JP2002340641A - 流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズによる流量計測への影響を受けにくい
流量計測装置を提供する。 【解決手段】 基準比較手段７で受信側の振動子の受信
信号と基準電圧とを比較し、大小関係が反転してから受
信信号の任意のポイントとの時間差を時差確認手段１３
で確認し、その時差が予め設定された超音波振動子の駆
動周波数から求まる時間差であれば、判定手段８で正規
の超音波信号の到達ポイントと判定する。これによって
ノイズと区別でき、ノイズの影響を受けにくい流量計測
装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波を利用してガ
スなどの流量を計測する流量計測装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の流量計測装置は、図１５
に示すようなものが一般的であった。この装置は流体の
流れる流路１に設置した超音波振動子２と、第１超音波
振動子２、第２超音波振動子３の送受信を切り換える切
換手段４と、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子
３を駆動する送信手段５と、受信側の超音波振動子で受
信した信号を増幅する増幅手段６と、増幅手段６で増幅
された受信信号と基準電圧とを比較する基準比較手段７
と、図１６に示すように基準電圧比較手段７で基準電圧
と比較し大小関係が反転した後の増幅信号の最初のゼロ
クロス点ａで繰り返し手段９へ出力信号Ｄを出力する判
定手段８と、この判定手段８からの信号をカウントし予
め設定された回数だけカウントすると共に判定手段８か
らの信号を制御手段１２へ出力する繰り返し手段９と、
繰り返し手段９で予め設定された回数をカウントした時
間を計時する計時手段１０と、計時手段１０の計時した
時間に応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量
を算出する流量算出手段１１と、流量算出手段１１から
算出された流量出力、繰り返し手段９からの信号を受け
送信手段５、遅延手段１４の動作を制御する制御手段と
から構成されている。

【０００３】この装置は制御手段１２により送信手段５
を動作させ超音波振動子２で発信された超音波信号が、
流れの中を伝搬し第２超音波振動子３で受信され、増幅
手段６で増幅後、基準電圧比較手段７と判定手段８で信
号処理され、繰り返し手段９を通り制御手段１２に入力
される。この動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行
い、この間の時間を計時手段１０により測定する。

【０００４】そして、第１超音波振動子２と第２超音波
振動子３とを切換手段４により切り替えて、同様な動作
を行い、被測定流体の上流から下流（この方向を正流と
する）と下流から上流（この方向を逆流とする）のそれ
ぞれの伝搬時間を測定し、（式１）より流量Ｑを求めて
いた（超音波振動子間の流れ方向の有効距離をＬ、上流
から下流へのｎ回分の測定時間をｔ１、下流から上流へ
のｎ回分の測定時間をｔ２、被測定流体の流速をｖ、流
路の断面積をＳ、センサ角度をφ、流量をＱとする）。

【０００５】 Ｑ＝Ｓ・ｖ＝Ｓ・Ｌ／２・cosφ（（１／ｔ１）−（１／ｔ２））…（式１） （実際には、式１に流量に応じた係数を乗じて流量を算
出する）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の流量計測装置は図１６に示すように超音波振動子の受
信信号が到達前にノイズ信号Ｂが印可されると、基準電
圧を超えた最初のゼロクロス点ｂで判定手段８により誤
った出力信号Ｃが繰り返し手段９へ出力されるので計時
手段１０で計時する時間が本来の超音波信号の伝搬時間
と異なり、誤った流量値を流量算出手段１１で算出して
しまう。このようにノイズにより流量の誤計測を行うと
いう課題を有していた。本発明は、前記従来の課題を解
決するもので、ノイズによる流量の計測への影響を受け
にくい流量計測装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の流量計測装置は基準比較手段で受信
側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較し、大小関係
が反転してから受信信号の任意のポイントとの時間差を
時差確認手段で確認し、その時差が予め設定された超音
波振動子の駆動周波数から求まる時間差であれば判定手
段で超音波信号の到達ポイントと判定するようにしたも
のである。

【０００８】これによって増幅手段６の出力信号の基準
電圧を超えてから信号の任意のポイント迄の時間がわか
り、そしてこれにより信号の周波数を判定でき、正規の
受信信号であるかノイズであるかの認識が可能となるの
で、ノイズによる流量計測への影響を受けにくい流量計
測装置となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は
流体管路に設けられ超音波信号を送信受信する第１振動
子及び第２振動子と、前記振動子を駆動する送信手段
と、前記振動子の送受信を切り換える切換手段と、前記
振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰り返し手段
と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を算出する流
量算出手段と、受信側の振動子の受信信号と基準電圧と
を比較する基準比較手段と、前記基準比較手段出力と受
信信号の任意のポイントとの時間差を確認する時差確認
手段と、前記時差確認手段出力と前記振動子の受信信号
とから超音波の到達ポイントを判定する判定手段とを備
えた流量計測装置とを備えた流量計測装置とすることに
より、時差確認手段で計測される基準比較手段の基準電
圧より増幅手段の出力信号が大きくなってから増幅手段
の出力信号のゼロクロスポイント迄の時間が、超音波振
動子の駆動周波数から一意的に求まる予め設定された時
間差と近い値であった場合の増幅手段の出力信号のゼロ
クロス点で、判定手段が超音波の到達ポイントとを判定
するので、前記時間差が極端に短い等のノイズ信号は判
定から除去でき、ノイズによる誤計測を防止する流量計
測装置とすることが出来る。

【００１０】請求項２に記載の発明は流体管路に設けら
れ超音波信号を送信受信する第１振動子及び第２振動子
と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の送
受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の相互の超
音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、超音波伝搬の累
積時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、受信
側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較する基準比較
手段と、受信側の振動子の受信信号の２以上の複数の点
の時間差を検知する信号幅検知手段と、前記信号幅検知
手段出力と前記振動子の受信信号とから超音波の到達ポ
イントを判定する判定手段とを備えた流量計測装置とす
ることにより、信号幅検知手段で計測する増幅手段の出
力信号の任意の２点間（例えば２ゼロクロス点もしくは
２変曲点間）の時間が、超音波振動子の駆動周波数から
一意的に求まる予め設定された時間差と近い値である場
合の増幅手段出力信号のゼロクロス点を判定手段が超音
波の到達ポイントと判定するので、超音波の受信信号の
信号幅とは異なるノイズ信号は除去でき、ノイズによる
誤計測を防止する流量計測装置とすることが出来る。

【００１１】請求項３に記載の発明は、時差確認手段の
動作回数を所定の回数までに規制する動作規制手段を備
え、時差確認手段の時間差確認動作を所定の回数までに
規制する請求項１記載の流量計測装置とすることによ
り、増幅手段の出力信号が基準電圧を越えるたびに動作
する時差確認手段の動作回数を動作規制手段により規制
することで、時差確認手段により計測された時間差が予
め設定された時間差と異なり、判定手段で増幅手段の出
力信号のゼロクロスポイントを無視する状態が連続する
場合に一定の制限をもたせ、その時点で強制的に超音波
の到達ポイントとするもので、上記のようにノイズによ
って判定手段で増幅手段の出力信号のゼロクロスポイン
トを無視される計測不能状態から抜けるようにし、ノイ
ズの影響を抑えた流量計測装置とすることが出来る。

【００１２】請求項４に記載の発明は流体管路に設けら
れ超音波信号を送信受信する第１振動子及び第２振動子
と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の送
受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の相互の超
音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、超音波伝搬の累
積時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、受信
側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較する基準比較
手段と、受信側の振動子の受信信号の任意のポイント
（例えばゼロクロス点）から計時を行い、第一の所定時
間経過から第二の所定時間経過までの間、ゲート信号を
出力するゲート手段と、前記ゲート手段のゲート信号と
前記振動子の受信信号とから超音波の到達ポイントを判
定する判定手段とを備えた流量計測装置とすることによ
り、増幅手段の出力信号のゼロクロス点から計時を行
い、超音波振動子の駆動周波数から一意的に求まり次の
ゼロクロス到達点を包含するように予め設定された時間
で、ゲート手段によりゲート信号を出力して、判定手段
ではゲート信号と増幅手段の出力信号により超音波の到
達ポイントを判定する。よってゲート信号の出力中の増
幅手段の出力信号ゼロクロス点は正規の超音波到達ポイ
ントで、ゲート信号出力外の増幅手段の出力信号ゼロク
ロス点はノイズということになり、正規の超音波受信波
であるか、ノイズであるかを識別可能となって、ノイズ
により誤判定を防ぎノイズの影響を受けにくい流量計測
装置とすることが出来る。

【００１３】請求項５に記載の発明は流体管路に設けら
れ超音波信号を送信受信する第１振動子及び第２振動子
と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の送
受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の相互の超
音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、超音波伝搬の累
積時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、受信
側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較する基準比較
手段と、前記基準比較手段出力と受信信号の任意のポイ
ントとの時間差を確認する時差確認手段と、受信側の振
動子の受信信号の２以上の複数の点の時間差を検知する
信号幅検知手段と、受信側の振動子の受信信号の任意の
ポイントから計時を行い、第一の所定時間経過から第二
の所定時間経過までの間、ゲート信号を出力するゲート
手段と、前記時差確認手段出力と前記信号幅検知手段と
前記ゲート手段と前記振動子の受信信号とから超音波の
到達ポイントを判定する判定手段とを備えた流量計測装
置とすることにより、増幅手段の出力信号が基準比較手
段により比較される基準電圧より大きくなってから増幅
手段の出力信号のゼロクロスポイント迄の時間を時差確
認手段により計測し、超音波振動子の駆動周波数から一
意的に求まる予め設定された時間差と近い値か否かを判
定手段に出力する。また、増幅手段の出力信号の任意の
２点間（例えば２ゼロクロス点間）の時間を信号幅検知
手段が計測し、超音波振動子の駆動周波数から一意的に
求まる予め設定された時間と近い値か否かを判定手段に
出力する。さらにゲート手段により増幅手段の出力信号
のゼロクロス点から計時を行い、超音波振動子の駆動周
波数から一意的に求まり次のゼロクロス到達点を包含す
るように予め設定された時間で、ゲート信号を出力す
る。

【００１４】そして判定手段では前記時差確認手段、信
号幅検知手段、ゲート手段からの出力差と増幅手段の出
力信号より、時差確認手段で計測された時差が、超音波
振動子の駆動周波数から一意的に求まる予め設定された
時間差と近い値であった場合でかつ、信号幅検知手段で
計測した時間が、超音波振動子の駆動周波数から一意的
に求まる予め設定された時間差と近い値である場合でか
つ、ゲート手段によるゲート信号を出力中の増幅手段の
出力信号ゼロクロス点を正規の超音波到達ポイントと判
定するので、上記３つの条件に合わない信号幅の短い、
単発信号、または周期がバラバラである等のノイズ信号
は除去でき、ノイズの影響を受けにくい流量計測装置と
することが出来る。

【００１５】請求項６に記載の発明は流体管路に設けら
れ超音波信号を送信受信する第１振動子及び第２振動子
と、前記振動子を駆動する送信手段と、前記振動子の送
受信を切り換える切換手段と、前記振動子間の相互の超
音波伝達を複数回行う繰り返し手段と、超音波伝搬の累
積時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、受信
側の振動子の受信信号と基準電圧とを比較する基準比較
手段と、前記基準比較手段の出力を受け計時を行い、第
一の所定時間経過から第二の所定時間経過までの間、ゲ
ート信号を出力するゲート手段と、前記ゲート手段と前
記振動子の受信信号とから超音波の到達ポイントを判定
する判定手段とを備えた流量計測装置とすることによ
り、基準比較手段の基準電圧より増幅手段の出力信号が
大きくなってから超音波振動子の駆動周波数から一意的
に求まり次のゼロクロス到達点を包含するように予め設
定された時間で、ゲート手段によりゲート信号を出力し
て、判定手段ではゲート信号と増幅手段の出力信号によ
り超音波の到達ポイントを判定する。超音波振動子の駆
動周波数から一意的に求まり次のゼロクロス到達点を包
含するように予め設定された時間で、ゲート手段により
ゲート信号を出力して、判定手段ではゲート信号と増幅
手段の出力信号により超音波の到達ポイントを判定す
る。

【００１６】よってゲート信号の出力中の増幅手段の出
力信号ゼロクロス点は正規の超音波到達ポイントで、ゲ
ート信号出力外の増幅手段の出力信号ゼロクロス点はノ
イズということになり、正規の超音波受信波であるか、
ノイズであるかを識別可能となって、ノイズにより誤判
定を防ぎノイズの影響を受けにくい流量計測装置とする
ことが出来る。

【００１７】請求項７に記載の発明は受信側の振動子の
受信信号の２以上の複数の点の時間差を検知する信号幅
検知手段を備え、前記信号幅検知手段と前記ゲート手段
と前記振動子の受信信号とから超音波の到達ポイントを
判定する判定手段とした請求項６記載の流量計測装置と
することにより、増幅手段の出力信号の任意の２点間
（例えば２ゼロクロス点間）の時間を信号幅検知手段が
計測し、超音波振動子の駆動周波数から一意的に求まる
予め設定された時間と近い値か否かを判定手段に出力す
る。さらにゲート手段により増幅手段の出力信号のゼロ
クロス点から計時を行い、超音波振動子の駆動周波数か
ら一意的に求まり次のゼロクロス到達点を包含するよう
に予め設定された時間で、ゲート信号を出力する。

【００１８】そして判定手段では前記信号幅検知手段、
ゲート手段からの出力と増幅手段の出力信号より、信号
幅検知手段で計測した時間が、超音波振動子の駆動周波
数から一意的に求まる予め設定された時間差と近い値で
ある場合でかつ、ゲート手段によるゲート信号を出力中
の増幅手段の出力信号ゼロクロス点を正規の超音波到達
ポイントと判定するので、上記２つの条件に合わない短
い信号幅、単発信号等のノイズ信号は除去でき、ノイズ
の影響を受けにくい流量計測装置とすることが出来る。

【００１９】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。

【００２０】（実施例１）図１は本発明の実施例１にお
けるの流量計測装置のブロック図を示すものである。図
２は本発明の実施例１の流量計測装置の動作説明図であ
る。図１において、流路１の途中に超音波を送信する第
１超音波振動子２と受信する第２超音波振動子３が流れ
方向に角度φで配置されている。５は第１超音波振動子
２への送信手段であり、４は第１超音波振動子２、第２
超音波振動子３の送受信を切り換える切換手段、６は受
信側の超音波振動子で受信した信号を増幅する増幅手
段、７は前記増幅手段６で増幅された信号と基準電圧と
を比較する基準比較手段、１３は前記基準比較手段７の
出力と前記増幅手段６で増幅された信号のゼロクロス点
との時間差を確認する時差確認手段、８は前記時差確認
手段１３の出力と前記増幅手段６で増幅された信号とか
ら超音波の到達ポイントを判定する判定手段、９は判定
手段８の信号をカウントし予め設定された回数だけカウ
ントすると共に判定手段８からの信号を制御手段１２へ
出力する繰り返し手段である。１０は繰り返し手段９で
予め設定された回数をカウントした時間を計時する計時
手段であり、１１は第１計時手段１０の計時した時間に
応じて管路の大きさや流れの状態を考慮して流量を算出
する流量算出手段である。また、１２は流量算出手段１
１、繰り返し手段９からの信号を受け送信手段５、増幅
手段６の動作を制御する制御手段である。

【００２１】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下その動作、作用を説明する。まず制御手段１
２は流量計測を開始すると送信手段５を動作させ超音波
振動子２より超音波信号を送信する。第１超音波振動子
２より送信された超音波信号は流路１の流れの中を伝搬
し、第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で制御
手段１２からの指示による所定の倍率で増幅され、基準
比較手段７、時差確認手段１３、判定手段８へ出力され
る。基準比較手段７は増幅手段６出力と基準電圧とを比
較し、図２に示すようにその大小関係が反転した時点
（タイミングｃ）を時差確認手段１３に通知する。時差
確認手段１３ではタイミングｃから増幅手段６出力の符
号が正から負に変わる負のゼロクロス点ａ迄の時間を計
時し、第１超音波振動子２及び第２超音波振動子３の駆
動周波数の半波の波長と比較する。

【００２２】この時差確認手段１３が計時する時間は図
２に示すように正規の受信信号であれば、半波長の６０
〜８０％（例えば駆動周波数が５００KHz、波長２μｓ
であれば６００ｎｓ〜８００ｎｓ）の時間になり、ノイ
ズ信号では一般に図２のようにこの時間より短くなる。
時差確認手段１３は計時した時間が駆動周波数の半波長
の６０〜８０％であるかの比較結果を判定手段８に出力
し、判定手段８は時差確認手段１３が正規の受信信号と
判定したときの増幅手段６の出力信号の負のゼロクロス
点ａを超音波の到達ポイントと判定し、出力信号Ｄを繰
り返し手段９に出力する。この判定手段８の出力信号Ｄ
は繰り返し手段９でカウントされた後、制御手段１２に
入力される。制御手段１２は送信手段５を再度動作させ
超音波振動子２より超音波信号を送信すると共に第２計
時手段１３ａに計時開始信号を再度出力し、この一連の
動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行い、この間の時
間を計時手段１０により測定する。

【００２３】そして、第１超音波振動子２と第２超音波
振動子３とを切換手段４により切り替えて、同様な動作
を行い、被測定流体の上流から下流と下流から上流のそ
れぞれの伝搬時間を測定し、これらの時間差より流量算
出手段１１で流路の大きさや流れの状態を考慮して流量
値を求める。以上のように動作することにより時差確認
手段１３で増幅手段６出力が基準電圧を越えてから最初
の負のゼロクロス点迄の時間と駆動周波数の半波長を比
較し半波長の６０〜８０％であれば正規の受信信号、そ
れ以外はノイズ信号とすることで判定手段８によりノイ
ズ信号を無視でき、ノイズの影響を受けにくい流量計測
装置とすることが出来る。

【００２４】（実施例２）図３は本発明の実施例２の流
量計測装置のブロック図である。図４は本発明の実施例
２の流量計測装置の動作説明図であり、信号幅検知手段
１４の検知する信号幅の様子を示したものである。図３
において、１４は受信側の振動子の受信信号の符号が正
から負の変わる負のゼロクロス点から、負から正に変わ
る正のゼロクロス点迄の時間を検知する信号幅検知手段
であり、判定手段８は増幅手段６の出力と信号幅検知手
段１４の出力より超音波の到達ポイントを判定する。他
の構成要素は実施例１と同じであるので説明は省略す
る。以上のように構成された流量計測装置について、以
下その動作、作用を説明する。

【００２５】制御手段１２は流量計測を開始すると送信
手段５を動作させ超音波振動子２より超音波信号を送信
する。第１超音波振動子２より送信された超音波信号は
流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３で受信
され、増幅手段６で増幅され、信号幅検知手段１４、基
準比較手段７、判定手段８へ出力される。信号幅検知手
段１４は基準比較手段７が増幅手段６出力と基準電圧と
を比較し、その大小関係が反転した時点（図４における
タイミングｃ）より増幅手段６出力の符号が正から負、
負から正と変わる正負の両方のゼロクロス点間の時間を
検知する。図４において信号幅ａは信号幅検知手段１４
が増幅手段６の出力より検知したノイズ信号Ａの正負の
ゼロクロス点間の幅、信号幅ｂは受信信号Ｂの正負のゼ
ロクロス点間の幅を示している。

【００２６】図４に示すように正規の受信信号であった
場合の信号幅検知手段１４が検知する信号幅は駆動周波
数の半波長であり、ノイズ信号である場合は通常、駆動
周波数の半波長に比べ短くなる。判定手段８は信号幅検
知手段１４の出力が駆動周波数の半波長である場合の次
の負のゼロクロス点ｚを超音波の到達ポイントと判定
し、繰り返し手段９に出力する。

【００２７】以上のように、本実施例においては受信信
号の正負のゼロクロス点間の幅を検知し、その幅が駆動
周波数の半波長である場合に正規の受信信号、それ以外
はノイズ信号とすることで判定手段８によりノイズ信号
を無視でき、ノイズの影響を受けにくい流量計測装置と
することが出来る。

【００２８】（実施例３）図５は本発明の実施例３の流
量計測装置のブロック図である。図６は本発明の実施例
３の流量計測装置の動作説明図であり、受信信号とノイ
ズ信号が重畳したときの判定手段８の動作を説明したも
のである。図５において１５は時差確認手段１３の動作
回数を所定の回数までに規制する動作規制手段であり、
動作規制手段１５を設けた点が実施例１の構成と異なる
ところである。

【００２９】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下その動作、作用を説明する。制御手段１２は
流量計測を開始すると送信手段５を動作させ超音波振動
子２より超音波信号を送信する。第１超音波振動子２よ
り送信された超音波信号は流路１の流れの中を伝搬し、
第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅さ
れ、基準比較手段７、時差確認手段１３、判定手段８へ
出力される。基準比較手段７は増幅手段６出力と基準電
圧とを比較し、実施例１と同様にその大小関係が反転し
た時点を時差確認手段１３に通知する。時差確認手段１
３ではこの時点から増幅手段６出力の負のゼロクロス点
ａ迄の時間を計時し、第１超音波振動子２の駆動周波数
の半波長の６０〜８０％の時間と比較する。

【００３０】ここで図６に示すように受信信号にノイズ
信号が重畳し、かつこの状態が継続した場合、そのノイ
ズ重畳期間では増幅手段６出力は図のような信号とな
る。この状態では基準比較手段７で比較される基準電圧
を増幅手段６出力が越えてから、次の負のゼロクロス点
までの時間は非常に短く、時差確認手段１３ではこの時
間が駆動周波数の半波長の６０〜８０％の時間とは異な
るのでノイズと判定する。

【００３１】また時差確認手段１３はこの増幅手段６出
力が基準電圧を越えてから次の負のゼロクロス点までの
時間計測を、基準比較手段７からの通知がある度に繰り
返し行うので、このようなノイズ重畳期間では時差確認
手段１３の計時する時間が駆動周波数の半波長の６０〜
８０％の時間とは異なるので常にノイズと判定し、図６
に示すようにノイズ重畳期間が終わった後では、増幅手
段６出力が基準電圧より小さいので、時差確認手段１３
で時間を計時することが出来ず、判定手段８でも超音波
の到達ポイントを判定することが出来ない。

【００３２】その結果、流量算出手段１１で流量を算出
することが不可能となる。そこで時差確認手段１３が増
幅手段６出力が基準電圧を越えてから次の負のゼロクロ
ス点までの時間の計測動作を、動作規制手段１５がカウ
ントして設定された回数（例えば１０回）までで抑え
る。

【００３３】そして、時差確認手段１３は計時動作を予
め設定された回数分行った場合に判定手段８に正規の受
信信号と通知し、増幅手段６出力信号の次の負のゼロク
ロス点ａで強制的に超音波の到達ポイントと判定させ
る。判定手段８は増幅手段６の出力信号の負のゼロクロ
ス点ａを超音波の到達ポイントと判定すると出力信号Ｄ
を繰り返し手段９に出力する。この判定手段８の出力信
号は繰り返し手段９でカウントされた後、制御手段１２
に入力される。制御手段１２は送信手段５を再度動作さ
せ超音波振動子２より超音波信号を送信すると共に第２
計時手段１３ａに計時開始信号を再度出力し、この一連
の動作を予め設定されたｎ回数繰り返し行い、この間の
時間を計時手段１０により測定する。

【００３４】そして、第１超音波振動子２と第２超音波
振動子３とを切換手段４により切り替えて、同様な動作
を行い、被測定流体の上流から下流と下流から上流のそ
れぞれの伝搬時間を測定し、これらの時間差より流量算
出手段１１で流路の大きさや流れの状態を考慮して流量
値を求める。以上のように動作することにより超音波の
受信信号にノイズ信号が重畳し、その状態が継続して、
時差確認手段１３の計時する時間が常にノイズと判定さ
れ、流量計測の続行が不能となるような場合でも、動作
規制手段１５により所定の回数に時差確認手段１３の計
時動作を抑えることで判定手段８に強制的に超音波の到
達ポイントを判定させることで流量計測の継続を可能に
し、ノイズの影響を受けにくい流量計測装置とすること
が出来る。

【００３５】（実施例４）図７は本発明の実施例４の流
量計測装置のブロック図である。図８は本発明の実施例
４の流量計測装置の動作説明図である。図７において１
６は増幅手段６の出力信号の符号が正から負に変わる負
のゼロクロス点の２つ目から計時を行い、第一の所定時
間経過から第二の所定時間経過までの間、ゲート信号を
出力するゲート手段で、他の構成要素は実施例１と同じ
であるので説明は省略する。

【００３６】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下その動作、作用を説明する。制御手段１２よ
り流量計測が開始され、第１超音波振動子２より送信さ
れた超音波信号が流路１の流れの中を伝搬し、第２超音
波振動子３で受信され、増幅手段６で増幅され、ゲート
手段１６、判定手段８へ出力される。

【００３７】ゲート手段１６は図８に示すように増幅手
段６の出力信号の符号が正から負に変わる負のゼロクロ
ス点の２つめ（ゼロクロス点ｚ２）から計時を行い、予
め設定された第一の所定時間（例えば超音波振動子の駆
動周波数の波長の９０％）の経過から第二の所定時間
（例えば駆動周波数の波長の１１０％）の経過までの
間、ゲート信号Ｄを出力する。判定手段８はゲート手段
１６のゲート信号Ｄ期間中の増幅手段６の出力信号の負
のゼロクロス点ｚ２を超音波の到達ポイントと判定し、
それ以外のゼロクロス点は超音波の到達ポイントとは判
定しない。

【００３８】ノイズ信号の場合は図８のノイズ信号Ａの
ように単発であったり、超音波の駆動周波数よりも高周
波数で持続時間も短いのが一般的で、ゲート手段１６に
よるゲート信号期間中にはゼロクロス点が発生しない。

【００３９】以上のように、本実施例においては負のゼ
ロクロス点から駆動周波数の波長の９０〜１１０％に設
定されたゲート信号の出力期間中の負のゼロクロス点を
正規の音波の到達ポイントと判定することにより、ノイ
ズによる誤判定を防止できノイズの影響を受けにくい流
量計測装置とすることが出来る。

【００４０】尚、本実施例では負のゼロクロス点からゲ
ート信号発生の計時を開始し、負のゼロクロス点で音波
の到達ポイントと判定するとしたが、これに限定される
ものではなく増幅手段６の出力信号の任意のポイントか
らゲート信号の計時を開始し、任意のポイントで音波の
到達ポイントと判定するとしても同様な効果を有するも
のである。

【００４１】（実施例５）図９は本発明の実施例５の流
量計測装置のブロック図である。図１０は本発明の実施
例５の流量計測装置の動作説明図である。図９において
判定手段８は増幅手段６、ゲート手段１６、信号幅検知
手段１４、時差確認手段１３からの信号により超音波の
到達ポイントを判定するようにしたものである。以上の
ように構成された流量計測装置について、以下その動
作、作用を説明する。制御手段１２より流量計測が開始
され、第１超音波振動子２より送信された超音波信号が
流路１の流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３で受信
され、増幅手段６で増幅され、ゲート手段１６、判定手
段８、信号幅検知手段１４、時差確認手段１３、基準比
較手段７へ出力される。基準比較手段７は増幅手段７出
力と基準電圧とを比較し、図１０に示すようにその大小
関係が反転した時点（タイミングｃ）を時差確認手段１
３、信号幅検知手段１４、ゲート手段１６に通知する。

【００４２】時差確認手段１３ではタイミングｃから増
幅手段６出力の符号が正から負に変わる負のゼロクロス
点ａ迄の時間を計時し、第１超音波振動子２及び第２超
音波振動子３の駆動周波数の半波の波長と比較する。こ
の時差確認手段１３が計時する時間は図１０に示すよう
に正規の受信信号であれば、半波長の６０〜８０％（例
えば駆動周波数が５００KHz、波長２μｓであれば６０
０ｎｓ〜８００ｎｓ）の時間になり、ノイズ信号では一
般にこの時間より短くなる。時差確認手段１３は計時し
た時間が駆動周波数の半波長の６０〜８０％であるかの
比較結果を判定手段８に出力する。

【００４３】また、信号幅検知手段１４は基準比較手段
７が増幅手段６出力と基準電圧とを比較し、その大小関
係が反転したタイミングｃより増幅手段６出力の符号が
正から負、負から正と変わる正負の両方のゼロクロス点
間の時間を検知する。図１０において信号幅ａは信号幅
検知手段１４が増幅手段６の出力より検知したノイズ信
号Ａの正負のゼロクロス点間の幅、信号幅ｂは受信信号
Ｂの正負のゼロクロス点間の幅を示している。図１０に
示すように受信信号であった場合の信号幅検知手段１４
が検知する信号幅は駆動周波数の半波長であり、ノイズ
信号である場合は通常、駆動周波数の半波長に比べ短く
なる。

【００４４】さらにゲート手段１６は図１０に示すよう
に基準比較手段７が増幅手段６出力と基準電圧とを比較
し、その大小関係が反転したタイミングｃより次の増幅
手段６の出力信号の符号が正から負に変わる負のゼロク
ロス点ａから計時を行い、予め設定された第一の所定時
間（例えば超音波振動子の駆動周波数の波長の９０％）
の経過から第二の所定時間（例えば駆動周波数の波長の
１１０％）の経過までの間、ゲート信号Ｄを出力する。
判定手段８は時差確認手段１３が正規の受信信号と判定
し、かつ信号幅検知手段１４の出力が駆動周波数の半波
長である場合で、さらに、ゲート手段１６のゲート信号
Ｄ期間中の増幅手段６の出力信号の負のゼロクロス点ｚ
を超音波の到達ポイントと判定し、それ以外のゼロクロ
ス点は超音波の到達ポイントとは判定しない。

【００４５】ノイズ信号の場合は図１０のノイズ信号Ａ
のように単発であったり、ゼロクロス点間の信号幅ａが
超音波の駆動周波数の半波長とは異なったり、また超音
波の駆動周波数よりも高周波数で持続時間も短いのが一
般的で、ゲート手段１６によるゲート信号期間中にはゼ
ロクロス点が発生しない。

【００４６】以上のように、本実施例においては増幅手
段６出力が基準電圧を越えてから最初の負のゼロクロス
点迄の時間が駆動周波数の半波長の６０〜８０％であ
り、正負のゼロクロス点間の幅が駆動周波数の半波長で
あり、負のゼロクロス点から駆動周波数の波長の９０〜
１１０％に設定されたゲート信号の出力期間中の負のゼ
ロクロス点であることのすべての条件を満たした場合に
正規の音波の到達ポイントと判定することにより、ノイ
ズによる誤判定を防止できノイズの影響を受けにくい流
量計測装置とすることが出来る。

【００４７】（実施例６）図１１は本発明の実施例６の
流量計測装置のブロック図である。図１２は本発明の実
施例６の流量計測装置の動作説明図である。図１１にお
いて判定手段８は増幅手段６、ゲート手段１６からの信
号により超音波の到達ポイントを判定するようにしたも
のである。以上のように構成された流量計測装置につい
て、以下その動作、作用を説明する。

【００４８】制御手段１２より流量計測が開始され、第
１超音波振動子２より送信された超音波信号が流路１の
流れの中を伝搬し、第２超音波振動子３で受信され、増
幅手段６で増幅され、判定手段８、基準比較手段７へ出
力される。基準比較手段７は増幅手段６出力と基準電圧
とを比較し、図１２に示すようにその大小関係が反転し
た時点（タイミングｃ）をゲート手段１６に通知する。

【００４９】さらにゲート手段１６は図１０に示すよう
に基準比較手段７が増幅手段６出力と基準電圧とを比較
し、その大小関係が反転したタイミングｃより計時を行
い、予め設定された第一の所定時間（例えば超音波振動
子の駆動周波数の半波長の５０％）の経過から第二の所
定時間（例えば駆動周波数の半波長）の経過までの間、
ゲート信号Ｄを出力する。判定手段８はゲート手段１６
のゲート信号Ｄ期間中の増幅手段６の出力信号の負のゼ
ロクロス点ｚを超音波の到達ポイントと判定し、それ以
外のゼロクロス点は超音波の到達ポイントとは判定しな
い。ノイズ信号の場合は図１２のノイズ信号Ａのように
超音波の駆動周波数よりも高周波数で持続時間も短いの
が一般的で、ゲート手段１６によるゲート信号期間中に
はゼロクロス点が発生しない。

【００５０】以上のように、本実施例においては増幅手
段６出力が基準電圧を越えてから周波数の半波長の５０
〜１００％に設定されたゲート信号の出力期間中の負の
ゼロクロス点である場合に正規の音波の到達ポイントと
判定することにより、ノイズによる誤判定を防止できノ
イズの影響を受けにくい流量計測装置とすることが出来
る。

【００５１】（実施例７）図１３は本発明の実施例７の
流量計測装置のブロック図である。図１４は本発明の実
施例７の流量計測装置の動作説明図である。図１３にお
いて判定手段８は増幅手段６、ゲート手段１６、信号幅
検知手段１４からの信号により超音波の到達ポイントを
判定するようにしたものである。以上のように構成され
た流量計測装置について、以下その動作、作用を説明す
る。制御手段１２より流量計測が開始され、第１超音波
振動子２より送信された超音波信号が流路１の流れの中
を伝搬し、第２超音波振動子３で受信され、増幅手段６
で増幅され、判定手段８、信号幅検知手段１４、基準比
較手段７へ出力される。

【００５２】基準比較手段７は増幅手段６出力と基準電
圧とを比較し、図１４に示すようにその大小関係が反転
した時点（タイミングｃ）をゲート手段１６に通知す
る。また、信号幅検知手段１４は増幅手段６出力の符号
が正から負、負から正と変わる正負の両方のゼロクロス
点間の時間を検知する。図１４において信号幅ｂは受信
信号Ｂの正負のゼロクロス点間の幅を示している。図１
４に示すように受信信号であった場合の信号幅検知手段
１４が検知する信号幅は駆動周波数の半波長であり、ノ
イズ信号である場合は通常、駆動周波数の半波長に比べ
短くなる。

【００５３】さらにゲート手段１６は図１４に示すよう
に基準比較手段７が増幅手段６出力と基準電圧とを比較
し、その大小関係が反転したタイミングｃから計時を行
い、予め設定された第一の所定時間（例えば超音波振動
子の駆動周波数の半波長の５０％）の経過から第二の所
定時間（例えば駆動周波数の半波長）の経過までの間、
ゲート信号Ｄを出力する。判定手段８は信号幅検知手段
１４の出力が駆動周波数の半波長である場合で、かつ、
ゲート手段１６のゲート信号Ｄ期間中の増幅手段６の出
力信号の負のゼロクロス点ｚを超音波の到達ポイントと
判定し、それ以外のゼロクロス点は超音波の到達ポイン
トとは判定しない。

【００５４】ノイズ信号の場合は図１０のノイズ信号Ａ
のようにゼロクロス点間の信号幅ａが超音波の駆動周波
数の半波長とは異なったり、また超音波の駆動周波数よ
りも高周波数で持続時間も短いのが一般的で、ゲート手
段１６によるゲート信号期間中にはゼロクロス点が発生
しない。

【００５５】以上のように、本実施例においては正負の
ゼロクロス点間の幅が駆動周波数の半波長であり、増幅
手段６出力が基準電圧を越えてから周波数の半波長の５
０〜１００％に設定されたゲート信号の出力期間中の負
のゼロクロス点を正規の音波の到達ポイントと判定する
ことにより、ノイズによる誤判定を防止できノイズの影
響を受けにくい流量計測装置とすることが出来る。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
係る流量計測装置は、時差確認手段１３で増幅手段６出
力が基準電圧を越えてから最初の負のゼロクロス点迄の
時間と駆動周波数の半波長から求まる時間と比較するこ
とで判定手段８によりノイズ信号を無視でき、ノイズの
影響を受けにくく出来る効果がある。

【００５７】また、請求項２に係る流量計測装置は、受
信信号の正負のゼロクロス点間の幅を検知し、その幅が
駆動周波数の半波長と比較することでノイズ信号を無視
でき、ノイズの影響を受けにくく出来る効果がある。

【００５８】また、請求項３に係る流量計測装置は、超
音波の受信信号にノイズ信号が重畳して、かつその状態
が継続して流量計測の続行が不能となるような場合で
も、動作規制手段１５により所定の回数に時差確認手段
１３の計時動作を抑えて判定手段８に強制的に超音波の
到達ポイントを判定させることで流量計測の継続を可能
にできるという効果がある。

【００５９】また、請求項４に係る流量計測装置は、負
のゼロクロス点から駆動周波数の波長の９０〜１１０％
に設定されたゲート信号の出力期間中の負のゼロクロス
点を正規の音波の到達ポイントと判定することにより、
ノイズ信号を無視できノイズの影響を受けにくく出来る
効果がある。

【００６０】また、請求項５に係る流量計測装置は、増
幅手段６出力が基準電圧を越えてから最初の負のゼロク
ロス点迄の時間が駆動周波数の半波長の６０〜８０％で
あり、正負のゼロクロス点間の幅が駆動周波数の半波長
であり、負のゼロクロス点から駆動周波数の波長の９０
〜１１０％に設定されたゲート信号の出力期間中の負の
ゼロクロス点であることのすべての条件を満たした場合
に正規の音波の到達ポイントと判定することにより、よ
り正確にノイズ信号を区別、無視でき、ノイズの影響を
受けにくく出来る効果がある。

【００６１】また、請求項６に係る流量計測装置は、増
幅手段６出力が基準電圧を越えてから周波数の半波長の
５０〜１００％に設定されたゲート信号の出力期間中の
負のゼロクロス点である場合に正規の音波の到達ポイン
トと判定することにより、ノイズ信号を区別、無視で
き、ノイズの影響を受けにくく出来る効果がある。

【００６２】また、請求項７に係る流量計測装置は、正
負のゼロクロス点間の幅が駆動周波数の半波長であり、
増幅手段６出力が基準電圧を越えてから周波数の半波長
の５０〜１００％に設定されたゲート信号の出力期間中
の負のゼロクロス点を正規の音波の到達ポイントと判定
することにより、ノイズ信号を区別、無視でき、ノイズ
の影響を受けにくく出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における流量計測装置のブロ
ック図

【図２】同装置の動作を説明する図

【図３】本発明の実施例２における流量計測装置のブロ
ック図

【図４】同装置の動作を説明する図

【図５】本発明の実施例３における流量計測装置のブロ
ック図

【図６】同装置の動作を説明する図

【図７】本発明の実施例４における流量計測装置のブロ
ック図

【図８】同装置の動作を説明する図

【図９】本発明の実施例５における流量計測装置のブロ
ック図

【図１０】同装置の動作を説明する図

【図１１】本発明の実施例６における流量計測装置のブ
ロック図

【図１２】同装置の動作を説明する図

【図１３】本発明の実施例７における流量計測装置のブ
ロック図

【図１４】同装置の動作を説明する図

【図１５】従来の流量計測装置のブロック図

【図１６】同装置の動作を説明する図

【符号の説明】

１ 流路 ２ 第１超音波振動子 ３ 第２超音波振動子 ４ 切換手段 ５ 送信手段 ６ 増幅手段 ７ 基準比較手段 ８ 判定手段 ９ 繰り返し手段 １０ 計時手段 １１ 流量算出手段 １２ 制御手段 １３ 時差確認手段 １４ 信号幅検知手段 １６ ゲート手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 裕史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F035 DA19 DA24 DA25

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰
   り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を
   算出する流量算出手段と、受信側の振動子の受信信号と
   基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準比較手
   段からの出力と受信信号の任意のポイントとの時間差を
   確認する時差確認手段と、前記時差確認手段からの出力
   と前記振動子の受信信号とから超音波の到達ポイントを
   判定する判定手段とを備えた流量計測装置。
2. 【請求項２】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰
   り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を
   算出する流量算出手段と、受信側の振動子の受信信号と
   基準電圧とを比較する基準比較手段と、受信側の振動子
   の受信信号の２以上の複数の点の時間差を検知する信号
   幅検知手段と、前記信号幅検知手段出力と前記振動子の
   受信信号とから超音波の到達ポイントを判定する判定手
   段とを備えた流量計測装置。
3. 【請求項３】 時差確認手段の動作回数を所定の回数ま
   でに規制する動作規制手段を備え、時差確認手段の時間
   差確認動作を所定の回数までに規制する請求項１記載の
   流量計測装置。
4. 【請求項４】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰
   り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を
   算出する流量算出手段と、受信側の振動子の受信信号と
   基準電圧とを比較する基準比較手段と、受信側の振動子
   の受信信号の任意のポイントから計時を行い、第一の所
   定時間経過から第二の所定時間経過までの間、ゲート信
   号を出力するゲート手段と、前記ゲート手段のゲート信
   号と前記振動子の受信信号とから超音波の到達ポイント
   を判定する判定手段とを備えた流量計測装置。
5. 【請求項５】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰
   り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を
   算出する流量算出手段と、受信側の振動子の受信信号と
   基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準比較手
   段からの出力と受信信号の任意のポイントとの時間差を
   確認する時差確認手段と、受信側の振動子の受信信号の
   ２以上の複数の点の時間差を検知する信号幅検知手段
   と、受信側の振動子の受信信号の任意のポイントから計
   時を行い、第一の所定時間経過から第二の所定時間経過
   までの間、ゲート信号を出力するゲート手段と、前記時
   差確認手段出力と前記信号幅検知手段と前記ゲート手段
   と前記振動子の受信信号とから超音波の到達ポイントを
   判定する判定手段とを備えた流量計測装置。
6. 【請求項６】 流体管路に設けられ超音波信号を送受信
   する第１振動子及び第２振動子と、前記振動子を駆動す
   る送信手段と、前記振動子の送受信を切り換える切換手
   段と、前記振動子間の相互の超音波伝達を複数回行う繰
   り返し手段と、超音波伝搬の累積時間に基づいて流量を
   算出する流量算出手段と、受信側の振動子の受信信号と
   基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記基準比較手
   段の出力を受け計時を行い、第一の所定時間経過から第
   二の所定時間経過までの間、ゲート信号を出力するゲー
   ト手段と、前記ゲート手段と前記振動子の受信信号とか
   ら超音波の到達ポイントを判定する判定手段とを備えた
   流量計測装置。
7. 【請求項７】 受信側の振動子の受信信号の２以上の複
   数の点の時間差を検知する信号幅検知手段を備え、前記
   信号幅検知手段と前記ゲート手段と前記振動子の受信信
   号とから超音波の到達ポイントを判定する判定手段とし
   た請求項６記載の流量計測装置。