JP2003214920A - 流量計測装置及びこの装置を機能させるためのプログラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受信信号に重畳したノイズによる流量誤計測
を防ぐ流量計測装置を提供する。 【解決手段】 第１基準比較手段７の第１基準電圧より
も高く、受信信号の超音波信号の到達ポイントを判定す
る受信波の第２波のピーク値が通常では超えることのな
い電圧に第２基準電圧を設定した第２基準比較手段１３
の反転出力の有無を受信信号の到達ポイントの判定時に
判断するようにしている。これによって受信波とノイズ
の判別を行いノイズの影響を低減した流量計測装置を提
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及びこの装置を機
能させるためのプログラム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１４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３１に設置した超音波振動子３２および第２超
音波振動子３３と、第１超音波振動子３２、第２超音波
振動子３３の送受信を切り換える切換手段３４と、第１
超音波振動子３２及び第２超音波振動子３３を駆動する
送信手段３５と、受信側の超音波振動子で受信し切り替
え手段３４を通過した信号を所定の振幅まで増幅する増
幅手段３６と、増幅手段３６で増幅された受信信号の電
圧と基準電圧とを比較する基準比較手段３７と、図１５
に示すように基準比較手段３７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３９へ出力信号Ｄを出力する判定手段３８
と、この判定手段３８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３８からの
信号を制御手段４２へ出力する繰り返し手段３９と、繰
り返し手段３９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４０と、計時手段４０の計時した
時間に応じて流量を算出する流量算出手段４１と、流量
算出手段４１から算出された流量出力、繰り返し手段３
９からの信号を受け送信手段３５の動作を制御する制御
手段４２と、判定手段３８、繰り返し手段３９、計時手
段４０、流量算出手段４１、制御手段４２から構成され
ている。この装置は制御手段４２により送信手段３５を
動作させ超音波振動子３２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３３で受信され、増
幅手段３６で増幅後、基準比較手段３７と判定手段３８
で信号処理され、繰り返し手段３９を通り制御手段４２
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４０により測定する。
そして、第１超音波振動子３２と第２超音波振動子３３
とを切換手段３４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）。

【０００３】 Ｑ＝Ｓ・ｖ＝Ｓ・Ｌ／２・ｃｏｓφ（（ｎ／ｔ１）−（ｎ／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）また、増幅手段３６のゲインは受信側の超音波
振動子で受信した信号を一定振幅となるようゲインを調
整しており前述の流量計測毎に流量計測後、繰り返し手
段３９に計測時より少ない回数を設定し、再度超音波信
号の送受信を行い、その時の受信信号のピーク電圧値が
所定の電圧範囲に入るように調整される。これは繰り返
し手段３９に設定された回数の計測を繰り返し中に、図
１６の点線で示す受信信号ｂに示すように受信信号のピ
ーク電圧値が所定の電圧範囲の下限より下回った回数
と、同じく図１６の点線で示す受信信号ｃに示すように
所定の電圧範囲の上限より上回った回数をカウントして
おきその大小関係で次回の流量計測時のゲインを調整す
る（例えば下限より下回った回数が多ければゲインをア
ップして図１６の実線で示す受信信号ａのように電圧範
囲の上限、下限の内に入るようにする）。

【０００４】このように流量計測後に再度超音波信号の
送受信を流量計測時より少ない回数で行うのは、上記の
電圧範囲を逸脱した回数を流量計測時の設定回数分カウ
ント出来るだけカウンタの桁数を多くとっていない場合
であり、カウンタの桁数を流量計測時の設定回数分カウ
ント出来るように多くして、流量計測後にゲイン調整の
ための超音波信号の送受信をやらないものもある。

【０００５】

【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１５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Ｄ‘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、流量算出手段１１で誤った流量値を算出し
てしまう。このように、ノイズの影響を受け流量の誤計
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。

【０００６】

【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受信側の振動子の受
信信号の電圧と基準電圧とを比較する第１及び第２基準
比較手段を有し、第１基準比較手段の基準電圧よりも高
く、受信信号の超音波信号の到達時期を判定する受信波
の第２波のピーク値が通常では越えることのない電圧に
第２基準比較手段の第２基準電圧が設定され、第１基準
比較手段のみ大小関係が反転した受信信号の任意のポイ
ント（例えばゼロクロス点）を、判定手段で超音波信号
の到達時期と判定するようにし、前述のように第１基準
比較手段のみの反転でなく、一気に第１及び第２基準比
較手段の両方で大小関係が反転した場合の受信信号の任
意のポイントは超音波信号の到達時期と判定しないよう
にしたものである。これにより通常、受信波の第２波で
第１基準比較手段のみ大小関係が反転するが、ノイズの
印可で一気に第１及び第２基準比較手段の両方で反転し
た場合は受信信号の任意のポイントを超音波信号の到達
時期と誤判定しない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。

【０００７】

【発明の実施の形態】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受信する第１振動子及び第２
振動子と、振動子を駆動する送信手段と、振動子の送受
信を切り換える切換手段と、振動子の受信信号を増幅す
る増幅手段と、振動子間の相互の超音波信号の送受信を
複数回行う繰り返し手段と、超音波信号の送受信の累積
時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、第１振
動子及び第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の
電圧と基準電圧とを比較する第１及び第２基準比較手段
と、第１及び第２基準比較手段と増幅手段の出力とから
超音波信号の到達時期を判定する判定手段を備えた流量
計測装置とすることにより、ノイズの印可で第１及び第
２基準比較手段の両方で反転した場合は受信信号の任意
のポイントを超音波信号の到達時期と判定せず、第１基
準比較手段のみ大小関係が反転した後、受信信号の任意
のポイントを判定手段で超音波信号の到達時期と判定す
ることでノイズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とする
ことが出来る。

【０００８】請求項２に記載の発明は第２基準比較手段
は第１基準比較手段出力と増幅手段の出力より基準電圧
を設定する基準電圧設定部と第２基準比較部とからな
り、基準電圧設定部により基準電圧が自動的に設定及び
調整可能とした請求項１記載の流量計測装置とすること
により、第２基準電圧が第１基準比較手段７の第１基準
電圧より確実に高く、また受信信号の第２波のピーク値
変動を包含するには充分で、かつ、逆に高すぎてノイズ
除去の効果が減少する事のない、適当な電圧に設定する
ことが出来、判定手段による超音波信号の到達時期を判
定する際にノイズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とす
ることが出来る。

【０００９】請求項３に記載の発明は判定手段は第１及
び第２基準比較手段と増幅手段出力とから超音波の到達
時期を判定する場合と、第１基準比較手段と増幅手段出
力とから判定する場合と切り換え可能な請求項１記載の
流量計測装置とすることにより、増幅手段のゲイン調整
時には第１基準比較手段と増幅手段出力とから判定し、
通常時は前記第１及び第２基準比較手段と増幅手段出力
とから超音波の到達時期を判定する様に切り換えること
で、増幅手段のゲインが未調整時にノイズではない正規
の受信信号をノイズと誤判断することなく、通常計測時
にノイズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが
出来る。

【００１０】請求項４に記載の発明は判定手段は、第１
及び第２基準比較手段と増幅手段出力とから超音波信号
の到達時期を判定する場合と、第１基準比較手段と増幅
手段出力とから判定する場合とを繰り返し手段に設定さ
れた繰り返し回数により、切り換る様にした請求項１又
は２記載の流量計測装置とすることにより、増幅手段の
ゲイン調整時と流量計測時に設定される繰り返し手段の
繰り返し回数で自動的に判定手段が増幅手段のゲイン調
整時には第１基準比較手段と増幅手段出力とから判定
し、通常時は第１及び第２基準比較手段と増幅手段出力
とから超音波の到達ポイントを判定する様に切り換え
る。このように動作することで、増幅手段のゲインが未
調整時にノイズではない正規の受信信号をノイズと誤判
断することなく、通常計測時にノイズによる誤計測を防
ぐ流量計測装置とすることが出来る。

【００１１】請求項５に記載の発明は流体管路に設けら
れ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子
と、振動子を駆動する送信手段と、振動子の送受信を切
り換える切換手段と、振動子の受信信号を増幅する増幅
手段と、振動子間の相互の超音波信号の送受信を複数回
行う繰り返し手段と、超音波信号の送受信の累積時間に
基づいて流量を算出する流量算出手段と、第１振動子及
び第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の電圧と
基準電圧とを比較する基準比較手段と、増幅手段の出力
の複数の点の時間差を計時する信号幅計時手段と、信号
幅計時手段が計時する時間差が所定の時間以上であった
場合の基準比較手段の出力と増幅手段の出力とから超音
波の到達ポイントを判定する判定手段を備えた流量計測
装置とすることにより、信号幅計時手段が受信信号の複
数の点の時間差を検知し、この検知した信号幅により受
信信号とノイズの判別が可能となり、受信信号であった
場合の基準比較手段の出力が反転した後の受信信号の任
意のポイントを超音波の到達ポイントとすることで、ノ
イズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが出来
る。

【００１２】請求項６に記載の発明は請求項１〜５のい
ずれか１項記載の流量計測装置の手段の全てもしくは一
部としてコンピュータを機能させるためのプログラムで
ある。そして、プログラムであるのでマイコンなどを用
いて本発明の流量計側装置の一部あるいは全てを容易に
実現することができ超音波振動子の変更または経年変化
等の特性の変化や動作を実現するための設定条件や定数
の変更が柔軟に対応することが出来る。また記録媒体に
記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりす
ることでプログラムの配布が簡単にできる。

【００１３】

【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。

【００１４】（実施例１）図１は本発明の請求項１、６
に係る実施例１における流量計測装置のブロック図を示
すものである。図２は同実施例１の流量計測装置の動作
説明図であり、図３は同実施例のフローチャートであ
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制御手段１２から
の指示によるゲインで増幅する増幅手段、７は増幅手段
６で増幅された信号と基準電圧とを比較する第１基準比
較手段、１３は増幅手段６で増幅された信号と基準電圧
とを比較する第２基準比較手段で、第２基準比較手段１
３の基準電圧は第１基準比較手段７の基準電圧よりも高
く、通常の受信信号では越えることのない電圧に設定さ
れている。８は基準比較手段７の出力と増幅手段６で増
幅された信号とから超音波の到達時期を判定する判定手
段、９は判定手段８の信号をカウントし予め設定された
回数だけ制御手段１２へ繰り返し信号を出力する繰り返
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、１
１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１１、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。

【００１５】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予め設定された繰り返し回数
分終了でなければ（図３のステップ１）、所定時間経過
後（ステップ２）、送信手段５を動作させ第１超音波振
動子２より超音波信号を送信する（ステップ３）。

【００１６】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から指示された
ゲインで増幅されて、基準比較手段７、判定手段８へ出
力される。ここで図２に増幅後の受信信号の様子を示
す。つまり図２に示すように第１基準比較手段７は増幅
手段６の出力（受信信号Ａ）と第１基準電圧とを比較し
（図３のステップ４）、その大小関係が反転した時点
（タイミングｃ）で判定手段８に出力信号Ｃを出力する
と共に第２基準比較手段１３の出力フラグを“無し”に
初期化する（ステップ５）。そして第２基準比較手段１
３は増幅手段６の出力（受信信号Ａ）と第２基準電圧と
を比較し（ステップ６）、その大小関係が反転すると出
力フラグを“有り”にセットする（ステップ７）（図２
に示す受信信号Ａでは第２基準電圧は超えない）。判定
手段８ではタイミングｃ以降の増幅手段６出力を監視し
（ステップ８）、出力フラグの状態に応じて増幅手段６
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
を検知した際、出力フラグの状態に応じて超音波の到達
ポイントの判定を行う（ステップ８）。

【００１７】つまり、図２の受信信号Ａに示すように負
のゼロクロス点ａを検知した際、第２基準電圧を超えて
いないので出力フラグが“無し”で、その場合はその時
のゼロクロス点を超音波信号の到達時期と判定し（ステ
ップ９）、出力信号Ｄを繰り返し手段９に出力する（ス
テップ１０）。また、ノイズ信号Ｂに示すように第２基
準電圧を超えて、出力フラグが“有り”であればその時
のゼロクロス点を無視して第１基準比較手段７による増
幅手段６の出力と第１基準電圧との比較に戻る（ステッ
プ４）。そして前述のように判定手段８からの出力信号
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は所定時間経過後（ステッ
プ２）、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。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。

【００１８】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。尚、本実施例では第２基準比較手段１３を設
けたが第２基準電圧をゲイン調整時に用いる電圧範囲下
限値として、判定手段８が超音波信号の到達時期の判定
を行い際に、電圧範囲下限と増幅手段６の出力信号との
比較結果を用いるようにしても、実施例１と同様にノイ
ズによる誤計測を防ぐことが出来る（この場合、第２基
準比較手段１３を設けること無く実現できる）。

【００１９】以上のように本実施例においては判定手段
８が、第１基準比較手段７の反転出力後の増幅手段６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を
検知した際、第２基準比較手段１３の出力状態に応じて
超音波信号の到達時期の判定を行い、ノイズの印可で第
２基準比較手段１３の反転出力が有った場合は受信信号
のゼロクロス点を超音波信号の到達時期と判定せず、第
２基準比較手段１３の反転出力が無かった場合のみ、受
信信号のゼロクロス点を超音波信号の到達時期と判定す
る。これにより第２基準比較手段１３の第２基準電圧を
超えるようなノイズが印可された場合、このノイズによ
る流量の誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが出来
る。また、本実施例の流量計測装置の動作を実行させる
プログラムを記録媒体に格納することにより、制御手段
１２や電源供給手段の所定時間や繰り返し手段９の繰り
返し回数等の設定値の変更や超音波振動子の変更または
経年変化等にも柔軟に対応できるものである。

【００２０】（実施例２）図４は本発明の請求項２、請
求項６に係る実施例２のブロック図であり、図５は同実
施例２の流量計測装置の動作説明図であり、図６は同実
施例のフローチャートである。１３ａは判定手段８、第
２基準比較部１３ｂ、増幅手段６の出力より第２基準電
圧を設定する基準電圧設定部であり、１３ｂは増幅手段
６で増幅された信号と基準電圧設定部１３ａの第２基準
電圧とを比較する第２基準比較部である。基準電圧設定
部１３ａと第２基準比較部１３ｂとで第２基準比較手段
１３を構成している。基準電圧設定部１３ａにより判定
手段８、第２基準比較部１３ｂ、増幅手段６の出力より
基準電圧を設定する様にした点が実施例１と異なる点で
ある。以上のように構成された流量計測装置について、
以下実施例１と異なる第２基準比較手段１３の動作、作
用を説明する。尚、判定手段８において超音波信号の到
達時期を判定し、出力するまでの動作は実施例１と同じ
であるので説明は判定手段８の出力（実施例１の図３ス
テップ１０）がなされる所から行う。

【００２１】図６のステップ１０の判定手段８による超
音波信号の到達時期の判定出力後、第１基準比較手段７
は増幅手段６の出力（図５の受信信号Ａ）と第１基準電
圧とを比較し（ステップ１１）、その大小関係が反転し
た時点（図５のタイミングｅ）で第２基準電圧設定部１
３ａに出力信号Ｃ２を出力すると共に第２基準比較手段
１３の出力フラグを“無し”に初期化する（ステップ１
２）。そして第２基準比較部１３ｂは増幅手段６の出力
（受信信号Ａ）と第２基準電圧設定部１３ａの第２基準
電圧とを比較する（ステップ１３）。そして、図５の第
２基準電圧が一点鎖線で示すｒ２であった場合のよう
に、その大小関係が反転すると出力フラグを“有り”に
セットし（ステップ１４）、逆に第２基準電圧が実線で
示すｒ１であった場合は、大小関係が反転せず出力フラ
グは“無し”のままである。

【００２２】第２基準電圧設定部１３ａでは第１基準比
較手段７からの反転出力Ｃ２入力後の増幅手段６出力を
監視し（ステップ１５）、増幅手段６出力信号の符号が
正から負に変わる負のゼロクロス点ａ２を検知した際、
出力フラグの状態を判断し（ステップ１６）、出力フラ
グに応じて第２基準電圧を設定変更する。つまりゼロク
ロス点ａ２を検知したときに出力フラグが“有り”であ
れば第２基準電圧を上げ（ステップ１７）、出力フラグ
が“無し”であれば第２基準電圧を下げる（ステップ１
８）。上記のような第２基準電圧設定部１３ａの動作に
より第２基準電圧は図５に示すように判定手段８出力後
の受信波（第３波）のピーク値付近に設定されることに
なる。ここで受信波の第２波と第３波のピーク比である
が、例えば流体が都市ガス：１３Ａで、流体の温度が−
２０℃〜＋６０℃の範囲で第２波／第３波＝０．９程度
で一定であることを実験値で得ている。従って第２基準
電圧を第３波のピーク値付近とすることにより第２波の
ピーク値に対して一定比率（１１％程高い値）の値に設
定することが出来る。

【００２３】また、本実施例ではゼロクロス点ａ２検知
時の第２基準比較部１３ｂの出力フラグに応じて、一意
的に第２基準電圧を上下し設定するようにしたので、第
２基準電圧は受信波の第３波のピーク値付近を往復する
ことになる。そこでこのように基準電圧の設定動作が上
下するようになると、設定動作の回数に制限を設けて制
限回数以上、設定動作を行わないようにすると無駄な動
作を防止でき、より効果的である。

【００２４】以上のように本実施例においては基準電圧
設定部１３ａにより第２基準電圧が受信波の第３波のピ
ーク値付近に設定されるので、第１基準比較手段７のそ
れより確実に高く、また受信信号の第２波のピーク値変
動を包含するには充分で、かつ、逆に高すぎてノイズ除
去の効果が減少する事のない、適当な基準電圧とするこ
とが出来、ノイズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とす
ることが出来る。

【００２５】また、本実施例の流量計測装置の動作を実
行させるプログラムを記録媒体に格納することにより、
制御手段１２等の設定値の変更や超音波振動子の変更ま
たは経年変化等にもに柔軟に対応できるものである。

【００２６】（実施例３）図７は本発明の請求項３、請
求項６に係る実施例３のブロック図であり、図８は同フ
ローチャートである。判定手段８は、制御手段１２から
の指示により前記第１基準比較手段７及び第２基準比較
手段１３と増幅手段出力６とから超音波信号の到達時期
を判定する場合と、第１基準比較手段７と増幅手段６出
力とから判定する場合と切り換え可能とした点が実施例
１と異なる点である。

【００２７】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下実施例１と異なる判定手段８の動作、作用を
説明する。尚、フローチャートのステップ１〜４迄は実
施例１と同じであるので説明はステップ４の第１基準比
較手段７により増幅手段６の出力と第１基準電圧とを比
較するところから行う。第１基準比較手段７により増幅
手段６の出力と第１基準電圧とを比較した結果、その大
小関係が反転した時点で、判定手段８に出力信号を出力
する。判定手段８では第１基準比較手段７からの反転出
力を入力後、制御手段１２から指定される第２基準比較
手段１３での比較動作実行可否を判断する（ステップ１
１）。制御手段１２では流量計測時または増幅手段６の
ゲイン調整等の動作モードに応じて、判定手段８へ第２
基準比較手段１３での比較動作実行可否の設定を行い、
流量計測時は比較動作実行に、ゲイン調整時は比較動作
非実行に設定する。

【００２８】そして判定手段８は第２基準比較手段１３
での比較動作を実行する設定で有れば実施例１と同じス
テップ５〜１０を実行する。 逆に第２基準比較手段１
３での比較動作を実行しない設定で有れば、第１基準比
較手段７の反転出力後の増幅手段６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を超音波信号の到達
時期と判定する（ステップ１２）。

【００２９】以上のように本実施例においては判定手段
８が、制御手段１２が動作モードに応じて設定する第２
基準比較手段１３での比較動作実行可否に従い、例えば
ゲイン調整時、増幅手段６のゲインが高く正規の超音波
の受信信号において第２基準比較手段１３の反転出力が
あるような場合にノイズとして無視しないように出来、
また、通常の流量計測時には第２基準比較手段１３の反
転出力があるようなノイズ信号を無視出来るものであ
り、ノイズによる流量の誤計測を防ぐ流量計測装置とす
ることが出来る。また、本実施例の流量計測装置の動作
を実行させるプログラムを記録媒体に格納することによ
り、制御手段１２等の設定値の変更や超音波振動子の変
更または経年変化等にもに柔軟に対応できるものであ
る。

【００３０】（実施例４）図９は本発明の請求項４、請
求項９に係る実施例４の流量計測装置のブロック図であ
り、図１０は同実施例のフローチャートである。図９に
おいて判定手段８は繰り返し手段９に設定された繰り返
し回数によって前記第１基準比較手段７及び第２基準比
較手段１３と増幅手段出力６とから超音波の到達ポイン
トを判定する場合と、前記第１基準比較手段７と増幅手
段６出力とから判定する場合と切り換えるようにした点
が実施例１と異なる点である。

【００３１】以上のように構成された流量計測装置につ
いて、以下実施例１と異なる判定手段８の動作、作用を
説明する。尚、フローチャートのステップ１〜４迄は実
施例１と同じであるので説明はステップ４の第１基準比
較手段７により増幅手段６の出力と第１基準電圧とを比
較するところから行う。第１基準比較手段７により増幅
手段６の出力と第１基準電圧とを比較した結果、その大
小関係が反転した時点で、判定手段８に出力信号を出力
する。判定手段８では第１基準比較手段７からの反転出
力を入力後、繰り返し手段９に設定される繰り返し回数
が所定回数（例えば１７回）以上か否かを判断する（ス
テップ１１）。繰り返し手段９の繰り返し設定回数は流
量計測時または増幅手段６のゲイン調整時等の動作モー
ドに応じて設定されており流量計測時はおおよそ３００
回程度に、ゲイン調整時は１６回程度に設定されてい
る。

【００３２】そして流量計測時のように繰り返し回数が
１７回以上で有れば実施例１と同じステップ５〜１０を
実行する。繰り返し回数が１６回以下のゲイン調整時で
は、第１基準比較手段７の反転出力後の増幅手段６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を超
音波の到達ポイントと判定する（ステップ１２）。

【００３３】以上のように本実施例においては判定手段
８が、繰り返し手段９の繰り返し回数に応じて、ゲイン
調整時、増幅手段６のゲインが高く正規の超音波の受信
信号において第２基準比較手段１３の反転出力があるよ
うな場合にノイズとして無視しないように出来、また、
通常の流量計測時には第２基準比較手段１３の反転出力
があるようなノイズ信号を無視出来るものであり、ノイ
ズによる流量の誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが
出来る。また、本実施例の流量計測装置の動作を実行さ
せるプログラムを記録媒体に格納することにより、制御
手段１２等の設定値の変更や超音波振動子の変更または
経年変化等にもに柔軟に対応できるものである。

【００３４】（実施例５）図１１は本発明の請求項５、
請求項１０に係る実施例５の流量計測装置のブロック図
であり、図１２は同実施例の流量計測装置の動作説明図
であり、図１３は同実施例のフローチャートである。図
１１において１４は増幅手段６出力のゼロクロス点間の
時間幅を計時する信号幅計時手段である。判定手段８は
信号幅計時手段１４の計時した時間が、所定の時間幅以
内であった場合の前記基準比較手段出力と増幅手段出力
とから超音波信号の到達時期を判定する。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。

【００３５】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。尚、フローチャ
ートのステップ１〜３迄は実施例１と同じであるので説
明はステップ３の第１超音波振動子２より超音波信号を
送信後より行う。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で受信されると、増幅手段６で増幅されて、図１２
の受信信号Ａのようになる。信号幅計時手段１４はこの
増幅手段６により増幅された超音波の受信信号Ａの符号
が正から負に変わる負のゼロクロス点（図１２のゼロク
ロス点ａ１、ａ３、ａ５）から負から正に変わる正のゼ
ロクロス点（図１２のゼロクロス点ａ２、ａ４）間の時
間を計時し、判定手段８へ出力する。判定手段８ではこ
の時間幅（時間幅ｔ１、ｔ２）が受信波の半波長（周波
数５００ｋｈｚであれば１μｓ）程であるかを、所定の
時間範囲（例えば下限を半波長の０．９倍、上限を１．
１倍）内の時間であるかで判断し（図１３のステップ
４）、所定の時間幅であった場合、次の信号幅計時手段
１４からの入力がある前に基準比較手段７の反転出力信
号Ｃが入力され（ステップ５）、それに続く負のゼロク
ロス点（ゼロクロス点ａ５）を超音波信号の到達時期と
判定し（ステップ６）、出力信号Ｄを繰り返し手段９に
出力する（ステップ７）。

【００３６】このようにゼロクロス点ａ５では時間幅ｔ
２が受信波の半波長程度の時間であり、かつ基準比較手
段７の反転出力もなされた後の負のゼロクロス点である
ので超音波信号の到達時期と判定される。同様にゼロク
ロス点ａ３では時間幅ｔ１が受信波の半波長程度の時間
ではあるが、基準比較手段７の反転出力がなされないま
ま、信号幅計時手段１４の出力が更新されるので超音波
信号の到達時期とは判定されない。

【００３７】さらにノイズ信号Ｂのようなノイズの場
合、信号幅計時手段１４の計時する時間が所定の時間幅
とはならないので基準比較手段７の反転出力後の負のゼ
ロクロス点では超音波信号の到達時期とは判定しない。
以上のように本実施例においては、判定手段８により信
号幅計時手段１４が計時した増幅手段６出力のゼロクロ
ス点間の時間幅が、所定の時間範囲内であった場合の前
記基準比較手段７出力と増幅手段６出力とから超音波信
号の到達時期を判定することにより、ノイズによる流量
の誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが出来る。ま
た、本実施例の流量計測装置の動作を実行させるプログ
ラムを記録媒体に格納することにより、制御手段１２等
の設定値の変更や超音波振動子の変更または経年変化等
にも柔軟に対応できるものである。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１〜
請求項６に係る流量計測装置は、ノイズの印加で第１基
準比較手段７及び第２基準比較手段１３の両方で反転し
た場合は受信信号の負のゼロクロスポイントを超音波信
号の到達時期と判定せず、第１基準比較手段のみ大小関
係が反転した後の受信信号の負のゼロクロスポイントを
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
することで、通常の受信信号では起こり得ない第２基準
比較手段１３の反転出力が出力されるようなノイズによ
る誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが出来るという
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】同装置のフローチャート

【図４】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５】同装置の動作を説明する図

【図６】同装置のフローチャート

【図７】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８】同装置のフローチャート

【図９】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１０】同装置のフローチャート

【図１１】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１２】同装置の動作を説明する図

【図１３】同装置のフローチャート

【図１４】従来の流量計測装置のブロック図

【図１５】従来の流量計測装置の動作説明図

【図１６】従来の流量計測装置の増幅手段の動作説明図

【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 第１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 第２基準比較手段 １４ 信号幅計時手段

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年４月２５日（２００３．４．２
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【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

【補正内容】

【０００６】

【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、本発明は、流体管路に設けられ超音波信号を
送受信する一対の振動子と、前記超音波信号の伝搬時間
に基づいて流量を算出する流量算出手段と、前記振動子
の受信信号の電圧と予め設定された第１及び第２の基準
電圧とを比較検知する第１及び第２基準比較手段と、前
記第１及び第２基準比較手段と振動子の受信信号に基づ
いて超音波信号の到達時期を判定する判定手段とを備
え、前記判定手段は、前記振動子の受信信号に対して第
１の基準電圧を検知した後、前記受信信号の符号が正負
変化するゼロクロス点を検知した際の、第２の基準電圧
を検知状態に基づき超音波信号の到達時期を判定する流
量計測装置である。これにより通常、受信波の第２波で
第１基準比較手段のみ大小関係が反転するが、ノイズの
印可で一気に第１及び第２基準比較手段の両方で反転し
た場合は受信信号の任意のポイントを超音波信号の到達
時期と誤判定しない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。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【発明の実施の形態】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受信する第１振動子及び第２
振動子と、振動子を駆動する送信手段と、振動子の送受
信を切り換える切換手段と、振動子の受信信号を増幅す
る増幅手段と、振動子間の相互の超音波信号の送受信を
複数回行う繰り返し手段と、超音波信号の送受信の累積
時間に基づいて流量を算出する流量算出手段と、第１振
動子及び第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の
電圧と基準電圧とを比較する第１及び第２基準比較手段
と、第１及び第２基準比較手段と増幅手段の出力とから
超音波信号の到達時期を判定する判定手段を備えた流量
計測装置とすることにより、ノイズの印可で第１及び第
２基準比較手段の両方で反転した場合は受信信号の任意
のポイントを超音波信号の到達時期と判定せず、第１基
準比較手段のみ大小関係が反転した後、受信信号の任意
のポイントを判定手段で超音波信号の到達時期と判定す
ることでノイズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とする
ことが出来る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】請求項２に記載の発明は第２基準比較手段
は第１基準比較手段出力と増幅手段の出力より基準電圧
を設定する基準電圧設定部と第２基準比較部とからな
り、基準電圧設定部により基準電圧が自動的に設定及び
調整可能とした請求項１記載の流量計測装置とすること
により、第２基準電圧が第１基準比較手段７の第１基準
電圧より確実に高く、また受信信号の第２波のピーク値
変動を包含するには充分で、かつ、逆に高すぎてノイズ
除去の効果が減少する事のない、適当な電圧に設定する
ことが出来、判定手段による超音波信号の到達時期を判
定する際にノイズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とす
ることが出来る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】請求項３に記載の発明は判定手段は第１及
び第２基準比較手段と増幅手段出力とから超音波の到達
時期を判定する場合と、第１基準比較手段と増幅手段出
力とから判定する場合と切り換え可能な請求項１記載の
流量計測装置とすることにより、増幅手段のゲイン調整
時には第１基準比較手段と増幅手段出力とから判定し、
通常時は前記第１及び第２基準比較手段と増幅手段出力
とから超音波の到達時期を判定する様に切り換えること
で、増幅手段のゲインが未調整時にノイズではない正規
の受信信号をノイズと誤判断することなく、通常計測時
にノイズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが
出来る。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】請求項４に記載の発明は判定手段は、第１
及び第２基準比較手段と増幅手段出力とから超音波信号
の到達時期を判定する場合と、第１基準比較手段と増幅
手段出力とから判定する場合とを繰り返し手段に設定さ
れた繰り返し回数により、切り換る様にした請求項１又
は２記載の流量計測装置とすることにより、増幅手段の
ゲイン調整時と流量計測時に設定される繰り返し手段の
繰り返し回数で自動的に判定手段が増幅手段のゲイン調
整時には第１基準比較手段と増幅手段出力とから判定
し、通常時は第１及び第２基準比較手段と増幅手段出力
とから超音波の到達ポイントを判定する様に切り換え
る。このように動作することで、増幅手段のゲインが未
調整時にノイズではない正規の受信信号をノイズと誤判
断することなく、通常計測時にノイズによる誤計測を防
ぐ流量計測装置とすることが出来る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】請求項５に記載の発明は流体管路に設けら
れ超音波信号を送受信する第１振動子及び第２振動子
と、振動子を駆動する送信手段と、振動子の送受信を切
り換える切換手段と、振動子の受信信号を増幅する増幅
手段と、振動子間の相互の超音波信号の送受信を複数回
行う繰り返し手段と、超音波信号の送受信の累積時間に
基づいて流量を算出する流量算出手段と、第１振動子及
び第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の電圧と
基準電圧とを比較する基準比較手段と、増幅手段の出力
の複数の点の時間差を計時する信号幅計時手段と、信号
幅計時手段が計時する時間差が所定の時間以上であった
場合の基準比較手段の出力と増幅手段の出力とから超音
波の到達ポイントを判定する判定手段を備えた流量計測
装置とすることにより、信号幅計時手段が受信信号の複
数の点の時間差を検知し、この検知した信号幅により受
信信号とノイズの判別が可能となり、受信信号であった
場合の基準比較手段の出力が反転した後の受信信号の任
意のポイントを超音波の到達ポイントとすることで、ノ
イズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが出来
る。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】請求項６に記載の発明は請求項１〜５のい
ずれか１項記載の流量計測装置の手段の全てもしくは一
部としてコンピュータを機能させるためのプログラムで
ある。そして、プログラムであるのでマイコンなどを用
いて本発明の流量計側装置の一部あるいは全てを容易に
実現することができ超音波振動子の変更または経年変化
等の特性の変化や動作を実現するための設定条件や定数
の変更が柔軟に対応することが出来る。また記録媒体に
記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりす
ることでプログラムの配布が簡単にできる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】（実施例１）図１は本発明に係る実施例１
における流量計測装置のブロック図を示すものである。
図２は同実施例１の流量計測装置の動作説明図であり、
図３は同実施例のフローチャートである。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制御手段１２からの指示によるゲ
インで増幅する増幅手段、７は増幅手段６で増幅された
信号と基準電圧とを比較する第１基準比較手段、１３は
増幅手段６で増幅された信号と基準電圧とを比較する第
２基準比較手段で、第２基準比較手段１３の基準電圧は
第１基準比較手段７の基準電圧よりも高く、通常の受信
信号では越えることのない電圧に設定されている。８は
基準比較手段７の出力と増幅手段６で増幅された信号と
から超音波の到達時期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制御手
段１２へ繰り返し信号を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１１、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。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】（実施例２）図４は本発明に係る実施例２
のブロック図であり、図５は同実施例２の流量計測装置
の動作説明図であり、図６は同実施例のフローチャート
である。１３ａは判定手段８、第２基準比較部１３ｂ、
増幅手段６の出力より第２基準電圧を設定する基準電圧
設定部であり、１３ｂは増幅手段６で増幅された信号と
基準電圧設定部１３ａの第２基準電圧とを比較する第２
基準比較部である。基準電圧設定部１３ａと第２基準比
較部１３ｂとで第２基準比較手段１３を構成している。
基準電圧設定部１３ａにより判定手段８、第２基準比較
部１３ｂ、増幅手段６の出力より基準電圧を設定する様
にした点が実施例１と異なる点である。以上のように構
成された流量計測装置について、以下実施例１と異なる
第２基準比較手段１３の動作、作用を説明する。尚、判
定手段８において超音波信号の到達時期を判定し、出力
するまでの動作は実施例１と同じであるので説明は判定
手段８の出力（実施例１の図３ステップ１０）がなされ
る所から行う。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】（実施例３）図７は本発明に係る実施例３
のブロック図であり、図８は同フローチャートである。
判定手段８は、制御手段１２からの指示により前記第１
基準比較手段７及び第２基準比較手段１３と増幅手段出
力６とから超音波信号の到達時期を判定する場合と、第
１基準比較手段７と増幅手段６出力とから判定する場合
と切り換え可能とした点が実施例１と異なる点である

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】（実施例４）図９は本発明に係る実施例４
の流量計測装置のブロック図であり、図１０は同実施例
のフローチャートである。図９において判定手段８は繰
り返し手段９に設定された繰り返し回数によって前記第
１基準比較手段７及び第２基準比較手段１３と増幅手段
出力６とから超音波の到達ポイントを判定する場合と、
前記第１基準比較手段７と増幅手段６出力とから判定す
る場合と切り換えるようにした点が実施例１と異なる点
である。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】（実施例５）図１１は本発明に係る実施例
５の流量計測装置のブロック図であり、図１２は同実施
例の流量計測装置の動作説明図であり、図１３は同実施
例のフローチャートである。図１１において１４は増幅
手段６出力のゼロクロス点間の時間幅を計時する信号幅
計時手段である。判定手段８は信号幅計時手段１４の計
時した時間が、所定の時間幅以内であった場合の前記基
準比較手段出力と増幅手段出力とから超音波信号の到達
時期を判定する。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。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】さらにノイズ信号Ｂのようなノイズの場
合、信号幅計時手段１４の計時する時間が所定の時間幅
とはならないので基準比較手段７の反転出力後の負のゼ
ロクロス点では超音波信号の到達時期とは判定しない。
以上のように本実施例においては、判定手段８により信
号幅計時手段１４が計時した増幅手段６出力のゼロクロ
ス点間の時間幅が、所定の時間範囲内であった場合の前
記基準比較手段７出力と増幅手段６出力とから超音波信
号の到達時期を判定することにより、ノイズによる流量
の誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが出来る。ま
た、本実施例の流量計測装置の動作を実行させるプログ
ラムを記録媒体に格納することにより、制御手段１２等
の設定値の変更や超音波振動子の変更または経年変化等
にも柔軟に対応できるものである。以上説明したように
本発明の実施形態に係る流量計測装置は、ノイズの印加
で第１基準比較手段７及び第２基準比較手段１３の両方
で反転した場合は受信信号の負のゼロクロスポイントを
超音波信号の到達時期と判定せず、第１基準比較手段の
み大小関係が反転した後の受信信号の負のゼロクロスポ
イントを判定手段で超音波信号の到達ポイントと判定す
るようにすることで、通常の受信信号では起こり得ない
第２基準比較手段１３の反転出力が出力されるようなノ
イズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とすることが出来
るという効果がある。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る流量計
測装置は、ノイズによる誤計測を防ぐ流量計測装置とす
ることが出来るという効果がある。

Claims (6)

【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、前記振動子の受信信号を増幅する増幅手段と、前
   記振動子間の相互の超音波信号の送受信を複数回行う繰
   り返し手段と、前記超音波信号の送受信の累積時間に基
   づいて流量を算出する流量算出手段と、前記第１振動子
   及び第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の電圧
   と基準電圧とを比較する第１及び第２基準比較手段と、
   前記第１及び第２基準比較手段と増幅手段の出力とから
   超音波信号の到達時期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】 第２基準比較手段は、第１基準比較手段
   出力と増幅手段の出力より基準電圧を設定する基準電圧
   設定部と第２基準比較部とからなり、前記基準電圧設定
   部により基準電圧が自動的に設定され調整可能な請求項
   １記載の流量計測装置。
3. 【請求項３】 判定手段は、第１及び第２基準比較手段
   と増幅手段の出力とから超音波信号の到達時期を判定す
   る場合と、前記第１基準比較手段と前記増幅手段の出力
   とから判定する場合とを切り換え可能な請求項１又は２
   記載の流量計測装置。
4. 【請求項４】 判定手段は、第１及び第２基準比較手段
   と増幅手段の出力とから超音波信号の到達時期を判定す
   る場合と、前記第１基準比較手段と前記増幅手段出力と
   から判定する場合とを繰り返し手段に設定された繰り返
   し回数により、切り換る請求項１又は２記載の流量計測
   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、前記振動子の受信信号を増幅する増幅手段と、前
   記振動子間の相互の超音波信号の送受信を複数回行う繰
   り返し手段と、前記超音波信号の送受信の累積時間に基
   づいて流量を算出する流量算出手段と、前記第１振動子
   及び第２振動子のうち受信側の振動子の受信信号の電圧
   と基準電圧とを比較する基準比較手段と、前記増幅手段
   の出力の複数の点の時間差を計時する信号幅計時手段
   と、前記信号幅計時手段が計時する時間差が所定の時間
   以上であった場合の前記基準比較手段の出力と前記増幅
   手段の出力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】 請求項１〜５のいずれか１項記載の流量
   計測装置の手段の全てもしくは一部としてコンピュータ
   を機能させるためのプログラム。