(57)【要約】  トランスデューサからの受信波の信頼度を判断し、信頼度が不十分であると判断した場合、現在の方式とは異なる方式を選択する。信頼度を判断は、受信波の信頼度の指標となる値を求め、この値が、所定の設定値より小さいか否かで決定する。値が設定値より小さい場合、信頼度が不十分であると判断する。受信波の信頼度の指標となる値としては、受信波の振幅、受信波の振幅と所定の測定可能振幅値との比、パワースペクトルと所定のパワー値との比、送信波振幅と前記受信波の最大振幅との比、前記受信波をフーリエ変換して得た、前記受信波に含まれる送信周波数のパワースペクトルと所定のパワー値との比などが用いられる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式対応型超音波流量計において、両計測方式の一方を選択する方法であって、
現在の計測方式を判別する判別ステップと、
受信波の信頼度を判断する判断ステップと、
前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択する選択ステップと、
からなることを特徴とする両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項２】
前記判断ステップは、
前記受信波の信頼度の指標となる値を求めるステップと、
該指標となる値が、予め登録された設定値より小さいか否かを判断するステップとからなり、前記選択ステップは、
前記指標となる値が前記設定値より小さい場合、信頼度が不十分であると判断するステップを含む
ことを特徴とする請求項１記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項３】
前記判別ステップで判別した現在の計測方式が、パルスドップラ方式である場合、
前記指標となる値は、前記受信波の振幅値であり、
前記設定値は、パルスドップラ方式において許される受信波の最小振幅値である
ことを特徴とする請求項２記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項４】
前記判別ステップで判別した現在の計測方式が、パルスドップラ方式である場合、
前記指標となる値は、受信波の振幅値と予め設定された所定の振幅値との比であり、
前記設定値は、前記比に関係付けられた設定値である
ことを特徴とする請求項２記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項５】
前記判別ステップで判別した現在の計測方式が、パルスドップラ方式である場合、
前記指標となる値は、前記受信波をフーリエ変換して得た、ドップラ周波数のパワースペクトルであり、
前記設定値は、所定のパワー値である
ことを特徴とする請求項２記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項６】
前記判別ステップで判別した現在の計測方式が、パルスドップラ方式である場合、
前記指標となる値は、前記受信波をフーリエ変換して得た、ドップラ周波数のパワースペクトルと、所定のパワー値との比であり、
前記設定値は、前記比に関係付けられた設定値である
ことを特徴とする請求項２記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項７】
前記判別ステップで判別した現在の計測方式が、伝搬時間差方式である場合、
前記指標となる値は、送信波振幅と前記受信波の最大振幅との比であり、
前記設定値は、前記比に関係付けられた設定値である
ことを特徴とする請求項２記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項８】
前記判別ステップで判別した現在の計測方式が、伝搬時間差方式である場合、
前記指標となる値は、前記受信波をフーリエ変換して得た、前記受信波に含まれる送信周波数のパワースペクトルと、所定のパワー値との比であり、
前記設定値は、前記比に関係付けられた設定値である
ことを特徴とする請求項２記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項９】
前記判別ステップで判別した現在の計測方式が、パルスドップラ方式である場合、
前記判断ステップは、各測定点毎に、現在正常に計測できる状態にある測定点を判定して、該正常測定点の数をカウントするものであり、
前記選択ステップは、
前記求めた正常測定点の数が、予め登録された第１の閾値より小さい場合、前記伝搬時間差方式に変更するものであることを特徴とする請求項１記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項１０】
前記判断ステップは、各測定点毎に前記受信波の波形が連続して変化しない回数を求め、該求めた回数が所定の第２の閾値未満である測定点を前記正常測定点と判定するものであることを特徴とする請求項９記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項１１】
前記判断ステップは、各測定点毎に、現在の流速を求め、前回までの流速の平均値を求め、前記求めた現在の流速と平均値との差分を求め、該差分が所定の第３の閾値未満であるか否かを判定し、該差分が所定の第３の閾値未満であった計測点を前記正常計測点とするものであることを特徴とする請求項９記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項１２】
前記判断ステップは、各測定点毎に、前記受信波に基づきドップラシフトを求め、前回までのドップラシフトの平均値を求め、該求めたドップラシフトと平均値との差分を求め、該差分が所定の第４の閾値未満であった計測点を前記正常計測点とするものであることを特徴とする請求項９記載の両方式対応型超音波流量計における方式選択方法。
【請求項１３】
パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式同時対応型超音波流量計において、両計測方式の一方を選択する方法であって、
現在の計測方式を判別する判別ステップと、
受信波の信頼度を判断する判断ステップと、
前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合には、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択し、前記受信波の信頼度が十分であると判断した場合には、パルスドップラ方式、伝搬時間差方式の各々に係る受信波の信頼度の指標となる値を求め、該両測定方式の該指標となる値同士を比較して、該指標となる値が大きい方の測定方式を選択する方式選択ステップと、
からなることを特徴とする両方式同時対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項１４】
前記伝搬時間差方式に係る受信波の信頼度の指標となる値は、送信波振幅と受信波の最大振幅との比と、送信波と受信波の周波数パワーの比との加重加算値であることを特徴とする請求項１３記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項１５】
前記パルスドップラ方式に係る受信波の信頼度の指標となる値は、受信波の振幅と所定の振幅値との比と、ドップラ周波数のパワースペクトルと所定のパワー値との比との加重加算値であることを特徴とする請求項１３記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項１６】
前記方式選択ステップは、
前記比較の結果、値が大きいと判定された方の前記指標となる値が、所定の規定値より大きいか否か判断するステップと、所定の規定値より小さいと判断された場合には、異常である旨の出力をするステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１３記載の両方式対応型超音波流量計における計測方式選択方法。
【請求項１７】
パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式対応型超音波流量計であって、
現在の計測方式を判別する判別手段と、
受信波の信頼度を判断する判断手段と、
前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択する選択手段と、
を有することを特徴とする両方式対応型超音波流量計。
【請求項１８】
パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式同時対応型超音波流量計であって、
現在の計測方式を判別する判別手段と、
受信波の信頼度を判断する判断手段と、
前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合には、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択し、前記受信波の信頼度が十分であると判断した場合には、パルスドップラ方式、伝搬時間差方式の各々に係る受信波の信頼度の指標となる値を求め、該両測定方式の該指標となる値同士を比較して、該指標となる値が大きい方の測定方式を選択する方式選択手段と、
を有することを特徴とする両方式同時対応型超音波流量計。
【請求項１９】
パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式対応型超音波流量計のコンピュータに、
現在の計測方式を判別する機能と、
受信波の信頼度を判断する機能と、
前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択する選択機能と、
を実現させる為のプログラムを記録した前記コンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項２０】
パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式同時対応型超音波流量計のコンピュータに、
現在の計測方式を判別する機能と、
受信波の信頼度を判断する機能と、
前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合には、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択し、前記受信波の信頼度が十分であると判断した場合には、パルスドップラ方式、伝搬時間差方式の各々に係る受信波の信頼度の指標となる値を求め、該両測定方式の該指標となる値同士を比較して、該指標となる値が大きい方の測定方式を選択する機能と、
を実現させる為のプログラムを記録した前記コンピュータ読取可能な記録媒体。
【請求項２１】
パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式対応型超音波流量計のコンピュータに、
現在の計測方式を判別する機能と、
受信波の信頼度を判断する機能と、
前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択する選択機能と、
を実現させる為のプログラム。
【請求項２２】
パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式同時対応型超音波流量計のコンピュータに、
現在の計測方式を判別する機能と、
受信波の信頼度を判断する機能と、
前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合には、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択し、前記受信波の信頼度が十分であると判断した場合には、パルスドップラ方式、伝搬時間差方式の各々に係る受信波の信頼度の指標となる値を求め、該両測定方式の該指標となる値同士を比較して、該指標となる値が大きい方の測定方式を選択する機能と、
を実現させる為のプログラム。
【請求項２３】
パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式対応型超音波流量計であって、
現在の計測方式を判別する判別手段と、
受信波の信頼度を判断する判断手段と、
前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択する選択手段と、
を有することを特徴とする両方式対応型超音波流量計用の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，パルスドップラ方式と伝搬時間差方式の両方式の流量計測が可能な超音波流量計において、両計測方式を切り換える技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波による流量計測方式としては、パルスドップラ方式と伝播時間差方式とがよく知られている。
パルスドップラ方式の流量計測は、測定対象となる流体に超音波パルスを照射し、流体中に混在する気泡などの異物によって反射された超音波エコー波の周波数が、流速に比例した大きさだけ変化する、というドップラシフトの原理を応用したものである。このパルスドップラ方式は、伝播時間差方式と比較して、精度が高く高速応答が可能で、かつ耐気泡性に優れており、さらに計測線を複数設けることで偏流でも高精度な計測が可能となる特徴がある。しかし、その反面、不純物が少ない流体では計測ができなくなり、計測可能な流速範囲に制約があるとう問題がある。尚、パルスドップラ方式の流量計測技術としては、例えば、特許文献１記載の技術が知られている。【０００３】
一方、伝播時間差方式は、一対の送受信一体型トランスデューサを用いて、上流側から下流側への超音波伝播時間と下流側から上流側への超音波伝播時間とを比較して、流速および流量を算出する方法である。この方式では、パルスドップラ方式と比較して、不純物の少ない液体や純水の流量を計測するのに適し、計測可能な流速範囲が広いという特徴がある。【０００４】
従来の超音波流量計は、パルスドップラ方式か伝播時間差方式の何れか一方の方式で計測を行なっていた。
このように、両方式には一長一短があるが、それらは補完できるものであり、両方式の流量計測を可能とするハードウェア資源を備え、両方式を併用でき且つ適切に切換え出来る超音波流量計があれば好都合である。【０００５】
本発明は、パルスドップラ方式および伝搬時間差方式の両方式の受信波により、両方式の択一判断を自動で行うことにより、被測定流体の気泡などの反射体の存在の有無に関わりなく流量計測を可能とする両方式対応型超音波流量計、方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【特許文献１】特開2000-97742号公報
【発明の開示】
【０００６】
本発明の計測方式選択方法は、パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式対応型超音波流量計において、両計測方式の一方を選択する方法であって、現在の計測方式を判別する判別ステップと、受信波の信頼度を判断する判断ステップと、前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択する選択ステップとからなる。
【０００７】
あるいは、本発明の計測方式選択方法は、パルスドップラ方式の流量計測と伝搬時間差方式の流量計測の２つの計測方式を備える両方式同時対応型超音波流量計において、両計測方式の一方を選択する方法であって、現在の計測方式を判別する判別ステップと、受信波の信頼度を判断する判断ステップと、前記受信波の信頼度が不十分であると判断した場合には、前記現在の計測方式とは異なる計測方式を選択し、前記受信波の信頼度が十分であると判断した場合には、パルスドップラ方式、伝搬時間差方式の各々に係る受信波の信頼度の指標となる値を求め、該両測定方式の該指標となる値同士を比較して、該指標となる値が大きい方の測定方式を選択する方式選択ステップとからなる。
【０００８】
また、本発明は、上記計測方式選択方法に限らず、この方法を実行する両方式対応型超音波流量計、両方式同時対応型超音波流量計として構成することもでき、あるいはこれら装置に上記方法を実行させる為のプログラム自体又はこのプログラムを記録した記録媒体自体として構成することもできる。
【０００９】
上記本発明の方法、装置等によれば、伝播時間差方式およびパルスドップラ方式の併用システムにおいて、両方式の選択を自動的に判断することにより、両方式の長所を活かして被測定流体における反射体の有無に関わりなく流量計測が可能となる。各測定方法の超音波受信波の大きさ、その周波数のパワースペクトル、位相変異、および流速の正常検出率などを適時観測し、その予め定めた閾値により何れの方式を用いるかを自動判断するので、測定条件に適応した精度の高い流量計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態によりパルスドップラ方式および伝播時間差方式による流量計測が可能な両方式対応型超音波流量計の構成を概略的に示す略図である。
【図２】伝播時間差方式による流量計測の原理を示す図である。
【図３】パルスドップラ方式による流量計測の原理を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による切り換え動作の流れを示すフローチャートである。
【図５】図４においてパルスドップラ方式の場合に実施可能な切り換え動作の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態による切り換え動作の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態と添付図面とにより本発明を詳細に説明する。なお、複数の図面に同じ要素を示す場合には同一の参照符号を付ける。
図１は、本発明の一実施形態によりパルスドップラ方式および伝播時間差方式による流量計測が可能な両方式対応型超音波流量計の構成を概略的に示す略図である。【００１２】
図１において、本発明の両方式対応型超音波流量計は、計測対象の流体に流路を与える配管の外壁に取り付けられ、超音波の送受信を行うパルスドップラ方流量計測用のトランスデューサ１（超音波トランスデューサ）、配管の外壁において対向し且つ流れの方向に差がある位置に取り付けられた１対のトランスデューサ２，３（超音波トランスデューサ）、パルスドップラ式流量計測用にドップラ周波数検出及びＡ／Ｄ変換を行う回路４、伝播時間差式流量計測用に増幅およびＡ／Ｄ変換を行う回路５、パルスドップラ方式と伝播時間差方式との切り換えを行う切り換え回路６、および超音波流量計全体を制御する制御部７からなる。尚、上記回路４によるドップラ周波数検出は、具体的には、発信した超音波パルスの周波数と受信した反射エコーの周波数とを混合し、送信周波数成分をフィルタリングすることで、ドップラーシフト成分を示す信号を抽出して出力するものである。これは、更に詳しくは、直交検波による解析信号の導出の手法を用いるものであり、反射エコー波に対して送信周波数の正弦・余弦成分を乗算して、反射エコー波を送信周波数成分とドップラーシフトの成分に分離し、その後ローパスフィルタにてドップラーシフト成分を示す信号のみを抽出し、これを出力する。【００１３】
また、図示していないが、上記各トランスデューサに対して送信パルス信号を出力することで、これら各トランスデューサから超音波パルスを出力させる為の、送信回路も存在する。この不図示の送信回路は、例えば、発信器とエミッタから成る。発信器は、基本周波数ｆ0の電気信号を発生させ、エミッタはこの発振器からの電気信号を所定の時間間隔（１／ｆprf）毎にパルス状に出力する。これより、各トランスデューサからは、基本周波数ｆ0の上記超音波パルスが所定の時間間隔（１／ｆprf）毎に出力される。そして、超音波パルスを送信し、反射体又は管壁による反射パルスを受信して処理することを１回の計測とし、この計測を一定回数（Ｎprf；例えば数百〜数千回）繰り返し実行した結果に基づいて、制御部７は、従来通りに、ドップラ受信波ｆd(i)を得て、各計測点の流速を算出し（つまり流速分布を求め）、更に流量を算出するが、本手法では更に後述するの受信波振幅を求めたり、パワースペクトルを求め、設定値（閾値）と比較することで、測定方式の切換えを判定する。【００１４】
制御部７は、好ましくは、図示しないＣＰＵ（中央情報処理装置）、ＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、ＲＡＭ（任意アクセス記憶装置）などからなるマイクロコンピュータで構成する。制御部７は、パルスドップラ方式方式用の回路４および伝播時間差方式用の回路５からの信号に基づいてそれぞれの方式により流量を演算する流量演算処理部８、流量演算処理部８の処理結果を出力する（例えば、表示する）出力処理部９，および本発明の原理により両方式を切り換える方式切換処理部１０の各処理部の機能を実行する。これら各処理部８〜１０は、例えば、上記不図示のＲＯＭに格納した所定のプログラムを、上記不図示のＣＰＵが読出し・実行することによって実現される。【００１５】
なお、回路４と流量演算処理部８によるパルスドップラ方式の流量計測は、既存の方法で行う。同様に、回路５と流量演算処理部８による伝播時間差方式の流量計測も既存の方法で行う。【００１６】
また、図１では、方式切換処理部１０により回路４および５を切り換えているが、図１のように、両方式に必要なハードウェア資源を個別に兼備している場合は、両方式の流量計測を同時並列的に実施できるので、４および５の回路自体を切り換える変わりに、両方式で計測した結果の一方を選択するようにしてもよい。【００１７】
さらに、図１の両方式対応型超音波流量計は、両方式に必要なハードウェア資源を個別に兼備しているが、本発明は、伝播時間差式計測用の回路５を持たず、パルスドップラ式計測用の回路４の増幅器（図示せず）とＡ／Ｄ変換器を用いて伝播時間差方式の流量計測を行うタイプの両方式対応型超音波流量計にも適用することができる。【００１８】
本発明による方式切換方法を説明する前に、伝播時間差方式とパルスドップラ方式とを簡単に説明する。
図２は、伝播時間差方式による流量計測の原理を示す図である。伝播時間差法では、図２（ａ）に示すように、トランスデューサ２（図２では、「ＴＤ２」のように記す）より超音波(振幅A0)を楔・配管を通して被測流体の直径上の測定線上に送信し、被測流体を渡って、反対配管・楔を通して、トランスデューサ３で受信される。受信波形は図２（ｂ）のようになる。続けて、トランスデューサ３からＴＤ２に向けて同じように送信する。ＴＤ２の受信波形は図２（ｃ）のようになる。そして、トランスデューサ２と３との受信波形の時間差(ΔT ＝ T2 − T1)により被測流体の平均流速を求める。伝播時間差方式による流量計測については、一対のトランスデューサから送信パルスをそれぞれ送り、この時の両受信波を用いて計測する期間を、「１計測周期」とする。【００１９】
図３は、パルスドップラ方式による流量計測の原理を示す図である。パルスドップラ方式では、図３（ａ）に示すように、トランスデューサ１（図３では、「ＴＤ１」と記す）から超音波(振幅A1)を楔・管壁を通して測定線上の直径上の測定領域に送信し、測定領域上の反射体からのエコー(反射波)をセンサにて受信する。送信から受信までに掛かる時間によって測定線上の反射位置を割り出し、各位置(計測点)の反射体の速度に応じたドップラシフトから、反射体の流速を求める。この処理をドップラシフトの周波数（ｆd）から割出されたサンプリング定理に対応した周波数fprf（ｆprf≧2ｆd）で一定回数（Ｎprf）繰り返し、測定線上の流速分布を割出す。そして、各流速を配管内径に沿って積分処理することで流量を求める。なお、図３（ｂ）において、最も太い縦の線分が送信波を表し、次に太い縦の線分が、対向する壁面からの反射波を表し、これらの縦の太線を結ぶ横の太線が流体中の反射物によるエコーを表す。パルスドップラ方式の流量計測については、一回のパルス送信に関わる計測動作の期間を「１計測周期」とする。【００２０】
また、上記Ｎprf回の測定結果に基づいて、図３（ｃ）に示すように、各測定点（位置）毎に、ドップラ受信波ｆd(i)を求める。尚、本説明において、パルスドップラ方式に関しては、受信波（ドップラ受信波）とは、上記回路４からの出力信号、又はＮprf回の測定結果に基づいて生成される信号を意味するものであり、１回の測定毎に得られる生の受信波を意味するものではない。【００２１】
なお、流速を知るには、ドップラシフトによる周波数の変化を知ればよいのであるが、実際の測定装置では、ドップラシフトωｄと繰り返し周期Δｔを用いて位相角をまず計測し、これを演算処理することにより、流速を求める。【００２２】
以下、以上の定義に基づいて、方式切換処理部１０による切り換え動作を説明する。
〔第１の実施形態〕
図４は、本発明の第１の実施形態による切り換え動作の流れを示すフローチャートである。本発明によれば、一計測周期ごとに図４の処理が実行される。図４（ａ）の処理が開始されると、まず、現在の流量計測方式は何かを判断する（ステップ１０２）。これは、制御部７自身が方式切換制御を行っているのであるから、現在の流量計測方式が何であるのかは、当然、制御部７は認識している。現在の流量計測方式がパルスドップラ方式ならば、ステップ１０４に進み、現在までの上記Ｎprf回の測定結果により生成した受信信号（即ち、図３（ｃ）のドップラ受信波ｆd(i)）に関する信頼度の指標となる値を求める。【００２３】
図４（ｂ）に、ステップ１０４の処理の具体例を示す。図４（ｂ）に示すように、例えば、ステップ１０４ａにおいて、受信波の振幅、即ち、ドップラ受信波ｆd(i)の振幅Ａ１′と、予め設定された振幅値Ａとの比ＡＲrrを求める。【００２４】
あるいは、ステップ１０４ｂのように、ドップラ受信波をフーリエ変換し、送信波周波数と受信波周波数の差であるドップラー周波数ｆｄを求めると共に受信波のパワーを検出し、これを多数回繰り返すことで、横軸がドップラー周波数ｆｄ、縦軸がパワーであるパワースペクトルを求め、求めたパワースペクトルと予め設定されたパワー値Ｐとの比ＰＲrrを求めてもよい。尚、このパワースペクトルは、各測定点毎に求めるものである。【００２５】
次に、判断ステップ１０８において、ステップ１０４（例えば、１０４ａまたは１０４ｂ）で求めた値が、予め設定された設定値（Ｑ又はＲ）より小さいか否か判断する。具体的には、１０４ａでドップラ受信波ｆd(i)の振幅Ａ１′と予め設定された振幅値Ａとの比ＡＲrrを求めた場合、この比ＡＲrrが、ＡＲrrに対して予め設定された設定値Ｑより小さいかどうか判断する。同様に、ステップ１０４ｂにおいて比ＰＲrrを求めた場合、比ＰＲrrが、比ＰＲrrに対して予め設定された設定値Ｒより小さいかどうかを判断する。【００２６】
求めた値が所定の設定値より小さければ、その計測周期で収集されたドップラ受信波の信頼性は低いことになり、採用しない方がよいと考えられるので、ステップ１１０において、方式を変更する。即ち、この場合、現在パルスドップラ方式であるから、伝搬時間差方式に変更する。ステップ１１０の後、この切り換え動作を終了する。【００２７】
判断ステップ１０８において、ステップ１０４で求めた値が設定値（Ｑ又はＲ）より大きい場合、その計測周期で収集されたドップラ受信波の信頼性は水準以上であるから、何もせず（方式を変更せず）終了する。【００２８】
尚、上記予め設定された振幅値Ａ、予め設定されたパワー値Ｐ、予め設定された設定値（Ｑ又はＲ）は、例えばユーザが、適切と思う値を任意に設定するものである。
一方、最初の判断ステップ１０２において、現在、伝搬時間差方式で計測中である場合、ステップ１０６に進み、現在の計測周期で収集した受信信号の信頼度の指標となる値を求める。具体的には、図４（ｃ）に示すステップ１０６ａまたはステップ１０６ｂの何れかで求める。例えば、ステップ１０６ａにおいて、送信波の最大振幅（図２（ｂ）のＡ０）と受信波の最大振幅（図２（ｂ）のＡ０′）との比ＡＲtrを求める。あるいは、ステップ１０６ｂにおいて、受信波をフーリエ変換することにより受信波に含まれる送信周波数のパワースペクトルを算出し、このパワースペクトルと送信波のパワーとの比ＰＲtrを求めてもよい。【００２９】
次に、判断ステップ１０８において、ステップ１０６（例えば、１０６ａまたは１０６ｂ）で求めた値が、その量に対する設定値より小さいか否か判断する。具体的には、１０６ａで送受信波の最大振幅の比ＡＲtrを求めた場合、比ＡＲtrが、比ＡＲtrに対して予め設定された設定値より小さいかどうか判断する。同様に、ステップ１０６ｂにおいてパワー比ＰＲtrを求めた場合、比ＰＲtrが、比ＰＲtrに対して予め設定された設定値より小さいかどうかを判断する。【００３０】
求めた値が所定の設定値より小さければ、その計測周期で収集された受信波の信頼性は低いことになり、採用しない方がよいと考えられるので、ステップ１１０において、方式を変更する。即ち、この場合、現在、伝搬時間差方式であるから、パルスドップラ方式に変更する。ステップ１１０の後、この切り換え動作を終了する。【００３１】
判断ステップ１０８において、ステップ１０６で求めた値が設定値より大きい場合、その計測周期で収集された伝搬時間差方式の受信波の信頼性は水準以上であるから、何もせず（方式を変更せず）終了する。【００３２】
また、現在の測定方式がパルスドップラ方式である場合には、図４の処理を実行する代わりに、図５の処理を行ってもよい。すなわち、図５（ａ）に示すように、全計測点について、現在、正常に計測できる状態にあるか否かを判別し（ステップＳ１２０）、正常に計測できる状態にある計測点の数（又は全計測点数に対する正常計測点の割合）が所定の第１の閾値未満であった場合には（ステップＳ１２２，ＹＥＳ）、パルスドップラ方式では計測不能と判断し、測定方式を伝搬時間差方式に変更する（ステップＳ１２４）。一方、所定の第１の閾値以上であった場合には（ステップＳ１２２，ＮＯ）、パルスドップラ方式で計測可能と判断し、そのまま（方式を変更せず）処理を終了する。【００３３】
上記ステップＳ１２０の判別処理は、具体的には例えば図５（ｂ）に示す処理、又は図５（ｃ）に示す処理を実行するものである。
図５（ｂ）の処理では、上記所定回数（例えばＮprf回）測定する毎に、各測定点毎に、受信波の波形が連続して変化しない回数を求める。そして、この回数が所定の第２の閾値未満であった場合には、その測定点は、正常に計測できる状態にあると判定する（ステップＳ１２０ａ）。逆に言えば、求めた回数が所定の第２の閾値以上であった場合には、その測定点の測定状態は異常であると判定される。ここで、上記“受信波の波形が連続して変化しない回数”における“波形が変化しない”とは、以下に述べる意味である。【００３４】
すなわち、パルスドップラ方式においては、受信した反射波が、どの測定点の反射体によって反射されたものであるのかは、超音波パルス送信から反射波受信までに掛かる時間によって判別することができる。つまり、反射波（受信波）を時間軸上で見ると、反射体があった測定点に対応する時間において波形が変化することになり、それ以外は波形が変化しないことになる。よって、ある測定点に関して“受信波の波形が変化しない”とは、反射体が通過しなかったことを意味し、上記“受信波の波形が連続して変化しない回数”に相当する時間の間、その測定点を反射体が通過していないことを意味する。よって、“受信波の波形が連続して変化しない回数”が多いということは、その測定点を通過する反射体の数が少ないことを示唆するものと考えられるので、これが第２の閾値以上である場合には、正常に測定できる状態にはないと判定することができるのである。【００３５】
次に、図５（ｃ）に示す処理について説明する。
図５（ｃ）の処理の動作原理は、以下に説明するとおりである。
即ち、パルスドップラ方式の流量計測では、各計測点で計測周期ごとに測定される流速は一定ではなく、ほぼ正規分布をなすバラツキがある。【００３６】
そして、各計測点毎の流速は、最終的には、上記正規分布を成す計測結果の平均値を算出して出力している。ここで、上記の通り多少のばらつきがあるとはいえ、計測結果と平均値との差が大きい場合には、正常な計測結果が得られない状態にあると推測できる。【００３７】
この動作原理に基づき、図５（ｃ）に示すステップＳ１２０ｂの処理を実行する。ステップＳ１２０ｂは、次のサブステップからなる。即ち、まず、ステップ２０２において、処理対象を最初の計測点とする。ステップ２０４において、現在の計測点（＝反射点）の流速を求める。ステップ２０６において、現在の測定点の前回までの流速の平均値を算出する。ステップ２０８において、ステップ２０４で求めた流速と算出した平均値との差分を求める。判断ステップ２１０において、差分が所定の第３の閾値以上かどうか判断する。差分が第３の閾値一定値を超えなければ、その計測点に関しては正常に計測されたと判断する。尚、正常に計測されたと判断した計測点の数はカウントしていく。次の判断ステップ２１２において、現在の処理対象計測点が最後の計測点か否か判断する。最後でなければ、ステップ２１８において、処理対象を次に計測点に設定して、ステップ２０４に戻る。判断ステップ２１０において、差分が第３の閾値を超えた場合、その計測点の計測は異常であるとみなし、ステップ２１６において、ステップ２０４で求めた流速を、例えば、前回までの平均値または隣り合った計測点の平均値などを用いて、補正した後、ステップ２１２に進む。判断ステップ２１２において、現在の処理対象計測点が最後の計測点である場合、ステップ２１４に進み、正常な計測点の数の全計測点数に対する割合（％）を求める。尚、ステップ２１４の処理は省略して、上記カウントした正常な計測点数をそのままステップ１２２の処理に用いても良い。【００３８】
以上のようにして、現在、正常な計測が行えている計測点の数（又は全計測点数に対するその割合）を求めたら、判断ステップ１２２に進む。ステップ１２２において、求めた値が上記第１の閾値を超えるか否か判断する。勿論、この第１の閾値は、ステップ１２０ａの処理を行った場合とステップ１２０ｂの処理を行った場合とでは異なる値が設定される。【００３９】
なお、上述のステップ１２０ｂの例では、各計測点の流速を判断基準に用いた。しかし、各計測点のドップラシフトも、流速と同様に、ほぼ正規分布をなすバラツキがあると考えられるので、ステップ１２０ｂにおいては、各計測点のドップラシフトを判断基準に用いてもよい。【００４０】
また、尚、上記第１、第２、第３の閾値は、ユーザが適切と考える値を任意に設定するものである。
本発明によれば、以上のようにして、流量計測中に常に最適な流量計測方式を選択することにより、計測条件に適応した高精度の流量計測が可能となる。【００４１】
以上述べた方式切り換え方法は、現在計測中の一方の方式の受信データのみを用いて切り替えの判断を行うものである。以下において、両方式の計測データに基づいて切り替えの判断を行う方法を説明する。【００４２】
〔第２の実施形態〕
図６は、本発明の第２の実施形態による切り換え動作の流れを示すフローチャートである。図６の処理は、まず、ステップ３０２、ステップ３０４の処理を実行する。ステップ３０２は図５（ｂ）のステップ１２０ａと同じであり、ステップ３０４は図５（ａ）のステップ１２２と同じである。そして、ステップ３０４（１２２）の判定がＹＥＳである場合には、パルスドップラ方式では計測不可能と判断して、伝搬時間差方式に切り換えて（ステップ３０６）本処理を終了するが、ステップ３０４（１２２）の判定がＮＯである場合、直ちにパルスドップラ方式を続行すると判定するのではなく、ステップ３０８〜３１８の処理により、パルスドップラ方式と伝搬時間差方式のどちらがより適切であるかを判定し、より適切な方式を採用すると共に、両方とも不適切である場合には、何らかの異常状態にあると判定するものである。【００４３】
尚、図示の例では、ステップ３０２は、図５（ｂ）のステップ１２０ａの処理を用いたが、図５（ｃ）のステップ１２０ｂの処理を用いてもよい。あるいは、図示の例は現在の計測方式がパルスドップラ方式であることを前提としているが、これに限らず、図４（ａ）のステップ１０２の判定を行うものとし、現在の計測方式が伝搬時間差方式であった場合には、ステップ３０２に代えてステップ１０６の処理（例えば図４（ｃ）のステップ１０６ａ又は１０６ｂの処理）を実行するようにしてもよい。この場合、ステップ３０４の判定がＹＥＳであったなら、ステップ３０６の処理は「パルスドップラ方式に切り換える」となる。【００４４】
ステップ３０４の判定がＮＯである場合、ステップ３０８に進む。ステップ３０８において、次式で定義される伝搬時間差方式の切換値Ｖｐを計算する。
Ｖｐ＝ＡＲtr・Ｗ１＋ＰＲtr・Ｗ２
ただし、ＡＲtr＝送信波振幅と受信波の最大振幅の比
ＰＲtr＝送信波と受信波の周波数パワーの比
Ｗ１、Ｗ２；任意に設定される重み値
次に、ステップ３１０において、次式で定義されるドップラ方式の切替値Ｖｄを計算する。【００４５】
Ｖｄ＝ＡＲrr・Ｗ３＋ＰＲrr・Ｗ４
ただし、ＡＲrr＝ドップラ受信波の振幅の所定の振幅値の比
ＰＲrr＝ドップラ周波数のパワースペクトルと所定のパワー値との比
Ｗ３，Ｗ４；任意に設定される重み値
上記Ｗ１，Ｗ２は、ＡＲtrとＰＲtrのどちらを重要視するかによってユーザが任意に決めて設定するものである。また、ＡＲtr、ＰＲtrの何れか一方のみを用いたい場合には、Ｗ１＝０、又はＷ２＝０等と設定することもできる。これは、Ｗ３，Ｗ４についても同様である。【００４６】
次に、ステップ３１２において、伝搬時間差方式の切換値Ｖｐとパルスドップラ方式の切換値Ｖｄとの大きい方Ｖｘ（ｘ＝ｐまたはｄ）を選択する。そして、判断ステップ３１４において、選択した値Ｖｘが既定値より大きいか否かを判断する。選択した値Ｖｘの方が大きいならば、ステップ３１６において選択した方式に切り換え、処理を終了する。ステップ３１４において、選択した値Ｖｘが既定値より大きくない場合、計測不可能と判断し、ステップ３１８において、その旨を通知して処理を終了する。【００４７】
ここで、本例に両方式対応型超音波流量計には、例えば本出願人が既に提案している特願２００４−０５２３４８号に記載のように、両方式選択対応型の超音波流量計と、両方式同時対応型の超音波流量計とがある。両方式選択対応型とは、何れかの方式で計測を行うものである。一方、両方式同時対応型は、計測自体は常に両方の方式で行っているが、何れか一方の計測結果を採用して出力するものである。【００４８】
上記第２の実施例による計測方式切換方法は、伝搬時間差方式とパルスドップラ方式の両方式の計測データに基づいて切り替えの判断を行うので、両方式同時対応型の超音波流量計には応用できるが、両方式選択対応型の超音波流量計には応用できない。これに対し、第１の実施形態の切り換え方法は、一方の計測データのみを用いて切換の判断を行うので、両方式同時対応型、両方式選択対応型を問わず両方式対応型ならば応用が可能である。【００４９】
以上は、本発明の説明のために実施形態を掲げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って上述の実施形態または実施例に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。【００５０】
例えば、図４のステップ１０４の例としてステップ１０４ａおよび１０４ｂを掲げたが、ステップ１０４では、受信信号の信頼度の指標となる値は、これらの例に限らない。例えば、ステップ１０４ａでは、受信波の振幅と所定の測定可能な振幅値の比ＡＲrrを求めたが、受信波の振幅値そのものでもよい。この場合、ステップ１０８では、受信波の振幅値が、基準となる振幅値（例えば、パルスドップラ方式において許される受信波の最小振幅値など）より小さいか否かを判断すればよい。このことは、ステップ１０６に付いても同様に適用できる。【００５１】
また、ステップ１０４ａ、１０４ｂ、１０６ａおよび１０６ｂにおいて、すべて比を求めたのは、送信パルス生成の為の電圧や受信波増幅の為のゲインや管内の状態等が変わることで、受信波の状態が変動しても、その影響を少なくする為である。従って、上記振幅値の場合のように、比ＡＲrrではなく、振幅値そのものを用いるようにしてもよい。【００５２】
尚、図４（ａ）のステップ１０４の処理は、具体的には図４（ｂ）のステップ１０４ａ又はステップ１０４ｂの処理を実行するものとして説明したが、この例に限らず、図６のステップ３１０の処理を実行するようにしてもよい。同様に、図４（ａ）のステップ１０６の処理は、具体的には図４（ｃ）のステップ１０６ａ又はステップ１０６ｂの処理を実行するものとして説明したが、この例に限らず、図６のステップ３０８の処理を実行するようにしてもよい。その逆に、図６においてステップ３１０の処理に代えて図４（ｂ）のステップ１０４ａ又はステップ１０４ｂの処理を実行するようにしてもよい。同様に、図６においてステップ３０８の処理に代えて、図４（ｃ）のステップ１０６ａ又はステップ１０６ｂの処理を実行するようにしてもよい。つまり、上記切換値Ｖｐ、Ｖｄは、受信波の信頼度の指標となる値の一例に過ぎないのであり、この例に限らない。
【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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【国際調査報告】
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