する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
コントロール部１２は一定時間間隔で送受切替信号を反転させることにより切替えスイッチ３，４の切替えをすることで、２つの送受波器１と２の送信と受信の役割の切替えを行う。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
この実施例によれば、各方向毎の到達時間の測定、特に測定開始の時期である駆動信号の時期が、測定開始毎に、遅延素子１個の遅延時間ずつずれるため、各方向毎の測定が基準クロックに対し毎回位相的に最適にずれることになる。そのため、平均した値が各方向毎に到達時間の真値に近くなり、その値を使って演算する流速や流量も真値に近いものとなり、誤差の小さい精度の高い測定が可能となる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
カウンタ１４Ｂは、駆動信号から第ｎ受信波検知信号までの時間、すなわち、ｎ回の連続した繰り返し送受信の最初の送信から最後の受信までの総到達時間をまとめて測定する。その測定値（カウント値）はコントロール部１２Ａが読み取る。この実施例ではスタート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。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
コントロール部１２Ａは、第ｎ受信波検知信号が入力されると、カウンタ１４Ｂの測定値（カウント値）を読取り、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・流量を演算する。本実施例では、一方向の測定毎にｎ回の連続した繰り返し送受信を行い、ｎ回分の到達時間をまとめて測定し、これに基づいて流速・流量を演算するので、実施例１と比較して、より高分解能（高精度）の測定が可能となる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
本実施例は、全体の構成は図４と同じで遅延部の構成のみが異なる。遅延部１５の構成のブロック図を図１１に示す。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
【図１】従来技術の動作を説明する図。
【図２】本発明の請求項１の動作を説明する図。
【図３】本発明の実施例４の動作を説明する図。
【図４】本発明の実施例１のブロック図。
【図５】流管での送受波量の配置を示す図。
【図６】駆動信号と受信波の波形を示す図。
【図７】図４の受信波検知部のブロック図。
【図８】図４の遅延部のブロック図。
【図９】図８の遅延素子部のブロック図。
【図１０】本発明の実施例２のブロック図。
【図１１】本発明の実施例４のブロック図。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2005337840.tif 000001
【手続補正２４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2005337840.tif 000002