JP2003302416A - 流速計測方法および流速計測装置ならびにガスメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流速の計測に使用している超音波の周波数が
読み取られることに起因した正確な計測に対する妨害や
流速計測に対する不正な介入を防いで、正確で信頼性の
高い流速計測が可能な流速計測方法および流速計測装置
ならびにガスメータを提供する。 【解決手段】 流速を計測するために計測対象の流体に
伝播させる音波の周波数を、例えば所定時間毎の周期の
ようなタイミングまたは不規則的あるいは変則的な期間
毎のタイミングで、異なった周波数に、周波数変更回路
１６が変更して行くことで、あるタイミングで使用中の
音波の周波数が外部の妨害者等によって読み取られたと
しても、そのタイミングを過ぎれば、異なった周波数の
音波を使用するので、読み取られた周波数を用いた流速
計測に対する故意の妨害や介入が防止されると共に、雑
音の恒常的な混入が回避される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流速計測方法および
流速計測装置ならびにガスメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】計測対象の流体に超音波のような音波を
伝播させ、その伝播する音波に関する物理量に基づい
て、そのときの流体の流速を計測するという、いわゆる
超音波計測方式の流速計測方法や流速計測装置が知られ
ている。そのような超音波計測方式の流速計測方法また
は流速計測装置としては、主に、時間差法、位相差法、
シングアラウンド法といった種類のものが提唱されてい
る。

【０００３】さらに詳細には、まず時間差法は、所定の
周波数で計測対象の流体の上流側から下流側へと超音波
を伝播させたときの到達時間と、下流側から上流側へと
超音波を伝播させたときの到達時間との時間差Δｔを計
測し、この時間差Δｔに基づいて、そのときの流体の流
速の計測値を得るというものである。

【０００４】この時間差法では、流体の流速をｖ、音速
をｃとすると、流体中を伝わる超音波の速度は、流速に
対して正方向（上流から下流へと向かう方向）ではｃ＋
ｖとなり、流速に対して逆方向（下流から上流へと向か
う方向）ではｃ−ｖとなる。従って、伝播経路の距離を
Ｌとすると、このＬの間を超音波が伝わる時間ｔは、流
速に対して正方向ではｔpro＝Ｌ／（ｃ＋ｖ）、逆方向
ではｔrev＝Ｌ／（ｃ−ｖ）となるから、両時間の差Δ
ｔは、Δｔ＝ｔpro−ｔrev＝｛Ｌ／（ｃ＋ｖ）｝−｛Ｌ
／（ｃ−ｖ）｝＝２ｖＬ／｛（ｃ＋ｖ）・（ｃ−ｖ）｝
となる。これをｖについて解けば、近似的に、ｖ＝（ｃ
2 ▲・Δｔ）／２Ｌが得られる。このように、時間差法
では、時間差Δｔに基づいて、そのときの流体の流速ｖ
を計測することができる。

【０００５】また、位相差法では、上記の時間差Δｔの
代りに、流速に対して正方向での超音波の到達位相と逆
方向での超音波の到達位相との位相差Δψを測定し、そ
れに基づいて、そのときの流体の流速ｖを計測するとい
うものである。すなわち、位相差Δψは、超音波の角周
波数をωとすると、Δψ＝ω・Δｔと表されるから、こ
れを変形して（Δｔ＝Δψ／ω）、上記の時間差法で用
いられる計算式におけるΔｔの代りにΔψ／ωを代入す
ることで、時間差法と同様の原理によって流速ｖを計測
することができる。

【０００６】一般に、このような時間差法や位相差法
は、容量流量計測方式等と比較して、瞬時流速を精確に
計測することが可能であることから、例えばガスメータ
のような流量計測装置に好適な技術であると認識されて
いる。

【０００７】シングアラウンド法の場合には、上記のよ
うな所定の周波数の超音波を流体に伝播させるというも
のとは基本的に異なっており、単発ビートのようなパル
ス波を上流側の送信器から発射させ、それが所定距離を
隔てて配置された下流側の受信器で受信されると、その
受信と同時に次のパルス波を送信器から発射させる。こ
のような単発のパルス波の発振を繰り返すことによっ
て、そのときの流体の流速に対応した周波数を有するパ
ルス列が発生することとなる。このようにして発生した
パルス列は波動として見做すことができるので、その波
動の周波数または周期などに基づいて、そのときの流体
の流速を計測する。

【０００８】さらに詳細には、上流側から発射されたパ
ルス波の下流側への到達時間をｔproとし、下流側から
発射されたパルス波の上流側への到達時間をｔrevとす
ると、上流から下流へと伝わるパルス列（波動）の周波
数ｆproは、ｆpro＝１／ｔproであり、下流から上流へ
と伝わるパルス列（波動）の周波数ｆrevは、ｆrev＝１
／ｔrevである。従って、両周波数の差Δｆは、計測対
象の流体の流速をｖ、音速をｃ、受信器と送信器との間
の距離をＬとすると、Δｆ＝ｆpro−ｆrev＝｛（ｃ＋
ｖ）／Ｌ｝−｛（ｃ−ｖ）／Ｌ｝＝２ｖ／Ｌとなるか
ら、これをｖについて解けば、ｖ＝Δｆ・Ｌ／２とな
る。このように、シングアラウンド法では、パルス列の
Δｆに基づいて流体の流速ｖを計測する。

【０００９】一般に、このようなシングアラウンド法
は、時間差法と同様に、瞬時流速を精確に計測すること
が可能である。また上記の計算式からも明らかなよう
に、ｖを得るための計算式には音速ｃが含まれていない
ことから、この方式によれば、計測結果はそのときの音
速とは無関係となるので、例えば計測環境の温度の影響
等に起因した誤差あるいは不確からしさの混入を極めて
少なくすることができるという利点なども備えている。
なお、このシングアラウンド法では、単発のパルス波だ
けでは受信を確実に検知することができない虞もあるの
で、単発のパルス波の代りに、例えば所定の周波数およ
び所定の継続ピリオドを有する波束を用いることなども
提案されている。この波束を用いる場合には、全パルス
の振動エネルギー（を積分したもの）が束となって発射
されるので、受信器側ではその波束の到達を確実に検知
することが可能となるが、一般に単発のパルス波を用い
る場合と比較して、その装置構成が煩雑化する虞があ
る。

【００１０】上記のような流速計測方式のうち、特に時
間差法または位相差法による超音波計測方式のものは、
例えばガスメータのような所定の流路を流れる流体の流
量を計測する装置や、所定位置における気流の流速を計
測する風速計測器のような装置などに好適な技術として
提案され、あるいは採用されており、今後さらに普及し
て行くものと考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
時間差法や位相差法のような特定周波数の超音波を用い
て計測対象の流速を計測する装置または方法では、計測
に使用している超音波の周波数を容易に読み取られやす
いので、例えばその使用周波数を故意に加振して正確な
計測を妨害される虞や、計測値に対する不正な介入によ
る増減や改ざん等が行われてしまう虞がある。

【００１２】あるいは、故意の妨害や外乱ではなくと
も、例えば流速計測装置が使用される環境中に、その使
用周波数と近似ないし同等の周波数の音波や振動が存在
している場合には、流速計測装置がその外乱的な音波や
振動をノイズとして拾い続けて、有意な誤差や誤動作等
の要因となり、正確な流速計測が困難ないし不可能とな
る虞がある。しかも、このような外乱に起因した誤差や
誤動作は、流速計測装置自体の不調や動作不良に起因し
たものではないので、その誤差や誤動作が発生している
こと自体が見逃されやすく、また明らかな誤差や誤動作
が発生していることが発見された場合でも、そのときの
誤差や誤動作が発生している流速計測装置を例えばサー
ビス工場等に持ち帰って誤差や誤動作の発生要因や装置
の不具合箇所などを検討しようとすると、元より使用環
境上の外乱に起因して誤差や誤動作が発生していたので
あるから装置自体には不具合が無いので、結局、装置は
正常であるという結論しか得ることができず、そのとき
の誤差や誤動作の発生要因が解明できないことになって
しまう。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、ガスメータのような流速計測装置や
それに用いられる流速計測方法において流速の計測に使
用している超音波の周波数が読み取られることに起因し
た正確な計測に対する妨害や流速計測に対する不正な介
入を防ぐことができ、また外乱等に起因した計測機能の
誤差や誤動作の発生を防いで、正確で信頼性の高い流速
計測を可能とする流速計測方法および流速計測装置なら
びにガスメータを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による流速計測方
法は、計測対象の流体に音波を伝播させ、その伝播した
音波を受信し、その音波の伝播に関する物理量に基づい
て前記流体の流速またはその流速に所定の断面積を乗算
して得られる流量を計測する流速計測方法であって、前
記音波の周波数を所定のタイミングまたはランダムなタ
イミングで変更して、前記流体の流速または流量を計測
するというものである。

【００１５】また、本発明による流速計測装置は、計測
対象の流体に音波を伝播させ、その伝播した音波を受信
する音波伝播手段と、前記音波の伝播に関する物理量に
基づいて前記流体の流速またはその流速に所定の断面積
を乗算して得られる流量を計測するための流速計測手段
とを有する流速計測装置であって、前記音波の周波数を
所定のタイミングまたはランダムなタイミングで変更す
る周波数変更手段を備えている。

【００１６】また、本発明によるガスメータは、計測対
象のガスに音波を伝播させ、その伝播した音波を受信す
る音波伝播手段と、前記音波の伝播に関する物理量に基
づいて前記ガスの流速またはその流速に所定の断面積を
乗算して得られる流量を計測するための流速計測手段と
を有するガスメータであって、前記音波の周波数を所定
のタイミングまたはランダムなタイミングで変更する周
波数変更手段を備えている。

【００１７】すなわち、本発明による流速計測方法また
は流速計測装置またはガスメータでは、流速を計測する
ために計測対象の流体に伝播させる音波の周波数を、例
えば所定時間毎の周期のようなタイミングまたは不規則
的あるいは変則的な期間毎のタイミングで、異なった周
波数に変更して行く。このようにすることにより、ある
タイミングで使用中の音波の周波数が外部の妨害者等に
よって読み取られたとしても、そのタイミングを過ぎれ
ば、異なった周波数の音波が使用されているので、読み
取られた周波数を用いた流速計測に対する故意の妨害や
介入が防止される。また、流速を計測するために用いる
音波の周波数は、従来のような恒常的に一定ではなく、
常に変化させるようにしているので、例えばガスメータ
のような流速計測装置の設置場所における環境等からの
振動や加振が外乱要因として混入してきても、その周波
数（振動数）がほとんど偶然的に、極めて低い蓋然性で
一時的に流速計測装置の使用周波数と一致することがあ
ったとしても、使用周波数が常に変化しているので、そ
の一致は恒常的には続かない。これにより、外乱等に起
因した計測機能の誤差や誤動作の発生が防止される。

【００１８】ここで、上記の周波数の変更は、さらに詳
細には、複数の異なった周波数を予め用意しておき、そ
のうちから１つの周波数を、所定のタイミングまたはラ
ンダムなタイミングで、所定の順番またはランダムな順
番に選択して用いるようにしてもよい。あるいは、複数
の異なった周波数帯域を予め用意しておき、そのうちか
ら１つの周波数帯域を、所定のタイミングまたはランダ
ムなタイミングで、所定の順番またはランダムな順番に
選択して用いるようにしてもよい。この場合、予め用意
しておく周波数や周波数帯域の種類が多種類であるほ
ど、より効果的に故意の妨害や外乱の混入を防止するこ
とが可能となる。

【００１９】また、上記の流体の流速の計測に対して外
乱の要因となる雑音を検出する雑音検出手段をさらに配
備し、前記周波数変更手段が、前記雑音検出手段によっ
て検出された雑音の周波数または周波数帯域を回避し
て、前記計測対象の流体に伝播させる音波の周波数また
は周波数帯域を選択するようにしてもよい。このように
して、より積極的に外乱の要因となる雑音や振動の周波
数が回避され、その結果、外乱等に起因した計測機能の
誤差や誤動作や故意の妨害等がさらに確実に防止され
る。また、このような雑音を検出する技術を採用する場
合には、前記音波伝播手段が、前記流体に対する前記音
波の伝播を間欠的に行うものであり、前記雑音検出手段
が、音波の伝播のオフデューティ時に前記雑音を検出す
るように設定することなどが望ましい。但し、雑音を検
出するための具体的な手法としてはこれのみには限定さ
れないことは言うまでもない。

【００２０】また、上記の周波数や周波数帯域の変更に
ついては、さらに詳細には、前記音波の複数の異なった
周波数または複数の異なった周波数帯域に対して各々対
応した音波フィルタまたは信号フィルタを予め用意して
おき、そのうちから、前記計測対象の流体に伝播させる
音波の周波数または周波数帯域として選択された周波数
または周波数帯域に対応した音波フィルタまたは信号フ
ィルタを用いて、受信する音波の周波数または周波数帯
域を選択するようにしてもよい。

【００２１】なお、上記の「音波の伝播に関する物理
量」とは、より具体的な計測方式として例えば時間差法
を採用する場合には、計測対象の流体の流速に対応して
定まる上流から下流への伝播時間と下流から上流への伝
播時間との時間差であり、位相差法を採用する場合に
は、計測対象の流体の流速に対応して定まる上流から下
流へと伝播する音波の位相と下流から上流へと伝播する
音波の位相との位相差である。あるいは、例えば静止時
（流速＝０）の流体における音波の伝播速度（いわゆる
音速）と流動時（流速の絶対値＞０）の流体における音
波の伝播時間との差に基づいて流速を計測する方式を採
用する場合には、そのような伝播速度差または伝播時間
差である。但し、これらのみには限定されず、その他の
物理量を用いた流速計測方式を採用する場合にも、本発
明は適用可能であることは言うまでもない。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の一実施の形態に係る流速
計測装置の概要構成を表したものである。なお、本発明
の一実施の形態に係る流速計測方法は、以下に詳述する
流速計測装置の動作あるいは作用によって具現化される
ものであり、また本発明の一実施の形態に係るガスメー
タは、以下に詳述する流速計測装置の基本的な構成を応
用することによって実現されるものであるから、以下、
それらを併せて説明する。

【００２４】この流速計測装置は、送信器１、受信器
２、発振回路３、信号処理回路４、演算回路５、制御回
路６、出力部７を備えている。これらのうち、送信器１
と、受信器２と、発振回路３と、信号処理回路４とから
音波伝播手段の主要部が構成される。演算回路５と、制
御回路６とから流速計測手段の主要部が構成される。発
振回路３に内蔵された周波数選択回路１３と、信号処理
回路４に内蔵されたフィルタ回路１４と、制御回路６に
内蔵された周波数変更回路１６とから周波数変更手段の
主要部が構成される。

【００２５】音波伝播手段では、送信器１と送信器１と
を一組にして所定の距離を隔てて対向配置したものが、
互いに音波の伝播方向が逆向きになるように２組設けら
れており、音波を計測対象の流体の流れに対して正方向
に伝播させることと逆方向に伝播させることとを交互に
繰り返すように設定されている。なお、受信器、送信器
は送受信の切替に伴って機能が切り替わるものでもよ
い。この場合一対の送受信器で構成される。

【００２６】送信器１は、例えば超音波のような音波を
所定の周波数帯域に亘って発振可能なスピーカのような
もので、その出力可能周波数帯域は、後述する複数種類
の異なった周波数を全て含んだものであることが必要で
ある。

【００２７】発振回路３は、所定の周期毎に所定のデュ
ーティで送信器１から音波を発信させるための発信用信
号を生成して出力するものである。この発振回路３には
周波数選択回路１３が内蔵されている。周波数選択回路
１３では、複数種類の異なった周波数の音波の発信にそ
れぞれ対応した複数種類の発信用信号を生成・出力する
ことが可能となっており、その複数種類の発信用信号の
うちから、後述する制御回路６に内蔵された周波数変更
回路１６によって指定された周波数に対応した種類の発
信用信号が選択されて生成・出力される。

【００２８】受信器２は、送信器１から送信されて計測
対象の流体を伝播してきた音波を受信し、その音波に対
応した電気的アナログ信号のような信号を生成・出力す
る、例えばマイクロホンのようなものである。本実施の
形態では、この受信器２の受信可能な周波数帯域は、送
信器１から送信されるように設定されている全ての周波
数を含むものであることが必要である。

【００２９】信号処理回路４は、受信器２から出力され
た信号をフィルタリングして、複数種類の周波数のうち
から周波数変更回路１６によって指定された周波数に対
応した信号を選択して取り出すためのフィルタ回路１４
を備えている。またその他にも、受信器２から出力され
る信号がアナログ信号の場合には、それをデジタル信号
化するためのＡ／Ｄ変換回路（図示省略）等を備えてい
る。

【００３０】この信号処理回路４は、特定の１種類の周
波数に対応した信号を固定的に取り出すための１種類の
フィルタ回路１４のみを備えているのではなく、送信器
１から送信される互いに異なった複数種類の周波数に対
してそれぞれ対応した複数種類のフィルタを備えてお
り、そのうちから、周波数変更回路１６によって指定
（選択）された周波数に対応した（その周波数に対応し
た信号を取り出すことが可能な）フィルタが選択される
ように設定されている。

【００３１】従って、フィルタ回路１４は、例えば図２
に示したような概要構成となっている。すなわち、送信
器１から送信される複数種類の周波数ｆ1 ，ｆ2 ，…ｆ
nに対してそれぞれ対応した複数種類のフィルタＦ1 ，
Ｆ2 ，…Ｆn が予め並列して設けられており、そのそれ
ぞれにスイッチＳ1 ，Ｓ2 ，…Ｓn が１対１に対応する
ように設けられており、それらのうちから、周波数変更
回路１６によって選択された周波数（例えばｆ1 とす
る）に対応した信号を取り出すためのフィルタ（ｆ1 に
対応したＦ1 ）を、それに接続されているスイッチ（Ｓ
1 ）のみをオンにすることで、選択することができるよ
うに設定されている。

【００３２】なお、一般に、送信器１から発せられた音
波の周波数強度分布は、送信時には極めて狭帯域に集中
した状態にしていても、流体中を伝播して行くうち、あ
るいは受信の際の受信器２における振動特性との兼ね合
いや誤差の発生等に起因して、受信時には、送信時より
もその分布（ローブ）の裾野（バンド幅）が拡散して広
くなる傾向にある。従って、図３（Ａ），（Ｂ）に模式
的に示したように、上記の複数種類の周波数は、隣り合
った周波数どうし（例えばｆ1 とｆ2 ）の間隔（Ｌ1 ）
を受信時の各周波数（ｆ1 やｆ2 ）のバンド幅（ｆb1や
ｆb2）よりも広く設定しておくことが必要である。ある
いは、隣設する発信周波数（ｆ1 やｆ2）どうしの間隔
を、より狭くするためには、より狭帯域な（鋭い）選択
特性を有するフィルタをフィルタ回路１４に用いること
などが必要である。そのようにしなければ、流体に伝播
させる音波の周波数を上記のように意図的に変更するこ
とが無意味となってしまうからである。

【００３３】流速計測手段は、制御回路６によって計測
タイミングを制御して、例えば所定の周期毎に所定のデ
ューティで音波伝播手段が音波の発信および受信を行う
ことで得られた、その音波の正方向と逆方向との伝播時
間差または位相差のような、音波の伝播に関する物理量
の情報を担持してなる信号が信号処理回路４から出力さ
れると、その信号に基づいて、演算回路５がそのときの
計測対象の流速を演算する。その演算結果の流速値の情
報またはデータは、出力部７によって例えば印刷出力ま
たは表示出力される。このような構成およびそれによる
動作については一般的な流速計測装置の場合と同様であ
るが、本実施の形態に係る流速計測手段では、それに加
えて、周波数変更回路１６を備えており、その周波数変
更回路１６によって、所定のタイミングで発信および受
信の周波数を変更する。

【００３４】周波数変更回路１６は、さらに詳細には、
所定の周期的なタイミング毎、または長短の周期を取り
混ぜて不定期的に設定したタイミングで、互いに異なっ
た複数種類の周波数のうちから１つの周波数を、所定の
順番または意図的にランダムな順番に指定する。

【００３５】例えば音波伝播手段が音波を間欠的に発信
する方式のものである場合には、その各発信デューティ
毎、あるいは例えば連続する５つのデューティ毎に１度
ずつというように、所定の周期毎に周波数を変更しても
よく、あるいは周波数の変更タイミングそれ自体を外部
に読み取られないようにするために、例えば乱数表によ
る乱雑さなどに基づいて定めた不規則的なタイミングで
周波数を変更することなども可能である。但し、この周
波数の変更タイミングについては、この他にも種々可能
である。

【００３６】また、予め用意された複数種類の周波数の
うちから１つの周波数を選択する順番としては、例えば
周波数がｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 ，…ｆn （ｆ1 ＜ｆ2 ＜ｆ3
…＜ｆn ）であるとして、それをｆ1 →ｆ2 →ｆ3 …
や、逆に…ｆ3 →ｆ2 →ｆ1 あるいはｆ1 →ｆn →ｆ2
→ｆn-1 →ｆ3 →ｆn-2 …のように、所定の順番に従っ
て選択するようにしてもよく、あるいは、例えばｆ1 →
ｆ7 →ｆ4 →ｆ9 →ｆ5→ｆ13…のように、意図的にラ
ンダム（不規則的）に設定された順番で選択するように
してもよい。

【００３７】次に、本発明の一実施の形態に係る流速計
測装置の動作について説明する。

【００３８】制御回路６によって計測タイミングが制御
されて、例えば所定の周期毎に所定のデューティで送信
器１から流速計測用の例えば超音波のような音波が発せ
られる。このとき送信される音波の周波数は、予め設定
されている、互いに異なった複数種類の周波数（ｆ1 ，
ｆ2 ，ｆ3 ，…ｆn ）のうちから、所定の順番または意
図的に不規則的に設定されたランダムな順番に選択され
る。ここでは一例としてｆ1 が選択されたとする。

【００３９】発信された周波数ｆ1 の音波は、計測対象
の流体中を伝播していき、受信器２で受信される。受信
された音波は、受信器２で音波としての縦波の振動周波
数に対応した電気信号Ｐ1 へと変換されて、信号処理回
路４へと出力される。

【００４０】信号処理回路４では、今回の計測タイミン
グで選択されている周波数ｆ1 に対応したフィルタＦ1
が選択されている。その選択は、スイッチＳ1 をオン状
態にすると共に他のスイッチＳ2 ，スイッチＳ3 …をオ
フ状態にすることで行われる。受信器２から送られてき
た電気信号Ｐ1 は、フィルタＦ1 を通過し、Ａ／Ｄ変換
等の信号処理を施された後、演算回路５へと送出され
る。このとき、受信器２で受信された音波の中に、計測
用の周波数ｆ1 以外の、例えば外部環境からの雑音ｆno
ise が混入していた場合、その雑音ｆnoise に対応した
波形および周波数の電気信号Ｐnoise が、電気信号Ｐ1
と混在して信号処理回路４に送られて来るが、そのうち
の雑音の電気信号Ｐnoise はフィルタＦ1 で除去され
る。

【００４１】演算回路５では、信号処理回路４から出力
された電気信号Ｐ1 が到達すると、このとき伝播された
周波数ｆ1 の音波の発信から受信までの時間を伝播時間
ｔとして検出する。

【００４２】上記のような周波数ｆ1 の音波を、流体に
対して上流側から下流側へと（正方向に）伝播させるこ
とと、下流側から上流側へと（逆方向に）伝播させるこ
ととを一組として少なくとも１回ずつ行って、例えば上
流側から下流側への伝播時間ｔpro と下流側から上流側
への伝播時間ｔrev との時間差Δｔ＝ｔrev −pro を演
算し、その演算結果のΔｔに基づいて、そのときの流体
の流速ｖ、あるいはさらにそれに所定の流路の断面積
（Ａ）を乗算してなる流量Ｑ（＝Ａ・ｖ）の値を計測値
として得る。そしてその計測値は、出力部７によって例
えば印刷出力または表示出力される。

【００４３】このようにして１回の計測デューティが終
了すると、例えば所定のオフデューティ期間の後、次回
目の計測デューティが開始される。この次回目の計測で
は、前回の計測で用いた周波数とは異なった種類の周波
数が、周波数変更回路１６によって、所定の順番に従っ
て選択される。ここでは一例として周波数ｆ3 が選択さ
れたとする。この選択された周波数ｆ3 を前回の周波数
ｆ1 の代りに用いて、上記と同様にして流速計測が行わ
れる。このとき、前回使用した周波数ｆ1 とは異なった
周波数ｆ3 を用いているので、もしも前回の計測時に用
いた周波数ｆ1が部外者によって読み取られるなどし
て、その周波数を用いて計測の妨害や不正な介入が為さ
れようとしたり、前回に用いられた周波数ｆ1 と同じ周
波数の振動や音波が外部環境から外乱として混入して来
る状況にあったとしても、今回の計測に用いる周波数ｆ
3 は前回の周波数ｆ1 とは異なったものに変更されてい
るので、今回の計測に対して妨害や不正な介入あるいは
外乱等が与えられることを防止することができる。

【００４４】ところで、予め用意されている選択可能な
周波数の種類が多いほど、また計測に使用される周波数
を変更する頻度が高いほど、実際に計測に使用される周
波数を部外者などが読み取ることを困難なものとするこ
とができると共に、外部環境からの雑音や振動等が外乱
として計測動作中に混入することに起因した悪影響を受
ける確率を低くすることができ、より確実に正確な計測
を行うことが可能となる。但し、選択可能な周波数の種
類を余りにも多くすると、それに比例してフィルタ回路
１４に内蔵されるフィルタの種類が多数必要となると共
に、そのような多数種類の周波数を全て包含できるよう
な広帯域対応可能な送信器１や受信器２が必要となるの
で、装置の構成が煩雑化したり機能的制約が多くなるな
どの虞もある。従って、それらの兼ね合いで、実際上の
妥当な周波数の種類の多さを設定すればよい。

【００４５】また、選択可能に用意された周波数の種類
が、例えばｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 の３種類のように少なく
て、そのうちの１つの周波数（例えばｆ2 ）と同等の周
波数を持った雑音や振動が外部環境から流速計測装置に
対して常に外乱として与えられる、といった状況にある
場合には、その用意された３種類の周波数を例えばｆ1
→ｆ2 →ｆ3 →ｆ1 →ｆ2 →ｆ3 …のように順番に使用
したとしても、その変更頻度をいかに頻繁にしても、３
回の計測のうち１回は外乱の悪影響を受けてしまうの
で、結局この場合には、正確な計測が乱される確率は１
／３ということになってしまう虞がある。そこで、この
ような場合には、計測に対する外乱の要因となり得る雑
音の周波数を検出して、その周波数の使用を避けて計測
を行うようにすることが有効である。

【００４６】すなわち、図４に示したような概要構成の
雑音検出手段をさらに付加して、この雑音検出手段によ
って、例えば各計測デューティの開始直前のオフデュー
ティ期間中に、雑音の周波数（ｆnoise ）を検出し、そ
の検出された周波数と同じあるいは近似した周波数（こ
こでは例えばｆ2 であったとする）については、選択可
能な周波数から除外して、その他の周波数のうちから計
測用の周波数を選出する。

【００４７】この雑音検出手段は、さらに詳細には、受
信器２と、雑音検出回路８と、制御回路６とからその主
要部が構成されており、流速計測のオフデューティ期間
に入ると、制御回路６によって制御されて雑音検出回路
８が作動して、次回の計測デューティが開始されるまで
の間、受信器２が受けた音波や振動によって受信器２か
ら出力される電気信号に基づいて、そのときの音波や振
動の周波数を検出する。このとき受信器２が受ける音波
や振動は、オフデューティ期間中なのであるから送信器
１から発せられた音波である筈がなく、従って雑音であ
ると見做すことができる。このようにして雑音の周波数
が検出されると、その周波数の情報は制御回路６に送ら
れる。そして制御回路６では、雑音の周波数と同等の周
波数については、計測用の音波の周波数としての選択枝
から強制的に除外して、それ以外の周波数のうちから次
回の計測用の周波数を選択するように、内蔵の周波数変
更回路１６の動作を制御する。

【００４８】例えば、図５に示したように、予め用意さ
れている周波数がｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3，ｆ4 の４種類であ
り、検出された雑音の周波数ｆnoise がｆ1 ，ｆ2 を包
含する周波数帯域のものであった場合を一例として述べ
ると、次回の流速計測時には、周波数変更回路１６は周
波数ｆ1 ，ｆ2 を選択することを避けて、ｆ3 とｆ4と
のうちのいずれか一種類の周波数を選択する。そしてそ
の回の流速計測が済むと、さらに次回の流速計測までの
間のオフデューティ期間中に雑音検出回路８が作動して
そのときの雑音を検出する。このような動作を繰り返す
ことで、雑音の周波数が刻々と変化して行く場合でも、
その時々での流速計測に用いる周波数を雑音の周波数と
は異なったものとすることができ、その結果、常に雑音
の悪影響を防いで信頼性の高い正確な流速計測を実現す
ることが可能となる。

【００４９】なお、雑音の検出は、上記のような各計測
回毎にその直前までに（換言すれば毎回のオフデューテ
ィ毎に）行うこと以外にも、例えば連続した１０回の計
測回毎に１度ずつ行うようにすることなども可能であ
る。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし５
のいずれかに記載の流速計測方法または請求項６ないし
１１のいずれかに記載の流速計測装置または請求項１２
ないし１７のいずれかに記載のガスメータによれば、流
速を計測するために計測対象の流体に伝播させる音波の
周波数を、例えば所定時間毎の周期のようなタイミング
または不規則的あるいは変則的な期間毎のタイミング
で、異なった周波数に変更して行くようにしたので、あ
るタイミングで使用中の音波の周波数が外部の妨害者等
によって読み取られたとしても、そのタイミングを過ぎ
れば、異なった周波数の音波が使用されているので、読
み取られた周波数を用いた流速計測に対する故意の妨害
や介入を防止することができる。また、例えばガスメー
タのような流速計測装置の設置場所における環境からの
振動や加振が外乱要因として本発明によるガスメータの
ような流速計測装置に混入してきても、本発明によれば
流速を計測するために用いる音波の周波数を、従来のよ
うな恒常的に一定ではなく、常に変化させているので、
外乱等に起因した計測機能の誤差や誤動作の発生を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る流速計測装置の概
要構成を表した図である。

【図２】フィルタ回路の概要構成を表した図である。

【図３】送信器から発せられた音波の周波数強度分布と
受信時における周波数強度分布との関係を模式的に表し
た図である。

【図４】雑音検出手段の主要部の構成を表した図であ
る。

【図５】雑音検出手段による動作の一例を模式的に表し
た図である。

【符号の説明】

１…送信器、２…受信器、３…発振回路、４…信号処理
回路、５…演算回路、６…制御回路、７…出力部、８…
雑音検出回路、１３…周波数選択回路、１４…信号処理
回路、１６…周波数変更回路

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象の流体に音波を伝播させ、その
   伝播した音波を受信し、前記音波の伝播に関する物理量
   に基づいて前記流体の流速またはその流速に所定の断面
   積を乗算して得られる流量を計測する流速計測方法であ
   って、 前記音波の周波数を所定のタイミングまたはランダムな
   タイミングで変更して、前記流体の流速または流量を計
   測することを特徴とする流速計測方法。
2. 【請求項２】 前記音波の周波数として、複数の異なっ
   た周波数を用意しておき、そのうちから１つの周波数
   を、所定のタイミングまたはランダムなタイミングで、
   所定の順番またはランダムな順番に選択して用いること
   を特徴とする請求項１記載の流速計測方法。
3. 【請求項３】 前記音波の周波数として、複数の異なっ
   た周波数帯域を用意しておき、そのうちから１つの周波
   数帯域を、所定のタイミングまたはランダムなタイミン
   グで、所定の順番またはランダムな順番に選択して用い
   ることを特徴とする請求項１記載の流速計測方法。
4. 【請求項４】 前記流体の流速または流量の計測に対し
   て外乱の要因となる雑音を検出し、その雑音の周波数ま
   たは周波数帯域を回避して、前記計測対象の流体に伝播
   させる音波の周波数または周波数帯域を選択することを
   特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記
   載の流速計測方法。
5. 【請求項５】 前記音波の複数の異なった周波数または
   複数の異なった周波数帯域に対して各々対応した音波フ
   ィルタまたは信号フィルタを予め用意しておき、そのう
   ちから、前記計測対象の流体に伝播させる音波の周波数
   または周波数帯域として選択された周波数または周波数
   帯域に対応した音波フィルタまたは信号フィルタを用い
   て、前記計測対象の流体に音波を伝播させて前記流体の
   流速または流量を計測することを特徴とする請求項１な
   いし４のうちのいずれか１項に記載の流速計測方法。
6. 【請求項６】 計測対象の流体に音波を伝播させ、その
   伝播した音波を受信する音波伝播手段と、前記音波の伝
   播に関する物理量に基づいて前記流体の流速またはその
   流速に所定の断面積を乗算してなる流量の計測値を得る
   流速計測手段とを有する流速計測装置であって、 前記音波の周波数を所定のタイミングまたはランダムな
   タイミングで変更する周波数変更手段を備えていること
   を特徴とする流速計測装置。
7. 【請求項７】 前記音波伝播手段および前記周波数変更
   手段ならびに前記流速計測手段が、前記音波の周波数と
   して、複数の異なった周波数を用意しておき、そのうち
   から１つの周波数を、所定のタイミングまたはランダム
   なタイミングで、所定の順番またはランダムな順番に選
   択して用いて前記計測を行うことを特徴とする請求項６
   記載の流速計測装置。
8. 【請求項８】 前記音波伝播手段および前記周波数変更
   手段ならびに前記流速計測手段が、前記音波の周波数と
   して、複数の異なった周波数帯域を用意しておき、その
   うちから１つの周波数帯域を、所定のタイミングまたは
   ランダムなタイミングで所定の順番またはランダムな順
   番に選択して用いて前記計測を行うことを特徴とする請
   求項６記載の流速計測装置。
9. 【請求項９】 前記流体の流速または流量の計測に対し
   て外乱の要因となる雑音を検出する雑音検出手段を、さ
   らに備えており、 前記周波数変更手段が、前記雑音検出手段によって検出
   された雑音の周波数または周波数帯域を回避して、前記
   計測対象の流体に伝播させる音波の周波数または周波数
   帯域を選択する機能をさらに備えていることを特徴とす
   る請求項６ないし８のうちのいずれか１項に記載の流速
   計測装置。
10. 【請求項１０】 前記音波伝播手段が、前記流体に対す
    る前記音波の伝播を間欠的に行い、 前記雑音検出手段が、前記音波の伝播のオフデューティ
    時に前記雑音を検出することを特徴とする請求項９記載
    の流速計測装置。
11. 【請求項１１】 前記音波の複数の異なった周波数また
    は複数の異なった周波数帯域に対して各々対応するよう
    に、複数の異なった音波フィルタまたは複数の異なった
    信号フィルタが予め用意されており、 前記周波数変更手段が、前記複数の異なった音波フィル
    タまたは複数の異なった信号フィルタのうちから、前記
    計測対象の流体に伝播させる音波の周波数または周波数
    帯域として選択された周波数または周波数帯域に対応し
    た音波フィルタまたは信号フィルタを選択して用いて、
    受信する音波の周波数または周波数帯域を選択すること
    を特徴とする請求項６ないし１０のうちのいずれか１項
    に記載の流速計測装置。
12. 【請求項１２】 計測対象のガスに音波を伝播させ、そ
    の伝播した音波を受信する音波伝播手段と、前記音波の
    伝播に関する物理量に基づいて前記ガスの流速またはそ
    の流速に所定の断面積を乗算してなる流量の計測値を得
    る流速計測手段とを有するガスメータであって、 前記音波の周波数を所定のタイミングまたはランダムな
    タイミングで変更する周波数変更手段を備えていること
    を特徴とするガスメータ。
13. 【請求項１３】 前記音波の周波数として、複数の異な
    った周波数を用意しておき、そのうちから１つの周波数
    を、所定のタイミングまたはランダムなタイミングで、
    所定の順番またはランダムな順番に選択して用いること
    を特徴とする請求項１２記載のガスメータ。
14. 【請求項１４】 前記音波の周波数として、複数の異な
    った周波数帯域を用意しておき、そのうちから１つの周
    波数帯域を、所定のタイミングまたはランダムなタイミ
    ングで、所定の順番またはランダムな順番に選択して用
    いることを特徴とする請求項１２記載のガスメータ。
15. 【請求項１５】 前記ガスの流速または流量の計測に対
    して外乱の要因となる雑音を検出する雑音検出手段を、
    さらに備えており、 前記周波数変更手段が、前記雑音検出手段によって検出
    された雑音の周波数または周波数帯域を回避して、前記
    計測対象のガスに伝播させる音波の周波数または周波数
    帯域を選択する機能をさらに備えていることを特徴とす
    る請求項１２ないし１４のうちのいずれか１項に記載の
    ガスメータ。
16. 【請求項１６】 前記音波伝播手段が、前記ガスに対す
    る前記音波の伝播を間欠的に行い、 前記雑音検出手段が、前記音波の伝播のオフデューティ
    時に前記雑音を検出することを特徴とする請求項１５記
    載のガスメータ。
17. 【請求項１７】 前記音波の複数の異なった周波数また
    は複数の異なった周波数帯域に対して各々対応するよう
    に、複数の異なった音波フィルタまたは複数の異なった
    信号フィルタが予め用意されており、 前記周波数変更手段が、前記複数の異なった音波フィル
    タまたは複数の異なった信号フィルタのうちから、前記
    計測対象のガスに伝播させる音波の周波数または周波数
    帯域として選択された周波数または周波数帯域に対応し
    た音波フィルタまたは信号フィルタを選択して用いて、
    受信する音波の周波数または周波数帯域を選択すること
    を特徴とする請求項１２ないし１６のうちのいずれか１
    項に記載のガスメータ。