(57)【要約】【課題】送信時の超音波振動子の振動の固体伝搬による計測精度の劣化を防止し、高精度な超音波流量計を実現する。【解決手段】被測定流体を流す測定流路１と、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子２、７と、超音波振動子２から送信され、被測定流体を伝搬した超音波信号を超音波振動子７が受信し、超音波信号によって発生する受信波形のゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する検出手段と、検出された各々のゼロクロスまでの超音波の伝搬時間を計時する伝搬時間測定部５と、伝搬時間測定部５で計測された値のうち流量演算に使用する値を選択する伝搬時間選択手段９と、選択された伝搬時間から演算によって超音波振動子間を満たす流体の流量を求める制御部４を備えた。【選択図】図１
2012242091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体が流れる測定流路と、
前記測定流路の上流と下流に配置され、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、
発信側に設定された前記超音波振動子を駆動する駆動手段と、
受信側に設定された前記超音波振動子で受信された超音波信号を検知する受信検知手段と、
前記受信検知手段で検知された超音波信号によって発生する受信波形のゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された各々のゼロクロス点までの超音波の伝搬時間を計時する計時手段と、
前記計時手段で計測された伝搬時間の内、流量演算に使用する値を選択する伝搬時間選択手段と、
前記伝搬時間選択手段で選択された伝搬時間から前記被測定流体の流量を求める制御部と、を備えた超音波流量計。
【請求項２】
前記伝搬時間選択手段は、前記計時手段で計測された伝搬時間から複数の伝播時間を選択すると共に、選択する個数を計測毎に変動させ、
前記制御部は、選択された複数の伝搬時間の平均値を用いて前記被測定流体の流量を求めることを特徴とする請求項１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、一対の送受信可能な超音波振動子を用いて超音波の伝搬時間を計測し、被測定流体の流量を計測する超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波流量計に用いられている超音波伝搬時間の測定方法は、一対の送受信可能な超音波振動子を対向して配置し、一方の超音波振動子をバ−スト信号で駆動し、超音波を送信し、他方の超音波振動子で受信し測定していた。
【０００３】
図４に、送信側の超音波振動子の駆動波形１２と、受信側の超音波振動子で受信した受信波形１３を示す。図４は、横軸に時間を、縦軸に電圧を示す。図中のＴ０は駆動波形１２の開始時点を、Ｔ１は駆動開始後、第３波終了時点を示す。Ｒ０は受信開始時点を、Ｒ１は受信開始後、第３波終了時点を示す。このように、駆動波形の第ｍ（ｍ＝３）波目のゼロクロス点Ｔ１を起点とし、他方の超音波送受信器で受信した電気信号の第ｍ（ｍ＝３）波目を終点Ｒ１として、前記起点Ｔ１と前記終点Ｒ１との間の時間Ｔｐを超音波伝搬時間として計測し、この伝搬時間を用いて流体の流速を計測し、流量を演算していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図５は特許文献１に記載された超音波流量計の構成を示すものである。この装置は流体の流れる測定流路１に設置した超音波振動子２と、超音波振動子２を駆動する駆動回路３と、駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、超音波振動子２で送信した超音波信号を受信する超音波振動子７と、超音波振動子７の出力を増幅するアンプ６と、アンプ６の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときに伝搬時間測定部５を停止させる受信検知回路８から構成されている。
【０００５】
また、音速に対する温度の影響を無視できるように伝搬時間逆数差法を用いるために、測定流路１の上流側から下流側への超音波の伝搬時間と下流側から上流側への伝搬時間が測定できるように、切り替えスイッチ１０を備えているものが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０８４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の超音波流量計では、送信時の超音波振動子の振動が測定流路を固体伝搬し、本来の超音波信号を受信する前に受信側の超音波振動子を振動させてしまい、計測精度が劣化するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の超音波流量計は、被測定流体が流れる測定流路と、前記測定流路の上流と下流に配置され、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、発信側に設定された前記超音波振動子を駆動する駆動手段と、受信側に設定された前記超音波振動子で受信された超音波信号を検知する受信検知手段と、前記受信検知手段で検知された超音波信号によって発生する受信波形のゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する検出手段と、前記検出手段で検出された各々のゼロクロス点までの超音波の伝搬時間を計時する計時手段と、前記計時手段で計測された伝搬時間の内、流量演算に
使用する値を選択する伝搬時間選択手段と、前記伝搬時間選択手段で選択された伝搬時間から前記被測定流体の流量を求める制御部と、を備えたものである。
【０００９】
これによって、一定のタイミングで発生する超音波送信時の振動の影響に対して、受信のタイミングを流量測定毎にずらし、複数回の流量計測値を平均することによって、超音波送信時の振動の影響を少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の超音波流量計は、送信側の超音波振動子の振動が測定流路等の個体を伝搬して受信側の超音波振動子へ伝搬することで生じる計測精度の劣化を少なくすることができるため、より高精度な超音波流量計が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における超音波流量計の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における超音波流量計の送受信波形図
【図３】（ａ）振動がない場合の受信波形のゼロクロス点の変動イメージ図、（ｂ）振動がある場合の受信波形のゼロクロス点の変動イメージ図、（ｃ）振動の有無によるゼロクロス点の比較を示す図
【図４】従来の超音波流量計の送受信波形図
【図５】従来の超音波流量計の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、被測定流体が流れる測定流路と、前記測定流路の上流と下流に配置され、超音波信号を送受信可能な一対の超音波振動子と、発信側に設定された前記超音波振動子を駆動する駆動手段と、受信側に設定された前記超音波振動子で受信された超音波信号を検知する受信検知手段と、前記受信検知手段で検知された超音波信号によって発生する受信波形のゼロクロス点を予め定められた数だけ検出する検出手段と、前記検出手段で検出された各々のゼロクロス点までの超音波の伝搬時間を計時する計時手段と、前記計時手段で計測された伝搬時間の内、流量演算に使用する値を選択する伝搬時間選択手段と、前記伝搬時間選択手段で選択された伝搬時間から前記被測定流体の流量を求める制御部と、を備えることによって、送信時の超音波振動子の振動の影響を受けることなく、高精度の流量計測が可能となる。
【００１３】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記伝搬時間選択手段は、前記計時手段で計測された伝搬時間から複数の伝播時間を選択すると共に、選択する個数を計測毎に変動させ、前記制御部は、選択された複数の伝搬時間の平均値を用いて前記被測定流体の流量を求めることを特徴とすることによって、送信時の超音波振動子の振動の影響を受けることなく、高精度の流量計測が可能となる。
【００１４】
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。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における超音波流量計の構成図を示すものである。
【００１６】
図１のように、本発明の超音波流量計は流体の流れる測定流路１の上流と下流に設置した超音波振動子２、７と、超音波振動子２、７を駆動する駆動回路３と、駆動回路３にスタート信号を出力する制御部４と、送信側に設定された超音波振動子から送信した超音波信号を受信側に設定された超音波振動子が受信するまでの超音波の伝搬時間を測定する伝搬時間測定部５と、受信側に設定された超音波振動子の出力を増幅するアンプ６と、アン
プ６の出力と基準電圧とを比較し大小関係が反転したときに受信検知信号を出力する受信検知回路８と、受信検知回路からの信号を受信してから所定の数だけの受信信号のゼロクロスを検知しゼロクロス毎に伝搬時間測定部５に信号を送るゼロクロス検知回路１１と、流量計測時ごとに所定の数のゼロクロス分だけ伝搬時間測定部５に蓄積された伝搬時間からランダムに伝搬時間値を選択する伝搬時間選択部９と、伝搬時間選択部９で選択された伝搬時間から流量値を計算する制御部４と、上流側の超音波振動子７と下流側の超音波振動子２の送受信を切り替える切り替えスイッチ１０を備えている。
【００１７】
以上のように構成された超音波流量計について、以下その動作、作用を説明する。
【００１８】
まず、基本的な流量測定動作は背景技術で説明した図４、図５の説明と同じである。本発明の特長は、ゼロクロス検知回路１１と伝搬時間選択部９を設けたことである。ゼロクロス検知部１１では、図２に示す受信波形１３のゼロクロス点の内、所定の数Ｎが５の場合、ゼロクロス点Ｒ１〜Ｒ５を検知し、ゼロクロスを検知する毎に伝搬時間測定部５に信号を送る。伝搬時間測定部５では、超音波送信時から各々のゼロクロスまでの伝搬時間の値（Ｔａ〜Ｔｅ）を測定し、蓄積しておく。
【００１９】
次に、伝搬時間選択部９では、一回の計測で蓄積された伝搬時間値（Ｔａ〜Ｔｅ）から任意の値を選択する。制御部４では選択された伝搬時間から測定流路１を流れる流量を計算する。
【００２０】
ここで、流量計測時毎にどのゼロクロスの伝搬時間を選択するかは、ランダムに選択する場合と、一定の順番である場合が考えられるが、検知するゼロクロスの数と同じ回数の計測の期間ですべてのゼロクロス点の伝搬時間値を使用することが最も計測精度が良くなる。
【００２１】
図３（ａ）は、送信時の超音波振動子の振動が伝わらない場合、  図３（ａ）は、振動が伝わった場合、図３（ｃ）は、振動の有無によるゼロクロス点の変動状態を示すイメージである。図３（ｃ）に示すように、振動がある場合の受信信号の振動波形１３’（実践）は、振動な無い場合の振動波形１３（点線）に振動波形が重畳されて歪んだ波形となり、これに伴いゼロクロス点も、振動が無い場合のゼロクロス点（Ｒ１〜Ｒ５：白丸）に対して、振動がある場合のゼロクロス点（Ｒ１’〜Ｒ５’：黒丸）は変動するが、本発明のように流量計算に使用するゼロクロス点を可変することによって、複数回の流量計測の値を平均し、振動の影響を少なくすることができる。
【００２２】
以上のように、本実施の形態においてはゼロクロス検知回路１１と伝搬時間選択部９を供えることによって、超音波送信時の送信側の超音波振動子の振動の影響を受けることなく高精度な流量計測ができる。
【００２３】
上記実施の形態では、伝搬時間選択部９の伝搬時間の選択方法が、ゼロクロス点を１点選択しているが、複数選択することも可能である。この場合、選択した複数の伝搬時間値の平均を流量計算に使用する。ここで、流量計測毎に選択するゼロクロス点の数を変更することによって、超音波送信時の送信側の超音波振動子の振動の影響を受けることなく高精度な流量計測ができる。
【００２４】
例えば、伝搬時間の選択パターンとしては、１回目の計測時はＴａ、Ｔｂ、Ｔｃの平均、２回目の計測時はＴａ、Ｔｂの平均、３回目の計測時はＴａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄの平均として、このパターンを繰り返すことによって、高精度な計測を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
以上のように、本発明にかかる超音波流量計は、超音波振動子の振動の影響を受けることなく高精度な流量計測が可能となるので、流量測定基準器及びガスメーターや水道メーター等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００２６】
１  測定流路
２、７  超音波振動子
３  駆動回路（駆動手段）
４  制御部
５  伝搬時間測定部（計時手段）
８  受信検知回路（受信検知手段）
９  伝搬時間選択部（伝搬時間選択手段）
１０  切り替えスイッチ
１１  ゼロクロス検知回路（検出手段）
【図１】
2012242091.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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