(57)【要約】【課題】配管内部が満水状態か非満水状態かを高い確度で判定する。【解決手段】超音波センサ３は、配管１内を流れる流体２に対して斜め方向に超音波信号を送信する。超音波センサ４は、超音波信号の反射信号を受信する。判定部９は、受信部７から出力された超音波受信信号と２つの閾値ＴＨ１，ＴＨ２（ＴＨ２＞ＴＨ１）とを比較することにより、配管内部が満水状態か非満水状態かを判定する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の流体が流れる配管と、
前記流体を介して対向する側の前記配管の内壁に向けて超音波信号を送信する超音波信号送信手段と、
前記超音波信号の反射信号を受信する超音波信号受信手段と、
この超音波信号受信手段で得られた超音波受信信号と２つの閾値ＴＨ１，ＴＨ２（ＴＨ２＞ＴＨ１）とを比較することにより、配管内部が満水状態か非満水状態かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項２】
請求項１記載の超音波流量計において、
前記判定手段は、前記超音波受信信号のレベルが前記閾値ＴＨ１を超えたことによる判定信号と前記閾値ＴＨ２を超えたことによる判定信号とが共に得られた場合、配管内部が満水状態と判定し、前記超音波受信信号のレベルが前記閾値ＴＨ１を超えたことによる判定信号が時間軸上の離れた位置に複数得られ、かつ前記超音波受信信号のレベルが前記閾値ＴＨ２を超えたことによる判定信号が得られなかった場合、配管内部が非満水状態と判定することを特徴とする超音波流量計。
【請求項３】
測定対象の流体が流れる配管と、
前記流体を介して対向する側の前記配管の内壁に向けて超音波信号を送信する超音波信号送信手段と、
前記超音波信号の反射信号を受信する超音波信号受信手段と、
配管内部が満水状態で取得された超音波受信信号を基準信号として予め記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された基準信号と前記超音波信号受信手段で得られた超音波受信信号との相互相関関数を求める相関演算手段と、
この相関演算手段で得られた相互相関関数に基づいて、配管内部が満水状態か非満水状態かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項４】
請求項３記載の超音波流量計において、
前記判定手段は、時間軸上の所定の範囲内のみ前記相互相関関数のピークが得られた場合、配管内部が満水状態と判定し、前記所定の範囲内において前記相互相関関数のピークが得られ、かつ前記所定の範囲外においても前記相互相関関数のピークが得られた場合、配管内部が非満水状態と判定することを特徴とする超音波流量計。
【請求項５】
測定対象の流体が流れる配管と、
前記流体を介して対向する側の前記配管の内壁に向けて超音波信号を送信する超音波信号送信手段と、
前記超音波信号の反射信号を受信する超音波信号受信手段と、
この超音波信号受信手段で得られた超音波受信信号の自己相関関数を求める相関演算手段と、
この相関演算手段で得られた自己相関関数に基づいて、配管内部が満水状態か非満水状態かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする超音波流量計。
【請求項６】
請求項５記載の超音波流量計において、
前記判定手段は、時間軸上の所定の範囲内のみ前記自己相関関数のピークが得られた場合、配管内部が満水状態と判定し、前記所定の範囲内において前記自己相関関数のピークが得られ、かつ前記所定の範囲外においても前記自己相関関数のピークが得られた場合、配管内部が非満水状態と判定することを特徴とする超音波流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波流量計に係り、特に配管内部が満水状態か非満水状態かを判定することが可能な超音波流量計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いた流量計測においては、配管内部が流体で満たされている状態を前提としている。その前提の上で、流体の流速を計測し、配管の断面積から流体の体積を算出するようにしている。配管内部が流体で満たされないと、正しい流速の計測ができず、配管の断面積に基づく流体の体積の算出が不正確になるので、計測に誤差を生ずる。特に、金銭取引に使用される超音波流量計は、比較的長期間にわたり使用されるため、異常が発覚した際には、計測誤差が長期間積算された結果として、大きな額の金銭問題に発展するケースも想定される。そのため、計測に異常が生じた場合には、早期の検出が必要不可欠である。
【０００３】
超音波を用いた流量計測においては、配管内部が流体で満たされている場合、測定に用いられる超音波は流体中を伝搬し送信側の超音波センサから受信側の超音波センサへ伝わる。一方で配管内部が流体で満たされていない場合には、配管内部に空気が含まれているので、超音波は空気と流体を伝搬して超音波センサ間を伝わる。
【０００４】
一般に、水等の流体と空気では超音波の減衰率が異なり、水中の方が減衰率が低く、より大きな信号として伝わる。逆に空気中では減衰が大きく、信号が小さくなる。このことから、配管内部が流体で満たされているか否かを判定するために、従来の技術では超音波信号の振幅を観測する方法が用いられていた（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１８４１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術では、超音波信号の振幅を１つの閾値と比較することで、配管内への空気の混入による振幅減少を検出することが基本となっている。しかしながら、超音波信号の振幅の減少の要因は配管内への空気の混入だけではないので、配管内部が流体で満たされているか否かを断定できないという問題点があった。つまり、超音波信号の振幅は、流体温度の変化よる超音波センサの温度特性や、継続稼働による超音波センサの経年劣化によっても変動する。このため、特許文献１に開示された技術では、誤った判定をしてしまう可能性があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、配管内部が満水状態か非満水状態かを従来よりも高い確度で判定することができる超音波流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超音波流量計は、測定対象の流体が流れる配管と、前記流体を介して対向する側の前記配管の内壁に向けて超音波信号を送信する超音波信号送信手段と、前記超音波信号の反射信号を受信する超音波信号受信手段と、この超音波信号受信手段で得られた超音波受信信号と２つの閾値ＴＨ１，ＴＨ２（ＴＨ２＞ＴＨ１）とを比較することにより、配管内部が満水状態か非満水状態かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例において、前記判定手段は、前記超音波受信信号のレベルが前記閾値ＴＨ１を超えたことによる判定信号と前記閾値ＴＨ２を超えたことによる判定信号とが共に得られた場合、配管内部が満水状態と判定し、前記超音波受信信号のレベルが前記閾値ＴＨ１を超えたことによる判定信号が時間軸上の離れた位置に複数得られ、かつ前記超音波受信信号のレベルが前記閾値ＴＨ２を超えたことによる判定信号が得られなかった場合、配管内部が非満水状態と判定することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の超音波流量計は、測定対象の流体が流れる配管と、前記流体を介して対向する側の前記配管の内壁に向けて超音波信号を送信する超音波信号送信手段と、前記超音波信号の反射信号を受信する超音波信号受信手段と、配管内部が満水状態で取得された超音波受信信号を基準信号として予め記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された基準信号と前記超音波信号受信手段で得られた超音波受信信号との相互相関関数を求める相関演算手段と、この相関演算手段で得られた相互相関関数に基づいて、配管内部が満水状態か非満水状態かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例において、前記判定手段は、時間軸上の所定の範囲内のみ前記相互相関関数のピークが得られた場合、配管内部が満水状態と判定し、前記所定の範囲内において前記相互相関関数のピークが得られ、かつ前記所定の範囲外においても前記相互相関関数のピークが得られた場合、配管内部が非満水状態と判定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の超音波流量計は、測定対象の流体が流れる配管と、前記流体を介して対向する側の前記配管の内壁に向けて超音波信号を送信する超音波信号送信手段と、前記超音波信号の反射信号を受信する超音波信号受信手段と、この超音波信号受信手段で得られた超音波受信信号の自己相関関数を求める相関演算手段と、この相関演算手段で得られた自己相関関数に基づいて、配管内部が満水状態か非満水状態かを判定する判定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の超音波流量計の１構成例において、前記判定手段は、時間軸上の所定の範囲内のみ前記自己相関関数のピークが得られた場合、配管内部が満水状態と判定し、前記所定の範囲内において前記自己相関関数のピークが得られ、かつ前記所定の範囲外においても前記自己相関関数のピークが得られた場合、配管内部が非満水状態と判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超音波受信信号と２つの閾値ＴＨ１，ＴＨ２とを比較することにより、配管内部が満水状態か非満水状態かを従来よりも高い確度で判定することができる。
【００１２】
また、本発明では、配管内部が満水状態で取得された超音波受信信号を基準信号として記憶しておき、基準信号と超音波受信信号との相互相関関数を求め、この相互相関関数に基づいた判定を行うことにより、更に確度の高い判定を実現することができる。
【００１３】
また、本発明では、超音波受信信号の自己相関関数を求め、この自己相関関数に基づいた判定を行うことにより、更に確度の高い判定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の参考例における超音波受信信号と判定信号の例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図、および配管の縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における超音波受信信号と判定信号の例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における基準信号と超音波受信信号と判定信号の例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における超音波受信信号と判定信号の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［発明の原理］
図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は本発明の原理を説明する図であり、図１（Ａ）は超音波式の超音波流量計の満水状態の配管の横断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の配管の縦断面図、図１（Ｃ）は満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図、図１（Ｄ）は非満水状態の配管の横断面図、図１（Ｅ）は図１（Ｄ）の配管の縦断面図、図１（Ｆ）は非満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図である。なお、図１（Ｃ）、図１（Ｆ）の縦軸は信号強度である。周波数や波形の形状、流路の機械的構造などにより受信信号は変化するため、ここでは代表的な波形の例を示す。
【００１６】
本発明は、超音波式の超音波流量計において、配管内部が非満水の状態で生じる空気と水等の流体との界面における超音波の反射を検出し、超音波流量計が異常状態にあるか否かを判定することを特徴とする。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すように配管１の内部が流体２で満たされた満水状態では、送信側の超音波センサ３から送出され受信側の超音波センサ４で受信された超音波受信信号の振幅が大きく、流体中を伝搬して超音波センサ４に到達した信号Ａのみが現れる。
【００１７】
一方、図１（Ｄ）、図１（Ｅ）に示すように配管１の内部が流体２で満たされておらず、空気５が含まれる非満水の状態においては、超音波信号は空気５と流体２との界面において一部の信号が反射するため、送信側の超音波センサ３から受信側の超音波センサ４への経路として、経路ａだけでなく、経路ｂが発生する。
本来の経路ａを通過する超音波受信信号Ｓ１は減衰し、また非満水により生じた界面で反射する経路ｂにより超音波受信信号Ｓ２が観測できる。また、経路長や媒質の差から２つの信号Ｓ１，Ｓ２には時間差が生じる。
【００１８】
本発明では、以上の満水状態と非満水状態の２つの状態における波形の変化を利用することにより、超音波流量計の異常を検出することが可能となる。
【００１９】
［参考例］
最初に、本発明の第１の実施の形態の基となる参考例について説明する。ここでは、超音波受信信号を１つの閾値と比較する例について説明する。図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は本参考例における超音波受信信号と判定信号の例を示す図であり、図２（Ａ）は満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図、図２（Ｂ）は満水状態における判定信号の例を示す図、図２（Ｃ）は非満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図、図２（Ｄ）は非満水状態における判定信号の例を示す図である。図２（Ａ）〜図２（Ｄ）の縦軸は信号強度である。
【００２０】
本参考例では、非満水状態において、配管内部の水等の流体と空気との界面での反射による超音波受信信号Ｓ２を検出できるレベルに閾値ＴＨ１を設定する。受信側の超音波センサで受信した超音波受信信号のレベルが閾値ＴＨ１を超える場合には、ハイ（ｈｉｇｈ）レベルの判定信号を出力し、超音波受信信号のレベルが閾値ＴＨ１未満の場合には、判定信号をロー（ｌｏｗ）レベルとする。
【００２１】
満水状態における超音波受信信号には、界面での反射で生ずる超音波受信信号Ｓ２が含まれない（図２（Ａ））。このため、判定信号としては、上記の経路ａを伝搬してくる超音波受信信号Ｓ１に対応する判定信号Ｊ１のみが現れる（図２（Ｂ））。
一方、非満水状態における超音波受信信号には、超音波受信信号Ｓ１の他に、超音波受信信号Ｓ２が含まれる（図２（Ｃ））。このため、判定信号としては、判定信号Ｊ１の他に、上記の経路ｂを伝搬してくる超音波受信信号Ｓ２に対応する判定信号Ｊ２が現れる。
【００２２】
したがって、予め満水状態で得られた既知の判定信号と、現在の判定信号とを比較することで、配管内部が満水状態か否かを判定することが可能である。また、満水状態の判定信号を取得していないときは、現在の判定信号に複数の信号があるか否かで判定が可能である。
【００２３】
［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態について説明する。参考例のように、１つの閾値ＴＨ１を用いる場合、流体中の気泡や微小粒子からの反射信号を受信したときに判定信号Ｊ２と同様の信号が現れてしまうことがあり、また超音波センサの経年劣化によって信号振幅が低下したときに超音波受信信号Ｓ２のレベルが閾値ＴＨ１未満となり、超音波受信信号Ｓ２を検出できないことが有り得る。したがって、配管内部が満水状態か非満水状態かを断定できないという問題点があった。そこで、本実施の形態では、閾値を２つ設ける。
【００２４】
図３（Ａ）は本実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図、図３（Ｂ）は配管の縦断面図である。超音波流量計は、測定対象の流体２（水等の液体）が流れる配管１と、配管１に取り付けられた送信側の超音波センサ３と、配管１に取り付けられた受信側の超音波センサ４と、送信部６と、受信部７と、流量測定部８と、判定部９と、出力部１０とを備えている。超音波センサ３と送信部６とは超音波信号送信手段を構成し、超音波センサ４と受信部７とは超音波信号受信手段を構成している。
【００２５】
本実施の形態では、１対の超音波センサ３，４を、配管１の円形断面の円周上の位置が同じで、かつ流体２の流れる方向の位置が異なる箇所に配置する構成とするため、超音波の送受信の伝播経路は図３（Ａ）に示すように配管１の内壁で反射させたＶ字型の伝播路となる。
【００２６】
送信部６は、送信側の超音波センサ３に対して駆動用の送信パルスを供給する。例えば配管１の上流に配置された超音波センサ３は、送信部６からの送信パルスに応じて、配管１内を流れる流体２に対して斜め方向に超音波信号を送信する。
例えば配管１の下流に配置された超音波センサ４は、超音波信号の反射信号を受信する。受信部７は、超音波センサ４で得られた超音波受信信号に対して増幅等の処理を行う。
【００２７】
流量測定部８は、受信部７から出力された超音波受信信号を基に、流体２の流速および流量を算出する。流速および流量の算出方法としては、ゼロクロス法（例えば特許第５３４６８７０号公報参照）、相関法（例えば特開２０１３−８８３２２号公報参照）があるが、周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。
【００２８】
次に、判定部９は、受信部７から出力された超音波受信信号を基に、配管内部が満水状態か非満水状態かを判定する。
上記のとおり、本実施の形態では、判定のための閾値を２つ用いる。具体的には、非満水状態における配管内部の流体２と空気との界面での反射による超音波受信信号Ｓ２を検出できるレベルに閾値ＴＨ１を設定し、超音波受信信号Ｓ２および非満水状態における配管１の内壁での反射による超音波受信信号Ｓ１を検出できない大きさのレベルで、かつ満水状態における超音波受信信号Ｓ１を検出できるレベルに閾値ＴＨ２を設定する（ＴＨ２＞ＴＨ１）。
【００２９】
図４（Ａ）〜図４（Ｆ）は本実施の形態における超音波受信信号と判定信号の例を示す図であり、図４（Ａ）は満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図、図４（Ｂ）は満水状態における閾値ＴＨ２による判定信号の例を示す図、図４（Ｃ）は満水状態における閾値ＴＨ１による判定信号の例を示す図、図４（Ｄ）は非満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図、図４（Ｅ）は非満水状態における閾値ＴＨ２による判定信号の例を示す図、図４（Ｆ）は非満水状態における閾値ＴＨ１による判定信号の例を示す図である。図４（Ａ）〜図４（Ｆ）の縦軸は信号強度である。
【００３０】
判定部９は、受信部７から出力された超音波受信信号のレベルが閾値ＴＨ１を超える場合には、ハイ（ｈｉｇｈ）レベルの判定信号Ｊ１を出力し、超音波受信信号のレベルが閾値ＴＨ１未満の場合には、判定信号Ｊ１をロー（ｌｏｗ）レベルとする。同様に、判定部９は、超音波受信信号のレベルが閾値ＴＨ２を超える場合には、ハイレベルの判定信号Ｊ３を出力し、超音波受信信号のレベルが閾値ＴＨ２未満の場合には、判定信号Ｊ３をローレベルとする。
【００３１】
満水状態における超音波受信信号には、配管内部の流体２と空気との界面での反射で生ずる超音波受信信号Ｓ２が含まれず、超音波受信信号Ｓ１のみが含まれる（図４（Ａ））。このため、超音波受信信号Ｓ１と閾値ＴＨ１との比較による判定信号Ｊ１と、超音波受信信号Ｓ１と閾値ＴＨ２との比較による判定信号Ｊ３とが得られる（図４（Ｂ）、図４（Ｃ））。ただし、得られた２つの判定信号Ｊ１，Ｊ３は、同一の伝播経路を通った信号を検出したものなので、時間軸上の同一の位置に現れる。
【００３２】
一方、非満水状態における超音波受信信号には、超音波受信信号Ｓ１の他に、超音波受信信号Ｓ２が含まれる（図４（Ｄ））。このため、閾値ＴＨ１との比較による判定信号としては、判定信号Ｊ１の他に、超音波受信信号Ｓ２と閾値ＴＨ１との比較による判定信号Ｊ２が現れる（図４（Ｆ））。
【００３３】
ただし、非満水状態の場合、配管内部の空気を通ることで超音波が減衰するので、超音波受信信号Ｓ１の振幅が低下する。閾値ＴＨ２は、満水状態における超音波受信信号Ｓ１のレベルを考慮して予め設定されているので、非満水状態における超音波受信信号Ｓ１のレベルは閾値ＴＨ２を下回る。したがって、非満水状態の場合、閾値ＴＨ２との比較による判定信号Ｊ３は現れない。
【００３４】
判定部９は、超音波受信信号Ｓ１のレベルが閾値ＴＨ１を超えたことによる判定信号Ｊ１と閾値ＴＨ２を超えたことによる判定信号Ｊ３とが共に得られた場合、配管内部が満水状態と判定する。満水状態において超音波センサ３が超音波信号を送信してから超音波センサ４に到達するまでの伝搬時間は既知である。すなわち、超音波信号の送信（駆動用の送信パルスの出力）から判定信号Ｊ１，Ｊ３が現れるまでの経過時間Ｔ１は既知である。判定部９は、超音波信号の送信から経過時間Ｔ１後の時刻を中心とする所定の時間範囲Ｅ１内において、閾値ＴＨ１，ＴＨ２による信号が共に得られた場合、判定信号Ｊ１と判定信号Ｊ３が共に得られたと判断する。
【００３５】
また、判定部９は、超音波受信信号Ｓ１のレベルが閾値ＴＨ１を超えたことによる判定信号Ｊ１と超音波受信信号Ｓ２のレベルが閾値ＴＨ１を超えたことによる判定信号Ｊ２とが共に得られ、かつ超音波受信信号Ｓ１またはＳ２のレベルが閾値ＴＨ２を超えたことによる判定信号が得られなかった場合、配管内部が非満水状態と判定する。
【００３６】
上記のとおり経過時間Ｔ１は既知なので、判定部９は、超音波信号の送信から経過時間Ｔ１後の時刻を中心とする所定の時間範囲Ｅ１内において閾値ＴＨ１による信号が得られ、かつ超音波信号の送信から経過時間Ｔ１後の時刻よりも一定時間Ｔ２だけ前の時刻を中心とする所定の時間範囲Ｅ２内において閾値ＴＨ１による信号が得られた場合、判定信号Ｊ１と判定信号Ｊ２が共に得られたと判断する（例えばＴ２＞Ｅ１／２、Ｔ２＞Ｅ２／２）。
【００３７】
出力部１０は、流量測定部８の算出結果と、判定部９の判定結果とを出力する。流速や流量の算出結果の出力方法としては、例えば出力部１０による表示などがあり、また算出結果の情報を外部に送信するようにしてもよい。同様に、判定結果の出力方法としては、出力部１０による表示や非満水状態を知らせるランプの点滅などがあり、判定結果の情報を外部に送信するようにしてもよい。
【００３８】
本実施の形態では、閾値ＴＨ１の他に閾値ＴＨ２を設けているため、満水状態の検出には判定信号Ｊ１とＪ３を確認すればよく、流体中の気泡や微小粒子からの反射信号を受信したときに判定信号Ｊ２と同様の信号が現れたとしても、この信号と無関係に、満水状態を検出できる。
【００３９】
また、上記のとおり、超音波センサの経年劣化によって信号振幅が低下したときに超音波受信信号Ｓ２のレベルが閾値ＴＨ１未満となり、超音波受信信号Ｓ２を検出できないことが有り得る。判定部９は、超音波信号の送信から経過時間Ｔ１後の時刻を中心とする所定の時間範囲Ｅ１内において閾値ＴＨ１による判定信号Ｊ１のみが得られ、判定信号Ｊ２，Ｊ３が得られなかった場合、超音波センサが劣化した可能性があると判定する。
こうして、本実施の形態では、特許文献１に開示された技術や参考例よりも確度の高い判定を実現することができる。
【００４０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。参考例および第１の実施の形態では、本来検出すべきでないノイズに対しても閾値判定を行い、判定信号を発生させることが考えられる。本実施の形態は、参考例および第１の実施の形態に対して、より検出確度を高めるための方法を示すものである。
【００４１】
図５は本実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図であり、図３（Ａ）と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の超音波流量計は、配管１と、超音波センサ３，４と、送信部６と、受信部７と、流量測定部８と、判定部９ａと、出力部１０と、記憶部１１と、相関演算部１２とを備えている。
【００４２】
超音波センサ３，４と送信部６と受信部７と流量測定部８の動作は第１の実施の形態で説明したとおりである。
記憶部１１は、配管内部が満水状態で取得された超音波受信信号を基準信号として予め記憶している。
【００４３】
本実施の形態では、閾値による判定信号は生成せず、相関関数を判定信号とすることで非満水状態を検出する。配管１の内壁での反射による超音波受信信号Ｓ１と、配管内部の流体２と空気との界面での反射による超音波受信信号Ｓ２とは、同一の発信波形により得られる信号であるため、振幅こそ異なるがその信号形状はよく似ている。判定に相関関数を用いることで、超音波信号と相関の低い外乱ノイズでは検出を行わず、非満水状態で生じる信号に対しては検出が可能になる。
【００４４】
本実施の形態は、相互相関関数を用いるものであり、満水状態における超音波受信信号Ｓ１を予め取得し、これを基準信号Ｓ０として記憶部１１に格納しておく。
図６（Ａ）、図６（Ｄ）は基準信号Ｓ０の波形の例を示す図、図６（Ｂ）は満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図、図６（Ｃ）は満水状態における判定信号（相互相関関数）の例を示す図、図６（Ｅ）は非満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図、図６（Ｆ）は非満水状態における判定信号（相互相関関数）の例を示す図である。図６（Ａ）〜図６（Ｆ）の縦軸は信号強度である。
【００４５】
満水状態であれば、基準信号Ｓ０と超音波受信信号Ｓ１との相互相関関数のピークＰ１は一箇所に現れる（図６（Ｃ））。
一方、非満水状態の場合、基準信号Ｓ０と超音波受信信号Ｓ１，Ｓ２との相互相関関数を求めると、基準信号Ｓ０と超音波受信信号Ｓ１との相互相関関数のピークＰ１の他に、基準信号Ｓ０と超音波受信信号Ｓ２との相互相関関数のピークＰ２，Ｐ３が現れる（図６（Ｆ））。これにより非満水状態を検出することが可能である。
【００４６】
相関演算部１２は、記憶部１１に記憶された基準信号Ｓ０と受信部７から出力された超音波受信信号との相互相関関数を求める。
超音波信号の送信（駆動用の送信パルスの出力）からピークＰ１が現れるまでの経過時間Ｔ３は予め確かめておくことができる。判定部９ａは、超音波信号の送信から経過時間Ｔ３後の時刻を中心とする所定の時間範囲Ｅ３内において相互相関関数のピークＰ１が得られ、かつＥ３の範囲外で相互相関関数のピークが得られなかった場合、配管内部が満水状態と判定する。
【００４７】
また、判定部９ａは、超音波信号の送信から経過時間Ｔ３後の時刻を中心とする所定の時間範囲Ｅ３内において相互相関関数のピークＰ１が得られ、かつＥ３の範囲外においても相互相関関数のピークＰ２，Ｐ３のうち少なくとも一方が得られた場合、配管内部が非満水状態と判定する。
なお、相関ピークの検出にあたっては、相互相関関数のレベルを所定の閾値と比較することにより、閾値を超えるレベルのピークを検出するようにすればよい。
【００４８】
第１の実施の形態と同様に、出力部１０は、流量測定部８の算出結果と、判定部９ａの判定結果とを出力する。
こうして、本実施の形態では、参考例および第１の実施の形態よりも確度の高い判定を実現することができる。
【００４９】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態では、第２の実施の形態に示した基準信号Ｓ０を用いない場合について説明する。図７は本実施の形態に係る超音波流量計の構成を示すブロック図であり、図３（Ａ）、図５と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の超音波流量計は、配管１と、超音波センサ３，４と、送信部６と、受信部７と、流量測定部８と、判定部９ｂと、出力部１０と、相関演算部１２ｂとを備えている。
【００５０】
超音波センサ３，４と送信部６と受信部７と流量測定部８の動作は第１の実施の形態で説明したとおりである。
図８（Ａ）は満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図、図８（Ｂ）は満水状態における判定信号（自己相関関数）の例を示す図、図８（Ｃ）は非満水状態における超音波受信信号の波形の例を示す図、図８（Ｄ）は非満水状態における判定信号（自己相関関数）の例を示す図である。図８（Ａ）〜図８（Ｄ）の縦軸は信号強度である。
【００５１】
本実施の形態では、１回の測定で得られる超音波受信信号に対して、その自己相関関数を求めることで、第２の実施の形態と同様の検出が可能である。
満水状態であれば、超音波受信信号Ｓ１の自己相関関数のピークＰ４は一箇所に現れる（図８（Ｂ））。
【００５２】
一方、非満水状態の場合、超音波受信信号Ｓ１，Ｓ２の自己相関関数を求めると、超音波受信信号Ｓ１の自己相関関数のピークＰ４の他に、超音波受信信号Ｓ２の自己相関関数のピークＰ５，Ｐ６が現れる（図８（Ｄ））。これにより非満水状態を検出することが可能である。
【００５３】
本実施の形態の相関演算部１２ｂは、受信部７から出力された超音波受信信号の自己相関関数を求める。
超音波信号の送信（駆動用の送信パルスの出力）からピークＰ４が現れるまでの経過時間Ｔ４は予め確かめておくことができる。判定部９ｂは、超音波信号の送信から経過時間Ｔ４後の時刻を中心とする所定の時間範囲Ｅ４内において自己相関関数のピークＰ４が得られ、かつＥ４の範囲外で自己相関関数のピークが得られなかった場合、配管内部が満水状態と判定する。
【００５４】
また、判定部９ｂは、超音波信号の送信から経過時間Ｔ４後の時刻を中心とする所定の時間範囲Ｅ４内において自己相関関数のピークＰ４が得られ、かつＥ４の範囲外においても自己相関関数のピークＰ５，Ｐ６のうち少なくとも一方が得られた場合、配管内部が非満水状態と判定する。
第２の実施の形態と同様に、相関ピークの検出にあたっては、自己相関関数のレベルを所定の閾値と比較することにより、閾値を超えるレベルのピークを検出するようにすればよい。
【００５５】
第１の実施の形態と同様に、出力部１０は、流量測定部８の算出結果と、判定部９ｂの判定結果とを出力する。
こうして、本実施の形態では、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
第１の実施の形態で説明した超音波流量計のうち少なくとも流量測定部８と判定部９とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１の実施の形態で説明した処理を実行する。
【００５７】
同様に、第２の実施の形態で説明した超音波流量計のうち少なくとも流量測定部８と判定部９ａと記憶部１１と相関演算部１２とは、コンピュータによって実現することができる。このコンピュータのＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第２の実施の形態で説明した処理を実行する。
【００５８】
同様に、第３の実施の形態で説明した超音波流量計のうち少なくとも流量測定部８と判定部９ｂと相関演算部１２ｂとは、コンピュータによって実現することができる。このコンピュータのＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第３の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、超音波流量計に適用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１…配管、２…流体、３，４…超音波センサ、５…空気、６…送信部、７…受信部、８…流量測定部、９，９ａ，９ｂ…判定部、１０…出力部、１１…記憶部、１２，１２ｂ…相関演算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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